急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿方法

伍锡南

摘要：急倾斜中厚矿体开采作为全世界采矿界的难题，国内主要是采用分层填充法、电耙留矿法等；国外多数采用房柱法，比例达到60%以上，填充法比例达到20%以上，其余主要是采用暴力运搬采矿法。但是每个方案在实际使用当中都存在着些许缺陷，因此需要对这些方案进行对比选择，选择最优方法，并在此基础之上进行优化创新，从而保障最终的采矿效益。针对采区露天转地下急倾斜中厚矿体，本文提出了煤矿连续开采干式充填采矿方法。

关键词：急倾斜；中厚矿体；煤矿；采矿方法；连续干式充填；回采工艺

1引言

急倾斜中厚矿体，高效开采一直是全球各地需要解决的技术难题。一方面该类矿体倾斜角较小，崩落矿石无法利用自重在底部完全被放出，此时需要辅以人工扒运、机械运输方式完成；另一方面，该类矿体采场空顶较高，顶板管理难度大，给生产安全带来了极大的隐患。为简化矿床开拓设计、减少采准切割工程量、加快矿山建设要求，提高矿山生产效率，降低采切比，满足矿山地压管理要求，依据急倾斜中厚矿体赋存空间形态，提出采用煤矿连续开采干式充填采矿技术，是解决这些问题的有效途径之一，该采矿方法缩短了采场的回采时间，实现高强度和大规模集中开采，利于对深部地压的管理及控制，使井下人员的工作条件得到一定程度的改善，同时可以提高矿石回收率，减少矿产资源的损失量。

2煤矿连续开采干式充填采矿方法

煤矿连续开采干式充填采矿方法（Avcoa，图1）是对于急倾斜中厚矿体连续开采方法，该方法主要采用分段开拓、分段采准切割、预控顶，采用中深孔连续爆破后退式落矿，铲运机连续出矿，对形成的空区连续干式充填的开采方法（图1）。该方法的优点是连续爆破出矿连续充填空区，即随采随充。理论上，该采矿方法没有采场长度限制，这将减少切割天井数量，达产快、钻孔和循环时间短，提高了劳动生产率，获得了较好的经济效益。在Avoca采矿方法中，采场可以从两端进入，采场的前端用于出矿、钻孔、装药和爆破，采场的后端主要用于充填空区。采矿从一端向另一端线性进行，限制回采顺序；另外该种采矿方法需要大量的废石进行充填，如果井下没有足够的废石，需要从地表倒运废石到井下。充填作业面与爆破工作面之间跨度也是非常重要的参数。矿石回采爆破直接面对充填体，即缓冲爆破，因此此种爆破容易造成矿石贫化，矿石与废石混杂在一起。采用空区监测系统可系统控制矿石贫化。该方法的优点是连续充填保证充填采场上下盘围岩暴露面积小，减少切割工程量，减少来自上下盘围岩的贫化。

图1Avoca采矿方法示意图

3煤矿连续开采干式充填采矿工艺

本文以目前正在开采的某煤矿为列进行分析，此矿体为采区北矿段主矿体，矿体平均水平厚度约10m，阶段高度60m，分段高度20m。主要采用煤矿连续开采干式充填采矿方法（修正的Avoca采矿方法）。

3.1开采顺序及首采中段

（1）开采顺序。垂直方向：采用自下而上的回采顺序，开采上中段矿体时，其对应的下中段采场必须充填完毕。水平方向：中段内采用自回风井方向后退式开采顺序。（2）首采中段。根据开采顺序，基建采切矿块布置在中段，共布置4个采切矿块，3用1备。

3.2采场结构参数与安全出口

（1）采场结构参数确定

矿体厚度小于8m时矿块沿矿体走向布置，矿体厚度大于8m时垂直矿体走向布置。采用各分段单独出矿方式，根据工程类比法，借助其他矿山采用连续开采干式充填采矿方法的采场结构参数；来确定采区采场的结构参数。矿块沿走向长40m，矿块宽度为矿体水平厚度，分段高度为20m。

（2）安全出口

每个分段内在矿体下盘处掘进脉内平巷，上部作为充填平巷，下部作为凿岩出矿平巷。每个分段在矿块两侧设穿脉巷道沟通脉外分段巷、上部充填平巷、下部凿岩出矿平巷。上部充填平巷安全出口有2个。①人员可以经过上部充填平巷、矿块一侧的穿脉巷道到达本分段脉外巷道；②另一个出口可以经过采场到达下分段凿岩出矿平巷、矿块另一侧的穿脉巷道到达下分段脉外巷道。下部凿岩出矿平巷安全出口有2个。①人员可以经过下部凿岩出矿平巷、矿块一侧的穿脉巷道到达本分段脉外巷道；②另一个出口可以经过采场到达上部充填平巷、矿块另一侧的穿脉巷道到达上分段脉外巷道。

3.3回采工艺与安全措施

（1）采准切割

煤矿连续开采干式充填采矿方法是在普通分段空场法的基础上，利用现代采矿装备技术和现代岩石力学的研究成果，将分段空场法的脉外工程全部省去，凿岩巷道、出矿巷道、充填巷道等工程整合在上下2条巷道内，最大程度减少了采准工程量。采准切割工程包括：下部凿岩出矿巷、上部充填通风巷，切割巷、切割天井。下部凿岩出矿巷布置在矿体靠下盘处，以最小的矿量损失和矿石贫化来确定下盘凿岩出矿道的位置。上部通风充填巷在本分段作通风、充填用，同时也作为上一分段的凿岩出矿巷道，也以最小的矿量损失和矿石贫化作为其布置原则。切割巷道布置在矿体的端部，作用有两点：一是作为施工切割天井的通道，二是和切割天井一起作为形成切割槽的爆破自由面和补偿空间。切割天井布置在采场的端部，其作用是为拉槽提供爆破自由面和补偿空间。

（2）回采工艺

在矿房端部布置切割槽，在矿房一侧向另一侧退采。首先在切割巷中钻凿上向平行孔，炮孔排距1.2～1.5m，平行炮孔间距1.2m，炮孔形式根据实际地形、地质情况布置为矩形或梅花形。钻工务必将每个炮孔深度控制在15-20m，偏差不得大于5cm。装药完成后炮孔必须用炮泥堵塞严实，炮泥应用水炮泥和钻土泡泥。炮孔钻孔、装药、连线、堵塞完成后以切割天井为自由面爆破可形成切割槽。切割槽的出矿量应保证采场矿石爆破具有足够的补偿空间，掏槽爆破完后尽可能地出尽，为正常炮孔的爆破提供足够的补偿空间。采场每次爆破结束后，进行通风除尘工作，然后进行巷道和出矿点的安全检查，及时处理安全隐患。矿石采用遥控铲运机出矿，人员在出矿巷道内遥控，这项工作需尽快完成，以减少采场的暴露时间。

（3）采场充填

矿房自一侧向另一侧退采，待形成充填空间后，采用坑内卡车将废石通过充填巷倒入采场至足够高度，形成初始废石堆，坑内卡车在废石堆上排废石。废石堆随矿房退采逐步向前推进，并与出矿工作面保持5m左右的距离，形成下分段爆破、出矿，上分段充填的工作方式。在矿房两侧宽5m左右，采用废石和水泥砂浆混合后充填的方式以形成相邻矿房回采时的隔墙。

（4）采场通风

采场原则上利用矿井主风流进行通风，新鲜风流由分段运输巷经穿脉巷，沿着出矿巷进入采场，污风通过上部沿脉充填巷、穿脉充填巷回风至上部分段，汇集至回风井排出。局部通风不畅时，采用FBD-55×2型局部通风机辅助通风。

结论

采用煤矿连续开采干式充填采矿方法进行回采，可以将分段空场法的脉外工程全部省去，凿岩巷道、出矿巷道和充填巷道等工程整合在上部充填巷和下部凿岩出矿巷内，最大程度减少了采准工程量。煤矿连续回采，提高了出矿能力，矿石采用遥控铲运机出矿，增加了施工人员的安全性。煤矿连续回采，增加了采场充填料的使用，井下废石可以直接用于充填采场，不需提升至井上，节省了提升运输费用。煤矿连续回采可不留顶底柱及间柱，提高了矿块回采率。煤矿连续回采，打破了传统观念，为生产组织和管理创造了便利条件。

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