非煤固体开采结课论文上向水平分层干式充填采矿法.doc

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非煤固体矿床地下开采

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上向水平分层干式充填采矿法

摘要：

充填采矿法作为一种绿色的的采矿方法，能够很好的控制围岩崩落和地表下沉，随着矿床埋深的不断增大，在矿山中正得到越来越普遍的应用。

本文介绍一种新型的采矿法——干式充填采矿法，通过对该方法特点、分类、使用条件以及实际案例的分析，对干式充填采矿法进行了全面的介绍，并对其未来进行了展望。

关键词：

干式充填上向水平分层干式充填系统系统评价

近年来，随着浅部矿产资源逐渐减少，矿床开采深度正不断增加，面对的地压问题也越来越严峻。

充填开采作为一种绿色开采方式不仅能够减少或者避免地表沉陷，而且可以很好地控制地压。

随着充填技术不断的进步，充填开采在矿山的应用正得到较快的发展。

本文介绍了充填法的一种——干式充填法，指出了干式充填法的特点、分类和使用条件，并对上向水平分层干式充填法做了详尽的阐述，以期对充填采矿法在矿山的普及工作有所帮助。

一、干式充填采矿法的特点和适用条件

（一）特点：

（1）将矿块划分为矿房和矿柱，先采房，后采柱，两步骤回采。

矿房是自下而上分层回采，随着回采工作面的向上推进，逐层充填采空区的维护上、下盘围岩，同时为继续上采创造作业条件。

（2）干式充填采矿法多用废石作为充填料，充填料利用主充填井下放到井下，再用其他运输送到工作面进行采场充填工作。

（3）矿房回采到最后一个分层后，要进行接顶充填。

（4）矿柱回采工作是在采完一批矿房以后或采完一个阶段后进行。

（二）适用条件

适用开采品位高，价值高的矿石；（采矿体厚度小于4米的）；开采矿石稳固，而围岩不稳固的急倾斜薄到中厚的矿体；矿体太厚时，充填工作量大，输送充填料和在矿房中铺平充填料的工作太繁重；缺乏水力充填的廉价材料；矿山开采中自然涌水量大，不宜采用水力充填法开采；缺乏水源地区的矿山，用水力充填法供应不上水。

（三）干式充填法分类：

按工作面形式不同，可分为三类，即：

上向水平分层干式充填法；倾斜分层干式充填法；削壁充填采矿法。

二、上向水平分层干式充填采矿法

（一）上向水平分层干式充填采矿法特点：

属于干式充填法的一种，与干式充填法总的特点基本相同。

它也是两步骤回采，向下而上分层回采。

随着工作面以向上推进，逐层充填采空区，用以支撑上、下盘围岩并造成不断上采的作业条件。

当矿房采到最后一个分层后，要进行接顶充填。

矿房采完后，再有计划地回采矿柱。

（二）矿块构成要素

（1）矿块布置方式

矿块布置方式分为沿走向和切走向两种。

沿走向布置——当矿石与围岩比较稳固的条件下，矿体厚度又不超过10—15米时，采用沿走向布置。

切走向布置——矿体厚度＞10～15米时，用切走向布置。

（因为围岩不稳固，允许暴露的面积小，因而以10～15米为界）。

（2）矿房长度

矿房的长一般宜控制在50米以内。

如果矿体厚度超过50米，则在矿体的垂直走向方向上布置两排矿房，在两排矿房之间留沿走向的纵向矿柱。

1-沿脉平巷2-人行天井3-联络道4-充填天井5-溜矿井

（3）阶段高度

阶段高度一般为30～60米（常用的是35～45米）。

阶段高度过大，在生产中会产生一些困难，如：

当矿体厚度不大，而矿体倾角变化大时，会引起架设流矿井的困难；当矿体很厚，出矿量很多时，溜井下部磨损大，维护困难。

（钢溜井可通过10～15万吨矿石，予制混凝土溜井一般达不到10万吨矿石）。

（4）矿房的水平暴露面积

矿房的水平暴露面积，主要取决于矿石的稳固性。

当矿石稳固时，水平暴露面积多在300～500M2之间；当矿石很稳固时，可达到800～1200M2或更大，（个别矿山达到2000M2）。

（5）矿柱尺寸

1）间柱宽度：

间距宽度取决于间柱的回采方法和矿岩的稳固性以及矿体厚度。

用充填法回采间柱时，可留7～10米。

当矿石和围岩不太稳固且地压较大时，则应取较大的尺寸。

间柱留的过小，受的压力大，不易回采矿柱；间柱留的过大，则又形成较大的采空区。

当矿体很薄时（3～4米的薄矿脉），也可以不留间柱，此时采用在矿房之间浇灌混凝土隔墙的办法；

2）顶柱厚度

当上部运输巷道需要保护时，则应当根据矿石的稳固性和矿房的大小，保留3～5米厚的顶柱。

不留顶柱可以简化回采步骤，因而可以减小矿石的损失和贫化，但需要建造人工假巷。

3）底柱高度

对于充填采矿法，由于采准巷道布置简单，在底柱中的巷道很少，并且不在其中进行二次破碎。

故矿石底柱的稳固性破坏较小，因而底柱高度可以小一些。

当矿房位于主要运输平巷之上时，必须要留底柱。

一般在运输平巷上部只留2-3米高的底柱。

（即从运输水平底板算起总计高4-5米）。

（三）采准工作

采准工作包括有：

沿脉和穿脉平巷，天井、联络道，放矿溜井以及充填井。

（1）沿脉平巷和穿脉平巷

为了便于探矿和采矿，一般靠近矿体下盘或上盘边界掘进。

沿脉运输平巷多用于中厚以下矿体的回采中。

当矿体很厚，矿房垂直走向布置时，为了布置溜井方便，相邻矿块采矿互不产影响等，通常采用穿脉运输平巷）。

当矿房和间柱沿走向的长度比较大时，则矿房和间柱分别开凿独立的运输穿脉巷道。

相反，则运输穿脉巷道可开在矿房和间柱的交界外，共用一条巷道。

运输巷道的断面一般为2.1×2.5米，（依运输设备定断面）。

1-阶段运输平巷2-回风巷道3-充填天井4-放矿溜井5-人行通风天井6-联络道（间距4～6m）7-隔墙8-底板9-电耙胶车10-顶柱

11-底柱12-充填料13-崩下矿石14-炮孔

（2）在一个矿房中至少应当有两个天井（一个是人行天井，另一个是定填天井）。

1）人行天井--人行天井一般布置在间柱宽度的中央靠下盘处。

通过联络道与矿房联通。

如此布置，对天井的维护、探清矿体边界和以后回采间柱都很有利。

人行天井断面为（1.5m～2.0m）×2.5米2或2×2米2，其倾角应大于60°，以便回采矿柱时可以改作充填井。

矿体两边的人行通风天井，一般可以采用顺路天井。

优点是可以减少掘进工作量。

同时能适应矿体形态的变化。

顺路天井的断面一般为1.5×1.5米2。

2）充填井--充填井一般布置在矿房中央靠上盘的地方，以减少充填料的运搬距离。

另外在定位时，应考虑到充填井与溜矿井、人行井之间的相互位置，做到既便于工作，而又确保矿房中工作的安全。

充填井的上部出口与上部平巷或短横巷相通，以便倾倒充填料。

充填井的倾角应当保持在60°以上，以便充填料和混凝土能靠自重顺利地溜下充填井断面--应当满足运送充填料，运送材料以及设备等的需要，因而井的断面应当大一些。

（3）放矿溜井

在一个矿房中应设两个放矿溜井，以便于当一个溜井发生堵塞或破坏时，另一个溜井还能继续生产。

（当矿房很小时，有时只留一个溜矿井）。

溜井的位置--溜井应设在矿石运搬距离最短的地方，同时使用的运搬机械不同，应有所区别。

流矿井断面--通常为园形断面，内径为1.5×1.8米2，它是由矿石的块度及出矿量大小确定的。

溜井砌筑--溜井可用混凝土浇灌或予制混凝土砖砌筑成，或者用钢板焊接成园筒（如焦家金矿、红花沟金矿都用钢板）溜矿井的倾角应当大于60°溜井的下口与平巷或横巷相通，并设有放矿闸门。

（4）联络道：

自拉底水平的底板起，在天井中每隔4～6米，垂高布置一条联络道，使之与矿房相通。

两个天井的联络道，在垂直位置错开布置较好，以免充填时两个天井中的联络边同时被堵死。

联络道要和天井掘进同时完成。

联络道断面为1.5×2～1.8×2米2。

（四）切割工作

（1）对于干式充填采矿法，切割工作只有一个拉底工作。

在拉底之前，先在拉底水平掘进一条拉底巷道，它是先由人行天井第一条联络道掘进一条短巷，与溜矿进一相通，然后利用溜矿井出矿，同时把拉底巷道（在矿房中）掘进完毕。

拉底水平位于运输巷道上部2-3米处，拉底巷道断面为1.8×2.0～2×2m2。

在拉底巷边的基础上，向矿房两边扩大至矿房边界。

在拉底区的底板上要浇灌一层厚0.3～0.5米钢筋混凝土作为下阶段回采的保护层。

（即第二种拉底方法--留底柱拉底方法）

（2）拉底的方法可分为无底柱拉底方法和有底柱拉底方法两种：

1）无底柱拉底方法：

（人工底柱）

①无底柱拉底方法适用于开采贵重金属的薄矿脉。

②拉底方法是--从运输平巷开始，在矿房范围内，将平巷开帮，扩大到矿房边界，

再往上挑顶，使总高度达到5～6米。

将矿石运出后，在底层铺0.3米厚的钢筋混凝土底板，在此底板上人工浇注运输平巷，其他空间用充填料充填满，再浇0.2米厚的底板即可。

2）留底柱的拉底方法

在运输巷道顶上留有2-3米左右的矿石底柱，在底柱上拉底，妈先从井中的联络边掘进一条切割巷道（短巷）和放矿溜井连通，以利于用溜井出矿。

利用切割巷道拉底，在拉底巷道的基础上，扩帮形成高为2～2.5米的拉底空间。

然后在上面浇注一层0.3～0.5米厚的钢筋混凝土底板。

上述两种拉底方法，各有自己的优缺点。

无底柱拉底方法的优点是：

可以免除回采底柱的困难，可以提高矿石回收率。

缺点是：

工作繁重，劳动量大，效率低。

留底柱拉底方法的优点是：

效率高，拉底时对巷道的运输工作影响较小。

缺点是：

回采底柱的损失比较大。

（五）回采工作

回采工作一般是按分层进行的，每采完一层，就充填一层，使工作空间始终2.0～2.2米左右的高度。

这样每采充一次便形成一个工作循环。

每一分层的回采作业是相同的。

每一个工作循环包括：

薄矿、撬毛、运搬矿石、充填、浇注混凝土隔墙和底板，加高溜矿开和顺路天井等。

由此可见，缩短一个回采循环时间，即可提高充填法技术经济效果。

（1）薄矿的分层高度

目前国内主要用浅孔崩矿，分层高度少为1.5～2.0米。

如果用中深孔崩矿。

则分层可达4-5米，或可采用两次以致多次浅孔崩矿，逐步形成。

加大分层高度有优点，也有不足。

1）优点：

可减少辅助作业量，（如清场、浇注工作，吊迁设备等）可提高劳动生产率和采矿程度，降低采矿成本。

2）缺点：

撬毛工作困难：

因采空区的空间高达6-7米，工人观察，检查顶板困难。

处理浮石也难，故安全性差。

岩用中深孔薄矿，则必然增加大块，增加了破大块工作量，影响电耙出矿效率。

且污染空气。

若用人工浇注隔墙时，则由于隔墙高度增大，造成浇注工作劳动强度大，困难显著增加。

在条件许可情况下，可以采用高分层回采。

采用高分层的必要条件和应采取的措施是：

矿石和上盘围岩很稳固；有自行式升降台，可随时检查顶板和处理浮石；有输送混凝土浇注隔墙的机械设备；使用高效率的凿岩设备，加大炮孔密度，减少大块率。

（2）凿岩爆破工作

凿岩方式有两种：

利用上向式凿岩机打上向孔；打水平孔。

一般多用上向孔，孔深1.6～2.0米，孔间距0.8～1.2米。

前后排炮孔错开布置，以充填井为自由面崩矿，每分层分为2-3次爆破。

打上向孔，可以集中把眼打定，然后一次爆破，也可分次爆破。

放炮后，集中出矿，适合用电耙出矿。

打水平孔时，只能随打随崩矿，适用于装矿机出矿。

打水平孔崩矿、顶板比较平整，撬碴工作量小，有利于顶板管理，安全性比较好。

（3）矿石运搬

目前国内充填法矿石运搬主要用电耙和装运机两种设备，它们各有优缺点。

电耙子的优点：

坚固耐用，操作简单，维修费低，运搬能力大，（一台28KW电耙，平均生产能力可达120—150吨/台）用