嗣后充填采矿法在冀东某铁矿开采中的应用

王明辉

( 河北省唐山市迁西县安全生产监督管理局， 河北 迁西县 064300)

嗣后充填采矿法在冀东某铁矿开采中的应用

王明辉

( 河北省唐山市迁西县安全生产监督管理局， 河北 迁西县 064300)

针对冀东某铁矿的地质条件和矿产资源利用状况，对矿山的开采方法进行了对比分析。通过采矿方法的改进使得矿石回采率和贫化率都得到良好的改善，使得矿产资源得到合理开发与利用；而且尾砂充填对尾矿处理和环境保护都起到了积极作用，有效改善了矿区环境和安全问题。

嗣后充填采矿法；贫化率；回采率；矿产资源

冀东某铁矿山自1998年开始进行露天开采，2002年后转入地下开采。设计采矿规模为年产铁矿石30万t，矿山采用竖井开拓，浅孔留矿法采矿。

从2007年至今，矿山主要开采-40 m、-85 m和-130 m三个中段，目前-40 m中段已经回采结束，主要回采-85 m及-130 m中段。目前矿山进行二期建设，计划最低开采中段为-400 m水平。

由于现阶段采空区塌陷事故频繁发生[1-3]，对于地表破坏问题比较严重，因此对于空区的处理尤为重要[4-5]。该铁矿结合-85 m和-130 m中段的开采技术条件，为消除采矿作业中的安全隐患和提高铁矿资源回收水平，将矿山现采用的浅孔留矿法改为嗣后充填法势在必行。

1 充填料强度设计

考虑到矿山整个服务期采用的采矿方法与开采顺序不同，导致充填体的作用也不同，相应的充填体强度要求也不相同。

一期开采对象为-85 m和-130 m中段，不论矿体厚薄，均采用浅孔留矿法开采，由于中段矿块的采准工程大部完成，采矿方法的变更已不现实，充填对象为采空的矿房，矿块矿柱不予回采。充填体主要是作为地压支护手段，对围岩提供支撑，降低空区上下盘的闭合，限制矿柱和采场帮壁的进一步破坏，保持岩体区域的稳定性。分析王寺峪矿开采厚大矿体(3.5线～4.5线间矿体矿体一般厚度在40～60 m)地压显现，底部结构及间柱出现剪切破坏，及时充填此类采空区，对相邻矿房的安全生产十分有益。

分析此类充填体的作用，不需要自立，强度可以相对降低，可以采用分级后的粗粒尾砂或者采用低配比胶结充填[6-7]。设计考虑目前充填所需要的尾砂直接取自尾矿库未经分级的干尾砂，为保证充填体必要的强度，采用灰沙比 1∶30的低配比胶结充填。

二期开采对象为-130～-400 m中段的矿体。为提高矿石的回采率，计划采用由下往上的中段开采顺序。针对矿体的厚度，采用不同的充填采矿方法，对厚矿体不留间柱和顶柱，沿矿体走向划分成若干个条带状矿块，分二步回采。

此类厚矿体采空区的充填体除上述作为地压支护手段，保证作业安全以外，某一步采的充填体还作为结构材料存在，必须起到自立墙的作用。因为一步采场充填体在二步采时将会暴露，直至二步采回采结束、空区充填完毕，其强度应能保证充填体自立和能抗爆破冲击，因此一步采形成的空区，采用高配比尾砂胶结充填料，其灰砂比为1∶8；二步采形成的空区，采用低配比尾砂胶结充填或分级后粗粒尾砂充填。

2 空区充填

2.1 充填准备工作

(1) 采场充填井施工。为架设通往采空区的充填管道，应在每个空区(采空的矿房)顶柱上方靠近沿脉巷道的一侧，施工2条直径0.5 m的充填井(见图1)，如有条件充填废石，可以适当加大充填井，以减少充填成本。经统计，-85 m中段有34个采场，-130 m中段有35个采场，每个采场按2个充填井，每条充填井8 m计算，需施工充填井1104 m。

(2) 采场封堵及脱水准备。采场充填前应做好采场的密闭工作，使整个采场与周围一切井巷隔开，以防止充填料的流失和对周围巷道的污染。用混凝土建筑充填泄水隔墙，墙厚不小于500 mm，墙中预埋波纹滤水管，便于充填体脱水。泄水隔墙设置在采场底部出矿进路和间柱联络道中。采空区通道封堵效果见图2，巷道封堵效果见图3。

图1 充填井位置

图2 采场通道封堵效果

图3 巷道封堵效果

充填泄水隔墙按0.5 m厚统计，-85 m中段、-130 m中段封堵工程量见表1。

(3) 移动充填管铺设。井下移动充填管采用DN100 mm高密度聚乙烯管。移动充填管与中段运输巷主充填管连接，敷设至采空区顶柱充填井内。

2.2 充填作业

为防止跑浆事故，减少充填体对隔墙的压力，一个采空区基本分2～3次充完。首次先充填6～8 m 充填料，待初凝后，再接续充满采场。二次充填时应尽可能接顶，必要时进行接顶充填，为确保充填体接顶，生产中可试用压力灌浆。充填结束后应对管路进行冲洗，冲洗水应通过三通管引入巷道排水沟，而不能送入充填区，以免稀释充填料浆，影响充填体的强度。充填体养护时间一般为3个月。

胶结充填效果见图4。

表1 -85 m中段、-130 m中段封堵工程量表

图4 胶结充填效果

3 结 论

充填法的应用将使矿石的回采率由85%提升到充填后的90%，矿柱的回采率由35%提升到80%，矿石贫化率由充填前的11.5%减少到6.1%。使得矿产资源被充分利用。

矿山充填法的应用实现了尾矿的有效资源利用，减少了对地表环境的破坏，同时解决了地下空间的塌陷隐患问题，提高了该矿山的安全性,利用尾废充填空区将会成为今后铁矿发展的主要趋势,能够有效改善矿区生态环境问题。

[1]吉学文,唐绍辉,潘 懿.云南昭通市铅锌矿古采空区塌陷地质灾害治理[J].有色金属工程,2015(03):86-90.

[2]欧阳治华,赵 平,肖 术,等.桃花山矿地表塌陷及下部采空区稳定性分析[J].化工矿物与加工,2012(10):22-25.

[3]卜 华,孙英波,王学森.山东省巨野煤田采空区塌陷预测与治理规划[J].中国地质灾害与防治学报,2008(04):37-41.

[4]肖志奎.充填采矿法在鸡笼山金矿床开采中的应用[J].采矿技术,2014,14(04):4-5.

[5]李叔磊,冯 涛,李石林.条带膏体充填开采地表沉陷研究[J].采矿技术,2012,12(06):9-11，14.

[6]韩 森,张钦礼,张传恕.回采过程中充填体自立可靠性设计[J].采矿技术,2008,8(02):15-17.

[7]杨宝贵,孙恒虎,庄百宏.高水固结充填体的自立[J].有色金属,2000(02):7-10.

2017-08-04)