玉水硫銅礦特色干式充填采礦法解析

藍(lán)昌金

（廣東金雁工業(yè)集團(tuán)有限公司玉水硫銅礦，廣東 梅州 514000）

玉水硫銅礦在20世紀(jì)80年代建井，是小型金屬礦山?，F(xiàn)代大型、復(fù)雜的充填系統(tǒng)的運(yùn)用除了材料加工，設(shè)備購(gòu)置，還要在井下設(shè)計(jì)開(kāi)鑿專門(mén)的充填線路，工程大，成本高。本礦依據(jù)礦井實(shí)際地質(zhì)與生產(chǎn)條件，在常年的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索，改進(jìn)，形成了一套符合安全生產(chǎn)規(guī)程，成本低，靈活性強(qiáng)的干式充填采礦法——自采廢石上向水平干式充填采礦法。

1 充填材料

1.1 充填材料來(lái)源

在沒(méi)法使用尾砂和其他新型充填材料的情況下，為了采場(chǎng)充填實(shí)現(xiàn)地壓管理和為上采創(chuàng)造條件，玉水硫銅礦采用上中段自采廢石上向水平干式充填，“就地取材”，充填廢石來(lái)源有兩方面：一是在上中段設(shè)置3.0x2.5m規(guī)格的探礦巷道，掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石用于充填，這是充填廢石的主要來(lái)源；二是利用上中段采準(zhǔn)工程掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石作為充填材料。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

對(duì)于小型金屬礦山，采區(qū)范圍較小，充填物所需量不大，自采廢石干式充填相比于膠結(jié)充填和膏體充填具有如下優(yōu)勢(shì)：①充填料就地取材，供應(yīng)方便，運(yùn)輸距離近，輸送成本低；②干式充填的充填料無(wú)需添加膠凝材料，充填材料成本低；③采下的廢石用鏟車運(yùn)輸，通過(guò)充填井下放至采場(chǎng)充填，無(wú)需配套的充填設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，總體成本低。但與膠結(jié)充填和膏體充填相比有如下不足：①?gòu)U石干式充填接頂效果不好，不利于巖層移動(dòng)的控制；②廢石干式充填的充填體強(qiáng)度比較低，不利于圍巖與頂板的地壓管理。故此廢石干式充填采礦法適合采場(chǎng)水文地質(zhì)條件中等類型以上，采場(chǎng)圍巖中等穩(wěn)定以上的小型金屬礦山。

實(shí)踐表明，對(duì)于中等穩(wěn)定以上的小型金屬礦山，由于金屬量較少，采區(qū)范圍較小，所需的廢石量不大，設(shè)置探礦巷道所產(chǎn)生的廢石可以滿足充填需求，對(duì)于地壓管理和地表下沉問(wèn)題也基本可控。

2 溜礦井設(shè)置

在充填采礦法中，對(duì)于溜礦井類型的選擇，在遵循溜礦井位置的設(shè)置原則[3]上根據(jù)礦井礦體的產(chǎn)狀（主要指傾角與厚度）和礦井的實(shí)際生產(chǎn)條件而定，選擇合理的溜礦井類型，不僅可以減少溜礦井的掘進(jìn)工程量，提高溜礦井的使用率，還能提高出礦效率。玉水硫銅礦的礦石自然安息角為42°～44°（溜礦井傾角范圍），巖石自然安息角為39°～42°（充填井傾角范圍）。原先在采場(chǎng)內(nèi)利用電耙耙礦，由于電耙耙礦范圍有限，耙礦效率較低，礦石留底嚴(yán)重，后運(yùn)用礦用鏟車或鏟車與鉤機(jī)配合的方式取代電耙在采場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)礦石，鏟車最大爬坡角為15°。玉水硫銅礦的溜礦井系統(tǒng)類型大致分為以下四種：

2.1 分層反斜溜礦井

當(dāng)?shù)V體傾角42°～44°或相近時(shí)，將溜礦井設(shè)置在礦體下盤(pán)，再按每分層上采高度為高差，在溜礦井一側(cè)往礦體掘進(jìn)每分層反斜溜礦井，直至揭露礦體。對(duì)于結(jié)束使用的反斜，在溜礦井和反斜連接處用15x20x30cm規(guī)格的預(yù)制混凝土磚（下同）砌筑磚墻進(jìn)行封閉，如圖1所示。

圖1 分層反斜溜礦井

2.2 反斜—人工立井聯(lián)合溜礦井

當(dāng)?shù)V體傾角較大時(shí)，由于溜礦井和礦體的夾角大，使用分層反斜溜礦井的反斜工程量大。為減小溜礦井的掘進(jìn)工程量和提高溜礦效率，在礦體下盤(pán)第一分層反斜的上部溜礦口，用預(yù)制混凝土磚砌筑規(guī)格2x2m的豎直人工井筒與其對(duì)接，形成反斜－人工立井聯(lián)合溜礦井，如圖2所示。

圖2 反斜－人工立井聯(lián)合溜礦井

2.3 下盤(pán)穿脈溜礦井

對(duì)于緩傾斜或水平礦體，以上兩種溜礦井都沒(méi)條件使用，此時(shí)，在下盤(pán)運(yùn)輸巷一側(cè)往礦體下盤(pán)方向掘進(jìn)穿脈，后沿穿脈間隔一定距離往礦體掘進(jìn)多條溜礦井，直至揭露礦體，形成下盤(pán)穿脈溜礦井，由于礦體坡度小于巖石自然安息角，采場(chǎng)內(nèi)的廢石無(wú)法通過(guò)自溜接頂，只能充填部分空?qǐng)?，為增加采空區(qū)頂板的穩(wěn)定性，在階梯型充填體上砌筑2x2m的矩形人工磚柱進(jìn)行支護(hù)，磚柱與頂板間通過(guò)擠塞水泥砂漿進(jìn)行接頂，如圖3所示。

圖3 下盤(pán)穿脈溜礦井

2.4 復(fù)合型溜礦井

對(duì)于厚度較大的緩傾斜或水平礦體，在礦體下盤(pán)穿脈中設(shè)置多條反斜—人工立井聯(lián)合溜溜礦井，如圖4所示。

圖4 復(fù)合型溜礦井

3 自采廢石上向水平干式充填采礦法的具體運(yùn)用

3.1 全面充填回采

當(dāng)?shù)V體傾角等于或大于廢石自然安息角時(shí)，廢石在采場(chǎng)內(nèi)可以自溜結(jié)頂充填，采空區(qū)可以實(shí)現(xiàn)全范圍充填，采場(chǎng)內(nèi)不留設(shè)礦柱。采用反斜—人工井筒聯(lián)合溜礦井出礦。充填井在礦體中沿偽傾斜布置。鏟車通道在礦體上盤(pán)或下盤(pán)巖石中以折返式布置，如圖5。

圖5 全面充填回采示意圖

采準(zhǔn)工程按照上圖掘進(jìn)好以后回采工作自下向上水平分層進(jìn)行，用淺孔崩礦，回采分層高3.5～4m,用上向孔和水平孔分3次崩礦，形成5.5～6.0m高的采空區(qū)。崩落的礦石靠鏟車出礦，礦石出完后，清理底板上的粉礦，用預(yù)制混凝土磚塊砌筑人工立井作溜礦井，然后將從上中段采下的廢石通過(guò)鏟車搬運(yùn)經(jīng)充填井自重下放到采空區(qū)，之后通過(guò)鏟車將下放到采空區(qū)的廢石經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、鋪設(shè)、平整等工序完成充填工作，充填高度3.5～4m，留2.0m作為繼續(xù)上采的作業(yè)空間，隨后在廢石充填體上鋪上一層10cm厚的50#水泥砂漿進(jìn)行硬底化，養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后繼續(xù)上采。

采場(chǎng)主要的生產(chǎn)系統(tǒng)：①通風(fēng)系統(tǒng)：下中段上盤(pán)運(yùn)輸巷→進(jìn)風(fēng)行人斜井→進(jìn)風(fēng)石門(mén)→采場(chǎng)→回風(fēng)石門(mén)→鏟車斜坡道→上中段下盤(pán)運(yùn)輸巷；②出礦系統(tǒng)：鏟車通過(guò)鏟車斜坡道，回風(fēng)石門(mén)進(jìn)入采場(chǎng)搬運(yùn)礦石下放到溜礦井。礦石在下中段下盤(pán)運(yùn)輸巷通過(guò)礦車裝車后由電瓶車?yán)林卸嗡噲?chǎng)。

3.2 階梯式充填回采

當(dāng)?shù)V體傾角小于廢石自然安息角時(shí)，每分層廢石在采場(chǎng)內(nèi)無(wú)法通過(guò)自溜結(jié)頂充填。采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行階梯式充填，即采完一分層后，在采空區(qū)內(nèi)，靠近礦體上盤(pán)處砌筑人工磚墻，后往里充填廢石，再鋪筑水泥砂漿進(jìn)行硬底化，形成階梯式充填體，進(jìn)行采空區(qū)局部充填。采場(chǎng)內(nèi)預(yù)先留設(shè)臨時(shí)礦柱，在每分層進(jìn)行充填之前，用人工磚柱置換，回收礦柱，如圖6。對(duì)于礦體厚度較大，水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜無(wú)法結(jié)頂充填的采區(qū)，為了回采安全，每分層充填時(shí)部分臨時(shí)礦柱作為永久礦柱不再回收。為加強(qiáng)采場(chǎng)頂板礦壓管理，在每分層充填體上砌筑2x2m規(guī)格的人工磚柱進(jìn)行支護(hù)。對(duì)于層里面比較發(fā)育的頂板，實(shí)行錨桿雙重支護(hù)。

圖6 階梯式充填回采示意圖

在每分層的充填體磚墻外側(cè)砌筑鏟車斜坡道連通上下分層。每分層的回采工藝過(guò)程如上1所述。階梯式局部充填加上輔助的支護(hù)手段雖然可以實(shí)現(xiàn)安全上采，但考慮到此充填方法底板暴露面積較大，故只適用于適用于水文地質(zhì)條件中等類型以上，采場(chǎng)圍巖中等穩(wěn)定以上且不容易發(fā)生頂板片幫的小型金屬礦山。

4 結(jié)論

（1）對(duì)于小型金屬礦山，井下設(shè)置探礦巷道所產(chǎn)生的廢石可以滿足充填需求，對(duì)于地壓管理和地表下沉問(wèn)題也基本可控。井下自采廢石干式充填采礦法適用于水文地質(zhì)條件中等類型以上，采場(chǎng)圍巖中等穩(wěn)定以上的小型金屬礦山。

（2）根據(jù)礦體傾角和厚度，結(jié)合礦井水文地質(zhì)條件和實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇合理的溜礦井類型對(duì)較少溜礦井的工程量、提高溜礦效率和礦石在采場(chǎng)內(nèi)的搬運(yùn)效率具有重要作用。

（3）對(duì)于廢石干式充填，當(dāng)?shù)V體傾角大于廢石自然安息角時(shí)采場(chǎng)無(wú)法結(jié)頂充填，此時(shí)在階梯式局部充填的基礎(chǔ)上加上人工磚柱和錨桿雙重支護(hù)可確保采場(chǎng)安全上采。此種充填方法適用于水文地質(zhì)條件中等類型以上，采場(chǎng)圍巖中等穩(wěn)定以上且不容易發(fā)生頂板片幫的小型金屬礦山。