金青顶矿区急倾斜破碎矿体下向进路充填采矿法的优化与应用

李施庆 李洪浦 刁子航 王靖丹

摘要：随着采深增加，金青顶矿区采用的高水固结尾砂下向进路充填采矿法存在采矿效率低，回采安全性差，矿石质量管理困难，工人劳动强度大等问题。根据矿区急倾斜破碎矿体开采技术条件，开展了采矿方法及实施工艺优化试验研究，最终确定了C料尾砂下向进路充填采矿法为最佳方案，并且在现场工业试验中取得了采矿损失率4.43 %，矿石贫化率3.52 %，单个采场生产能力56.6 t/d的良好技术经济指标。

关键词：急倾斜;破碎矿体;下向进路;充填采矿法;人工假顶;C料胶结充填

中图分类号：TD853.34文章编号：1001-1277（2021）11-0044-05

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20211108

下向进路充填采矿法因其回采作业安全性高、支护工作量小等优点被广泛应用于复杂破碎矿体开采[1-4]。山东金洲矿业集团有限公司金青顶矿区（下称“金青顶矿区”）位于山东省乳山市下初镇，主矿体受断裂蚀变带控制，矿岩极破碎，并且在断层泥的影响下导致围岩极易脱落，稳固性极差。矿区采用高水固结尾砂下向进路充填采矿法，电耙出矿，效率较低;同时，受胶结材料及充填工艺等的影响，充填体存在强度低、接顶效果差，与钢筋网胶结效果差等问题。基于此，亟需对矿区急倾斜破碎矿体采矿方法和施工工艺进行优化，以达到矿山精细化、低贫损、安全高效开采的目标，从而提高矿山经济效益，延长矿山服务年限。

1工程概况

金青顶矿区-590 m-1#盘区位于-590 m中段1勘探线—4勘探线，该盘区沿矿体走向划分为3个采区，地质矿量102 896 t，金品位5.37 g/t，金金属量552.55 kg。矿体大致形态为板状，走向30°，平均倾角60°，平均厚度7 m。由于矿体赋存于构造蚀变带内，导致矿体上下盘围岩结构不稳定，岩石极破碎，并且存在隐性三角节理。针对矿区内急倾斜破碎矿体，该矿山一直采用高水固结尾砂下向进路充填采矿法（见图1）进行回采，该方法能有效减小顶板暴露面积，提高作业安全性，同时，回采进路布置灵活，易于实现探采结合。

高水固结尾砂下向进路充填采矿法采场长50 m，宽度为矿体水平厚度，中段高40 m，分层高3.4 m，进路宽3.0 m。采切工程采用下盘人行溜井加分层道布置，YT-27型气腿式凿岩机凿岩，电耙装岩机联合出矿，高水材料充填。矿石贫化率15.00 %，采矿损失率8.00 %，采场生产能力30.0 t/d。根据矿区长期的实践经验，该采矿方法逐步暴露出以下问题：

1）电耙出矿，工人劳动强度大，生产能力低。

2）矿房只有1条溜井，矿石质量管理困难，采矿损失贫化大。

3）高水充填成本高，充填体后期易风化、碳化，最终强度不高、安全性差。

4）力学稳定性未知，构筑工艺有待优化。

2采矿方案优化

针对上述工程概况，结合金青顶矿区急倾斜破碎矿体开采技术条件与采矿方案选择原则[5-7]，初步选择2种适合于矿区实际情况的开采方案：方案一，C料尾砂下向进路充填采矿法（见图2）;方案二，人工假顶下向交错分段充填采矿法（见图3）。

C料尾砂下向进路充填采矿法采用自上而下在人工假顶保护下分层回采矿体，进路回采属于掘进式回采，全进路断面爆破，铲运机经分层联络道出矿，待上分层回采完并充填结束后再回采下一分层。人工假顶下向交错分段充填采矿法采用后退式回采，先回采上分段矿房，回采结束后立即充填，待强度达标后开始回采下分段矿房，回采结束后通过上分段脉外出矿横巷立即充填，最后对上分段矿柱和下分段矿柱进行回采。详细分析了2种采矿方法的优缺点和技术经济指标，结果见表1。

从表1可以看出：人工假顶下向交错分段充填采矿法回采时具有较大自由面及补偿空间，回采强度较高，但随着回采作业的进行，所暴露的顶板面积越来越大，产生的回采安全隐患也越来越大，从而增加了支护工作量和费用，同时为了保证矿房的稳定性，阶段需留有顶柱，造成贵重金属矿石的损失。而C料尾砂下向进路充填采矿法可有效降低回采暴露面积，减少支护工作量，且人员在人工假顶下作业安全性高，采矿损失贫化低，故选择C料尾砂下向进路充填采矿法作为金青顶矿区急倾斜破碎矿体的最佳回采方案。

3工业试验

3.1盘区及采场结构参数

工业试验地点为-590 m-1#盘区，根據优选结果，采用C料尾砂下向进路充填采矿法回采金青顶矿区急倾斜破碎矿体。盘区沿矿体走向划分为3个采场，采场长为25 m，宽为矿体水平厚度，中段高40 m，首采层结束后及时构筑人工假底，然后自上而下在上分层假底的保护下依次回采。首采层从上中段探矿穿开始回采，高2.5 m，宽2.5 m，当矿体极破碎时可适当缩小进路长度和宽度，从第二分层开始进路宽度改为3.0 m，高度改为3.4 m。

3.2采切工程布置

采用下盘脉外斜坡道加分段巷采准方式，自斜坡道垂直于矿体在-559.492 m、-569.683 m、-579.872 m水平分别掘进各分段联络巷，分段运输巷沿矿体走向平行布置于矿体下盘，断面3.1 m×2.7 m，分段运输巷与斜坡道之间通过分段联络巷相连，从各分段运输巷以不同坡度垂直于矿体掘进采场联络巷与采场连通。采准切割工程量见表2。

3.3回采工艺

1）回采顺序。采场自上而下顺序回采，单条分段运输巷服务3个分层：第一分层由分段运输巷上掘联络巷至矿体，第二分层由分段运输巷水平掘进联络巷至矿体，第三分层由分段运输巷下掘联络巷至矿体。盘区内出矿、支护、充填等工序在时间上可以互相错开，确保出矿量的稳定。

2）凿岩爆破。采用单臂式凿岩台车凿岩，乳化炸药进行爆破。针对下盘三角矿体改用7655手动式凿岩机进行局部回采。

3）采场通风。新鲜风流由新竖井→5勘探线主运巷→斜坡道→分段联巷→分段运输巷→分层联巷→采场，新鲜风流清洗采场后，污风由2.5勘探线脉外通风天井排至-590 m中段的0.5勘探线回风系统。由于采场沿脉进路回采，独头掘进，因此必须辅以局扇强制通风。

4）采场支护。下向采场回采是在上分层的假底下作业，安全性较好，一般不支护。若遇到顶板质量较差的情况可采用木架或锚杆+金属网进行临时支护。

5）采场出矿。矿石通过1 m3柴油铲运机铲装至矿石溜井，经溜井进入-590 m中段，由电机车牵引外运。

6）采场充填。金青顶矿区早期采用高水材料进行充填，该材料具有早期强度高、不需脱水、无毒害的优点，但由于高水充填体中自由水、吸附水含量较高，后期流失或蒸发易造成充填体风化或碳化，导致强度下降，同时，高水固结充填体与钢筋间黏结强度低，易形成弱面和应力集中，也会直接影响充填体的整体稳定性。优化后的采矿方法以C料作为胶凝材料，全尾砂作为充填骨料，料浆浓度为68 %～72 %，由-550 m中段主充填管路接至-550 m中段2.5勘探线充填管路井，然后充入采场，经过规定时间的脱水、养护后达到一定强度，不仅能降低充填成本，还能更好地保障采场稳定性。

各采场在出矿完毕后铺设人工假底，厚度为1.6 m。 人工假底钢筋网按0.36 m×0.36 m的网度构筑，横向钢筋外端预留0.25～0.30 m钢筋钩，与相邻进路钢筋焊接，紧邻上下盘进路要在岩帮上安装锚杆，与钢筋网焊接，形成完整的人工假底，确保下分层进路回采安全。普通充填采用C料（灰砂比1∶10）充填料浆直接进行接顶充填，待充填体养护结束后即可回采相邻进路。

3.4主要技术经济指标

C料尾砂下向进路充填采矿法采用盘区多进路交替式回采布置;采用下盘脉外斜坡道、分段运输巷、分层联络巷及脉外出矿溜井的无轨采准系统;采用无轨设备凿岩、出矿;构筑C料尾砂钢筋网人工假顶护顶，极大地提高了矿区机械化水平，降低了工人劳动强度，同时也保证了作业环境的安全性。

通过对-590 m-1#盘区进行C料尾砂下向进路充填采矿法工业试验，最终取得了良好的技术经济指标，与高水固结尾砂下向进路充填采矿法主要技术经济指标对比情况见表3。由表3可知，C料尾砂下向进路充填采矿法较高水固结尾砂下向进路充填采矿法具有生产能力高，采矿损失贫化低等优点，并且能够保证回采作业的安全性，达到金青顶矿区安全高效生产的目标。

4结论

1）针对金青顶矿区采用高水固结尾砂下向进路充填采矿法回采存在的不足，通过方案对比优选出C料尾砂下向进路充填采矿法作为矿区急倾斜破碎矿体开采的最佳方案。

2）现场工业试验结果表明，C料尾砂下向进路充填采矿法能保证作业采场的稳定性，确保矿石安全高效回采，并且较高水固结尾砂下向进路充填采矿法生产能力大幅提高，采矿损失贫化显著降低，可为急倾斜破碎矿体开采提供参考借鉴。

[参 考 文 献]

[1]张天宾，袁洪臣.我国黄金矿山下向胶结充填采矿法的技术进步研究[J].世界有色金属，2019（20）：83，85.

[2]周述峰，公培森，宋恩祥，等.下向进路充填采矿法在嵩县山金的应用[J].黄金，2020，41（5）：36-39.

[3]李湘洋，宋卫东，杨勇，等.焦家金矿下向进路充填采矿法人工假顶优化设计及应用[J].黄金，2020，41（1）：30-33.

[4]黄丹，郑志杰，崔松.下向进路充填采矿法人工假顶强度及配筋参数研究[J].现代矿业，2019，35（9）：43-46，55.

[5]隋永乐，姜建君，孙晓明.关于金矿采矿方法的优化选择思考[J].世界有色金属，2021（4）：36-37.

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Optimization and application of downward approach filling mining method

for steeply inclined broken orebody in Jinqingding Mining DistrictLi Shiqing，Li Hongpu，Diao Zihang，Wang Jingdan

（Shandong Jinzhou Mining Group Co.，Ltd.）

Abstract：With increasing mining depth，the highwater tailings solidification downward filling mining method used in the Jinqingding Mining District becomes poor in mining efficiency and safety，leads to difficulty of ore management and high labour intensity.Based on the technical conditions of steeply inclined broken orebodies of the district，experimental research on the optimization of mining methods and construction process was conducted.The C material tailings downward approach filling mining method was decided as the optimal scheme，and has achieved good technical and economic indexes in field industrial test，include mining loss rate 4.43 %，mining dilution rate 3.52 %，single stope capacity 56.6 t/d.

Keywords：steeply inclined;broken orebody;downward approach;filling mining method;artificial false roof;C material cementation filling

收稿日期：2021-06-18; 修回日期：2021-09-17

基金項目：国家自然科学基金项目（51974043，51774058）

作者简介：李施庆（1979—），男，山东莱州人，工程师，从事采矿及管理等工作;山东省乳山市下初镇南东庄，山东金洲矿业集团有限公司，264500;Email：2980389205@qq.com