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[摘 要]针对新发现的高硫铁破碎厚大矿体，毛坪一矿尝试运用尾砂胶结充填法采矿并取得成功，该采矿方法安全高效，矿井当年出矿量即达到25万t，突破历史新高，取得了良好社会和经济效益。
[关键词]高硫铁破碎厚大矿体 尾砂胶结充填 下向式采矿
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-210-01
1 概述
毛坪一矿2007新探获一矿体群，其中Ⅰ-6#矿体规模最大，该矿体呈似层状、扁柱状、扁豆状、柱状、脉状、不规则状产出，其走向延伸长约200m，倾斜延深大于150m（该矿体814中段出露标高821m，深部钻孔控制标高630m），新探获矿石量超过200万t。
2 原有采矿方法存在的问题
采用下向式尾砂胶结充填法采矿以前，该矿在2007年至2010年间运用上向式废石充填法回采Ⅱ、Ⅲ号矿体及该矿体群端部小矿体。
上向式废石充填法采矿主要适用于矿岩相对稳固、矿体厚度不大，矿体空间形态简单的矿体。运用上向式废石充填法采矿，当矿房顶板暴露面积超过100㎡时，需要制作人工混凝土隔墙，劳动强度大，且隔墙接顶困难，从而影响混凝土隔墙对顶板的支撑效果；同时，人工在采空区内作业，极大地增加了作业人员的安全威胁。由于上述原因综合影响，导致使用上向式废石充填法采矿时，采场的贫化及损失都较高，回采率低，员工作业效率低，单采场日出矿能力低（约为100t/d）。
在运用上向式废石充填法回采该矿体群端部小矿体时，由于矿石硫铁含量高，节理裂隙发育导致顶板不稳定，不时发生小规模冒落，大大增加了采矿的支护成本及设备设施受破坏的风险，也严重威胁作业人员的人身安全，上向式废石充填法已不适用于该矿体群的回采。
3 尾砂膠结充填采矿方法
Ⅰ-6#矿体群矿岩节理裂隙较发育，以Ⅳ、Ⅴ级结构面（节理面）为主，连贯性差，矿体的变形破坏受结构面的抗剪特性、结构体的大小、形状和彼此镶嵌能力控制，且多含水。矿石结构构造复杂，最发育的为块状构造。块状铅锌矿石在矿体中广泛分布；另外矿石还成条带状、似层状～纹层状产出。
由于上述复杂的矿石构造特征，该矿体群整体强度分布不均衡，结构疏松的黄铁矿石降低了矿岩的整体强度，成条带状和层状产出矿石，受节理裂隙影响，容易发生顺层冒落现象。如继续沿用上向式废石充填法回采，将严重威胁作业人员的安全。
3.1尾砂胶结充填采矿方法
尾砂胶结充填法采矿是指利用选矿产生的尾砂，根据其特有的性质，经过试验研究，然后添加适当的水泥、石灰及其他材料制备成具有类似混凝土性质的胶结体，通过输送泵和管线将胶结体输送至采空区，从而对采空区进行充填和治理的采矿方法。
该采矿方法能够实现采空区外制备胶结充填料和长距离管线输送，并能实现管道连续输送，从而保证作业的连续性，加快空区充填，缩短充填时间，提高了劳动生产率；充填站布置采空区外，保证了作业人员的安全；利用尾砂制备胶结料，减少了尾砂中化学物质对环境的影响和尾砂堆存在尾矿库带来的安全隐患，更加绿色环保。
3.2参数的确定
2010年10月开始，该矿与湖南研究院合作开展尾砂胶结充填环管试验。目的是弄清该矿尾砂的性质，找到合理的配合比等参数，将其制作成胶结提用于井下采空区的充填。
该环管试验的管道充分考虑该矿井下坑道实际情况，设计布置不同角度的管道，测试流速、阻力、管道磨损等数据。并根据该矿尾砂性质设计不同的灰砂比、水灰比及浓度进行试验。
该试验平台输送泵选用1台HBT50.13.90S型混凝土泵。
测量数据采集选用工控系统。设计选择工控系统型号规格：工业组态软件（组态王）；数据采集器（PLC柜）。通过6个月的现场试验及室内统计分析，得出了能够满足毛坪一矿井下生产需要的合理灰砂比、浓度大于、塌落度等基本参数。
表3-1 胶结充填体参数
灰砂比 浓度 塌落度 14d强度 28d强度
1：4 ≥78% 20-23 1.8Mpa 4.5Mpa
1：8 ≥78% 24-27 0.7Mpa 1.5 Mpa
通过试验确定了胶结充填体参数以后，根据毛坪一矿只有YT28和7655型凿岩机的实际情况，考虑矿体的稳固性及初次尝试运用新方法和工艺，施工人员和技术人员都需要摸索学习和掌握，并结合已形成的矿体下盘脉外采准斜坡道及平巷等综合因素，设计的Ⅰ-6#矿体760中段采场结构参数如下：
毛坪一矿在实际生产中，具体执行的采矿工艺流程为：进路回采→凿岩爆破→采场通风→浮石清理→支护→矿石运搬→进路底板整平→钢筋网敷设→充填→分层过渡。
表3-2 采场结构参数表
采矿
方法 回采
方式 分段
高度 分层
高度 进路
宽度 进路
高度 进路长度 充填体强
度28d
下向胶结
充填回采 进路间隔
回采 6m 3m 3m 3m 矿体厚度 （1.5～4.5
）Mpa
分段（层）采准工程掘进结束后，进路按设计进行间隔回采，一步回采先隔三采一，然后对已回采进路进行平底和敷设钢筋网，钢筋直径Φ12，网度@300×300，最后进行充填作业。充填作业分两步进行，进路下部1.5m采用灰砂比为1：4，浓度大于等于78%的胶结体充填，28天强度达到4.0Mpa以上。剩余部分用灰砂比为1：8，浓度大于等于78%的胶结体充填，并保证最大限度接顶，28天强度达到1.5Mpa以上；充填体养护7天后可回采其相邻进路。二步回采时进路隔一采一，回采结束按采矿工艺流程作业。然后再进行第三步、第四步回采，直至分层回采结束。 4 应用情况
地表临时混凝土泵站（临时泵送充填系统）建设完成，井下管线的架设结束后，一矿从2011年3月起，首先在Ⅰ-6#矿体760中段三分段进行下向胶结充填法采矿试验，经过2个分层的现场验证，该采矿方法能够适应一矿厚大破碎且高硫铁矿体的回采。
在下向式尾砂胶结充填采矿法中，设计采用进路式回采，进路断面为3.0m×3.0m矩形。矩形断面的进路较同类矿井六边形断面的进路施工更简单，断面质量更容易控制。回采过程中，掘成后的进路均没有出现有顶压和侧压现象发生，该断面设计相对合理。
根据环管试验、材料对比试验及补充试验得出的胶结充填体理论灰砂比、浓度、强度等数据制备的尾砂胶结体充填采场进路后，经后期取样试验测定，其强度达到设计要求，满足采矿需要，即下分层回采时，胶结充填形成的假顶未出现断裂及垮塌现象。
成功运用该方法采矿后，该矿全年采场无事故发生。其他技术经济指标见表4-1、表4-2。
表4-1 技术经济指标表
采矿方法 生产能力
（t/d） 损失率
（%） 贫化率
（%） 采切比
m/kt m3/kt
下向进路胶结充填采矿法 400 3 8 8.4 49.2
表4-2 充填成本表
采矿方法 采准成本（元/t） 充填成本（元/t）
下向胶结充填进路间隔回采 22.69 112.74
5 结论
该方法可以显著提高采场的充填能力，保证和提高矿山的出矿能力，最大限度地保障选矿厂的矿石供应，解决选矿厂矿石供应不足的问题。同时，对该方法的摸索和研究，以及现场的实际应用，大大增加了专业技术人员对尾砂胶结充填及其相关研究方面知识的学习和掌握，也大大提高了专业技术人员的技术水平，增强其应对和处理尾砂胶结充填采矿过程中出现的技术问题的能力。
（1）该方法不仅适用于极不稳固矿体的回采，也使用与急剧变化矿体的回采；
（2）该方法能使作业人员得到更高的安全保障；
（3）该方法较废石充填法采矿大大提高了劳动生产率和采场生产能力；
（4）该方法能提高资源回收率，减少贫化和损失；
（5）该采矿方法更安全环保。
参考文献：
[1]Helmut Eichmeyer 胡际平. 下向胶结充填采矿法——重要性日益增长的一种采矿方法[J].《矿业工程》，2008.
[2]唐长松，金铭良.下向胶结充填采矿法的新方案——“六角形”进路式回采[J]. 有色金属（矿山部分），1989（06），7-11.
[3]金铭良.金川镍矿的下向胶结充填采矿法及其围岩控制[J].岩石力学与工程学报，1990（01），30-37.
[4]胡修章.界河金矿下向胶结充填采矿法试验研究[J].矿业研究与开发，1991（02），21-26.
作者简介：
陳德勇，浙江乐清，2007年毕业于中国矿业大学（北京），本科，现就职于陕西能源职业技术学院能源工程系，从事采矿工程专业教学工作。
[关键词]高硫铁破碎厚大矿体 尾砂胶结充填 下向式采矿
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-210-01
1 概述
毛坪一矿2007新探获一矿体群，其中Ⅰ-6#矿体规模最大，该矿体呈似层状、扁柱状、扁豆状、柱状、脉状、不规则状产出，其走向延伸长约200m，倾斜延深大于150m（该矿体814中段出露标高821m，深部钻孔控制标高630m），新探获矿石量超过200万t。
2 原有采矿方法存在的问题
采用下向式尾砂胶结充填法采矿以前，该矿在2007年至2010年间运用上向式废石充填法回采Ⅱ、Ⅲ号矿体及该矿体群端部小矿体。
上向式废石充填法采矿主要适用于矿岩相对稳固、矿体厚度不大，矿体空间形态简单的矿体。运用上向式废石充填法采矿，当矿房顶板暴露面积超过100㎡时，需要制作人工混凝土隔墙，劳动强度大，且隔墙接顶困难，从而影响混凝土隔墙对顶板的支撑效果；同时，人工在采空区内作业，极大地增加了作业人员的安全威胁。由于上述原因综合影响，导致使用上向式废石充填法采矿时，采场的贫化及损失都较高，回采率低，员工作业效率低，单采场日出矿能力低（约为100t/d）。
在运用上向式废石充填法回采该矿体群端部小矿体时，由于矿石硫铁含量高，节理裂隙发育导致顶板不稳定，不时发生小规模冒落，大大增加了采矿的支护成本及设备设施受破坏的风险，也严重威胁作业人员的人身安全，上向式废石充填法已不适用于该矿体群的回采。
3 尾砂膠结充填采矿方法
Ⅰ-6#矿体群矿岩节理裂隙较发育，以Ⅳ、Ⅴ级结构面（节理面）为主，连贯性差，矿体的变形破坏受结构面的抗剪特性、结构体的大小、形状和彼此镶嵌能力控制，且多含水。矿石结构构造复杂，最发育的为块状构造。块状铅锌矿石在矿体中广泛分布；另外矿石还成条带状、似层状～纹层状产出。
由于上述复杂的矿石构造特征，该矿体群整体强度分布不均衡，结构疏松的黄铁矿石降低了矿岩的整体强度，成条带状和层状产出矿石，受节理裂隙影响，容易发生顺层冒落现象。如继续沿用上向式废石充填法回采，将严重威胁作业人员的安全。
3.1尾砂胶结充填采矿方法
尾砂胶结充填法采矿是指利用选矿产生的尾砂，根据其特有的性质，经过试验研究，然后添加适当的水泥、石灰及其他材料制备成具有类似混凝土性质的胶结体，通过输送泵和管线将胶结体输送至采空区，从而对采空区进行充填和治理的采矿方法。
该采矿方法能够实现采空区外制备胶结充填料和长距离管线输送，并能实现管道连续输送，从而保证作业的连续性，加快空区充填，缩短充填时间，提高了劳动生产率；充填站布置采空区外，保证了作业人员的安全；利用尾砂制备胶结料，减少了尾砂中化学物质对环境的影响和尾砂堆存在尾矿库带来的安全隐患，更加绿色环保。
3.2参数的确定
2010年10月开始，该矿与湖南研究院合作开展尾砂胶结充填环管试验。目的是弄清该矿尾砂的性质，找到合理的配合比等参数，将其制作成胶结提用于井下采空区的充填。
该环管试验的管道充分考虑该矿井下坑道实际情况，设计布置不同角度的管道，测试流速、阻力、管道磨损等数据。并根据该矿尾砂性质设计不同的灰砂比、水灰比及浓度进行试验。
该试验平台输送泵选用1台HBT50.13.90S型混凝土泵。
测量数据采集选用工控系统。设计选择工控系统型号规格：工业组态软件（组态王）；数据采集器（PLC柜）。通过6个月的现场试验及室内统计分析，得出了能够满足毛坪一矿井下生产需要的合理灰砂比、浓度大于、塌落度等基本参数。
表3-1 胶结充填体参数
灰砂比 浓度 塌落度 14d强度 28d强度
1：4 ≥78% 20-23 1.8Mpa 4.5Mpa
1：8 ≥78% 24-27 0.7Mpa 1.5 Mpa
通过试验确定了胶结充填体参数以后，根据毛坪一矿只有YT28和7655型凿岩机的实际情况，考虑矿体的稳固性及初次尝试运用新方法和工艺，施工人员和技术人员都需要摸索学习和掌握，并结合已形成的矿体下盘脉外采准斜坡道及平巷等综合因素，设计的Ⅰ-6#矿体760中段采场结构参数如下：
毛坪一矿在实际生产中，具体执行的采矿工艺流程为：进路回采→凿岩爆破→采场通风→浮石清理→支护→矿石运搬→进路底板整平→钢筋网敷设→充填→分层过渡。
表3-2 采场结构参数表
采矿
方法 回采
方式 分段
高度 分层
高度 进路
宽度 进路
高度 进路长度 充填体强
度28d
下向胶结
充填回采 进路间隔
回采 6m 3m 3m 3m 矿体厚度 （1.5～4.5
）Mpa
分段（层）采准工程掘进结束后，进路按设计进行间隔回采，一步回采先隔三采一，然后对已回采进路进行平底和敷设钢筋网，钢筋直径Φ12，网度@300×300，最后进行充填作业。充填作业分两步进行，进路下部1.5m采用灰砂比为1：4，浓度大于等于78%的胶结体充填，28天强度达到4.0Mpa以上。剩余部分用灰砂比为1：8，浓度大于等于78%的胶结体充填，并保证最大限度接顶，28天强度达到1.5Mpa以上；充填体养护7天后可回采其相邻进路。二步回采时进路隔一采一，回采结束按采矿工艺流程作业。然后再进行第三步、第四步回采，直至分层回采结束。 4 应用情况
地表临时混凝土泵站（临时泵送充填系统）建设完成，井下管线的架设结束后，一矿从2011年3月起，首先在Ⅰ-6#矿体760中段三分段进行下向胶结充填法采矿试验，经过2个分层的现场验证，该采矿方法能够适应一矿厚大破碎且高硫铁矿体的回采。
在下向式尾砂胶结充填采矿法中，设计采用进路式回采，进路断面为3.0m×3.0m矩形。矩形断面的进路较同类矿井六边形断面的进路施工更简单，断面质量更容易控制。回采过程中，掘成后的进路均没有出现有顶压和侧压现象发生，该断面设计相对合理。
根据环管试验、材料对比试验及补充试验得出的胶结充填体理论灰砂比、浓度、强度等数据制备的尾砂胶结体充填采场进路后，经后期取样试验测定，其强度达到设计要求，满足采矿需要，即下分层回采时，胶结充填形成的假顶未出现断裂及垮塌现象。
成功运用该方法采矿后，该矿全年采场无事故发生。其他技术经济指标见表4-1、表4-2。
表4-1 技术经济指标表
采矿方法 生产能力
（t/d） 损失率
（%） 贫化率
（%） 采切比
m/kt m3/kt
下向进路胶结充填采矿法 400 3 8 8.4 49.2
表4-2 充填成本表
采矿方法 采准成本（元/t） 充填成本（元/t）
下向胶结充填进路间隔回采 22.69 112.74
5 结论
该方法可以显著提高采场的充填能力，保证和提高矿山的出矿能力，最大限度地保障选矿厂的矿石供应，解决选矿厂矿石供应不足的问题。同时，对该方法的摸索和研究，以及现场的实际应用，大大增加了专业技术人员对尾砂胶结充填及其相关研究方面知识的学习和掌握，也大大提高了专业技术人员的技术水平，增强其应对和处理尾砂胶结充填采矿过程中出现的技术问题的能力。
（1）该方法不仅适用于极不稳固矿体的回采，也使用与急剧变化矿体的回采；
（2）该方法能使作业人员得到更高的安全保障；
（3）该方法较废石充填法采矿大大提高了劳动生产率和采场生产能力；
（4）该方法能提高资源回收率，减少贫化和损失；
（5）该采矿方法更安全环保。
参考文献：
[1]Helmut Eichmeyer 胡际平. 下向胶结充填采矿法——重要性日益增长的一种采矿方法[J].《矿业工程》，2008.
[2]唐长松，金铭良.下向胶结充填采矿法的新方案——“六角形”进路式回采[J]. 有色金属（矿山部分），1989（06），7-11.
[3]金铭良.金川镍矿的下向胶结充填采矿法及其围岩控制[J].岩石力学与工程学报，1990（01），30-37.
[4]胡修章.界河金矿下向胶结充填采矿法试验研究[J].矿业研究与开发，1991（02），21-26.
作者简介：
陳德勇，浙江乐清，2007年毕业于中国矿业大学（北京），本科，现就职于陕西能源职业技术学院能源工程系，从事采矿工程专业教学工作。