下向水平分层充填法之二：矿块布置、采场结构参数、采准切割工程及回采工艺

在采矿学中，下向水平分层充填法是一种重要的采矿方法，尤其适用于矿岩稳固性较差的矿山。前文讲了 下向水平分层充填法的基本特征、适用条件和典型方案。本文将详细梳理下向水平分层充填法的矿块布置、采场结构参数、采准切割工程、回采工艺、优缺点以及发展方向等方面的内容。

一、矿块布置

矿块布置是下向水平分层充填法的重要组成部分，其合理性和科学性直接关系到采矿效率和安全性。矿块布置主要涉及阶段高度、进路方向、进路长度和进路规格等方面。

1. 阶段高度

阶段高度是矿块布置中的一个重要参数，其取值范围为30到80米。阶段高度的选择主要取决于开拓方式，而与矿岩的稳固性关系不大。开拓的主要目的是为了保证人员的联络、通讯、通风以及运输等各方面的需求。在实际操作中，需要根据矿山的实际情况和开采条件来确定合适的阶段高度。

2. 进路方向

进路方向也称为矿块布置方向，主要根据矿体的厚度来确定。当矿体厚度小于15到30米时，一般沿走向布置进路；当矿体厚度大于15到30米时，则通常采用垂直走向布置进路。进路方向的选择不仅影响采矿效率，还关系到矿山的稳定性和安全性。

3. 进路长度

进路长度主要取决于出矿设备的类型。当采用电耙出矿时，进路长度通常为25到50米；而当采用无轨设备出矿时，进路长度可以达到100到300米。例如，金川公司龙首矿由于属于厚大矿体，采用无轨设备出矿，因此其进路长度较长。

4. 进路规格

进路规格是矿块布置中的另一个重要参数，主要分为普通进路和高进路两种。普通进路的断面尺寸通常为2m*2m或3m*3m，而高进路的断面尺寸则通常为4m*4m或更大。在实际操作中，金川公司还采用了六角形断面的进路，这种进路规格更大，且来源于仿生学原理。进路的尺寸和规格不仅决定了分层的高度，还决定了进路的数量和分层数量。一般来说，进路规格越大，进路数量越少，分层数量也会相应减少，从而减少了采准和切割工程的工作量。

二、采场结构参数

采场结构参数是下向水平分层充填法中的另一个重要方面，其合理性和科学性直接关系到采矿效率和安全性。采场结构参数主要包括分层高度、进路间距和充填体强度等。

1. 分层高度

分层高度是采场结构参数中的一个重要参数，其取值需要根据矿山的实际情况和开采条件来确定。一般来说，分层高度与进路规格有关，进路规格越大，分层高度也相应增加。同时，分层高度还需要考虑到采矿设备的作业能力和安全性等因素。

2. 进路间距

进路间距是采场结构参数中的另一个重要参数，其取值需要根据矿体的厚度和稳定性来确定。一般来说，进路间距不宜过大或过小，过大可能导致矿体稳定性降低，过小则可能增加采矿难度和成本。因此，在实际操作中，需要根据矿山的实际情况和开采条件来确定合适的进路间距。

3. 充填体强度

充填体强度是采场结构参数中的一个关键参数，直接关系到采矿作业的安全性和效率。在有色金属采矿设计规范中，对于下向分层充填法的充填体强度有明确要求，即充填体的强度要不小于3MPa。这一要求是为了保证充填体在采矿过程中能够保持稳定，不发生坍塌或变形等事故。因此，在实际操作中，需要采用合适的充填材料和工艺来保证充填体的强度。

三、采准切割工程

采准切割工程是下向水平分层充填法中的一项重要工作，其主要目的是为采矿作业创造必要的条件和保障。采准切割工程主要包括运输平巷、穿脉、天井、充填横巷和主充填平巷等部分。

1. 运输平巷

运输平巷是采准切割工程中的一项重要工作，其主要作用是连接上下中段，为采矿作业提供运输通道。在实际操作中，需要根据矿山的实际情况和开采条件来确定运输平巷的位置和规格。

2. 穿脉

穿脉是采准切割工程中的另一项重要工作，其主要作用是连接矿体的上下盘，为采矿作业提供通风和通讯等条件。在实际操作中，需要根据矿体的厚度和稳定性来确定穿脉的位置和规格。

3. 天井

天井是采准切割工程中的一项关键工作，其主要作用是提供人员通行、通风和充填等条件。天井包括人行通风天井、溜矿井、滤水井、充填井以及人工架设的顺路天井等。这些天井在采矿过程中发挥着至关重要的作用，不仅保证了人员的安全和通行，还为采矿作业提供了必要的通风和充填条件。

大家可以来看一下这个图。

这个图可以看出，上中段的运输平巷、下中段的运输平巷、溜井、联系每个分段的溜井、斜坡道、每个分段有分段运输巷道、分段与采场之间还有一个分段联络道。在这个矿体内部，要有一个充填回风井，下部要有一个泄水井。

4. 充填横巷和主充填平巷

充填横巷和主充填平巷是采准切割工程中的另一项重要工作，其主要作用是连接各个分层和进路，为充填作业提供通道。在实际操作中，需要根据矿山的实际情况和开采条件来确定充填横巷和主充填平巷的位置和规格。同时，还需要考虑到充填材料的运输和储存等问题，以确保充填作业的顺利进行。

5.切割工程

对于这个方案的切割工程，因为是采用进路式回采，所以说没有特别的切割工程。也就是说在每一条进路回采的时候，每一次回采都要有掏槽，其实是每一次回采里面掏槽就相当于切割工程。但是的话我们已经把它含在进路回采的内容里面去了。

四、回采工艺

回采工艺是下向水平分层充填法中的核心部分，其合理性和科学性直接关系到采矿效率和安全性。回采工艺主要包括回采顺序、充填作业、通风与降尘等方面。

1. 回采顺序

回采顺序是回采工艺中的一个重要环节，其选择需要根据矿体的厚度、稳定性和开采条件等因素来确定。一般来说，下向水平分层充填法采用从上至下进行分层回采的方式。在每个分层中，再划分出若干进路进行回采。回采顺序可以灵活选择，可以采用间隔回采或顺序回采等方式。但需要注意的是，顺序回采可能会导致两条进路之间相互影响，因此在实际操作中多采用间隔式回采。同时，上下相邻分层之间也应尽量采用错开布置的方式，以提高充填体的稳定性。

大家了解一下我们的房子建筑就知道，我们的房子砌墙的时候，上层和下层的墙和砖它是互相错开的。其实我们在进路回采的时候也是用了这个原理，上层进路和下层进路要错开，实际上是为了提高充填体的稳定性。第二个，沿走向布置进路的时候，一般就是都由下盘向上盘方向顺序或者是间隔回采，但如果说垂直走向布置进路的时候，一般采用盘区两端向中央进路间隔回采，这个我们在前面讲回采顺序的时候也提到过，这样插有利于地压管理。

2. 充填作业

充填作业是回采工艺中的另一个重要环节，其质量直接关系到采矿作业的安全性和效率。在进行充填作业时，需要分两次进行。第一次为打底充填，采用高灰砂比的材料进行充填，以提高充填体底板的强度。第二次为普通充填，采用普通灰砂比的材料进行充填，以降低充填成本并满足下一个分层回采时的作业需求。在进行充填作业时，还需要注意充填材料的运输、储存和混合等问题，以确保充填作业的质量和效率。

2. 充填体强度

在有色金属采矿设计规范里面有一个要求，在GB50771-2012这个有色金属采矿设计规范中，对于下向分层充填法的这个充填体的强度要求，充填体的强度要不小于3MPa。那么大家可以对照这个图来进行理解。

3. 通风与降尘

通风与降尘是回采工艺中的另一个重要方面，其目的是为了保障人员的安全和健康。在进行回采作业时，由于独头巷道掘进导致通风质量较差，因此需要采用局部强制通风的方式。同时，还需要采取降尘措施来减少粉尘对人员的危害。在实际操作中，可以根据矿山的实际情况和开采条件来选择合适的通风设备和降尘措施。

   4.小结

刚才我们所提到的这个回采作业，从这个三视图我们再仔细的回顾一下。

首先是从上至下我们的划分分层，按照前面所讲的知识，一般来讲一个分段管三个分层是。也就一个分段，可以大概是9到12米左右。

从分段运输巷道通过联络道进入上部第一分层。进去之后，每个分层里面还要有一条联系各进路的联络道。通过联络道进入到各个进路，对每一条进路实行间隔式回采。在每一个进路里面采用巷道掘进式爆破，而且通常是采用光面爆破。由于每一条进路回采的时候都是属于独头巷道掘进，所以说它通风质量比较差。这个时候一般我们要采用局部强制通风，采用压入式的。

那么每一条进路回采完，每一条进路的矿石运搬是通过铲运机进去，然后经过联络道，再进入分段与采场之间的联络道，运输到溜井，运搬出去。运搬完之后，对这一条进路要进行充填。充填就包括充填准备和充填两部分工作。充填准备主要是包括是首先要把进路里面的设备，还有一些管缆等等一些设施要移出去。把这些设备设施移出去之后，要架设充填管道，封闭进路的端部口，然后就开始进行充填。

充填刚才说了，充填要分两次，第一次打底充填高灰砂比。第二次的话普通充填适当降低灰砂比。对整个充填对整个一层回采充填完毕之后，下向转层。同样转层也是通过分段运输巷道，然后经过联络道进入下一分层。每一个分层之间，刚才说一个分段巷道管三层。所以对分段联络巷道同样的话也是一样。可以通过撬顶或者是拉底的方式来掘联络道。

五、优缺点

下向水平分层充填法作为一种重要的采矿方法，具有其独特的优缺点。

1. 优点

（1）矿石损失率指标较好：由于采用分层回采和充填作业的方式，可以有效地控制矿石的损失率，提高采矿效率。
（2）工作安全度高：在完整的假顶下面作业，可以有效地保护人员的安全，降低事故发生的概率。
（3）贫化率较低：通过合理的回采顺序和充填作业，可以有效地控制矿石的贫化率，提高矿石的质量。

2. 缺点

（1）工序复杂：下向水平分层充填法的工序相对复杂，包括采准切割工程、回采工艺和充填作业等多个环节，需要投入大量的人力、物力和财力。
（2）回采周期长：由于需要分层回采和充填作业，导致回采周期相对较长，降低了采矿效率。
（3）生产能力低：由于工序复杂和回采周期长等因素的影响，下向水平分层充填法的生产能力相对较低，每天只能产出几十吨矿石。
（4）建造封闭墙效率低：在采矿过程中需要建造封闭墙来隔离不同分层和进路之间的空间，但建造封闭墙的效率较低且耗时耗量。
（5）充填转层工艺繁琐：在进行充填作业时需要进行转层操作，但充填转层工艺相对繁琐且耗时较长。

六、发展方向

对于目前的这个下降分层充填法来讲，通过刚才我们的分析可以看得出，由对于它的这个成本比较高，能力比较低。所以说对于这种矿岩很不稳固条件的矿山，如果说要用采用的方法，它的发展方向是尽量的增大进路规格。这样的话减少进路的数量和减少分层的数量。第二个采用新型假顶改善铺设方法。因为采用这种两次分层充填工艺非常复杂，而且时间长效率低。

1. 增大进路规格

通过增大进路规格可以减少进路的数量和分层数量，从而降低采准和切割工程的工作量并提高采矿效率。同时，增大进路规格还可以提高充填体的稳定性和承载能力。

2. 采用新型假顶材料

传统的假顶材料存在铺设复杂、时间长、效率低等问题。因此，需要研发新型假顶材料来改善铺设方法并提高铺设效率。新型假顶材料应具有高强度、易铺设、成本低等优点。

3. 推广无轨自行设备

传统的电耙出矿设备存在效率低、成本高等问题。因此，需要大力推广无轨自行设备来提高出矿效率和降低成本。无轨自行设备具有灵活性高、适应性强等优点，可以适应不同矿山的开采条件。

4. 优化回采顺序和充填工艺

通过优化回采顺序和充填工艺可以降低矿石的损失率和贫化率，提高采矿效率和质量。例如，可以采用更加灵活的回采顺序，如盘区两端向中央进路间隔回采等，以更好地管理地压和提高充填体的稳定性。同时，也可以对充填工艺进行优化，如采用更加高效的充填设备和材料，提高充填体的强度和密实度等。

七、案例分析

以金川公司龙首矿为例，该矿山采用下向水平分层充填法进行采矿作业。在实际应用中，该矿山通过优化矿块布置和采场结构参数、采用新型假顶材料和铺设方法、推广无轨自行设备等措施，取得了显著的成效。

首先，在矿块布置和采场结构参数方面，金川公司龙首矿根据矿体的实际情况和开采条件，合理确定了阶段高度、进路方向、进路长度和规格等参数。通过采用合理的矿块布置和采场结构参数，有效地提高了采矿效率和质量，降低了矿石的损失率和贫化率。

其次，在假顶材料和铺设方法方面，金川公司龙首矿采用了新型假顶材料和仿生学原理的六角形断面进路规格。这种新型假顶材料具有高强度、易铺设、成本低等优点，有效地提高了充填体的稳定性和承载能力。同时，六角形断面进路规格也增加了进路的断面面积和充填体的稳定性，为采矿作业提供了更加安全、可靠的工作环境。

此外，在推广无轨自行设备方面，金川公司龙首矿也取得了显著的成效。通过采用大型无轨设备进行出矿和运输作业，有效地提高了出矿效率和降低了成本。同时，无轨设备还具有灵活性高、适应性强等优点，可以适应不同矿山的开采条件。

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

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