点柱式上向水平分层充填法在马庄铁矿的应用

陈海远, 马继业

（莱芜矿业有限公司，山东 莱芜 271100）

摘要：马庄铁矿为一个老矿山，其采矿方法经过多次变革，马庄铁矿现采用点柱式上向水平分层充填法，本文详细介绍了点柱式上向水平分层充填法及其在马庄铁矿的应用。通过经济技术指标对比表明，该方法是一种经济、高效、安全的采矿方法。 关键词：点柱；上向水平分层充填法；采场布置要素；采准；回采

作者简介：陈海远（1973-），男，本科，采矿工程专业，主要从事采矿技术和管理工作；马继业（1968-），男，本科，采矿工程专业，主要从事采矿技术和采矿管理工作。

Application of upward horizontal slicing stoping filling method with

pointed pillars in Mazhuang Iron Mine

Chen Haiyuan, Ma Jiye

(Laiwu Mining Co. Ltd, Laiwu 271100, China)

Abstract：As a long-term service mine, the mining method of Mazhuang Iron Mine was improved several times, and upward horizontal slicing stoping filling method with pointed pillars is adopted currently. In this paper application of upward horizontal slice stoping filling method with pointed pillars is introduced detailedly. According to the comparison of technological and economic indicators, it is proved that this method is an economic, high-efficiency and safe mining method. Keywords：pointed pillars; upward horizontal slicing stoping filling method; elements of stope layout; stope preparation; stoping

充填是指用适当材料将地下采矿形成的空间进行回填的作业过程[1]。目前，在我国资源相对紧缺、环保要求日渐提高、建设用地控制严格等条件下，充填采矿法[2-3]得到广泛应用，尤其是在开采难采矿床以及地表不允许塌陷的条件下。

1 概况

马庄铁矿是莱钢集团下属莱芜矿业有限公司的一个老矿山，紧邻莱芜市城区。矿山始建于1958年，于1962年建成投产，生产规模45万t/a，矿山采用地下开采，罐笼竖井开拓。矿床属热液接触交代矽卡岩型磁铁矿床，矿体上盘为大理岩，节理裂隙发育，f = 8~10；下盘为闪长岩，f = 8~12；蚀变闪长岩，f =3~8。

2002年以前，矿山主要采用有底柱分段崩落采矿法，随着社会进步和城市发展，周围土地成为稀缺资源，塌陷区不允许进一步扩大，尾矿库容量有限，采用充填法采矿是矿山发展的唯一选择。自2002年开始采用空场嗣后充填法开采，主要是中深孔分段落矿、铲运机分段出矿的分段充填法和阶段留矿嗣后充填法。因其适用条件受到限制，2003年开始试用点柱式上向水平分层充填法开采，并推广应用至今。

2 点柱式上向水平分层充填法

点柱式上向水平分层充填法是上向分层充填法的一个分支，采用水平分层自下而上逐层开采，每分层回采结束后，即时对分层进行充填，以支撑采空区两帮，并作为下一作业循环的作业平台。凿岩、爆破、通风、撬毛及支护、出矿和充填，完成一个循环后进行下一个循环作业。与上向分层充填法的采场布置不同，点柱式上向水平分层充填法回采时在采场中留有点柱，以增加支撑矿石和上盘围岩的作用[1]。如图1所示，点柱一般为圆形或矩形，圆形点柱直径一般为3 ~ 6m，矩形点柱一般为3m×3m ~6m×6m，点柱间距一般为10 ~15m。

上盘点柱下盘第五层第四层第三层第二层第一层充填体

图1 点柱式上向水平分层充填采矿法示意图

Figure 1 Sketch diagram of upward horizontal slicing stoping filling method with pointed pillars

点柱式上向水平分层充填法一般适用于矿体中等稳固、围岩不稳固的倾斜或急倾斜的矿体

[1]

，它能适应形态不规则、分支复合变化大的矿体，可以精确地沿着很不规则的表面开采。较

大的选择性有利于采出高品位的矿石，这对采矿经济效益来说是很重要的。

点柱上向水平分层充填法的特点是：(1) 用点柱支撑上盘，保护顶板，确保回采安全[4]；(2) 溜矿井、天井统一布置，能很好地适应矿体的变化；(3) 采矿、出矿、充填作业平行交叉进行，充分发挥设备能力和效率[5]；(4) 多层矿体、多个采场组合回采，减少了分别开采的相互干扰和采准工程施工速度的制约；(5) 满足采场大型化的需要，管理灵活，为进一步提高采场综合生产能力提供了空间。

该法在国内外使用广泛，国内有三山岛金矿、新城金矿、南京铅锌银矿、大尹格庄金矿、白象山铁矿和本文介绍的马庄铁矿等矿山使用此法，且都获得了较好的生产和经济效果。有学者还将点柱式和膏体充填技术结合用于煤矿开采的研究。

3 马庄铁矿点柱式上向水平分层充填法

3.1 采场构成要素

马庄铁矿采场高度为阶段高度50m，长度沿走向布置20 ~ 40m（矿体厚度大时取小值、薄时取大值），分层高度3 ~ 4m，铲运机出矿。厚度小于15m时，可以采用人工出矿，以减少采准工程量。由于上阶段采用崩落采矿法采矿，因此采场上部大约两个分层高度的矿石继续采用无底柱分段崩落采矿法回采，以多回采矿石。 3.2 采准工程布置

采用沿脉平巷加穿脉运输，耙巷漏斗式底部结构，在采场一侧布置穿脉联络道，在下盘稳固岩石处布置分段斜坡道、充填井和溜井，并在两分段间的矿内布置充填通风小井，溜井间距30m。每条分段斜坡道服务走向长200~300m范围的矿体，在每一分段（相当于三个分层高度）的下盘掘一条沿脉联络道，每分段的上两层矿体回采要分别掘分层斜坡道通上下分段的沿脉联络道，分层斜坡道的另一端与同一分层的出矿穿脉联络道贯通。斜坡道及联络道规格为3×3m2，溜井规格2×2m2，天井规格2.2×2.2m2。千吨采准比5.6~8m，如图2所示。

ⅠⅠⅡⅠⅡⅢⅢⅠⅢⅢⅡ⒈点柱 ⒉充填通风小井⒊分段斜坡道 ⒋分段联络道⒌溜井 ⒍充填体⒎分层斜坡道 ⒏阶段运输巷⒐覆盖岩石 ⒑采矿进路⒒上水平回风巷Ⅱ

图2 点柱式上向水平分层充填法方案

Figure 2 Scheme of upward horizontal slicing stoping filling method with pointed pillars

3.3 回采工艺 3.3.1采场布置

较薄矿体沿脉布置一排点柱，厚大矿体布置几排点柱，点柱中心距12m，点柱尺寸5×5m，控顶高度 ≤5m，充填高度3 ~ 4m。 3.3.2回采顺序及凿岩爆破

首先由出矿联络道向分段间充填通风小井方向开始回采，以利通风，本分层回采完毕充填前，掘出上一分层的出矿联络巷及分层斜坡道，将岩石充填采场。采用7655气腿式凿岩机凿岩，炮孔直径40mm，孔深2.2 ~ 3m，顶板眼要求3 ~ 5°的水平孔，以保证顶板平整，有利于顶板管理和作业安全。在留点柱时采用光面爆破，且先预留大约1m的尺寸，回采末尾削至设计尺寸。二次破碎与落矿爆破一起进行，要求块度≤600mm。 3.3.3通风及出矿

在上分段的回风巷处安装局扇，抽出式通风。采用0.75m3铲运机出矿，第一分层直接装入矿车，以上分层倒入溜井。人工出矿采场，第一分层比运输水平抬高2m，人力小推车可以直接装入矿车，以上分层倒入溜井。 3.3.4 顶板及矿柱管理

每个采场配备一套长2m及3.5m的摘顶钎杆及探照灯，凿岩或出矿前处理顶板浮石。对较破碎的顶板及不稳固的矿柱，采用喷砼或喷锚网方式进行支护。 3.4 采场充填

充填管由充填天井至采场上分段的充填回风小井，采场细长时，设两个充填回风小井，以保证充填体表面平整，充填高度为至采场顶板1 ~ 2m。每个采场设2 ~ 3个滤水笼子，下部由塑料小管引出。采用空心砖和水泥沙浆封堵各巷道口。充填采用尾沙胶固粉，胶固粉含量0.15 t / m3，浓度60 %以上。充填料浓度和滤水是决定充填质量好坏的关键。 3.5 经济技术指标

马庄铁矿使用的点柱式上向水平分层充填法与阶段留矿嗣后充填法和无底柱分段崩落法的技术经济指标对比如表1所示。采用点柱式上向水平分层充填法后，矿山的生产效率得到了提高，且贫化和损失率得到了有效控制。

表1 采矿法技术经济指标对比

Table 1 Comparison of technological and economic indicators of mining methods

序号 1 2 3 4 5 6

指标

千吨采准比 ( m/kt ) 落矿效率 ( t/台班 ) 出矿效率 ( t/天 ) 损失率 ( % ) 贫化率 ( % ) 炸药单耗 ( kg/t )

点柱式上向水平分层充填法

5.6~8 100 140 18 8 0.3

阶段留矿嗣后充填法

无底柱分段崩落法 19 80 300 25~30 15~25 0.46

5.6 110 110 260 20 0.3

4 结语

由于地表不允许塌陷、以及环保和高效生产等要求，马庄铁矿必须寻找新的采矿方法。马庄铁矿使用矿石点柱支护顶板的充填采矿法，利用多层矿体、多个采场组合回采，既很好地适应了矿体的变化，减少了矿石的贫化和损失，也减少了开采的相互干扰以及采准工程效率的制约，提高了经济效益。通过技术经济指标对比，点柱式上向水平分层充填法是一种经济、高效、安全的采矿方法，马庄铁矿的成功应用有利于该方法的发展和推广。 参考文献

[1] 于润仓. 采矿工程师手册[M]. 北京:冶金工业出版社, 2009.

[2] 邹恒春，彭续承. 尾砂胶结充填法在康家湾矿的应用[J]. 中南工业大学学报，1996, 27(2):141-144. [3] 彭桂村, 孙 辉, 朱先艳. 上向分层干式充填法采矿工艺的改进[J]. 金属矿山, 1997, (1): 50-51. [4] 张精明. 盘区点柱式分层回采尾砂充填法在我矿的应用[J]. 有色金属(矿山部分), 2003, 55(3): 2-3. [5] 樊明玉, 闫顺玲, 张精明, 等. 盘区点柱式分层尾砂充填法的构想[J]. 采矿技术, 2002, 2(3): 33-34.