点柱式上向分层充填法在大红山铁矿的优化调整与应用

孙卫 陈浩

【摘 要】点柱式上向分层充填法在大红山铁矿应用过程中，因采矿工艺与采切工程布置的特殊性，开采过程中易出现高边帮、高空顶现象，进行回采，回采过程中发生变化，不良地质体增多，加之回采时因地质条件、围岩稳定性变差，严重影响开采的安全性。大红山铁矿通过对采矿工艺优化，合理调整采切工程布置与回采顺序，增加部分安全措施工程，有效提高了该采矿方法的安全性。

【关键词】转段；贯通；绕道；泄水孔

一、引言

大红山铁矿I号铜矿带150万t/a采矿工程属800万t/a扩产工程之一，开采对象为大红山铁矿I号铜矿带位于A29～A49勘探线间， 50m～850m标高范围内矿体，矿体近东西向展布，走向长2.2Km，倾斜宽0.879Km，勘探面积1.93Km2。I号铜矿带正上方为露天采场，侧上方为哈姆白族废石场，南部为II1主矿体，为减小井下开采对矿体上部与周边工程影响，同时降低贫化率，采用点柱式上向分层充填法进行开采，以适应矿体边界的起伏变化，满足多层矿体、层间夹层不大情况下矿体的安全开采。

二、矿体特征

I号铁铜矿带位于大红山群曼岗河组第三岩性段的中上部。含矿岩石为石榴黑云变钠质凝灰岩、石榴黑云（角闪）片岩、石榴黑云白云石大理岩。自上而下包含Ic、I3、Ib、I2、Ia、I1、Io七个矿体。七个矿体在垂直方向上，铁、铜矿体呈互层产出，且从上至下，由西向东，矿体规模由大变小，由富变贫，由层状到似层状；围岩由石榴黑云白云石大理岩到石榴黑云变钠质凝灰岩，再到石榴黑云片岩、黑云白云石大理岩。矿带七个矿体产状基本一致，整体走向近东西，向南倾斜，倾角一般20°～40°。

三、工程地质条件

矿体顶、底板、夹层由一套火山喷发沉积变质的变钠质凝灰岩、石榴黑云角闪片岩、石榴黑云白云石大理岩等含铁铜的岩石组成，该含礦地层成层产出，层位稳定，火山与沉积特征明显。该地层完整性较好，岩石多属坚硬、半坚硬岩类，矿岩抗压强度较高，稳固性较好。

三、点柱式上向分层充填法简述

1.采场布置及结构尺寸。阶段高度100m，分段高度20m，分层高度3-4m，矿块长度50m，矿块宽度为矿体水平厚度，矿块高度按一个分段高度划分，相邻矿块间留4m宽间柱，矿块内按18m间距留6×6m点柱；采场溜井按300m间距设置，进回风上山按600m间距设置。

2.采切工程布置。沿脉干线布置在矿带的下盘距离最下层矿体约60余m处，回采联道垂直矿体走向布置在矿块中部，联通采准干线与矿体上盘，回采联道水平段与采准干线连接段的坡度控制在约18%以内，采场内布置回风上山，连通上下两个分段的回采联道。

3.回采。采用Boomer281掘进台车打眼，3～4m3柴油铲运机出矿，首分段首采分层回采高度5.5m，采后充填厚度4m，空顶高度1.5m，后续回采分层高度4m。

4.充填。各分层回采结束后及时进行废石、分级尾砂+胶结充填，废石+尾砂充填厚度和胶结层厚度暂分别为3.2m和0.8m，每一分层充填厚度4m（同分层高度）。

四、点柱式上向分层充填法应用过程中遇到的问题

1.转段过程中易出现高边帮、高空顶状态。因点柱式上向分层充填法采切工程特殊性，本分段进行回采前上一分段回采联道须施工到位，作为本分段回采时的充填回风通道，且上下两个分段回采联道在空间关系上垂直对应。当本分段回采至五分层时上下回采联道贯通，边帮、顶板高度达8m以上，回采过程中不能有效的消除围岩隐患。

2.地质条件变化。I号铜矿带在开采过程中工程揭露的围岩条件稳定性较差，与初步设计中围岩稳定性出入较大，通过地质调查，发现不同岩层分界面处，由于层理发育情况增多，岩性组合变化导致岩体稳定性变差，同时因断层带与节理裂隙增多，较大范围破坏岩体完整性，形成不稳定的结构体，岩体结构面间的凝聚力较低，受外力作用或其它诱因影响，沿临空面便产生掉块或垮塌，影响安全开采。

3.回采过程中围岩易出现渗水。I号铜矿带因节理裂隙及层状围岩较多，开采过程中受充填影响，充填水顺节理、裂隙渗透到相邻采场，围岩经充填水侵蚀后，极易发生垮塌。

五、点柱式上向分层充填法优化调整方式

目前I号铜矿带八大系统均已形成，从安全上、工程布置上、持续衔接上、空间关系上、经济上等综合考虑，采矿方法已不具备大面积系统调整的条件，仅能在现有采矿方法的基础上对采矿工艺及参数进行优化调整。

1.优化顶板管理。分段高度20m，分为5个分层进行回采，首采分层回采高度5m，后续分层（第2、3、4分层）回采高度4m，当回采至第5分层时，回采厚度仅剩余3m，因上分段回采联道与本分段回采联道垂直对应，第5分层回采时回采联道与上部进行贯通，出现边帮、顶板达8m以上的情况。针对该情况，在上分段回采联道施工时进行超前支护，同时根据本分段回采现状，提前对上分段回采联道底板积渣进行清理，消除高边帮、高空顶状态下围岩隐患。

2.调整采切工程布置。将位于矿体上盘的充填回风上山调整至矿体中部，缩短上分段回采联道长度，减少上下分段贯通范围与暴露面积，降低下方作业的安全风险。

3.调整回采顺序

3.1针对部分岩石稳定性差，顶板层理、节理等较为发育，生产作业过程中片帮冒顶风险大采场，采用进路式采矿，分层回采结束即接顶充填。

3.2盘区正常开采或转段时因围岩条件差，导致工程无法进入，采用绕采的方式，从矿体下盘施工绕道至矿体上盘后，再进行退采。

3.3组织好分段内各盘区回采循环，保持均衡上升，避免相邻采场充填水影响开采安全性；同时在同一分段内采用跳采跳充的方式，利用备采盘区将充填水进行隔离，减少充填水的渗透量。

4.增加安全措施。于矿体下盘位置施工泄水孔至距离充填体1-2m的位置，将充填水沿泄水孔引出，降低充填体压力对矿柱的破坏，同时缩短充填盘区脱水周期，提高充填体脱水效果。

六、结论

大红山铁矿通过以上几种方式对点柱式上向分层充填法进行优化调整，经长期试验与应用，确保破碎围岩条件下矿体的回收，避免矿体资源浪费，提高了矿石回采率，保障了开采安全性，效果显著。

【参考文献】

1.张小刚，刘超，等 点柱式分层充填采矿法在海下矿床开采中的应用[J].采矿技术，2010（1）：13-14.

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