上向水平分层尾砂胶结充填法在施墩铁矿的应用

李月先 刘允秋 武 飞

(1.南京水利科学研究院；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)



上向水平分层尾砂胶结充填法在施墩铁矿的应用

李月先1刘允秋2,3,4武 飞2,3,4

(1.南京水利科学研究院；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

施墩铁矿矿石品位高，回收价值大，但地质条件相对复杂，涌水量较大，由于该矿区地处平原，地表多为良田，地表不允许陷落。为了更多地回收矿石，维持地压平衡，根据该矿床的矿体赋存特征、开采技术条件，选择空场法和充填法进行技术、经济综合分析对比，最终确定采用上向水平分层尾砂胶结充填法,保证了地表生态平衡及矿山经济效益。

上向水平分层充填采矿法 采空区 胶结充填

太平矿业有限责任公司施墩铁矿位于长江西岸，矿区范围由4个拐点坐标组成，开采面积 0.286 2 m2，矿体倾角大多10°～15°，部分矿体倾角40°左右。该矿石品位高，TFe平均品位在46%左右，品位相对稳定，且分布均匀，回收价值大。但地质条件相对复杂，涌水量较大，矿区地下水是以地下迳流形式渗流，总流向由南而北，和长江在本区域的流向一致，地下水位坡降很小，矿区各类含水层均有程度不等的水力联系。矿区附近有村庄、农田、公路等，地表不允许陷落。为了回采更多的矿石，且维持地压平衡，依据开采条件，亟需选择一种回收率高、保证开采区地表不陷落，保护地表生态平衡的采矿方法。

1 开采方案

矿山建设规模为20万t/a，矿山总服务年限为10 a，其中达产期1 a(含基建期1.0 a)，减产期1 a，稳产期8 a。

采用地下开采。在矿体走向上，由东向西后退式回采；在矿块内自下而上开采，首采-185 m中段。

2 采矿方法选择

2.1 采矿方法选择原则

①生产安全，有良好的作业条件和环境；②适应性和灵活性强，能适应矿体形态的变化；③生产能力大，效率高；④贫化损失率小；⑤技术先进，工艺简单可靠；⑥有利于地压管理，能保证采区不贯通第四系含水层；⑦能耗少，成本低，投资省，经济效益好；⑧采切工程量小，建设时间短，投产快。

2.2 采矿方法选择的影响因素

(1)矿床地质因素。矿区内主要矿体埋藏50～188 m，为一隐伏热液充填为主的接触交代～热液型铁矿床，矿体围岩多为大理岩类、方解石岩类、闪长岩类，部分为角岩类、少量角砾岩及安山玢岩。受地下水压力大等综合因素的作用，工程地质条件稳定性差，危害性突出。

(2)水文地质因素。区内第四系埋藏厚度大，富水性强；矿床埋藏较深，矿体及其顶板岩层富水性中～强，巷道直接进水，水压大；裂隙岩溶含水层与第四系含水层之间虽有厚度0～26 m弱透水岩层起到相对隔水作用，但在构造裂隙、岩体接触带裂隙发育处或该层变薄尖灭处，往往是第四系强含水层与裂隙岩溶含水层沟通的有利通道，故未来巷道突水现象严重。本矿床属于顶板直接进水，有稳定的地下水补给来源，故其水文地质条件属于复杂类型。

(3)其他。矿区地表多为农田、村庄，有地方公路从地表移动范围内通过，地表不允许陷落。

2.3 采矿方法比较

根据施墩铁矿床的矿体赋存特征、开采技术条件及水文地质条件，特别是该矿区地处平原，地表多为良田，地表不允许陷落的情况，选择充填采矿法、空场采矿法。该两种采矿方法的比较见表1。

采用无轨运输设备(铲运机)出矿。通过对比分析，选择上向水平分层尾砂充填法开采。该采矿方法具有回采率高，机械化程度高，矿块生产能力大，劳动生产率高等优点。

表1 充填采矿法和空场采矿法对比

3 上向水平分层尾砂胶结充填采矿法

3.1 采矿方法构成要素

矿块沿矿体走向布置。依据矿岩稳固情况及矿体赋存条件，矿块宽度取6～8 m，矿块长度取50 m，单个采场顶板暴露面积控制在400 m2以下。矿块垂高为中段高度50 m，间柱6 m，底柱高5 m，不留顶柱。

3.2 采准切割

采准工程主要有脉外运输巷、装矿穿脉、人行通风天井、联络道、矿石溜井、充填回风井等；切割工程有切割巷道。

首先施工脉外运输巷道(2.4 m×2.6 m)，并垂直矿体方向掘进装矿穿脉(2.1 m×2.2 m)。自装矿穿脉上掘溜矿井(φ2.0 m)至底柱上侧，上部各分层采用顺路架设的钢溜井。平底结构，在底柱上侧向两翼施工切割巷(1.8 m×2.0 m)至设计位置止，并切采至矿体上盘边界。在切割平巷、靠近间柱上

掘脉内人行通风天井(1.8 m×2.0 m)，掘进天井联络道(1.8 m×2.0 m)至矿房。

每个矿块布置一个充填回风井、一个顺路架设的矿石溜井和行人泄水井及一个人行通风天井。上向水平分层尾砂胶结充填法采切工程量见表2，采矿方法见图1。

表2 上向水平分层尾砂胶结充填法采切工程量

图1 上向水平分层胶结充填采矿方法(单位：m)

矿块的采切比为13.92 m/kt(标准m)，副产矿石率13.0%。

3.3 回采工作

3.3.1 矿石开采量的分配

矿山副产矿石率为13.0%，达到20万t/a生产能力时的产量分配见表3。

t

3.3.2 回采工序

回采工序主要有凿岩、爆破、通风、出矿、平场、充填[1]。

3.3.2.1 凿岩爆破

采用YT-28风动凿岩机浅孔凿岩,孔径42 mm，孔深2.5 m，孔距1.2 m，排距1.0 m。炮孔崩矿量1.6 t/m、凿岩机台班效率取40 m、凿岩机年作业率取60%。经计算，每个矿块需配置1台YT-28凿岩机，共需6台。

采用乳化炸药，人工装药，对于尺寸大于400 mm 的块矿采用人工或爆破进行二次破碎[2]。

上向水平分层尾砂胶结充填法回采计算见表4。

表4 上向水平分层尾砂胶结充填法回采计算

考虑到采场内出矿死角和不规则的边角矿体无法回采的损失以及矿体尖灭处留作隔水矿柱损失，井下矿石实际回采率要略小于95%。另外，由于实际生产中矿柱视情况进行回采，贫化率也会随之降低。经计算，矿山达产20万t/a时，主要回采设备装置见表5，主要回采材料消耗见表6。

表5 主要回采设备 台

3.3.2.2 采场运搬与放矿

每个采场需布置1台2JPB电耙，共需6台。采场内采出矿石经电耙装入1.5 m3矿车，直接提升出矿。

3.3.2.3 矿柱回收

设计留设有5m高的底柱(岩石)和6 m宽的间柱,待本中段所有矿房出矿工作结束后，采取上向水平分层尾砂胶结充填法进行间柱回收。

表6 主要回采材料消耗量

3.3.2.4 顶板管理与采空区处理

(1)顶板管理。采场内爆破完通风40 min后，撬毛工进行撬毛问顶，安全检查，以保证采场内安全作业。对于顶板不稳固的局部地段设计采用锚杆或锚网进行支护，必要时采取锚杆及金属网联合支护，对于岩石及其破碎地段进行砌碹支护。

(2)空区管理。采用尾砂胶结充填法对空区进行充填，维持地压平衡。

3.4 充 填

充填材料为选厂(筹建中)磨矿后的全尾砂，不足部分采用河沙、废石等补充。胶凝材料选择强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。采场出矿完毕，清理好底板粉矿后架接充填管路。

采用尾砂胶结充填，灰砂比为1∶6～1∶8，充填管路由中央天井敷设，泄水由钢结构泄水井泄入中段巷道。泄水井采用φ1 500 mm、8 mm厚钢板制成，筒壁钻φ25 mm的孔，外围包麻布。充填系统见图2。

3.5 采场通风

采场内采用YBT-5.5和YBT-11局扇通风，每次爆破完毕，新鲜风流进入采场工作面，污风经由人行天井、上部充填回风井排出，通风约40 min后由矿山安全工作人员对采场、掌子面进行有毒气体检测，达标后作业人员方可进入采场作业。

4 技术经济分析

采矿技术经济指标见表7。

通过采矿技术经济分析，充填采矿法具有矿石回收率高、贫化率低、可以有效控制地压、采矿安全性高、综合利用率高、减少尾砂堆存占用土地、保证地表生态平衡等优点。另外，由于采用无轨运输设备(铲运机)出矿，上向水平分层尾砂充填法采矿还具有回采率高、机械化程度高、矿块生产能力大、劳动生产率高等优点。

5 结 语

通过采矿技术经济分析，综合各方面因素，施墩铁矿采用上向水平胶结充填采矿法进行开采。不仅解决了地表不允许塌陷、不允许污染等问题，还具有较强的安全性，经济效益和社会效益较显著。

[1] 吕志文,刘允秋.上向水平分层胶结充填法在东际金矿的应用[J].现代矿业,2016(5):32-33.

图2 充填系统

项目矿石回采率/%贫化率/%采切比/(m/kt)副产矿石率/%出矿能力/(t/d)TFe出矿品位/%矿石容重/(t/m3)同时工作矿块数/个数量9511.4113.9213.011035.253.456备注标准矿块计算值标准矿块计算值(综合贫化率8.5%)

[2] 王运敏.中国采矿设备手册：上册[M].北京:科学出版社，2007.

2016-07-27)

李月先(1969—)，男，高级工程师，210000 江苏省南京市广州路223号。