第十二章 充填采矿法Word文档下载推荐.docx
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目前，充填采矿法在国外金属矿山已获得日益广泛的应用，其所占比重正在持续上升。
例如，加拿大、美国、日本、瑞典、苏联、西德等。
1①
1970年—分层充填法比重为22.2%;
1973年—分层充填法比重为29.1%
1974年—用充填法采出的矿石为2500万吨。
深入充填料中的水泥约价值1000万元；
②又如美国。
1971年—使用充填法的金属矿山数为38个。
其中用充填料回填空区的矿山有：
25个。
1971年美国脉状矿日产矿石量为1200万吨以上的有色矿山，只有6个，而除一个用留矿法开采外，其余均用充填法开采。
③日本充填法使用比例。
1956年占24.5%，1967年占35.2%,1970年占39.0%。
④瑞典情况—在45个矿山中，有13个矿山采用分层充填法开采。
⑤苏联—1965年使用充填法开采的矿石量为14.9%。
1975年使用充填法开采的矿石量为38.0%。
⑥其他国家如澳大利亚、西德、印度、英国、奥地利等国家也都广泛地应用充填采矿法开采有色、稀有金属矿体。
三、充填的目的
（一）进行地压管理
利用形成的充填体进行地压管理，用的控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作面而创造方便条件和安全条件，保护地表建筑物，缓和大面积地压活动，恢复安全生产。
（二）杜绝内因火灾
有些矿山用这种方法来预防有自燃性的矿床（内因火灾或其他灾害）。
[参考]如我国湘潭锰矿，矿体的直接顶板为叶片状黑色页岩，崩落后在有水和空气的条件下，经30～50天后发生自燃。
采用充填法后，杜绝了内因火灾。
（三）为回采矿柱创造了条件
矿房采完以后空场能否及时进行充填，将直接导致矿柱能否进行回采，由此将直接影响矿山三级矿量的平衡和均衡生产。
如我国凡口铅锌矿，用水平分层充填法回采了两侧均为水泥尾砂、胶结充填体的矿柱。
）
（四）为深部、水下开采创造条件。
用于深部开采，水下采矿以及预防冲击性地压。
四、充填材料及其充填料的输送方法。
（一）充填材料来源
①地表堆积的废石；
②掘进坑边的废石；
③选矿厂的尾砂；
④冶炼厂的炉渣；
⑤戈毕集料；
⑥从地表属门采石等。
（二）充填材料的输送方法
可以通过矿车或其他机械运输，也可用风力、水力输送。
目前水力输送应用比较广泛。
五、充填采矿法分类
（一）按充填料的性能和充填工艺特点分类：
胶结充填
可分为：
非胶结充填干式充填
水砂充填
（二）按矿块回采工作面的推进方向和回采工艺特点分类：
①上向分层充填采矿法；
②下向分层充填采矿法；
③壁式充填采矿法；
④削壁充填法；
⑤支架充填法。
六、充填采矿法的适用条件
（一）开采品位较高的富矿，并且要求有比较高的回采率和比较低的贫化率；
或开采稀贵金属。
（二）赋有条件件和开采技术条件比较复杂的矿床，如：
①水文地质条件、矿体形状比较复杂；
②矿体埋藏较深而且地压较大；
③矿石或围岩有自燃发火的危险；
④地表或围岩不允许有大面积沉陷或剧烈移动而需要特殊保护；
⑤露天和地下同时进行开采。
（三）适用于矿石稳固，围岩不稳固的矿床
如果能采用特殊的支护方法或下向分层充填法，也可以用来开采矿石不稳固的矿体。
（四）适用于开采急倾斜矿体
因为急倾斜矿体便于向采场输送充填料，并且可以减少充填不到的空间及充填料接顶的面积。
但是，如果能采用水力或风力充填的话，也可以用于缓倾斜薄矿脉的开采中。
七、充填采矿法与其他采矿方法比较的优缺点：
（一）充填采矿法的优点：
（1）采、切工程量小，灵活性大；
（2）矿石损失、贫化小；
（3）能够比较有效的维护围岩，减少围岩的移动和防止大量冒落；
（4）对于薄矿脉或多品种矿石可以进行选别回采；
（5）可以防止矿床开采的内因火灾；
（二）缺点：
（1）回采工艺和充填工艺复杂。
（2）充填和采矿互相影响，如果回采作业机械化所不能妥善解决，则生产效率和生产能力都比较低；
（3）充填料的开采，加工、输送及其他一系列消耗使矿石成本较高。
开采运输与堆积充填料这些工作所需要的费用占采矿成本的40—50%。
（4）劳动强度大；
2干式充填采矿法
一、干式充填采矿法的特点和适用条件
（一）特点：
（1）将矿块划分为矿房和矿柱，先采房，后采柱，两步骤回采。
矿房是自下而上分层回采，随着回采工作面的向上推进，逐层充填采空区的维护上、下盘围岩，同时为继续上采创造作业条件。
（2）干式充填采矿法多用废石作为充填料，充填料利用主充填井下放到井下，再用其他运输送到工作面进行采场充填工作。
（3）矿房回采到最后一个分层后，要进行接顶充填。
（4）矿柱回采工作是在采完一批矿房以后或采完一个阶段后进行。
（二）适用条件
（1）适用开采品位高，价值高的矿石；
（采矿体厚度小于4米的）；
（2）适用于开采矿石稳固，而围岩不稳固的急倾斜薄到中厚的矿体；
矿体太厚时，充填工作量大，输送充填料和在矿房中铺平充填料的工作太繁重。
（3）缺乏水力充填的廉价材料；
（4）矿山开采中自然涌水量大，不宜采用水力充填法开采；
（5）缺乏水源地区的矿山，用水力充填法供应不上水。
（三）干式充填法分类：
按工作面形式不同，可分为三类，即：
（一）上向水平分层干式充填法；
（黄沙坪铝矿用及红化沟金矿用）
（二）倾斜分层干式充填法；
（三）削毕充填采矿法。
（红花沟金矿用）
二、干式充填采矿法典型方案（上向水平分层干式充填采矿法）
（一）上向水平分层干式充填采矿法特点：
属于干式充填法的一种，与干式充填法总的特点基本相同。
它也是两步骤回采，向下而上分层回采。
随着工作面以向上推进，逐层充填采空区，用以支撑上、下盘围岩并造成不断上采的作业条件。
当矿房采到最后一个分层后，要进行接顶充填。
矿房采完后，再有计划地回采矿柱。
（二）矿块构成要素
（1）矿块布置方式
矿块布置方式分为沿走向和切走向两种。
①沿走向布置——当矿石与围岩比较稳固的条件下，矿体厚度又不超过10—15米时，采用沿走向布置。
②矿块切走向布置--矿体厚度＞10～15米时，用切走向布置。
（由所给尺寸可看出，此数值比空场法要小。
因为围岩不稳固，允许暴露的面积小，因而以10～15米为界）。
（2）矿房长度
矿房的长一般宜控制在50米以内。
如果矿体厚度超过50米，则在矿体的垂直走向方向上布置两排矿房，在两排矿房之间留沿走向的纵向矿柱。
<
干式充填采矿法典型方案>
1-沿脉平巷2-人行天井3-联络道
4-充填天井5-溜矿井
1-阶段运输平巷；
8-底板；
2-回风巷道；
9-电耙胶车；
3-充填天井；
10-顶柱；
4-放矿溜井11-底柱
5-人行通风天井12-充填料
6-联络道（间距4～6m）13-崩下矿石
7-隔墙；
14-炮孔
（3）阶段高度
①阶段高度一般为30～60米（常用的是35～45米）
②阶段高度过大，在生产中会产生一些困难，如：
当矿体厚度不大，而矿体倾角变化大时，会引起架设流矿井的困难；
当矿体很厚，出矿量很多时，溜井下部磨损大，维护困难。
（钢溜井可通过10～15万吨矿石，予制混凝土溜井一般达不到10万吨矿石）。
[参数]阶段高度大，则回采速度慢，当回采上部分层时，矿石的稳固性降低。
对于阶段高度的取值方法：
①当矿体倾角比较大，倾角和厚度变化不大，矿体、轮廓规则时，采用较大的阶段高度；
②当矿床勘探类型越高时，阶段高度可以取的越小。
（4）矿房的水平暴露面积
矿房的水平暴露面积，主要取决于矿石的稳固性。
当矿石稳固时，水平暴露面积多在300～500M2之间；
当矿石很稳固时，可达到800～1200M2或更大，（个别矿山达到2000M2）。
（5）矿柱尺寸
1）间柱宽度：
间距宽度取决于间柱的回采方法和矿岩的稳固性以及矿体厚度。
用充填法回采间柱时，可留7～10米。
当矿石和围岩不太稳固且地压较大时，则应取较大的尺寸。
间柱留的过小，受的压力大，不易回采矿柱；
间柱留的过大，则又形成较大的采空区。
当矿体很薄时（3～4米的薄矿脉），也可以不留间柱，此时采用在矿房之间浇灌混凝土隔墙的办法；
2）顶柱厚度
当上部运输巷道需要保护时，则应当根据矿石的稳固性和矿房的大小，保留3～5米厚的顶柱。
不留顶柱可以简化回采步骤，因而可以减小矿石的损失和贫化，但需要建造人工假巷。
3）底柱高度
对于充填采矿法，由于采准巷道布置简单，在底柱中的巷道很少，并且不在其中进行二次破碎。
故矿石底柱的稳固性破坏较小，因而底柱高度可以小一些。
当矿房位于主要运输平巷之上时，必须要留底柱。
一般在运输平巷上部只留2-3米高的底柱。
（即从运输水平底板算起总计高4-5米）。
（三）采准工作
采准工作包括有：
沿脉和穿脉平巷，天井、联络道，放矿溜井以及充填井。
（1）沿脉平巷和穿脉平巷
为了便于探矿和采矿，一般靠近矿体下盘或上盘边界掘进。
沿脉运输平巷多用于中厚以下矿体的回采中。
当矿体很厚，矿房垂直走向布置时，为了布置溜井方便，相邻矿块采矿互不产影响等，通常采用穿脉运输平巷）。
当矿房和间柱沿走向的长度比较大时，则矿房和间柱分别开凿独立的运输穿脉巷道。
相反，则运输穿脉巷道可开在矿房和间柱的交界外，共用一条巷道。
运输巷道的断面一般为2.1×
2.5米，（依运输设备定断面）。
（2）在一个矿房中至少应当有两个天井（一个是人行天井，另一个是定填天井）。
1）人行天井--人行天井一般布置在间柱宽度的中央靠下盘处。
通过联络道与矿房联通。
如此布置，对天井的维护、探清矿体边界和以后回采间柱都很有利。
人行天井断面为（1.5m～2.0m）×
2.5米2或2×
2米2，其倾角应大于60°
，以便回采矿柱时可以改作充填井。
矿体两边的人行通风天井，一般可以采用顺路天井。
优点是可以减少掘进工作量。
同时能适应矿体形态的变化。
顺路天井的断面一般为1.5×
1.5米2。
2）充填井--充填井一般布置在矿房中央靠上盘的地方，以减少充填料的运搬距离。
另外在定位时，应考虑到充填井与溜矿井、人行井之间的相互位置，做到既便于工作，而又确保矿房中工作的安全。
充填井的上部出口与上部平巷或短横巷相通，以便倾倒充填料。
充填井的倾角应当保持在60°
以上，以便充填料和混凝土能靠自重顺利地溜下
充填井断面--应当满足运送充填料，运送材料以及设备等的需要，因而井的断面应当大一些。
（3）放矿溜井
1）在一个矿房中应设两个放矿溜井，以便于当一个溜井发生堵塞或破坏时，另一个溜井还能继续生产。
（当矿房很小时，有时只留一个溜矿井）。
2）溜井的位置--溜井应设在矿石运搬距离最短的地方，同时使用的运搬机械不同，应有所区别。
3）流矿井断面--通常为园形断面，内径为1.5×
1.8米2，它是由矿石的块度及出矿量大小确定的。
4）溜井砌筑--溜井可用混凝土浇灌或予制混凝土砖砌筑成，或者用钢板焊接成园筒（如焦家金矿、红花沟金矿都用钢板）
5）溜矿井的倾角应当大于60°
溜井的下口与平巷或横巷相通，并设有放矿闸门。
（4）联络道：
自拉底水平的底板起，在天井中每隔4～6米，垂高布置一条联络道，使之与矿房相通。
两个天井的联络道，在垂直位置错开布置较好，以免充填时两个天井中的联络边同时被堵死。
联络道要和天井掘进同时完成。
联络道断面为1.5×
2～1.8×
2米2。
（四）切割工作
1）对于干式充填采矿法，切割工作只有一个拉底工作。
在拉底之前，先在拉底水平掘进一条拉底巷道，它是先由人行天井第一条联络道掘进一条短巷，与溜矿进一相通，然后利用溜矿井出矿，同时把拉底巷道（在矿房中）掘进完毕。
拉底水平位于运输巷道上部2-3米处，拉底巷道断面为1.8×
2.0～2×
2m2。
在拉底巷边的基础上，向矿房两边扩大至矿房边界。
在拉底区的底板上要浇灌一层厚0.3～0.5米钢筋混凝土作为下阶段回采的保护层。
（即第二种拉底方法--留底柱拉底方法）
（2）拉底的方法可分为无底柱拉底方法和有底柱拉底方法两种：
1）无底柱拉底方法：
（人工底柱）
①无底柱拉底方法适用于开采贵重金属的薄矿脉。
②拉底方法是--从运输平巷开始，在矿房范围内，将平巷开帮，扩大到矿房边界，再往上挑顶，使总高度达到5～6米。
将矿石运出后，在底层铺0.3米厚的钢筋混凝土底板，在此底板上人工浇注运输平巷，其他空间用充填料充填满，再浇0.2米厚的底板即可。
2）留底柱的拉底方法
在运输巷道顶上留有2-3米左右的矿石底柱，在底柱上拉底，妈先从井中的联络边掘进一条切割巷道（短巷）和放矿溜井连通，以利于用溜井出矿。
利用切割巷道拉底，在拉底巷道的基础上，扩帮形成高为2～2.5米的拉底空间。
然后在上面浇注一层0.3～0.5米厚的钢筋混凝土底板。
上述两种拉底方法，各有自己的优缺点。
无底柱拉底方法的优点是：
可以免除回采底柱的困难，可以提高矿石回收率。
缺点是：
工作繁重，劳动量大，效率低。
留底柱拉底方法的优点是：
效率高，拉底时对巷道的运输工作影响较小。
回采底柱的损失比较大。
（五）回采工作
回采工作一般是按分层进行的，每采完一层，就充填一层，使工作空间始终2.0～2.2米左右的高度。
这样每采充一次便形成一个工作循环。
每一分层的回采作业是相同的。
每一个工作循环包括：
薄矿、撬毛、运搬矿石、充填、浇注混凝土隔墙和底板，加高溜矿开和顺路天井等。
由此可见，缩短一个回采循环时间，即可提高充填法技术经济效果。
（1）薄矿的分层高度--目前国内主要用浅孔崩矿，分层高度少为1.5～2.0米。
如果用中深孔崩矿。
则分层可达4-5米，或可采用两次以致多次浅孔崩矿，逐步形成。
加大分层高度有优点，也有不足。
1）优点：
①可减少辅助作业量，（如清场、浇注工作，吊迁设备等）
②可提高劳动生产率和采矿程度，降低采矿成本。
2）缺点：
①撬毛工作困难：
因采空区的空间高达6-7米，工人观察，检查顶板困难。
处理浮石也难，故安全性差。
②岩用中深孔薄矿，则必然增加大块，增加了破大块工作量，影响电耙出矿效率。
且污染空气。
③若用人工浇注隔墙时，则由于隔墙高度增大，造成浇注工作劳动强度大，困难显著增加。
在条件许可情况下，可以采用高分层回采。
采用高分层的必要条件和应采取的措施是：
a）矿石和上盘围岩很稳固；
b）有自行式升降台，可随时检查顶板和处理浮石；
c）有输送混凝土浇注隔墙的机械设备；
d）使用高效率的凿岩设备，加大炮孔密度，减少大块率。
（2）凿岩爆破工作
凿岩方式有两种：
①利用上向式凿岩机打上向孔；
②打水平孔。
一般多用上向孔，孔深1.6～2.0米，孔间距0.8～1.2米。
前后排炮孔错开布置，以充填井为自由面崩矿，每分层分为2-3次爆破。
打上向孔，可以集中把眼打定，然后一次爆破，也可分次爆破。
放炮后，集中出矿，适合用电耙出矿。
打水平孔时，只能随打随崩矿，适用于装矿机出矿。
打水平孔崩矿、顶板比较平整，撬碴工作量小，有利于顶板管理，安全性比较好。
※对于充填法，采场内一般不分梯度凿岩，因那样充填工作不利。
但可以先爆破一半，之后充填这一半，而另一半，可进行凿岩，打完眼爆破，出矿后再充填。
也即两半部分交替进行作业。
3）矿石运搬
目前国内充填法矿石运搬主要用电耙和装运机两种设备，它们各有优缺点。
电耙子的优点是：
坚固耐用，操作简单，维修费低，运搬能力大，（一台28KW电耙，平均生产能力可达120—150吨/台）用电耙在采场内既可出矿，又可用来耙平混凝土料，也可用来铺平充填料，效率高。
靠边处矿石耙不干净，要人工辅助清理，要经常移动滑轮。
需要有高强度的混凝土底板，否则会增加矿石的损失贫化。
装运机的优点是：
运输灵活，能比较干净的把矿房内的矿石装运出石。
不能耙平充填料，也不能用来铺设混凝土。
（4）混凝土浇灌工作
干式填法的混凝土浇注工作有三项——浇注底板。
隔墙及放矿流井。
有时也要浇注人工假底和顺路天井。
1）浇注底板
为了提高矿石回收率和改进作业条件，要在充填料上（每一分层回采完以后）面铺一层厚为8～10cm的混凝土，人工浇注混凝土时，效率低，劳动强度大。
另一种方法是把搅拌好的混凝土从充填井下放，倒入采场中，然后用电耙子耙（耙斗翻过来放着）再辅助少量人力劳动即可完成。
一个300～500米2的矿房，且一个班时间可以铺完混凝土底板。
对混凝土底板强度要求——一般要求在落矿之前轴向抗压，强度不小20kg/cm2，且应在铺设后2—3个班内达到此强度。
[参考内容]：
铺设混凝土底板的三种方法：
（实际是混凝土制备输送采场的办法）。
①用喷浆机喷射混凝土方法——实质是将干的胶结构料通过直径为50mm的胶结管导入喷咀，在喷咀处加水向外喷射的方法。
②管道自流输送浇注法——这种方法实质上是在上水平将混凝土料通过直径100～150mm的管道自流到矿房，导入软胶管进行浇注软胶管进行浇注。
③混凝土搅拌机法——它是把搅拌好的混凝土，经压气罐沿管道输送到矿房进行浇注。
2）浇注混凝土隔墙。
（有的矿山叫护壁）
①隔墙的作用是——将间柱和充填料分开，为以后回采间柱创造条件，以降低矿石损失和贫化。
②隔墙的厚度——各个矿山不一，一般为0.5～2.0米之间。
[参考]：
隔墙的厚度到底多厚为合适？
目前尚无可靠的计算方法和充分的实践经验。
矿山用的隔墙薄者为0.5～0.6米，厚者达1.5～2.0米。
经过几个矿山局部揭示的情况来判断，只要分层的隔墙浇注在同一垂直面上，且混凝土的质量比较好，且用充填法回采间柱，则隔墙的厚度有1.0米已够，可保证质量要求。
目前多数矿山是先充填矿房，而后砌筑隔墙的办法。
即首先用混凝土予制件做好隔墙的模板，之后进行充填工作，当进行到一个分层还差0.2米时停止充填，改为进行浇注混凝土底板工作，在此同时把混凝土入隔墙内，使底板和隔墙同时完成。
这样工作效率比较高。
（5）充填工作。
1）充填的主要目的是——利用充填料支撑两盘围岩和作为工人作业的工作台。
每采完一层后要进行充填，否则采完下的空区高度加高一层，对采矿作业不方便，且不安全。
2）充填工艺——矿房情况后，完成一部准备工作后，（如浇注隔墙，加高溜矿井及顺路天井等），之后从充填井向矿房下放充填料，待充填量达到设计要求的高度时停止，扒平表面，然后铺一层混凝土底板。
至此，充填工作结束，又可开始下一次新的循环。
3）干式充填所用的材料——多用废石，即井下掘进的废石，或开辟专用的采石场掘进废石
对充填料块度要求：
块度不要太大，一般不超过300～350mm，以及运送上的困难。
要求充填料中含硫不应太高，以及含黄沙量应少，其他含粘结性的物质应少。
三、干式充填系统
金属矿山在使用干式充填时，多数是矿井上部就近设备采石场，采下的岩石用留井下进行充填，在可能的条件下，尽量利用自重运输。
干式充填系统如下方图所示。
实际生产中，当开采深度不大，且地表采石条件方便时，可采用多充填井下料。
这种可以减少，坑内水平运输工作。
当采用主充填井下料方式时，为了不与运矿系统互相干扰，充填井多布置在矿体上盘，力求形成单独充填运输系统。
当充填工作量较大时，还应放设专门的水平巷道来运送充填料。
四、干式充填采矿法实例
（黄砂、坪铝锌矿实例）
（一）矿床自然条件：
该矿属于高温到中温的热崩矿床。
矿体多产生在火成岩与石灰岩接触带附近的断裂带或破碎带中，形状极不规则，厚度变化在0.5～30米之间，平均8～10米。
倾角由缓倾斜到是倾斜，一般为50°
～80°
，分枝复合现象较普遍。
绝大多数矿体，矿石和围岩都比较稳定。
矿石品位很高，但变化较大，含硫量达20%，崩下的矿石有粘结性。
（二）该矿使用的采矿方法
一直用干式充填法开采。
矿块结构子典型方案相似。
阶可高36米，顶柱厚3～4米，府柱高5米（由于品位高，有时不留底柱，间柱宽7～8米，矿房沿走向布置时，矿块长30～60米。
切走向布置时，矿房宽10～12米。
矿房的水平暴露面积一般控制在500m2内。
采准、切割工作，回采工艺与典型方案相同。
据1972年统计的平均技术经济指标为：
平均采矿强度：
3.62吨/日米2，采切比：
7m/千吨；
矿房平均生产能力：
44.2吨/日；
损失率：
3%；
电耙平均出矿能力：
50吨/台班；
贫化率：
20%；
工作面工人工效：
6.5吨/I班；
平矿直接成本：
8.5元/吨。
五、倾斜分层充填法
一般工艺与典型方案同，只是工作面不是水平，而是倾斜的呈或倾斜工作面，这样有利于耙矿。
（角度一般倾斜45°
～12°
，角度过大不安全）。
六、削毕充填采矿法
（一）削毕充填法是干式充填法的一种。
当开采厚度很小的极落矿脉时，由于矿脉厚度很小，采下矿脉之后的采空区也很小，工人不能在其中工作。
如果将围岩一块采下来，则贫化过大，增加运输和加工费用，在经济上不合理。
其实质是在工作面中，将矿石和围岩分别开采，矿石运搬出来，而废石则留在矿房中作为充填料。
在这种情况下，可以运用分采充填法或叫削毕充填采矿法。
削毕充填采矿法的特点：
这种方法是在阶段中工作面连续推进。
矿块天井多为川之路天井。
由于矿体很薄，故不留间柱，有时留很小的底柱，但也有时不留底柱，而是架设人工
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