一、引言

在采矿学中，充填采矿法作为一种有效的矿石开采技术，被广泛应用于各类矿山。其中，下向水平分层充填法因其独特的优势，在开采矿石很不稳固或矿石和围岩均很不稳固，以及矿石品味和价值很高的有色金属或稀有金属矿体中，扮演着重要角色。本文将详细阐述下向水平分层充填法的基本特征及适用条件，并深入探讨其典型方案，包括壁式下向分层充填和进路下向分层充填。

因为这个方案比较复杂，所以在学习之前大家先看一下一个模型。这个模型是参照金川公司下向分层进路充填法的一个模型。

从这个模型大家可以看出。这灰色区域是表示的是矿体。我们为了回采这一部分矿体，是从上至下进行分层，每一个分层里面就分成了进路。我们是通过下盘的采准和切割工程，然后通达矿体，在矿体里面进行作业。矿石是通过用无轨设备从采场中把它运输到溜井，下放到下一个中段的运输巷道，然后转运到主溜井。

二、基本特征及适用条件

2.1 基本特征

下向水平分层充填法，顾名思义，是从上往下划分分层，然后顺序进行分层进路回采，并在每一分层回采结束后进行充填。这种采矿方法的主要特征体现在以下几个方面：

• 无需严格划分矿块：与上向进路分层充填法相似，下向水平分层充填法也不需要严格划分矿块，这增加了采矿的灵活性。

• 顺序分层回采与充填：每一分层的回采工作都是在上一分层人工假顶的保护下进行，确保了采矿作业的安全性。回采结束后，立即进行充填，以形成新的人工假顶，为后续分层的回采提供支撑。

• 分层形式多样化：回采分层可以分为水平分层和倾斜分层两种形式。水平分层便于凿岩作业，而倾斜分层则更有利于充填接顶和矿石运搬。

下向分层进路充填法，它不需要严格的划分矿块，这个跟上向进路分层充填法是一致的。首先是从上往下划分分层，然后顺序分层进路回采，而且是顺序的逐层进路充填。每一个分层的回采工作是在上一分层人工假顶的保护下来进行作业。这个跟上向进路分层充填法是不一样的。上向进路分层充填法，它的顶板是矿石是矿体，而这个的呢，它是在人工假顶下面进行作业。回采分层可以分为两种形式，一种是水平分层，一种是倾斜分层。

为什么会有水平分层和倾斜分层的话呢？因为是各有各的有利点和无利点，倾斜分层它更利于充填接顶，但是这个凿岩就不如水平分层方便。另外倾斜分层也有利于矿石运搬。当然如果是采用这个电耙的话，有一定的坡度更有利于运搬。

对于这个方法来讲，主要是适用于开采矿石很不稳固，或者是矿石和围岩均很不稳固，或是品味和价值很高的有色金属或者稀有金属。当然这个大家就要回顾一下我们对矿岩的稳固性分类了。在什么条件下面是属于矿岩很不稳固，基本上是属于不允许有任何的暴露面积，对吧？有一点暴露面积它可能就会塌，所以在这种情况下面，用其他的方法，甚至上向进路分层充填法都不能开采的条件。那么我们就要考虑采用下向进路分层充填法。

2.2 适用条件

下向水平分层充填法主要适用于以下情况：

• 矿石和围岩不稳固：当矿石和围岩的稳固性较差，不允许有较大的暴露面积时，采用下向水平分层充填法可以有效减少矿石和围岩的暴露时间，防止塌方事故发生。

• 矿石品味和价值高：对于品味和价值很高的有色金属或稀有金属矿体，采用下向水平分层充填法可以最大限度地保护矿石资源，提高回采率。

• 电耙或无轨设备出矿：根据出矿设备的不同，下向水平分层充填法可以灵活调整进路长度和规格。采用电耙出矿时，进路长度较短；而采用无轨设备出矿时，进路长度可达数百米。

三、典型方案

它的典型方案有两种：一种就叫壁式下向分层充填，什么叫壁式充填就相当我们墙壁一样，以壁式的工作面沿区段全长推进自上而下分层回采。其实当然这个壁只是我们一种形象，它其实也是进路。第二种的话就进路下向分层，将矿块划分为若干分层，然后从充填体假顶的暴露面积小的进路中进行作业，自上而下来进行回采每一分层。

3.1 壁式下向分层充填

壁式下向分层充填法，顾名思义，是以壁式工作面沿区段全长推进，自上而下分层回采的一种采矿方法。

大家可以看一下下面方案图，这是一个叫做壁式下向分层充填法方案图。

其实我们可以看得出来，每一个分层中，分层又划分为进路。但是这种进路它是沿矿体的走向全长推进。把这个矿体首先划分中段，在中段里面从上至下划分分层，每一个分层里面再划分进路自上而下顺序分层回采。每一个分层里面的进路可以是间隔回采，也可以是顺序回采。回采的矿石通过斜坡道、联络道和卸矿巷道卸到溜矿井。然后通过溜矿井再卸到下一个中段的运输水平，然后通过电机车或者通过其他的运输方式把它转运到这个主溜井。

特点如下：

• 工作面推进方式：壁式工作面沿矿体走向全长推进，每一分层的回采工作都在上一分层人工假顶的保护下进行。随着回采工作的进行，工作面逐渐向前推进，形成连续的采矿作业线。

• 分层回采与充填：每一分层的回采工作结束后，立即进行充填作业。充填材料可以选择废石、尾砂等，以形成新的人工假顶。充填过程中，应确保充填材料的密实度和均匀性，以提高人工假顶的承载能力。

• 出矿方式：壁式下向分层充填法通常采用电耙出矿。电耙通过溜矿井将矿石运输到下一个中段的运输水平，然后通过电机车或其他运输方式将其转运到主溜井。

• 优缺点分析：壁式下向分层充填法的优点在于工作面推进连续、采矿效率高；缺点在于对矿岩稳固性要求较高，且充填作业相对繁琐。

3.2 进路下向分层充填

进路下向分层充填法是将矿块划分为若干分层，然后从充填体假顶的暴露面积小的进路中进行作业，自上而下顺序分层回采的一种采矿方法。

如下图所示：

其特点如下：

• 进路布置方式：进路下向分层充填法的进路布置灵活多样，可以根据矿体形状、厚度和开采条件进行调整。当矿体厚度较小时，进路通常沿走向布置；当矿体厚度较大时，则可以采用垂直走向布置。

• 分层回采与充填：与壁式下向分层充填法相似，进路下向分层充填法也是每一分层的回采工作结束后进行充填作业。不同的是，进路下向分层充填法的充填作业更加灵活，可以根据实际情况选择局部充填或全断面充填。

• 出矿方式：进路下向分层充填法通常采用无轨设备出矿。无轨设备具有灵活性强、适应性好等优点，可以大大提高采矿效率。同时，无轨设备还可以用于运输充填材料和人员等，进一步提高了采矿作业的自动化水平。

• 优缺点分析：进路下向分层充填法的优点在于对矿岩稳固性要求相对较低、采矿效率高、充填作业灵活；缺点在于采准和切割工程相对复杂、成本较高。

四、下向水平分层充填法与上向进路分层充填法的异同

4.1 下向水平分层充填法与上向进路分层充填法的相同点：
二者都不需要严格的划分矿块。
矿石的回采都是分层进行的。
4.2 下向水平分层充填法与上向进路分层充填法的不同点：
回采顺序与作业位置：
下向水平分层充填法是从上往下划分分层，顺序分层进路回采，且顺序逐层进路充填，每个分层的回采工作是在上一分层人工假顶的保护下进行。
上向进路分层充填法则是在矿体自然顶板下进行作业，其顶板是矿石或矿体本身。
适用条件：
下向水平分层充填法更适用于开采矿石很不稳固，或矿石和围岩均很不稳固，或品味和价值很高的有色金属、稀有金属等条件。
上向进路分层充填法的适用条件可能相对更广泛，但具体还需根据矿岩的稳固性、开采条件等因素综合考虑。
充填与接顶：
下向水平分层充填法在人工假顶下进行作业，有利于充填接顶，但凿岩可能不如水平分层方便。
上向进路分层充填法则直接在矿体顶板下进行，充填与接顶的方式可能有所不同。
矿石运搬：
下向水平分层充填法采用无轨设备从采场中把矿石运输到溜井，下放到下一个中段的运输巷道，然后转运到主溜井。
上向进路分层充填法的矿石运搬方式可能因具体开采条件而异。

参考教材：

中南大学《地下采矿法》，黄仁东、高峰、胡建华
华北理工大学《地下矿山开采设计技术》 甘德清、孙光华、李占金 编著