上向水平分层胶结充填法在杜达铅锌矿的应用

徐 雨 ，张东河 ，焦华喆

(1.中国华冶科工集团有限公司， 北京 100176； 2.焦作煤业(集团)新乡能源有限公司，河南 新乡市 453633； 3.河南理工大学 土木工程学院， 河南 焦作市 454000)

上向水平分层胶结充填法在杜达铅锌矿的应用

徐 雨1，张东河2，焦华喆3

(1.中国华冶科工集团有限公司， 北京 100176； 2.焦作煤业(集团)新乡能源有限公司，河南 新乡市 453633； 3.河南理工大学 土木工程学院， 河南 焦作市 454000)

介绍了上向水平分层胶结充填采矿法在杜达铅锌矿的应用情况。该采矿方法能及时充填采空区，有效控制围岩地压，解决了地表塌陷问题，保证了矿山的安全生产，而且提高了劳动效率，矿石回采率提高至95%，贫化率控制在10%以内，矿石的损失贫化指标均降低20个百分点以上，大大提高了矿山的经济效益。

上向水平分层充填法；胶结充填；破碎矿体；巴基斯坦

杜达铅锌矿位于巴基斯坦俾路省南部拉斯贝拉地区的坎拉杰山谷中，海拔高度约550 m，向南逐渐降低与印度河平原相连。矿区有克拉里河从北部流过，该河为常年性河流，不允许陷落。

矿区构造较为发育，由于受东西向的挤压作用，地层弯曲变形形成褶皱，近南北向的逆断裂较发育。矿化带严格受构造控制，矿体赋存于产状近南北向的两翼不对称向斜地层中，矿化体南北方向延展长度为1100 m，东西方向宽度为200～400 m，厚度为10～40 m，埋深为75～1000 m。空间上向北侧伏，侧伏角为30°。根据赋存关系，矿体在空间上分为3个层状矿化带，即从上盘至下盘分别为矿化角砾岩带、黄铁矿带和锌带。矿体上盘发育Plat 3地层的泥岩和泥质灰岩，下盘为具有韵律交错层理的鲕状灰岩和泥岩。

杜达铅锌矿矿岩条件较差，特别是品位较高的1号主矿体，赋存于向斜构造中，且部分矿体赋存于向斜的核部，矿体上盘为泥岩和泥质灰岩，厚度1～3 m，下盘为碳酸盐及脱钙页岩，矿岩节理裂隙发育，f=4～8，稳固性差，上盘围岩较易出现与矿体一起崩落现象。

1 采矿方法

杜达铅锌矿矿体属于厚度、品位变化较复杂的矿体，矿体形态复杂，且富矿体与贫矿体界线模糊，贫化与损失较难控制；矿石属高硫矿石，易氧化，采场内高温、高硫，需有良好通风，以保障安全和适宜的工作环境；围岩为灰岩和泥岩互层，上下盘围岩及矿石皆不稳固，并且受东西向水平主应力影响，采场塌冒严重；东翼矿体零散，且产状较缓，回采难度大。综合考虑上述矿体特征、矿岩稳定性、地应力控制、损失贫化控制、采矿生产安排的灵活性以及安全生产等因素，需解决好采场通风、强采强充，减少采场暴露时间，最大程度控制损失贫化，保证经济效益，因此宜采用上向水平分层胶结充填采矿法进行回采(见图1)。

图1 杜达铅锌矿上向水平分层充填采矿法

对该矿区矿体采用上向水平分层胶结充填采矿法进行开采，不仅能满足安全生产要求，而且能有效防止地表塌陷，同时能将尾砂充入地下，减少环境污染。

1.1 采场结构参数

根据矿区矿体产状、赋存状态变化大等特点，采用上向水平分层胶结充填采矿法进行开采，采场沿矿体走向布置，长度为50 m，预留6 m永久矿柱，宽度为矿体厚度，采场高度为60 m(或为矿体高度)，分段高度为20 m。具体参数如下：

(1) 顶柱：预留3 m厚顶柱；

(2) 底柱：预留7 m厚底柱，底柱上施工0.5 m厚钢筋砼底板，以便今后安全回收底柱；

(3) 分层高度：2.5 m，第一层采高为拉底巷道高度即3.5 m，充填后每一分层采高为2.5 m；

(4) 最大空顶高度：4 m，每次充填高度2.5 m，预留下一分层回采作业空间高度1.5 m。

1.2 采准切割

采准工程由斜坡道掘进分段巷道，分段巷道沿矿体走向布置于矿体下盘。自分段巷道向采场以15%～20%的坡度掘1条采场出矿进路，进路布置于采场中部；最底部分段标高矿体内下盘布置拉底巷道；采场拉底巷道两端矿体下盘布置充填、人行、通风井，此井与总回风巷道联通，回风至主回风井，同时作为人员应急及充填管路安装通道。采场出矿进路随逐层采矿而逐层挑顶垫底形成逐层采场进路，以适应每分层回采进路的要求，每采完一个分段后重新自分段巷道掘进采场出矿进路。

1.3 回采工艺

上向水平分层胶结充填采矿法主要回采工序为：落矿、出矿、支护、充填、通风。

(1) 落矿。利用YT28凿岩机凿岩。采场内先掘上向切割槽，再采用浅孔水平炮孔落矿，孔深3.5 m，孔径43 mm，最小抵抗线0.9～1.2 m。打眼爆破要严格控制矿体回采分层高度及回采界线。因矿堆(或充填体)距顶板近，矿石顶板易于控制并能有效降低损失、贫化。起爆方式采用非电导爆雷管控制爆破，以减小围岩松动圈，防止对矿体围岩稳定性产生破坏。

(2) 出矿。出矿采用3 m3柴油铲运机由采场出矿进路进入采场装矿，运出至采场溜井或采区溜井，溜井下口安装振动放矿机，用来给矿车装矿。

(3) 支护。人员和设备在顶板下作业，随采场暴露面积加大，分层高度增加，必要时对顶板和上下盘围岩进行加固或支护，确保人员、设备安全及连续正常生产。可采用锚杆支护或喷浆支护。锚杆采用直径18 mm螺纹钢，长度2.0 m；采用混凝土锚固药卷锚固。喷射混凝土厚度100 mm，混凝土标号为C25。

(4) 充填。采场充填准备包括砌筑挡墙、架设充填管等，充填管从充填井铺设至采场，准备工作完成后依据采空区实测和杜达充填工艺，确定充填料浆浓度和物料配比，计算充填体体积，从而配备充填料浆。

采用上向水平分层胶结充填采矿法，按上述工艺参数对矿体进行开采，平均每个采场矿房矿量为45579.17 t，采准切割工程量为3552.25 m3，其采切比为62.46 m3/kt。

1.4 采场通风

采场新鲜风流自斜坡道进入分段巷道，随后沿采场出矿进路进入采场，冲刷工作面后通过采场两端的人行充填通风井上至回风井联络道内，汇至总回风巷道后进入主回风井。主回风井将污风直接排出地表。

2 充填工艺

矿山采用戈壁集料+尾砂结构流胶结充填工艺。将戈壁料破碎成最大粒级≤20 mm的戈壁集料运至充填站作为充填集料，选厂尾矿含泥量较大，将其分级后粗颗粒尾矿经自然沉降、脱水后作为充填集料。充填时用铲车将戈壁集料、尾砂添加到充填料制备系统料斗内，计量后，通过输送皮带将充填集料输送至搅拌机中，胶结剂通过螺旋给料机输送到搅拌机中，经强力搅拌制备成符合要求的充填料，通过充填钻孔自流输送至井下，再经井下充填管网自流流入待充采场进行充填。

充填制备站位于采选办公楼前，负责制备充填料浆；充填料浆通过地表～+300 m充填钻孔进入地下充填管路系统。充填钻孔有两个，一用一备，其材质为双金属复合耐磨管，Φ194×25 mm，内径144 mm，工作压力为8 MPa，以水泥浆固井；充填钻孔下口通过弯管与+300 m中段水平充填主管路连接。水平充填主管路通过一段联络巷道后进入+300 m中段沿脉运输巷，与+300～+260 m充填钻孔通过弯管联通。水平充填主管路为16Mn钢管，Φ160 mm×10 mm，工作压力为8 MPa，以快速接头连接；+300～+260 m充填钻孔数量、材质、管径、固井方式与地表～+300 m充填钻孔一致。+300～+260 m充填钻孔下口位置位于+260 m总回风巷道内，通过弯管与+260 m水平充填主管路连接。+260 m水平充填主管路沿总回风巷道铺设，材质、管径、连接方式均与+300 m中段水平充填主管路一致。在回风联巷开口处预留短接，需要充填采场时，在总回风巷道内用16Mn钢制弯管、直管进入风井联巷3～5 m后，用钢制短接通过法兰与水平充填支管连接。水平充填支管材质为钢编复合管，DN150，内径140 mm，工作压力为2 MPa，以法兰连接。水平充填支管通过弯管经人行充填通风井进入采场，将其下口布置在采场中部，其悬挂高度应高于充填高度。

采场充填顺序：按矿房回采顺序进行充填，矿房每一分层回采完毕后即可进行充填。充填前先做好采空区的密闭工作，在分层水平采场的各个出口设置密闭墙，密闭墙采用编织袋装废渣堆砌两层或三层砌筑，充填后需养护3～7 d，等平台凝固后方可继续向上回采。

胶结充填料的配比和需求量计算：根据充填材料试验研究以及充填材料实际情况，设计充填砂浆浓度为0.78，充填体容重为2.10 t/m3，充填体含水率为18%，设计每立方米充填体各材料用量见表1,7 d胶结强度可接近预期强度。

表1 每立方米充填体各材料用量

3 应用评价

(1) 杜达铅锌矿采用上向水平分层胶结充填采矿法，有效控制了上盘岩石不稳、易塌落、空顶高度大的围岩地压问题；解决了地表塌陷问题，使得距离矿体较近的主体开拓井巷工程、尾矿库以及附近河流不被破坏，保证了矿山的安全生产。

(2) 杜达铅锌矿以前采用干式充填法采矿，顶盘围岩难以控制，致使采矿贫化、损失率居高不下，其平均贫化率高达30%，损失率达28.5%，采用上向水平分层胶结充填采矿法后，提高了劳动效率，降低了矿石的损失贫化，采矿回采率达到95%，贫化率控制在10%以内。

(3) 杜达铅锌矿采用上向水平分层胶结充填采矿法后，可以回收以前留设的中段底柱和未回采的剩余矿石，光此项可直接多回采45.5万t矿石，提高了矿山的经济效益。

[1]路明福,宋嘉栋,扈守全,等.盘区交错式上向水平分层充填采矿法在玲南金矿的应用实践[J].矿业研究与开发,2016,36(04):1￣3.

[2]田昌进,何茂才,孙德民.上向水平分层胶结充填采矿法在某矿山的应用[J].有色冶金设计与研究,2011,32(1).

[3]张钦礼,田明华,王新民.机械化水平分层充填法在新桥矿业公司的应用[J].矿业研究与开发,2006,26(S2).

[4]李兴尚,吴法春,许家林.上向水平分层充填采矿法的优化研究[J].金属矿山,2006 (4):16￣18.

[5]马正位,乔登攀,魏学松,等.上向水平分层废石充填法在东大山铁矿的应用[J].有色金属(矿山部分),2009,61(3):3￣5.

[6]王 莉,明世祥,张永达,等.机械化上向水平分层充填连续采矿法在某金矿的应用[J].矿业研究与开发,2015,35(07):5￣8.

[7]陈玉宾,乔登攀,孙宏生,等.上向水平分层充填体的强度模型及应用[J].金属矿山,2014(10):27￣31.

[8]闻奎武,彭 亮,康瑞海,等.高硫极细尾砂充填料强度配比试验研究[J].采矿技术,2016,16(04):40￣42.

[9]任贺旭,李占金,李 群,等.点柱分层充填法的点柱间距优化与稳定性分析[J].矿业研究与开发,2015,35(11):60￣63.

[10]成 涌,戴宏辉,周科礼,等.盘区机械化上向中深孔高分层充填法在铜绿山矿的应用[J].采矿技术,2015,15(06):3￣4,64.

[11]杨 亮.浅谈上向水平分层充填采矿法在获各琦铜矿的应用经验[J].世界有色金属,2016(01):30￣31.

2016￣08￣10)

徐 雨(1985-)，男，江西乐平人，硕士，主要从事采矿工程生产研究， Email:278565444@qq.com。