采矿效率倍增：揭秘机械化上向分层充填法的奥秘

文摘 2024-10-27 07:01 北京

引言

在采矿领域中，机械化上向水平分层充填法作为一种高效、灵活的采矿方法，被广泛应用于地下矿山开采中。特别是在对矿体形态复杂、稳固性较差的矿山进行开采时，机械化上向水平分层充填法更显示出其独特的优势。本文将对机械化上向水平分层充填法的基本特征、适用条件、采场结构参数、采准切割工程以及回采工艺进行详细的介绍，并结合实际情况分析其与普通上向分层充填法的区别。

一、机械化上向水平分层充填法的基本特征及适用条件

1. 基本特征

机械化上向水平分层充填法是一种相对普通上向分层充填法而言机械化程度更高的采矿方法。它主要在凿岩和出矿两个方面实现了设备的机械化，从而显著提高了采矿效率。

机械化上向水平分层充填法的基本特征包括：

一、将矿块划分为矿房和矿柱，先采矿房后采矿柱，在矿房回采中，矿房自下而上分层回采，依次分层充填。分层充填的目的是：一方面是维护上下盘围岩的稳定性。

二、创造不断上采的作业条件和作业平台。矿房回采到最后一个分层的时候，进行接顶充填。在采完若干矿房或者是全阶段矿房后，再来进行矿石的回采。在回采过程中，回采空间和范围可以灵活控制。作业人员和作业设备是在暴露的顶板下面作业，所以我们需要对顶板进行有效的控制，保证作业人员的安全。

三、灵活性。在回采过程中，回采空间和范围可以灵活控制。作业人员和设备在暴露的顶板下面作业，需要对顶板进行有效的控制，以确保作业人员的安全。

2. 适用条件

机械化上向水平分层充填法主要适用于以下条件的矿体：

围岩和矿石稳固性：要求矿体的上下盘围岩以及矿石为中等稳固或稳固性稍差。因为作业人员和设备在暴露的空区中作业，对矿石的稳固性要求较高。
矿体倾角与厚度：主要适用于极倾斜中厚至极厚的矿体。同时，由于其回采空间和范围控制的灵活性，也适用于多层矿体的回采。
矿体形态：可适应形态不规则、分支复合变化大的矿体。

目前上向水平充填法包括普通的上向水平充填法和机械化上向分层充填法，是我们国家目前充填法的主要的方法，占了约63%。

二、采场结构参数

在机械化上向水平分层充填法中，采场结构参数的选择对采矿效率和安全性至关重要。这些参数主要包括矿块布置、阶段高度、矿房长度和宽度、间柱宽度、底柱高度以及顶柱高度等。

1. 矿块布置

矿块布置方式主要取决于矿体的厚度。当矿体厚度小于10-15米时，通常采用沿矿体走向布置；当矿体厚度大于10-15米时，则采用垂直矿体走向布置。

2. 阶段高度

阶段高度一般为30-60米，具体取决于矿岩的稳固性。稳固性较好的矿岩可以采用较高的阶段高度，以提高采矿效率；而稳固性较差的矿岩则需要采用较低的阶段高度，以确保采矿安全。

3. 矿房长度和宽度

矿房的长度和宽度参数同样取决于矿块的布置方向和矿岩的稳固性。在沿矿体走向布置时，矿房的长度通常较长，宽度则相对较窄；而在垂直矿体走向布置时，矿房的长度和宽度则可能基本相同。

4. 间柱宽度

间柱宽度主要取决于矿岩的稳固性，通常一般为7-10米。在部分矿山中，也可以按照矿房和矿柱同样的参数来进行划分矿块，即矿块的参数和矿柱参数相等。

5. 底柱高度

底柱高度通常是指运输平巷顶板上面留2-3米厚的底柱。底柱的作用主要是为运输平巷提供保护，防止其受到上方采空区的影响而发生坍塌。

6. 顶柱高度

顶柱高度取决于上部矿段是否需要有巷道的保护。如果上一个阶段的底板有巷道需要保护，那么需要留顶柱3-5米。顶柱的作用主要是为上方巷道提供支撑，防止其受到下方采空区的影响而发生变形或坍塌。

7.图示说明

下图是红透山铜矿机械化上向水平分层充填法的方案图。

这个方案它是沿走向布置无轨设备、凿岩台车和铲运机。经过斜坡道，然后经分段运输巷道，经联络道进入了采场作业。矿石通过铲运机，然后经过溜井下放到运输平巷。

下图是一个新桥硫铁矿采用的垂直走向布置机械化上向水平分层充填法的方案。

这个方案与红透山的沿走向布置不同的地方，大家可以看得出来，矿房的长度方向。红透山铜矿，它的矿房的长轴方向是沿走向，而这个方案的话它是垂直走向，因此它的采准和矿块参数会有不同。而且从这个大家可以看得出来，基本上矿房和矿柱它的尺寸基本上是相同的。但是沿走向布置方案，像刚才红透山铜矿，矿房尺寸比矿柱要大大很多，基本上是不留矿柱。

下图是一个点柱式上向水平分层充填法的方案图。

大家还可以回顾一下我们前面在空场法里面介绍过的房柱法。在采场中它的点柱的留设基本上是一致的。但是房柱法的话，由于它的角度比较缓，是30度以下，所以说基本上它的矿柱与顶底板，可以说基本上是垂直的。但是大家可以看得出来，这个的方案适用于倾斜矿体。因此不能再按照那个房柱法的方式来进行回采，而是按照分层充填法，一层一层采到上一个阶段。在回采过程中，它就需要有灵活的运输通路，也就是斜坡道，再加上这个分段运输巷道和联络道进入到采场。在每一个分层，就可以相当于是一个房柱法采场进行回采。当然每采一分层要进行重填，然后依次充填到上一个阶段里这个位置。

三、采准切割工程

采准切割工程是机械化上向水平分层充填法中的关键步骤之一。它主要包括采准工程和切割工程两部分。

1. 采准工程

采准工程主要包括阶段运输平巷、穿脉、斜坡道、分段运输巷道、分段运输巷道与采场之间的联络道、溜井以及从采场到溜井之间的卸矿横巷等。此外，在采场的上盘还需要构筑一条充填回风井。

在新桥硫铁矿采用的垂直走向布置机械化上向水平分层充填法的方案中，采准工程的具体步骤如下：

阶段运输平巷：沿矿体走向或垂直矿体走向掘进，用于运输矿石和设备。
穿脉：
垂直于阶段运输平巷掘进，用于连接不同阶段的运输平巷，形成垂直运输通道。
斜坡道：
连接分段运输巷道和阶段运输平巷，形成人员、设备上下通行的通道。
分段运输巷道：
沿矿体走向或垂直矿体走向掘进，位于不同高度阶段，用于运输矿石和设备至阶段运输平巷。
联络道：
连接分段运输巷道和采场，用于人员、设备进入采场作业。
溜井：
设置于采场附近，用于将矿石从采场卸载至下部运输巷道。
卸矿横巷：
连接采场和溜井，用于将矿石从采场运至溜井进行卸载。
充填回风井：
设置于采场上盘，用于充填时的通风和回风。

采准工作，刚才我们以下图为例。

包括这些工程，还有切割工程。我们为了更好的说明，大家看这张图，在新桥硫铁矿采用的垂直走向布置机械化上向分层充填法的方案中，它的采准工程包括：一个是阶段运输平巷、穿脉，然后是斜坡道、分段运输巷道、分段运输巷道与采场之间的联络道，还有就是溜井以及从采场到溜井之间的这个卸矿横巷。除此之外这里还有一条，在这个采场的上盘还有一条充填回风井。那么在上一个阶段位置要有一条充填的联络道完成这些工程。就完成了这个矿块的采准工作。

2. 切割工程

切割工程主要是在第一分层进行，其目的是为回采作业创造初始条件。切割工程的具体步骤如下：

拉底平巷：
从联络道开始，掘进一条拉底平巷至矿房端部，用于形成初始的回采空间。
拉开矿体：
沿矿体全厚和矿房全宽进行拉开作业，形成完整的回采空间。
构筑人工假底：
在底板上面构筑钢筋混凝土底层或人工假底，以保证回采底柱时的安全。

四、回采工艺

回采工艺是机械化上向水平分层充填法的核心部分，它决定了采矿效率和矿石质量。回采工艺主要包括分层回采崩矿、通风、护顶、出矿、充填准备、充填和浇灌混凝土底板等步骤。

1. 分层回采崩矿

分层回采崩矿是回采工艺的第一步。它采用凿岩台车进行凿岩作业，根据矿体的稳固性和开采条件，可以选择浅孔崩矿或中深孔崩矿。

浅孔崩矿：
分层高度一般在5米以下，适用于矿体稳固性较差或开采条件复杂的情况。
中深孔崩矿：
分层高度可以达到5米以上，适用于矿体稳固性较好或开采条件简单的情况。

凿岩作业完成后，进行爆破作业，将矿石崩落。

2. 通风

通风是保障作业人员安全和设备正常运行的重要环节。在回采过程中，需要保持良好的通风条件，以确保作业区域的空气新鲜和有害气体浓度控制在安全范围内。

3. 护顶

护顶是为了维护顶板稳定性，防止顶板冒落伤人。在回采过程中，需要采取适当的护顶措施，如架设棚架、喷射混凝土等。

4. 出矿

出矿是将崩落的矿石从采场运出至运输巷道的过程。它采用铲运机进行作业，将矿石铲运至附近的溜井，然后通过溜井卸载至下部运输巷道。

5. 充填准备

充填准备是为充填作业创造条件的步骤。它需要将采场中的设备、电缆等撤出，并构筑封闭墙将采场封闭起来。同时，还需要准备充填管等充填设备。

6. 充填

充填是将充填料运送至采场并进行填充的过程。它采用管道输送方式，将充填料从上一个阶段运输巷道经过充填联络道、充填井下放至充填采场中。充填料的种类和配比需要根据矿岩的稳固性和开采条件进行选择。

7. 浇灌混凝土底板

当充填量满足要求并凝固后，需要在顶面浇灌一层混凝土底板。混凝土底板的作用是防止崩落的矿石或粉矿渗入充填料中，同时保证凿岩台车和铲运机行驶在充填底板上的安全。

我们以刚才10-6b也就是新桥硫铁矿的方案为例来进行介绍。对于回采来讲，首先是要进行分层回采崩矿。它的分层高度与我们前面所讲的普通上向分层充填法有点不一样的地方。普通上向分层充填法一般是采用浅眼，但是这里面由于采用机械化程度高的设备，它可以使用凿岩台车。凿岩台车既可以打浅眼，也可以打中深孔。像目前这个凡口铅锌矿，它的就有两种，一种是浅孔崩矿，一种是中深孔崩矿。浅孔崩框它一般可以是在5米以下。中深孔崩矿可以达到5米以上一个分层。每一层作业循环相同。一个循环包括崩矿、通风、护顶、出矿、充填准备、充填和浇灌混凝土底板。

最后一个平台进行充填接顶。下面我们以新桥硫铁矿的方案图为例来进行说明。大家从这个图可以看出来，首先我们从这个分段巷道掘进一条联络道，通过联络道，我们的人员、设备（凿岩设备、铲运机）都可以通过联络道进入这个采场。那么在采场中可以打上向眼，也可以打水平眼。一般如果是水平眼的话，那么分层高度比较低。如果说采用上向眼的话，可以采用这个浅孔，也可以采用中深孔。如果采用这个中深孔的话或者是水平孔的话，根据矿房这个长度，工作线的长度可能要实行梯段作业。那么在打完眼之后，可以一次爆破，也可以分次爆破。

爆破下的矿石用铲运机把它铲运到附近的溜井，通过溜井卸到下一个运输巷道里面，通过这个电机车运输到主溜井。矿石运搬完毕就要进行充填准备。充填准备一个是要把采场中的设备包括电缆要撤出去，像风水管、凿岩台车还有包括我们的其他的一些设备设施。首先撤出去。撤完之后，要在这个联络道的口子上面构筑一个封闭墙，把里面封闭起来。做好这些工作之后，还要准备充填管。

做好这些工作之后，我们充填料就可以经过上一个阶段运输巷道，然后经过充填联络道，经过充填井，把充填料下放到充填采场中，对这个分层进行充填。当充填量能够满足要求凝固之后，我们要对这个顶面要浇灌一层混凝土底板。浇灌混凝凝土底板的目的，一方面是防止崩落的矿石或者粉矿渗入到充填料中，另一个方面是要保证我们的凿岩台车和铲运机行驶在充填底板上面的安全。还有就是铲运机在铲运过程中不会铲到充填料。把这个完成之后，要进行下一步的回采相关的准备，完成一个循环。