非煤固体开采结课论文——上向水平分层干式充填采矿法

1、非煤固体矿床地下开采大作业学 号: 姓 名: 班 级: 指导老师: 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

2、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。1、 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

3、。 （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。2、 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

4、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1015米时，采用沿走向布置。切走向布置矿体厚度1015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1015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

5、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3060米（常用的是3545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1015万吨矿石，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300500M2之间；当矿石很稳固时，可达到8001200 M2或更大， （个别矿山达到2000 M2）。（5）矿柱尺寸1）间柱

6、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710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（34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35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

7、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

8、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46m） 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(1.5m2.0m) ×2.5米2或2×2米2，其倾角应大于60°，以便回

9、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

10、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46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

11、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1.5×21.8×2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1.8×2.02×2m2。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0.30.5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

12、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） 无底柱拉底方法适用于开采贵重金属的薄矿脉。 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56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22.5米的拉底

13、空间。然后在上面浇注一层0.30.5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2.02.2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

14、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1.52.0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。

15、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1.62.0米，孔间距0.81.2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

16、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120150吨/台）用电耙在采场内既可出矿，又可用来耙平混凝土料，也可用来铺平充填料，效率高。缺点：靠边处矿石耙不干净，要人工辅助清理，要经常移动滑轮。需要有高强度的混凝土底板，否则会增加矿石的损失贫化。装运机的优点是：运输灵活，能比较干净的把矿房内的矿石装运出石。缺点是：不能耙平充填料，也不能用来铺设混凝土。（4）混凝土浇灌工作干式填法的混凝土浇注工作有三项浇注底板。隔墙及放矿流井。有时也要浇注人工假底和顺路天井。 1）浇注底板 为了

17、提高矿石回收率和改进作业条件，要在充填料上（每一分层回采完以后）面铺一层厚为810cm的混凝土，人工浇注混凝土时，效率低，劳动强度大。 另一种方法是把搅拌好的混凝土从充填井下放，倒入采场中，然后用电耙子耙（耙斗翻过来放着）再辅助少量人力劳动即可完成。一个300500米2的矿房，且一个班时间可以铺完混凝土底板。对混凝土底板强度要求一般要求在落矿之前轴向抗压，强度不小 20kg/cm2，且应在铺设后23个班内达到此强度。2）浇注混凝土隔墙。（有的矿山叫护壁）隔墙的作用是将间柱和充填料分开，为以后回采间柱创造条件，以降低矿石损失和贫化。隔墙的厚度各个矿山不一，一般为0.52.0米之间。目前多数矿山是

18、先充填矿房，而后砌筑隔墙的办法。即首先用混凝土予制件做好隔墙的模板，之后进行充填工作，当进行到一个分层还差0.2米时停止充填，改为进行浇注混凝土底板工作，在此同时把混凝土入隔墙内，使底板和隔墙同时完成。这样工作效率比较高。（5）充填工作1）充填的主要目的是利用充填料支撑两盘围岩和作为工人作业的工作台。每采完一层后要进行充填，否则采完下的空区高度加高一层，对采矿作业不方便，且不安全。2）充填工艺矿房情况后，完成一部准备工作后，（如浇注隔墙，加高溜矿井及顺路天井等），之后从充填井向矿房下放充填料，待充填量达到设计要求 的高度时停止，扒平表面，然后铺一层混凝土底板。至此，充填工作结束，又可开始下一次

19、新的循环。3）干式充填所用的材料多用废石，即井下掘进的废石，或开辟专用的采石场掘进废石。对充填料块度要求：块度不要太大，一般不超过300350mm，以及运送上的困难。要求充填料中含硫不应太高，以及含黄沙量应少，其他含粘结性的物质应少。三、干式充填系统 金属矿山在使用干式充填时，多数是矿井上部就近设备采石场，采下的岩石用留井下进行充填，在可能的条件下，尽量利用自重运输。干式充填系统如下方图所示。实际生产中，当开采深度不大，且地表采石条件方便时，可采用多充填井下料。这种可以减少，坑内水平运输工作。当采用主充填井下料方式时，为了不与运矿系统互相干扰，充填井多布置在矿体上盘，力求形成单独充填运输系统。当充填工作量较大时