垂直深孔阶段强制崩落嗣后充填采矿法在书记沟铁矿中的应用

朱 彻，解联库，崔 松

（1．铜陵有色金蟾矿业有限公司，安徽 铜陵244000；2．北京矿冶研究总院，北京100160）

根据书记沟铁矿矿体的赋存条件，采用传统的无底柱分段崩落法回采，其分段高度为12m，开拓和采准的工程量大、时间长、最大生产能力只能达到40万t／a，已经远远无法满足日益扩大的选厂生产规模。回采后采空区无法有效地进行充填，造成地压问题凸显以及地表塌陷，给当地环境造成极大的破坏［1－2］。另外书记沟铁矿生产能力需求的进一步加大再加上后续的采空区处理问题，使得传统的无底柱分段崩落法已经不太能满足现在采矿的需求，垂直深孔阶段强制崩落嗣后充填采矿法可以有效地解决采空区问题，合理控制地压，确保不会造成地表塌陷，并且可以满足日益增长的生产能力需求［3］。

1 技术条件

书记沟铁矿区大面积被新生界地层覆盖，基岩出露不佳，基岩出露面积约占5%。矿体赋存于上太古界色尔腾山群东五分子岩组中，共分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等四个异常区，现进行Ⅳ号矿体的开采。该矿体位于矿区的中东部，向南倾斜，倾角为39°～77°，局部出现地层反向现象，根据目前井下生产探矿揭露的矿体情况来看，矿体水平厚度50～180m，倾角68°～75°，并且形态规则，属于急倾斜厚大矿体［4］。

矿区断裂构造较为发育，坑道和钻孔所见矿体与顶底板接触处一般都较为破碎，矿体内部和围岩中也常见构造角砾岩和断层泥等破碎带。根据坑道和钻孔揭露情况，有五条较大规模的断层分布在IV号矿体内。

2 采矿方法特点

垂直深孔阶段强制崩落嗣后充填采矿法是一种新的采矿方法，该方法在传统的无底柱分段崩落采矿方法的基础上充分结合充填采矿法演变而来。该采矿方法具有采矿工艺简单、矿块生产能力大、生产成本低、地压控制明显等优点。该采矿方法拥有一个大量出矿的阶段有利于保证产量的均衡，爆下的矿石可以对周边的围岩起到临时支撑作用，对爆破后采空区的及时充填有利于减弱地压作用，维护巷道和顶板的安全［5］。目前该种采矿方法在国内外大中型矿山已经得到广泛运用。

3 施工工艺

垂直深孔阶段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法首先在书记沟铁矿4号井1 030～975中段的5号采场进行回采试验。由于是首次使用该种采矿方法，施工过程需要不断地对施工工艺进行调整与改进，通过近一年时间的努力最终取得了良好的经济效果，形成了比较优越的施工方案。

表1 技术经济指标Table 1 Technical and economic indicators

3．1 矿块结构布置

矿块垂直走向布置，矿房宽14m，矿柱宽18 m，长度为矿体水平厚度，矿块高度为阶段高度50 m。具体布置见采矿方法图，如图1所示。

图1 采矿方法布置示意图Fig．1 The layout diagram of mining method

在1 030中段进行凿岩硐室和切割天井的施工，在975中段进行矿块底部结构（装矿进路、拉底巷道）施工。

3．2 采场凿岩与爆破

凿岩施工过程中1 030中段采用T150潜孔钻机向下施工大直径深孔，975中段采用T90钻机向上施工扇形中深孔。采准工作结束后，先对底部中深孔进行爆破，矿石全部出完后形成底部的拉底空间，作为深孔爆破的补偿空间。在这个阶段，中深孔爆破和矿块顶部的深孔凿岩工作可以同时进行，等到矿块底部拉底空间形成以后，以切割天井为自由面再进行深孔爆破回采工作［6－7］。

深孔爆破时采用全孔装药或者全孔间隔装药，侧向崩矿，一次爆破1～2排，可以多排同段挤压爆破，也可以同排分段挤压爆破，直至将整个矿块回采完毕［8］，待矿石出空后立即对该矿房进行尾砂胶结充填。

3．3 出矿路径

采场采用堑沟进路式出矿结构，回采层矿体时两个采场共用一个出矿巷，出矿巷布置在采场底板桃形底柱中，为了出矿方便，出矿进路与矿体走向成45°夹角，同侧进路中心距为15m，采场进路交错布置在采场两侧并且两侧使用不同的出矿穿脉巷道，这样大大提高了出矿的效率，也减小了出矿中事故发生的可能。出矿路径如图2所示。

图2 采场底部结构图Fig．2 The structure of stope bottom

3．4 通风

采场通风路线如下：回采中段—分段石门—分段平巷—采场—回风天井—上盘回风联络巷—上盘回风巷—回风井排出地表。由于采场风路较长，作业面可以安装辅扇辅助通风，清洗工作面的污浊空气，排入回风井。各采场工作面爆破完毕后，必须及时开启局扇，确保工作面空气达到安全规程要求，才可进行后续作业。

3．5 空区充填方案

矿体回采出矿完毕后，封闭采场的所有入口，主要是采场进路口、分段凿岩巷入口和回风口，一般采用砖墙和立模的方式来封闭，采场顶板一侧的回风连接口作为充填管路的入口和充填情况观察口，并在另一侧设排气口［9］。

充填挡墙的设计应该离采场口一段距离，减小采场充填体对挡墙的压力，挡墙或立模的根部可利用毛石、编织袋在交界处按设计高度筑坝。此方法可以大大降低筑坝的工程量。采用全尾砂充填，条件具备时掘进的废石可运入采场经行充填。根据回采间柱的需要并从节约经济成本角度出发，应该采用不同的灰砂比。采场首层5m和顶层5m采用灰砂比为1∶4的尾砂充填，中间部分采用灰砂比为1∶8的尾砂充填，根据现场情况可以加入采场废石充填。

每分层充填完后，充填体中的水由波纹泄水管泄出，为了保障泄水的可靠性，应在一个采场至少配备两条泄水管，并尽量分散布置，同时泄水管应用双层纱布缠绕，防止小孔堵塞，提高泄水速度和可靠度。水流进入中段后流入水仓，适时准备循环利用［10］。

4 施工效果评价

经过大量实践验证，采用垂直深孔阶段强制崩落嗣后充填采矿法过程后，取得了以下效果：

1）增加了阶段高度，减少了开拓和采准的工程量，可以提高采场回采施工进度。

2）一次崩落的矿量较大，提高了生产效率，减小了回采成本。

3）凿岩和爆破作业的安全性提高。

4）矿石出完后对空区立即进行密闭充填，相比较崩落围岩充填空区，其充填密度提高很多，更利于采准巷道的稳定与维护，也减小了地表塌陷的可能性。

5 结论

实践表明，垂直深孔阶段强制崩落嗣后充填采矿法可以有效地解决采空区难处理的问题，合理控制地压并确保地表不会塌陷，比较符合书记沟铁矿的生产实际，保证了矿山生产的安全、高效、经济。该采矿方法在矿山生产过程中得到成功应用，同时也为其他类似矿山提供借鉴。

［1］ 解世俊 ．金属矿床地下开采［M］．北京：冶金工业出版社，1986．

［2］ 古德生，李夕兵 ．现代金属矿床地下开采科学技术［M］．北京：冶金工业出版社，2006．

［3］ 《采矿手册》编辑委员会 ．采矿手册［M］．北京：冶金工业出版社，2005．

［4］ 王 军 ．内蒙古书记沟铁矿地质特征及控矿因素探讨［J］．河南理工大学学报：自然科学版，2010（3）：87－90．

［5］ 董世华 ．冬瓜山铜矿大团山矿床采矿工艺及其应用［J］．金属矿山，2003（8）：8－12．

［6］ 汪旭光，郑炳旭，张正忠，等 ．爆破手册［M］．北京：冶金工业出版社，2010．

［7］ 袁向全 ．平行束状深孔爆破技术的研究［J］．有色金属，1999，51（3）：20－23．

［8］ 魏雪松，乔登攀 ．分段空场法分区回采工艺及其应用［J］．金属矿山，2010（3）：32－39．

［9］ 汪 生，顾家宽 ．嗣后充填阶段矿房采矿法在张家夏楼铁矿的应用［J］．现代采矿，2011（7）：68－70．

［10］ 毛市龙，杨 鹏，蔡嗣经，等 ．尾砂充填采矿法采场预控顶护帮综合技术研究［J］．金属矿山，2011（1）：18－20．