肖柏林，楊志強(qiáng)，2，高 謙

（1．北京科技大學(xué) 金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2．金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅 金昌737100）

下向進(jìn)路式充填法是充填采礦法的一種，特點(diǎn)是回采順序由上而下，除了第一層中的進(jìn)路外，每一層的進(jìn)路都是在膠結(jié)充填形成的人工頂板上進(jìn)行回采作業(yè)，是一種較安全的采礦方法。進(jìn)路可以分為傾斜進(jìn)路和水平進(jìn)路，傾斜進(jìn)路一般5°～12°，以達(dá)到更好的充填接頂［1］。進(jìn)路充填采礦法礦石回收率高、貧化率低，但回采充填作業(yè)強(qiáng)度大、勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，要求進(jìn)路充填接頂，適用于礦巖條件極不穩(wěn)固的礦體或礦巖條件穩(wěn)固、礦石品位高、經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的礦體［2］。

進(jìn)路式充填采礦法分為上向和下向，在我國(guó)有色金屬和黃金礦山普遍應(yīng)用，并針對(duì)實(shí)際情況不斷改進(jìn)。如金川40多年來(lái)通過(guò)不斷研究高濃度膠結(jié)材料技術(shù)、膏體泵送技術(shù)及充填體與圍巖穩(wěn)定性原理等組成的高效膠結(jié)充填技術(shù)，滿足其年產(chǎn)量超過(guò)460萬(wàn)t、年充填量超過(guò)150萬(wàn)m3的要求［3］。小官莊鐵礦的上向進(jìn)路膠結(jié)充填，通過(guò)數(shù)值模擬確定了充填進(jìn)路寬高都為3．5m，進(jìn)路長(zhǎng)50m，并提出通過(guò)挑頂、多點(diǎn)下料和添加減水劑等方法有效解決充填接頂率低的問(wèn)題［4］。武山銅礦下向進(jìn)路式充填采礦，進(jìn)路寬5m，高3m，生產(chǎn)能力達(dá)5 000t／d［5］等。

目前，國(guó)內(nèi)采用進(jìn)路式膠結(jié)充填的礦山及各大研究實(shí)驗(yàn)室針對(duì)膏體充填材料制備、充填體穩(wěn)定性分析、采場(chǎng)進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、膏體強(qiáng)度理論及充填體質(zhì)量及穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)等各方面都進(jìn)行了長(zhǎng)期實(shí)踐研究，并取得了顯著成果。如在膏體充填的材料及配比方面，對(duì)高水速凝材料、高水固結(jié)尾砂等的研究及應(yīng)用［6－7］；基于可靠理論對(duì)下向進(jìn)路充填采礦方法的充填體強(qiáng)度確定、進(jìn)路參數(shù)改進(jìn)、承載層穩(wěn)定及評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究［8－9］；在充填體質(zhì)量、作用機(jī)理及穩(wěn)定性研究方面，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及有限元分析數(shù)值計(jì)算等手段，得出膏體承壓及變形特性，指導(dǎo)了實(shí)際生產(chǎn)中的回采順序、采場(chǎng)進(jìn)路布置及如何降低充填成本等，并指明盤區(qū)間不宜留礦柱［10－12］。

進(jìn)路式充填采礦方法的理論已經(jīng)非常成熟，但是在實(shí)踐中，由于礦山的地質(zhì)條件、成本控制等各不相同，在采礦工藝上普遍存在差異，尤其在采用人工混凝土制作假底方面，效率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大；在充填接頂問(wèn)題上難以達(dá)到一次充填即接頂?shù)男Ч?，而只能采取事后或被?dòng)接頂措施［13－16］。云南毛坪鉛鋅礦根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐總結(jié)后，形成了一套高效、安全、經(jīng)濟(jì)、成熟的下向進(jìn)路充填采礦方法，盤區(qū)平均生產(chǎn)能力超過(guò)450t／d，損失率3%～5%，貧化率6%～8%，充填體冒頂事故為零，充填接頂率超過(guò)95%。

1 工程概況

毛坪鉛鋅礦屬于云南馳宏鋅鍺股份有限公司所有。毛坪礦由河?xùn)|片區(qū)、河西片區(qū)和河西井口片區(qū)整合而成，目前集中開(kāi)采河?xùn)|片區(qū)，上有洛澤河經(jīng)過(guò)，地表標(biāo)高為＋910m，目前已形成的主運(yùn)輸中段有910m中段、760m中段、720m中段、670m中段。正在施工的中段為610m中段以及非國(guó)有化整合之前的910m以上老中段。礦區(qū)采用平硐—盲斜井—盲豎井聯(lián)合開(kāi)拓。

礦區(qū)目前已探明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)三個(gè)礦體，其中Ⅰ號(hào)為主礦體，占總儲(chǔ)量的80%以上，Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)礦體產(chǎn)狀不規(guī)則。Ⅰ號(hào)礦體賦存于上泥盆統(tǒng)D33－2地層中，走向長(zhǎng)300～350m，傾斜延伸長(zhǎng)，呈透鏡狀，走向?yàn)楸睎|—南西走向，傾角70°～80°，屬急傾斜礦體，主要礦石礦物為閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦，脈石礦物為方解石、白云石，鉛平均品位7%～8%，鋅平均品位14%～15%。

礦體主要圍巖為白云巖，部分夾有頁(yè)巖，伴隨方解石化、白云石化、黃鐵礦化等圍巖蝕變。巖體節(jié)理裂隙發(fā)達(dá)，主干構(gòu)造為石門坎背斜（區(qū)域上稱之為花苗寨背斜），次為北東—南西向和北西—南東向展布的兩組斷裂構(gòu)造，兩組斷裂構(gòu)造衍生58條斷層，斷層縱橫展布、上下交錯(cuò)。其中，北東走向次生斷層有20條，多屬層間破碎帶，走向30°～60°，傾角大于60°，規(guī)模較大，延續(xù)性較好，有一部分破碎帶發(fā)育溶洞，出現(xiàn)泉水，是區(qū)內(nèi)主要含水?dāng)鄬樱绕?70m中段以下透水嚴(yán)重，整個(gè)670m中段涌水量超過(guò)600 m3／h，水的源頭尚不明確，目前主要開(kāi)采水平在670～760m，涌水問(wèn)題是制約下一步開(kāi)采及二期建設(shè)的關(guān)鍵因素。毛坪礦目前正在積極治水，已竣工的河?xùn)|應(yīng)急排水工程中的兩大發(fā)電機(jī)組使礦區(qū)有能力處理670m中段及以下可能突發(fā)的大量涌水狀況；910m中段地表正在施工帷幕注漿堵水工程，隔絕或減少670m中段及以下的涌水。

2 下向進(jìn)路式全尾砂膠結(jié)充填采礦工藝

2．1 基本要素

毛坪礦下向進(jìn)路式充填法從910m中段往下，每60m劃分一個(gè)中段，分段高度6m，分層高度3m，一個(gè)分段負(fù)責(zé)兩個(gè)分層回采。當(dāng)中段開(kāi)拓完成后，上下兩中段掘進(jìn)折返式斜坡道和2條礦石溜井，連接各分段，各分段中垂直礦體走向掘進(jìn)2～3條出礦道及通風(fēng)天井或斜坡道。在出礦道特定位置掘進(jìn)2條溜井聯(lián)道連通溜井，出礦道掘進(jìn)至礦體后，掘進(jìn)下盤脈內(nèi)或脈外沿脈，形成完整的通風(fēng)、運(yùn)輸及溜礦系統(tǒng)，出礦道、聯(lián)絡(luò)道、脈內(nèi)沿脈的斷面都為2．4m×2．6m的三心拱，如圖1所示。采切比為100～200 m3／kt。礦、巖運(yùn)輸均采用0．75m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至溜井，溜放到各中段運(yùn)輸水平，通過(guò)振動(dòng)放礦機(jī)放礦，電機(jī)車運(yùn)輸?shù)教嵘到y(tǒng)，經(jīng)豎井或斜井提升到地表。

2．2 回采工藝

根據(jù)出礦道劃分2～4盤區(qū)，在脈內(nèi)沿脈里，每3m（后改為3．5m）編號(hào)回采進(jìn)路，每條回采進(jìn)路為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的回采單元，回采高度為3m，矩形斷面。采用YT28或7655的風(fēng)動(dòng)氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，水平淺孔微差爆破落礦。回采時(shí)，從主進(jìn)路及脈內(nèi)沿脈邊角由里向外退采充填，嚴(yán)格按照隔三采一的順序進(jìn)行回采，如圖2所示。

圖1 采切示意圖Fig．1 Images of stope preparation and cutting

圖2 回采順序示意圖Fig．2 Images of stoping sequence

2．3 充填工藝

進(jìn)路回采出礦完成后，馬上進(jìn)行充填工作，確保采充平衡，充填準(zhǔn)備工作有架設(shè)木樁、平場(chǎng)、焊制假底、管道安裝以及制作擋墻等。

1）架設(shè)木樁。進(jìn)路回采完成后，在進(jìn)路兩邊，每隔1．5m架設(shè)木樁，木樁直徑約200mm，并用木楔或鋼筋固定，以便更好地承接頂板壓力，確保安全。

2）平場(chǎng)。木樁架設(shè)完成后進(jìn)行平場(chǎng)，底板預(yù)留50～100mm碎礦層，并且形成縱向5%的坡度，以利于充填接頂。

3）假底制作。采用Φ12mm的螺紋鋼，網(wǎng)度為300mm×300mm，鋼筋交叉處用8號(hào)鐵絲捆綁，垂直進(jìn)路的鋼筋彎成U形向上彎起1．5m，以便在相鄰進(jìn)路制作假底時(shí)再折平，與假底的鋼筋相互焊接，使該分層的假底連成整體，用大塊礦石墊高100～150mm作為假底的鋼筋保護(hù)層厚度，如圖3所示。每個(gè)假底制作完成后要求相關(guān)技術(shù)人員對(duì)網(wǎng)度、焊接、墊層等進(jìn)行驗(yàn)收，以確保假底的質(zhì)量。

4）吊掛鋼筋網(wǎng)。若進(jìn)路的幫壁是充填體或圍巖時(shí)，用1．8m倒楔錨桿和鋼筋網(wǎng)焊接假底吊掛起來(lái)，以確保該層假底及充填體的整體性，保證安全。吊掛鋼筋網(wǎng)如圖3所示。

5）安裝充填管及擋墻制作。進(jìn)路內(nèi)安裝塑料充填管，懸掛在最高處，在進(jìn)路外口合適位置修筑C15混凝土充填擋墻，擋墻內(nèi)預(yù)埋圓鋼或毛管，擋墻厚400～500mm，高度不低于進(jìn)路高度，在擋墻頂部中間預(yù)留300mm×500mm觀測(cè)孔，擋墻擋板用木樁和斜撐固定，如圖4所示。

圖3 人工假底制作工藝示意圖Fig．3 Images of artificial bottom processing

圖4 擋墻制作示意圖Fig．4 Images of retaining wall processing

6）充填及排水。采用泵送充填，分為兩階段進(jìn)行，如表1所示。

充填快接頂時(shí)，充填人員必須在觀測(cè)孔觀察，保證充填接頂，防止跑漿漏漿，充填完成后用廢棄水泥袋堵住觀察孔。充填養(yǎng)護(hù)3～5d后可回采相鄰進(jìn)路，養(yǎng)護(hù)7～10d后可進(jìn)行轉(zhuǎn)層。充填開(kāi)始前的潤(rùn)管水及結(jié)束后的洗管水禁止進(jìn)入充填進(jìn)路內(nèi)，每次充填洗管水約23m3，洗管水利用沉淀池沉淀，然后進(jìn)入排水系統(tǒng)。

可以看出該礦的充填工藝特色體現(xiàn)在：平場(chǎng)之后在碎礦層上綁扎鋼筋假底，不但可以保證假底的質(zhì)量，還可以減少下分層回采的貧化率。相鄰進(jìn)路之間鋼筋相互焊接及吊掛鋼筋網(wǎng)能有效使該分層的充填體及圍巖組合成一個(gè)整體，確保充填體質(zhì)量。進(jìn)路里的木樁不僅可以作為下分層回采的回采高度判斷依據(jù)，還可以有效承接頂板壓力，使充填體在垂直方向上連成整體，提高充填體質(zhì)量。

表1 充填技術(shù)參數(shù)Table 1 Parameters of filling

2．4 采礦成本估算

毛坪礦的下向進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦方法的采礦成本估算如表2所示：由此可見(jiàn)，下向進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦成本為146元／t。

表2 毛坪礦下向進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦成本計(jì)算Table 2 Cost estimation for downward drift cut－and－filling stoping method

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，毛坪鉛鋅礦形成了獨(dú)具特色的下向進(jìn)路式全尾砂膠結(jié)充填采礦工藝，其嚴(yán)格的假底制作工藝能確保充填體的整體性和穩(wěn)定性，從而達(dá)到零的充填體冒頂或失穩(wěn)事故，并且比傳統(tǒng)人工混凝土假底更為高效，能夠滿足隔三采一的采充平衡要求。充填接頂?shù)年P(guān)鍵工藝及嚴(yán)格的流程控制保證了進(jìn)路一次充填即可接頂，達(dá)到95%以上的充填接頂率。該下向進(jìn)路式充填采礦工藝從采場(chǎng)到中段運(yùn)輸水平的采礦充填的噸礦成本為146元，礦石的損失率僅為3%～5%，實(shí)現(xiàn)了貴重金屬的經(jīng)濟(jì)、高效回收。通過(guò)對(duì)毛坪鉛鋅礦工程地質(zhì)條件概述及采礦方法工藝及成本的分析總結(jié)，使其可作為一個(gè)應(yīng)用下向進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦方法的成功例子，供類似礦山參考借鑒。

［1］ 王 青，任鳳玉 ．采礦學(xué)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2011．

［2］ 于潤(rùn)滄 ．采礦工程師手冊(cè)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2009．

［3］ 劉同有，王佩勛 ．金川集團(tuán)公司充填采礦技術(shù)與應(yīng)用［J］．礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2004，24（增刊1）：8－14．

［4］ 邱景平，辛國(guó)帥，張國(guó)聯(lián)，等 ．小官莊鐵礦上向進(jìn)路充填采礦方法試驗(yàn)研究［J］．金屬礦山，2013（8）：5－7．

［5］ 吳賢振，馮 銳，謝道輝，等 ．武山銅礦下向進(jìn)路充填采礦法頂板爆破震動(dòng)效應(yīng)研究［J］．黃金，2009，30（1）：26－29．

［6］ 周華強(qiáng)，王光偉，屈慶賀，等 ．高水速凝材料容許比壓的試驗(yàn)研究［J］．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，30（4）：337－340．

［7］ 華心祝，孫恒虎．下向進(jìn)路高水固結(jié)尾砂充填主要參數(shù)的研究［J］．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，30（1）：99－102．

［8］ 韓 斌，吳愛(ài)祥，鄧 建，等 ．基于可靠理論的下向進(jìn)路充填膠結(jié)充填技術(shù)分析［J］．中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，37（3）：583－587．

［9］ 韓 斌，張升學(xué)，鄧 建 ．基于可靠理論的下向進(jìn)路充填體強(qiáng)度確定方法［J］．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35（3）：372－376．

［10］ 王正輝，高 謙 ．膠結(jié)充填采礦方法充填作用機(jī)理與穩(wěn)定性研究［J］．金屬礦山，2003（10）：18－20．

［11］ 王新明，徐東升 ．下向進(jìn)路充填采礦法充填體質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)［J］．中國(guó)礦業(yè)，2006，15（11）：62－65．

［12］ 余偉健，高 謙 ．充填采礦優(yōu)化設(shè)計(jì)中的綜合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)［J］．中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，42（8）：2475－2484．

［13］ 崔棟梁，趙國(guó)彥，李夕兵，等 ．新城金礦采礦方法及充填接頂工藝探討［J］．金屬礦山，2006（3）：22－25．

［14］ 李淑芬 ．下向進(jìn)路充填采礦工藝及改進(jìn)意見(jiàn)［J］．有色金屬（礦山部分），2000，52（4）：15－17．

［15］ 楊紀(jì)光 ．下向進(jìn)路假底膠結(jié)充填采礦法在焦家金礦的應(yīng)用［J］．黃金科學(xué)技術(shù)，2011，19（5）：33－35．

［16］ 徐 飛，何治良，禇洪濤，等 ．上向進(jìn)路充填法在“三下”礦體開(kāi)采中的應(yīng)用［J］．有色金屬（礦山部分），2013，65（6）：24－27．