上向水平进路充填法研究
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江西某铜矿根据类似矿山开采技术条件及采矿方法，分析了上向水平进路充填法的适用性，并对各个采矿方法开展了对比。分析应用了上向水平进路充填法，主要技术指标矿块损失率3%~5%、贫化率8%~10%、生产能力100t/d~120t/d、凿岩台效2.0m/工班、采切比5.2m/kt。摘要：江西某铜矿根据类似矿山开采技术条件及采矿方法，分析了上向水平进路充填法的适用性，并对各个采矿方法开展了对比。分析应用了上向水平进路充填法，主要技术指标矿块损失率3%~5%、贫化率8%~10%、生产能力100t/d~120t/d、凿岩台效2.0m/工班、采切比5.2m/kt。能够实现安全高效采矿。
关键词：上向进路；充填采矿法；采场地压；胶结充填；安全高效
1工程条件概况
江西某铜矿设计区域内含两条矿脉，均呈不规则透镜状、囊状，分布于79~89线之间。北2矿体平均厚度0.8m，金属量13.44万t；北3矿体走向长75m，北倾，倾角60°左右，平均厚度8m，金属量2万t，在83线附近北3矿体被一条结构面断开，两条矿体位置相差隔余米。根据赋存条件及主要矿脉的实际情况，主要选取1780m水平西岩北2、北3矿体(1-1号矿体支脉)作为主要研究区域，作为试验采场进行回采。矿体的类型主要有层状硫化物型矿脉、层状矽卡岩型矿脉以及接触交代矽卡岩型矿脉。
2矿体采矿方法初选
2.1采矿方法选择基本要求采矿方法选择应满足下列基本要求：（1）安全高效：在保证采矿方法适用于矿体特征的前提下，安全性和采矿的高效性是采矿方法选择的关键指标。（2）高回收率、低贫化率：要求回收率大于85%，贫化率小于15%。（3）经济效益高：采矿成本的高低是关系采矿方法选择的重要因素。
2.2类似矿山开采技术条件及采矿方法国内典型矿山的开采技术条件及所采用的采矿方法技术参数如下。2.2.1铜山铜矿倾斜矿体分段空场嗣后充填法采矿地质概况：矿体走向NNW，走向长度约为120m，倾向SW，倾角为45~80°，矿体厚度30m，硬度系数f=8-12。矿体顶板为单硫燧石黄铁矿，稳定性较差；矿体底板为蚀变闪长岩，节理、裂隙均发育，稳定性差。采矿方法：分段空场嗣后充填法采矿。中段高度为40m，分段高度为13m，矿房宽度16m；每个矿房布置2.0m×2.0m的电耙巷道和2.0m×2.0m的人行天井以及2.0m×2.0m溜矿井，采用YGZ-90型钻机施工中深孔进行落矿。矿块先采矿柱后采矿房，矿柱采用胶结充填，充填体凝固7天后强度4.0MPa，矿房采用分级尾砂充填。
2.2.2和睦山铁矿上向进路充填采矿法开采地质概况：和睦山铁矿矿体倾角25°，厚度15m左右；顶板由灰岩和砂岩组成。采矿方法：采用上向进路充填采矿法。采准工程包括分段巷道、分层联络道、溜矿井和充填回风井等。段高9m、层高3m，进路规格为4.0m×4.0m，采用掘进式采矿，炮孔深度3m，炮孔直径48mm。
2.2.3江西金山金矿缓倾斜中厚矿体上向水平分层充填采矿法开采地质概况：金山矿床最厚7.4m，最薄0.80m，平均厚度为4.2m，倾向北东，矿体倾角为20°~30°。采矿方法：矿体划分为划分为7个矿块，长度约150m。矿体倾向水平长度约100m，每个矿块宽度为20m。每个分段服务3个分层即分段巷道垂直高度为10.0m，抵抗线为0.6m~0.7m，眼距为1.4m~1.6m，眼深3.0m~3.5m，每层眼之间交叉布置；采场顶部采成拱形，采用预留空孔的光面爆破方法。
2.2.4采矿方案经济技术指标采矿方案经济技术指标如表1所示。
3试验采场采矿方案设计
依据前文的研究分析，本次采场设计采用上向水平进路充填法进行回采，不留顶、底柱。由于矿量较少，为提高经济效益，设计一、二层采用铲运机出矿，三层及以上采用电耙出矿。
3.1采场结构参数确定回采过程中，一步进路回采时，岩体完整性较好，稳定性相对较高，二步进路回采过程中由于岩体完整性遭到破坏，稳定性较差，因此在进行方案选择过程中需要对一步采进路、二步采进路回采极限跨度进行计算分析，以保证跨度均在安全合理范围之内。应用Mathews稳定图表方法进行进路临界跨度计算。Mathews稳定图表方法是一种相对简单而基于实践的岩石分类系统，该方法已由众多的矿山实践实例所证实，是一种实用的设计分析方法。（1）稳定数N。稳定数N代表岩体在给定应力条件下维持稳定的能力，稳定数N与其影响因素之间的关系可由式(1)表示。N=Q`·A·B·C式(1)式中：Q´为修正的Q值；A为岩石应力系数；B为节理方位系数；C为重力调整系数。根据矿山基本地质条件，矿体的质量等级Q´为0.8、岩石应力系数A取0.365、节理方位系数B取0.56、重力调整系数C取6.44。因此经过计算得稳定数N=1.053。（2）水力半径HR。水力半径R反映了采场的尺寸和形状，水力半径由以下公式确定：HR=面积/周长=xy/(2x+2y)式(2)式中：HR为开挖面容许水力半径，m；x，y分别为采场的跨度与斜长，m。在文中y为采矿过程中一次崩落矿石的高度。当采场暴露面的长短跨度之比超过4∶1时，水力半径系数基本保持不变，这时暴露面的稳定性仅受单向跨度尺寸控制。对于上向水平进路充填采矿法来说，其采场暴露面的长短跨度之比远大于4∶1，采场的稳定性受其单向跨度控制，优化设计时仅需要考虑采场的单向跨度即可。依据有关研究，水力半径与稳定数之间满足式(3)关系，采场极限跨度w、采场长度L和水力半径HR存在式(4)关系。综合理论计算分析，在兼顾安全及高效的前提下进行采场结构参数计算，最终确定采场进路为3m×3m，即进路宽度3m、进路高度3m，回采过程中一步采进路宽3m，二步采进路宽3m。
3.2主要矿块参数北2、北3矿体均沿走向设计两个采场(7983采场、8389采场)。北2矿块设计采场长均为40m，高20m，采幅1.2。不留顶底柱，电耙出矿；北3矿块设计采场长均为40m，高20m。采场进路设计为3.0m×3.0m，进路沿走向布置。设计采场的布置如图3所示。
3.3回采工艺
3.3.1采准工程布置采准工程主要包括充填通风井、人行通风井、探矿穿脉以及脉外出矿巷。其中充填通风井布置于83线下盘，人行通风井布置于81线下盘，延伸脉内巷与77线穿脉相通，作为下盘脉外出矿巷。联络道规格1.5m×1.8m，方位270°，坡度0°，长度工程量参数等见表3。
3.3.2回采工艺设计为两个矿房(7983采场和8389采场)，同时进行采矿作业，控制一个矿房长度为40m。一分层8389采场自联络道向两边施工，回采过程先掘进2.0m×2.0m小断面，到达端部后再进行扩帮，扩大为3.0m×3.0m，采后充填接顶；采联两端进行挡板设置，采联5m范围内进行混凝土充填；7983采场自端部联络道向矿体进行回采。一分层设置人工假底，确保下分段回采。自三分层联络道掘进脉内天井至二分层，进行二分层回采作业。二分层回采至一分层联络道顶部时，施工人工假底，确保一分层采联安全性。北2矿体8389采场一分层从采场联络道自中部向两端进行掘进，采场宽度为1.2m，开采高度3m，采后充填3m，充填接顶；7983采场自端部人行通风井掘进联络道进入矿体，进行回采作业。二分层在一分层充填体上作业，开采高度3m，采后立即充填，充填接顶，完成一个分段的作业。随着分层回采，脉内顺路进行溜井架设，采用3mm钢板进行铺设，设计溜井直径为1.0m。
3.3.3泄水充填体脱水采用预埋快速脱水管方式脱水，充填水自快速脱水管流入充填通风井集体排出。3.3.4出矿采用电耙进行矿石出矿，电耙耙至溜井，溜至1780m中段，再由矿车运输至地表。
3.3.5充填充填管路由1780m中段充填回风井输送自采场。北2矿体回采后进行支护，7985采场充填管路由充填通风井送至北2回采进路，自北2进路送至采场。8591采场充填管路由充填通风井送至83线采联，自采联送至各采场。一步采进路底部采用1∶4胶结充填，充填厚度0.5m，中间部分采用1∶6~1∶10胶结充填，充填厚度1.5m，顶部0.5m采用1∶4胶结充填；二步采进路底部采用1∶10胶结充填，充填厚度0.5m，顶部0.5m采用1∶10胶结充填，中间部分采用废石充填。充填完毕后确保充填接顶。
4结论
主要技术指标矿块损失率3%~5%、贫化率8%~10%、生产能力100t/d~120t/d、凿岩台效2.0m/工班、采切比5.2m/kt。能够实现安全高效采矿。
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作者:许爱辉 单位:江铜集团武山铜矿
