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大茅坪铜矿位于宁强县广坪镇大茅坪村，从2009年开始进行充填采矿方法试验，2010年对矿山采矿进行优化，将原浅孔留矿法优化为上向水平分层充填法，并成功运用。但是在采矿的过程中发现部分地段的矿岩节理裂隙非常发育，采场不同程度发生垮塌，给安全生产带来很大影响，在类似地段若继续采用原有采场的结构参数，已经很难满足矿山安全生产的需求。
因此，需要对矿化较均匀、矿岩较破碎、节理裂隙发育较大的上向水平分层充填采矿法采场结构参数进行调整，结合矿山实际，完善采场结构参数。
一、开采技术条件
以1570m中段3～8线的CuI矿段为例，矿体呈层状、似层状产出，走向为近东西向，向南倾，倾角60°～80°。矿区主构造总体走向为80°，向南倾斜，倾角65°～80°。地下涌水量小 。铜矿体主要赋存于石英岩中，品位高，厚度大，硬度系数为8～10。矿体上盘围岩主要为云母石英片岩，下盘围岩主要为千枚岩和黑云母石英片岩，矿化均匀，平均含铜1.85%，地表不允许陷落，该矿段下盘的1#提升运输系统必须保护，采空区必须充填。
二、结构参数优化方案比较
根据该矿段矿化较均匀、矿岩较破碎、矿体水平厚度大以及采空区必须充填等开采技术条件。选用上向水平分层充填采矿法这一总体原则不变。由于原有采场面积较大，且充填采场上盘经常垮塌，在铜市场价格较高的市场条件下，初步选出点柱式采场结构参数方案和两步回采采场结构参数方案。
具体方案如下：
1.方案一为点柱式采场结构参数方案
中段高度60m，矿房长度46m，间柱宽度4m，矿体的水平厚度为矿房宽度，分段高度10 m，在采场内按15 m×15 m的网度留1～2个点柱，采场里面的废石都留成点柱或条柱。采用脉内外联合采准，在矿体下盘布置一条采区斜坡道连接各分段平巷，再布置一条采场联络巷连接采场各分层，采场中央布置一条充填回风井，脉外布置脉外溜矿井，采场内架设直径为2 m的脉内溜矿井，并再架格筛。第一层设计采高5.3 m，以后每个分层回采3.3m以后分层下部2.5 m采用1：12的灰砂比，并充填一定比例的废石，上部0.5 m依然采用1：4的灰砂比。
使用07655凿岩机配Φ40mm “一”字型钻头凿岩，采用隔一采一间隔式回采，采场顶板用光面爆破，采用铲运机出矿。该方案在我矿前期有充填采场做出了很大的贡献，尤其是在以1450m中段07021采场为典型代表的采场运用非常成功。该类似采场的特征为：有多条厚度3m以上的夹石，矿体水平厚度一般在20 m以下，矿房品位与整个中段品位相比较低。实际采矿过程中，把这些夹石留作永久的点柱或条柱，既减少了留设矿石点柱和部分间柱带来的矿石损失，还减少了因采下夹石而造成的贫化影响。
2.方案二为两步回采的采场结构参数方案
中段高度60m，矿房和矿柱宽度各为10m，矿体的水平厚度为矿房矿柱的长度。采用隔一采一两步回采，待矿房回采到一定高度后（初步确定为两个分段）再回采相邻的矿房。一步回采的矿房内不留设矿石点柱，二步回采矿房时，根据采场情况，在保证安全的前提下，可适当留设小尺寸矿石点柱。
采用脉内外联合采准，在矿体下盘布置一条分段平巷，再布置一条采场联络巷连接采场各分层。相邻的一步回采的两个采场，见图1，实际采矿过程中，采用“Y字形出矿进路，前期共用一条出矿进路，靠近矿体部分再分岔，分岔的前提条件是要满足铲运机正常出矿和压矿的需求。采场中央布置一条充填回风井，一步回采的矿房的充填天井放在二步回采相邻的矿柱中，以节省充填天井的个数。在1620m，分段时，相邻的充填天井联络巷采用近“L”形联络进路，以节省充填联络巷的工程。初步统计，仅在1570m中段3～8线地段，相鄰充填天井采用“L”形联络进路比采用两条独立联络巷能节省350m的工程，节省费用约925000元。
一步回采矿房的充填与方案一相同：脉外布置脉外溜矿进口井，采场内靠近中段运输川脉的采场架设直径为2m的脉内溜矿井，并再架格筛，采用脉内与脉外联合出矿，第一层设计采高5.3m，以后每个分层回采3.3m。二步回采的矿柱第一分层以1：4的灰砂比充填下部3m，以后分层下部2.5m采用全尾砂充填和废石充填，上部0.5m依然采用1：4的灰砂比。
三、技术经济分析
两个方案的主要技术经济指标见表1
表1 主要技术经济指标
从表1可以看出，方案一的生产效率指标和采选指标较好，但是采用方案一时，在CUI矿体中，同时采出矿的采场一般为5个，而采用方案二时，由于其采场尺寸小，在CUI矿体中，同时采出矿的采场可以增加到10个以上，因此，可以通过增加采场个数来弥补生产能力的不足。另外，方案二的损失指标远远优于方案一。
四、综合分析比较
从安全生产方面分析，由于方案二的采场面积减小，只有方案一的1/5，因此，方案二单个采场回采一个分层的循环周期以及暴露面积都远远小于方案一，其安全系数也就远远高于方案一。
对方案一和方案二进行详细的技术经济分析，具体参数见表2.从表2中可以看出，采用方案二比方案一的经济效益高5.78%。
根据1570 m中段3～8线矿段的设计，计算出两个方案和生产能力、采准工程量、矿石回采率、精矿产量、劳动生产率，以及每吨矿石的采选成本、盈利额、生产安全系数等项，逐项分析对比，最后综合权衡结果，确定选择方案二。
五、结论与建议
使用上向水平分层充填采矿法回采铜矿体时，由于工作人员与采出矿设备一直要暴露在采场的顶板下，所以必须要加强采场顶板的管理，加大支护力度，如采用锚杆支护和锚索支护等，以保证作业的安全。
采矿实践证明，在相同的矿岩结构条件下，采场须采用强采强出强充，以尽可能地减少单个采场的采矿循环周期，减少采场顶板的暴露时间。鉴于采场宽度只有10 m，采场顶板除必须采用光面爆破外，还要尽量压成微拱形，并严格控制采高。
由于采切比增加，采切工程量增大，因此，除了要尽量优化采切设计外，还要提前做好采切工作，尤其是要提前做好第一分段和最上分段（回风巷）的采切工作，中间各分段采切可以放缓，待第一分段具备废石充填采场时，再开始对中间各分段做采切，以便尽可能把采切废石引入到采场充填。
随着矿山开采的进行和企业的发展，完善充填采矿方法是矿山降低生产成本、提高企业经济效益的基本途径之一。通过对矿体赋存条件和开采技术条件的不断揭露以及铜价格的不断变化，来动态地确定最符合矿山实际情况的采矿方法和采场结构参数。
因此，需要对矿化较均匀、矿岩较破碎、节理裂隙发育较大的上向水平分层充填采矿法采场结构参数进行调整，结合矿山实际，完善采场结构参数。
一、开采技术条件
以1570m中段3～8线的CuI矿段为例，矿体呈层状、似层状产出，走向为近东西向，向南倾，倾角60°～80°。矿区主构造总体走向为80°，向南倾斜，倾角65°～80°。地下涌水量小 。铜矿体主要赋存于石英岩中，品位高，厚度大，硬度系数为8～10。矿体上盘围岩主要为云母石英片岩，下盘围岩主要为千枚岩和黑云母石英片岩，矿化均匀，平均含铜1.85%，地表不允许陷落，该矿段下盘的1#提升运输系统必须保护，采空区必须充填。
二、结构参数优化方案比较
根据该矿段矿化较均匀、矿岩较破碎、矿体水平厚度大以及采空区必须充填等开采技术条件。选用上向水平分层充填采矿法这一总体原则不变。由于原有采场面积较大，且充填采场上盘经常垮塌，在铜市场价格较高的市场条件下，初步选出点柱式采场结构参数方案和两步回采采场结构参数方案。
具体方案如下：
1.方案一为点柱式采场结构参数方案
中段高度60m，矿房长度46m，间柱宽度4m，矿体的水平厚度为矿房宽度，分段高度10 m，在采场内按15 m×15 m的网度留1～2个点柱，采场里面的废石都留成点柱或条柱。采用脉内外联合采准，在矿体下盘布置一条采区斜坡道连接各分段平巷，再布置一条采场联络巷连接采场各分层，采场中央布置一条充填回风井，脉外布置脉外溜矿井，采场内架设直径为2 m的脉内溜矿井，并再架格筛。第一层设计采高5.3 m，以后每个分层回采3.3m以后分层下部2.5 m采用1：12的灰砂比，并充填一定比例的废石，上部0.5 m依然采用1：4的灰砂比。
使用07655凿岩机配Φ40mm “一”字型钻头凿岩，采用隔一采一间隔式回采，采场顶板用光面爆破，采用铲运机出矿。该方案在我矿前期有充填采场做出了很大的贡献，尤其是在以1450m中段07021采场为典型代表的采场运用非常成功。该类似采场的特征为：有多条厚度3m以上的夹石，矿体水平厚度一般在20 m以下，矿房品位与整个中段品位相比较低。实际采矿过程中，把这些夹石留作永久的点柱或条柱，既减少了留设矿石点柱和部分间柱带来的矿石损失，还减少了因采下夹石而造成的贫化影响。
2.方案二为两步回采的采场结构参数方案
中段高度60m，矿房和矿柱宽度各为10m，矿体的水平厚度为矿房矿柱的长度。采用隔一采一两步回采，待矿房回采到一定高度后（初步确定为两个分段）再回采相邻的矿房。一步回采的矿房内不留设矿石点柱，二步回采矿房时，根据采场情况，在保证安全的前提下，可适当留设小尺寸矿石点柱。
采用脉内外联合采准，在矿体下盘布置一条分段平巷，再布置一条采场联络巷连接采场各分层。相邻的一步回采的两个采场，见图1，实际采矿过程中，采用“Y字形出矿进路，前期共用一条出矿进路，靠近矿体部分再分岔，分岔的前提条件是要满足铲运机正常出矿和压矿的需求。采场中央布置一条充填回风井，一步回采的矿房的充填天井放在二步回采相邻的矿柱中，以节省充填天井的个数。在1620m，分段时，相邻的充填天井联络巷采用近“L”形联络进路，以节省充填联络巷的工程。初步统计，仅在1570m中段3～8线地段，相鄰充填天井采用“L”形联络进路比采用两条独立联络巷能节省350m的工程，节省费用约925000元。
一步回采矿房的充填与方案一相同：脉外布置脉外溜矿进口井，采场内靠近中段运输川脉的采场架设直径为2m的脉内溜矿井，并再架格筛，采用脉内与脉外联合出矿，第一层设计采高5.3m，以后每个分层回采3.3m。二步回采的矿柱第一分层以1：4的灰砂比充填下部3m，以后分层下部2.5m采用全尾砂充填和废石充填，上部0.5m依然采用1：4的灰砂比。
三、技术经济分析
两个方案的主要技术经济指标见表1
表1 主要技术经济指标
从表1可以看出，方案一的生产效率指标和采选指标较好，但是采用方案一时，在CUI矿体中，同时采出矿的采场一般为5个，而采用方案二时，由于其采场尺寸小，在CUI矿体中，同时采出矿的采场可以增加到10个以上，因此，可以通过增加采场个数来弥补生产能力的不足。另外，方案二的损失指标远远优于方案一。
四、综合分析比较
从安全生产方面分析，由于方案二的采场面积减小，只有方案一的1/5，因此，方案二单个采场回采一个分层的循环周期以及暴露面积都远远小于方案一，其安全系数也就远远高于方案一。
对方案一和方案二进行详细的技术经济分析，具体参数见表2.从表2中可以看出，采用方案二比方案一的经济效益高5.78%。
根据1570 m中段3～8线矿段的设计，计算出两个方案和生产能力、采准工程量、矿石回采率、精矿产量、劳动生产率，以及每吨矿石的采选成本、盈利额、生产安全系数等项，逐项分析对比，最后综合权衡结果，确定选择方案二。
五、结论与建议
使用上向水平分层充填采矿法回采铜矿体时，由于工作人员与采出矿设备一直要暴露在采场的顶板下，所以必须要加强采场顶板的管理，加大支护力度，如采用锚杆支护和锚索支护等，以保证作业的安全。
采矿实践证明，在相同的矿岩结构条件下，采场须采用强采强出强充，以尽可能地减少单个采场的采矿循环周期，减少采场顶板的暴露时间。鉴于采场宽度只有10 m，采场顶板除必须采用光面爆破外，还要尽量压成微拱形，并严格控制采高。
由于采切比增加，采切工程量增大，因此，除了要尽量优化采切设计外，还要提前做好采切工作，尤其是要提前做好第一分段和最上分段（回风巷）的采切工作，中间各分段采切可以放缓，待第一分段具备废石充填采场时，再开始对中间各分段做采切，以便尽可能把采切废石引入到采场充填。
随着矿山开采的进行和企业的发展，完善充填采矿方法是矿山降低生产成本、提高企业经济效益的基本途径之一。通过对矿体赋存条件和开采技术条件的不断揭露以及铜价格的不断变化，来动态地确定最符合矿山实际情况的采矿方法和采场结构参数。