老厂矿田14#-5矿体胶结充填采矿法接顶问题的探讨

张春芳

(云南锡业集团(控股)有限责任公司老厂分矿，云南 个旧 661007)

老厂矿田14#-5矿体胶结充填采矿法接顶问题的探讨

张春芳

(云南锡业集团(控股)有限责任公司老厂分矿，云南 个旧 661007)

针对高品位、高价值、高含硫发火特性、缓倾斜中厚的多金属接触带硫化矿体，选用上向式水平分层胶结充填法开采，在传统接顶方法人工接顶和砂浆加压接顶都不适用的情况下，提出用胶结充填料浆在采空区内流动后的“自然安息角”来设计接顶方法——砂浆自然安息角法，并提出了矿体顶板围岩近似水平或呈水平状态，充填滤水井一侧的顶板围岩较另一侧高(即顶板围岩的倾角大于6°的情况)和充填滤水井一侧的顶板围岩较另一侧低的情况下，以设计施工倒立喇叭口或施工充填小上山来达到接顶目的的3种接顶方法，对使用充填采矿法的矿山无疑具有很好的借鉴意义。

充填采矿法 接顶问题 砂浆自然安息角法 顶板围岩 倒立喇叭口

1 地质概况

14#-5矿体是老厂矿田接触带硫化矿的主要矿体之一，位于矿田中部，埋藏深度超400 m。矿体产于花岗岩突起的南东倾没部位的凹陷中，呈盆状产出，形态为透镜状，平面呈等轴状展布，向北东倾斜。矿体平均长178 m，宽152 m，面积为27 000 m2；矿体最大厚度29.8 m，平均19.5 m ；倾角一般为0°～20°，最大40°，顶板为中等稳固的大理岩，底板为矽卡岩和花岗岩，其稳固程度随风化程度的不同而异，由稳固到极不稳固。该矿体储量大，品位高，除含主元素Sn，Cu，S外，还伴生有钨、砷、氟等元素。在14#-5矿体的顶板上面还压有储量可观的14#-8矿体和网状矿，并有4 000多m运输巷道需要保护。

2 开采情况

由于该矿体为缓倾斜中厚的多金属高品位高硫矿体，开采中必须有效地控制或杜绝硫化矿的发火，减少氡和氡子体的析出，控制上部地压的较大活动，以保护上部的运输巷道和顺利开采上部矿体。为此，选用上向式水平分层胶结充填法进行开采，并由昆明冶金设计院设计，按此设计施工，现在第一分段的第一、二分层的Ⅰ步骤回采已结束，已进行第三分层的回采，总计已采出矿石132 313.0 t，锡金属1 081.75 t。

3 问题的提出

为使上部矿体和工程在14#-5矿体采后不致受到影响，就必须解决好充填过程中的接顶问题，可以说，接顶问题是充填采矿法中最重要的问题之一，这个问题解决不好，就会引起上部地压的活动，导致上部矿体不能回采，上部的工程受到破坏。而目前遵循昆明冶金设计院的设计，是不能很好地解决这个问题的，照此设计施工，将有很大一部分空间接不了顶。但现在又不可能过多地修改此设计，只能在此设计的基础上寻求解决这个问题的方法。

传统的接项方法有：人工接顶和砂浆加压接顶。但人工接顶劳动强度太大，效率很低，木材消耗也很大；砂浆加压接顶在国外较普遍，国内目前尚无在井下使用效率高而又十分可靠的案例。所以上述2种接顶方法都存在较多的实际问题。

在实际生产中，已实测到充填体砂浆流动后的自然堆积角(或称自然安息角)为5°～7°(灰砂比为1∶5.6，砂浆浓度为62%条件下)，本研究主要就是试图在此参数下探索解决接顶问题的有效方法。

4 解决问题的方法——砂浆自然安息角法

充填体砂浆流动后的自然安息角为5°～7°，为方便起见，取其中间值6°来讨论。

首先，选择比较有代表性的Ⅰ步骤回采的Ⅰ-3进路的31#矿房来讨论(如图1和图2)。由图上可看出，昆明冶金设计院设计的H16充填井，是布置在矿房沿长度方向上的一端，并且每两个矿房共用一个充填滤水井(其他矿房相同)，这样，是不可能接好顶的，因此，现在寻求更为有效的接顶方法，应该是非常必要和及时的。下面以31#矿房为基础，分3种情况来讨论接顶问题。

图1 矿房平面示意

(1) 矿体顶板围岩近似水平或呈水平。如图3所示，在这种围岩条件下，只要当矿体采到最后一个分层，即将接顶之前，以砂浆的自然安息角6°作充填井一侧的倒立喇叭口图，然后将此喇叭口内的岩石刷去，另外，为保证接顶效果，充填井边还应刷去一小部分岩石(图3中以65°角刷去的那小部分)。当这2个喇叭口都形成后，即可进行全面充填，充填后的接顶情况如图4所示。从图4可看出，其充填体完全能充分与顶板围岩结成一体。当然，这只是原充填井(H16)附近那差不多半个矿房多点的接顶(由图可知，充填体已超过Ⅰ-3进路的中线0.5 m)。应该指出，以上所讲的喇叭口都是不完整的，只是一半，只有连同Ⅱ步骤回采的矿柱(即20#矿房)一起才能形成完整的倒立喇叭口。离H16充填滤水井较远的那半个矿房的接顶，仍然是以倾角6°为设计参数，刷去一部分顶板围岩(指图1中EF虚线右边这部分矿房)，形成2个不完整的倒立喇叭口后再充填，就可以保证全部接好顶(图5和图6所示)。

图2 矿房剖面示意

图3 倒立喇叭口设计

(2) 假设充填井一侧的顶板围岩较另一侧高，即顶板围岩的倾角大于6°的情况。这种情况如图7所示，接顶问题比较容易解决，因为顶板围岩的倾角较大，倾角越大，砂浆越容易流动，接顶效果就越好。所以，此时只要将原充填井边刷去一小部分岩石(图7中以倾角60°设计的部分)，形成不完整的小倒立喇叭口，再进行充填。刷去的这部分岩石，也是只能保证H16井附近至铲运机进路中线这部分矿房的接顶(见图8)。离H16井较远的那约半个矿房的接顶，除刷去原充填井边那小部分岩石外(图9中以65°角设计的部分)，还要以砂浆的自然安息角6°来设计一个较大的不完整倒立喇叭口(图9所示)，这个喇叭口的施工也只是施工EF虚线右边这部分矿房(图1所示)。按此设计施工，这种顶板条件下的接顶，就能得到保证(图10所示)。

图4 充填结束后的接顶情况

图5 倒立喇叭口设计

图6 充填结束后的接顶情况

图7 倒立喇叭口设计

图8 充填结束后的接顶情况

图9 倒立喇叭口设计

(3) 假设原有充填井一侧的顶板围岩较另一侧低。如图11所示，这种情况较特殊，只依靠原充填井H16，是很难接好顶的，从砂浆的自然安息角6°入手考虑，工程量太大，是不经济的。在这种围岩条件下，当采完最后一个分层后，依靠原充填井H16能充多少就尽量充填多少(图11中最上层充填体，其表面以角6°自然安息)，然后再从该充填体表面的最高点(图11中A点)开始至接顶空间的最高点的2/3处(此围岩条件是在2.2 m高处)开充填上山通H16井，当然，若开充填井经济就施工充填井，主要是看哪种工程量最省就施工哪种。此处因充填上山才6 m，而充填井则需打10 m，所以就采用施工20°倾角的充填上山的方案(以上比较是以31#矿房来讨论的)。充填上山的规格只需打1.2 m×1.4 m (宽×高)即可，只要能保证充填管进入和方便人员检修即可。按此设计施工，原充填井H16附近这半个矿房即可保证全部充分接顶(图12所示)。离H16充填滤水井较远的半个矿房不可能依靠上面设计的充填上山接顶，也无法用H16井从砂浆的自然安息角6°来寻找方案，只能另想办法。此时施工充填井又比施工充填上山工程量少得多，所以可设计施工一个充填井(图13所示)来达到接顶目的，充填井可接通顶板围岩中的-56 m中段的充填平巷。充填井的规格为1.5 m×1.5 m，只要充填管和人都能进入即可。按此设计，EF虚线右边这半个矿房也能全部充分接好顶了(图14所示)。在这种顶板围岩条件下，上面的设计只用16 m进尺，就能保证整个矿房接好顶。

图10 充填结束后的接顶情况

图11 充填工程设计

图12 充填结束后的接顶情况

图13 充填工程设计

图14 充填结束后的接顶情况

5 结 语

砂浆的自然安息角是随着灰砂比和砂浆浓度的变化而变化的，所以，在采用砂浆自然安息角法来设计倒喇叭口时，必须调查清楚最近一次充填体的灰砂比和砂浆浓度，并测出其具体充填体的自然安息角(就按此角设计倒喇叭口)，而且形成此安息角的工艺必须是成熟的。诸如灰砂比、砂浆浓度的配制和设备的操作以及砂浆的运输等必须是熟练和准确无误的，这样才能保证接顶充填体的自然安息角等于或低于已设计好的自然安息角，使充填料和顶板围岩结成一体，从而达到接顶目的。在不能使用砂浆自然安息角法来接顶时，就考虑用其他方法，总之，对接顶问题，要具体情况具体分析，适用哪种方法就用哪种，如果条件许可，同一个矿房也可考虑上述2种方法联合使用。

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(责任编辑 石海林)

Discussion of Floor-Contact of Cemented Stowing Method in 14#-5 Ore body of Laochang Granite

Zhang Chunfang

(YunnanTinGroupLaochangMine，Gejiu661007，China)

During the mining process with upward horizontal slicing and cemented stowing method in multi-metal contact zone sulfide ore body of high quality，high value，high sulfur combustion characteristics and gently dipping medium thickness，the traditional floor-contact methods，artificial floor-contact and slurry pressurized floor-contact，are not applicable.In order to solve this problem，a floor-contact method-“mortar nature angle of repose method” is designed by using nature angle of repose of stowing material which had flowed in gob.Three floor-contact methods with the aid of inverted bell-mouth or stowing small rise are proposed to realize the floor-contact under three deferent conditions.First，the roof surrounding rock of ore body is horizontal or nearly; Second，the roof surrounding rock on one side of filling filter well is higher than that on the other side(the dip angle is greater than 6°); Third，the roof surrounding rock on one side of stowing filter well is lower than that on the other side.This method sets a good example for the mine with stowing method.

Stowing method，Floor-contact problem，Mortar nature angle of repose method，Roof surrounding rock，Inverted bell-mouth

2013-12-22

张春芳 (1962—)，男，副矿长，高级工程师。

TD853.34

A

1001-1250(2014)-04-039-05