下向分层壁式充填采矿法在某滑石矿的应用

下向分层壁式充填采矿法在某滑石矿的应用

0我国充填采矿法的研究滑动性稳定，工作效率好，润滑性好，稳定性好。广泛应用于工业填充、造纸、陶瓷、医药等行业。世界滑机粉含量约为8亿吨，中国滑机粉含量约为2.5亿吨，年产量约占世界产量的40%。在金属矿领域，对于极其破碎的矿体开采，其充填采矿方法多为分层进路充填采矿法在进行滑石矿等极其软弱破碎的、高价值不可被污染的、非金属矿充填采矿工艺研究应用时，不仅要保证回采作业安全，还应考量采出矿石的销售价值，保护矿石的白度，避免支护材料、充填料浆等对矿石造成污染。1采矿工艺研究某滑石矿现采用分层崩落法开采，回采已造成地表多处塌陷，若继续采用崩落法还将严重威胁东部露天采区的边坡稳定，矿山已不适合继续使用崩落法，结合政府政策要求和自身情况综合考虑，特此开展崩落法转充填法的采矿工艺研究。矿体呈层状，倾向南，倾角为40°～45°，倾向延深140m～430m，平均为260m，走向长度平均为450m，矿体厚度为7m～74m，平均厚度为35m，其间有2～6层夹石，均呈夹层状。矿石品级越高稳定性越差，高品级的滑石矿主要呈块状、片状及粉沫状，f系数为0～2，矿石极为软弱破碎，低品级的滑石矿f系数为2～4，不稳固-中等稳固。围岩和夹石多为滑石化菱镁矿、菱镁岩、白云石大理岩，滑石化的围岩和夹石多呈碎裂状，稳定性为不稳固-中等稳固，菱镁大理岩和白云石大理岩为坚硬岩石，不含滑石的围岩岩体稳定性为中等稳固-稳固。2层墙式开采法2.1设置充填挡墙下向分层壁式充填采矿法以进路形式进行回采，类似于煤矿的水平短壁式充填开采，进路不同回采状态如图1所示。该采矿方法与传统下向进路充填采矿法的区别如下。(1）壁式回采，始终单向连续回采相邻进路。单个采场内始终只有一条进路在进行回采，无一步骤和二步骤回采之分，进路沿走向布置时，一直由上盘往下盘回采，进路垂直走向布置时，由采场一端往另一端回采。(2）架设侧部充填挡墙，创造隔离空间。进路回采结束后，进行充填准备时，沿着进路采空区长度方向，与相邻待采进路矿壁相隔一定距离架设充填挡墙，充填作业进行时，可将充填料浆与相邻待采矿体进行隔离，保证下一步回采进路的一侧为具有良好自稳性的充填体，创造的隔离空间可作为下一步回采的崩矿自由面，还可作为辅助通风通道。(3）铺设防水布，防止充填料浆渗漏污染滑石。充填进路采空区之前，在进路底部和充填挡墙内侧铺设两层防水尼龙布，在物理上隔绝充填料浆与底部和相邻矿体的接触，可防止充填料浆渗漏至待采矿体而污染滑石。2.2邻分层进路及回采回采沿矿体走向划分盘区，盘区长度为60m～80m，中段高度为60m，进路长度为20m。在高度方向上每隔12m划分一个分段，每个分段有4个分层。为了避免下分层开采时假顶承受的弯矩过大，保证下向充填法开采时假顶的安全，上下相邻分层的进路以垂直交叉形式呈“十”字形布置。进路断面规格为3m×3m，每分层首采进路回采完毕后充填2m，留下1m宽度作为相邻进路隔离空间和崩矿自由面。余下进路均按标准进路的规格和工艺进行回采，即后续采矿、充填宽度均为3m，侧向隔离空间宽度为1m，直至回采完毕整个分层。采场内自上而下进行回采，不留顶底柱及间柱。采矿方法如图2所示。2.3采场联络道布置采用脉外下盘斜坡道联合采准，采切工程主要包括采区斜坡道、分段平巷、采场联络道、切割进路、充填回风井、溜井、溜井联络道，详述如下。(1）采区斜坡道。采区斜坡道是各分段人员、设备、材料转运的主要通道，采区斜坡道的断面规格为3.0m×3.0m，坡度为15%。(2）分段平巷。分段平巷连接斜坡道，负责分段内采场的设备和矿石运输。设计分段平巷位于距离矿体下盘边界30m～40m，断面规格为3.0m×3.0m。采场联络道与分段平巷的连接口需要保证其转弯半径不小于7m，并且尽量在矿体下盘边界设有一段水平铲装道，使得铲运机在初次铲矿时可水平铲运矿石。(3）采场联络道。采场联络道从分段平巷通达矿体，连通分段平巷和分层采场，采场联络道断面规格设计为3.0m×3.0m，采场联络道坡度最大为15%左右。进路垂直矿体走向布置时，采场联络道布置在盘区中部；进路沿走向布置时，采场联络道布置在盘区两端。(4）切割进路。切割进路位于采场端部，由于切割进路同样可以产出矿石，可视为首采进路。切割进路断面规格为3.0m×3.0m，出完矿后宽度方向充填2m，留下1m作为隔离空间和自由面。(5）充填回风井。充填回风井断面为圆形，断面规格为Φ1.5m，因为回采时序为从上往下，无须专门施工充填回风井，只需在充填作业开始前预先架设钢筒，与上一分层留设的钢筒搭接形成顺路充填回风井，钢筒厚度为10mm，每节钢筒长度为1.0m。(6）溜井。溜井设置在脉外，空间关系上在脉外与盘区端部对齐，溜井断面为圆形，直径为Φ2m。由于采场矿石有一、二、三级品之分，矿山的销售产品主要为滑石原矿，在采场出矿时就要做好矿石的初步筛分，因此设置3条溜井，分别作为一级品、二级品、三级品溜井，每组溜井间隔80m左右，不同品级的溜井间隔10m左右。(7）溜井联络道。连通分段平巷与溜井的巷道称之为溜井联络道，断面规格设计为3.0m×3.0m。2.4机械研磨法(1）落矿。使用YT-28钻凿水平孔，炮孔直径为40mm，钎杆长2.5m，孔深2.2m，孔距1.0m～1.2m，排距0.8m～1.0m。人工装填2号岩石炸药，导爆管雷管起爆。该矿山滑石矿体极为破碎，也可考虑使用机械设备落矿，如破碎挖掘一体机。(2）通风。新鲜风流经中段运输巷、斜坡道、分段平巷、采场联络道流至回采工作面，污风由充填回风井回至上中段运输巷，最后由主回风井排至地表。侧部留出的隔离空间也可作为工作面的通风通道进行辅助通风，改善通风质量。(3）支护。顶板和位于隔离空间一侧的侧帮均为充填体，无需支护，由于矿体极为软破，相邻进路回采时，与侧部充填体相对的另一侧帮需要支护。采用液压支柱+钢结构挡板进行支护，具体可如图3所示，先沿着矿壁支起液压支柱排架，支柱间距为0.5m～0.8m，每支起2m的支柱排架就在排架内侧楔入钢板，钢结构挡板厚度为6mm。相邻进路回采时后退式撤出液压支柱和钢板可将之回收再利用。(4）出矿。矿石落下后，检撬工作面松石，然后用1m2.5制作柔性挡墙(1）进路平场和预留垫层。在人工假顶施工前，需进行进路采场底板整平，使进路底板尽量平整，然后在底板上预留厚度为100mm～200mm的碎矿垫层。(2）采场封堵。充填挡墙如图4所示。进路端口和进路侧部要架设端部的充填挡墙和侧部的充填隔离墙，采用钢骨架和钢筋网制作柔性挡墙，用30mm的钢筋锚杆作挡墙立柱和横撑，钢骨架网度为750mm×750mm。之后在钢骨架上捆扎或焊接搭建钢筋网，钢筋网使用Φ6mm的钢筋制作，网度为100mm×100mm，钢筋网深入至底槽中全断面铺满，然后在钢筋网层内侧铺设木板，单块木板长×宽×高为3000mm×300mm×40mm，全断面铺满，最后在木板内侧铺设防水尼龙布。下一步相邻进路回采时充填体已具备良好自稳能力，后退式撤出并回收柔性充填挡墙材料。(3）防水尼龙布铺设。为了避免充填料浆渗漏至底板和侧帮的待采矿体，在碎矿垫层表面和充填挡墙内侧铺上两层防水尼龙布，要保证覆盖整个底板和充填隔离墙，并往外各延伸出300mm。(4）底部铺筋。主筋直径为12mm，间排距为600mm×600mm，纵横筋交错处用242.6主要技术经济指标下向分层壁式充填采矿法的主要技术经济指标见表1。3本方法的特点(1）针对滑石矿极软弱破碎的力学性质和原矿白度不可被污染的特别要求，提出的下向分层壁式充填采矿法是一种能实现安全、贫化损失小、无污染的采矿方法，该方法类似于煤矿领域的水平短壁式开采，单向连续回采相邻进路。(2）该采矿工艺通过构筑人工假顶保证了顶板的安全，采用液压支柱+钢结构挡板的支护措施防止采场片帮，实现了极软破矿体的安全回采，又采取架设柔性充填挡墙和铺设防水尼龙布的措施，有效隔离了充填