阶段嗣后充填采矿设计优化研究
阶段深孔崩矿嗣后充填采矿法
阶段深孔崩矿嗣后充填采矿法方案说明书长沙矿山研究院草楼矿业有限责任公司2006 年7月目录1 前期深孔阶段空场嗣后充填采矿法方案 (1)2 矿块布置 (1)3 采场结构参数 (1)4 采准切割 (2)4.1 采切工程量计算 (2)4.2 采准工程施工 (2)5 回采工艺 (3)5.1 凿岩 (3)5.1.1 孔网参数设计 (5)5.1.2 VCR法掏槽孔参数 (5)5.2 装药 (6)5.3 爆破 (9)5.3.1 VCR法小区掏槽爆破 (9)5.3.2 回采爆破 (9)5.4 出矿 (10)5.5 采场通风 (12)5.6 采场充填 (12)6 采矿主要设备 (12)7 主要技术经济指标和材料消耗 (13)7.1 主要技术经济指标 (13)7.2 回采主要材料消耗 (13)1 前期深孔阶段空场嗣后充填采矿法方案前期阶段深孔空场嗣后充填采矿法是对前期采矿超前拉底采矿后的矿房上部矿体的回采设计的。
见阶段深孔空场嗣后充填采矿法方案图。
超前拉底采矿方案在《草楼铁矿前期60万吨采矿方案》报告中已有论述，本说明为阶段深孔采矿说明。
2 矿块布置矿块垂直走向布置。
具体在11线和19线之间视-170m工程进度确定位置。
矿块划分为矿房和矿柱。
首采区矿块总体布置见-230m中段首采区矿块布置图。
先采矿房，嗣后全尾砂胶结充填，充填体养护达到设计要求后可采矿柱。
3 采场结构参数矿块结构参数：矿块长为矿体厚度，宽30m，阶段高60m ，底部结构高15m。
矿块划分为矿房和矿柱，其结构参数分别为：矿房长矿体厚度，宽15m，阶段高60m；矿柱长矿体厚度，宽15m，阶段高60m。
4 采准切割采准工程有采场凿岩硐室联络道、采场凿岩硐室、出矿平巷、出矿进路（拉底采矿时已施工完毕）和回风平巷。
切割工程：堑沟拉底在前期采矿已完成。
利用深孔，采用VCR 法切槽，拉底上部矿房回采没有切割工程。
4.1 采切工程量计算采切工程量计算见表4-1。
空场嗣后充填采矿法
空场嗣后充填采矿法一、空场嗣后充填采矿法的原理空场嗣后充填采矿法是指在采矿结束后，将采掘过的矿区进行填充，使矿区形成封闭的空间，避免地表坍塌和污染。
这种采矿方法利用尾矿和废石堆积填充矿场，减少对地表的破坏，保护环境。
二、空场嗣后充填采矿法的优点1.保护环境。
空场嗣后充填采矿法可以减少对环境的破坏，降低水质和土壤污染，保护生态环境。
2.提高资源利用率。
通过填充矿区，可以有效地利用尾矿和废石，减少资源浪费。
3.减少灾害发生。
填充矿区可以使原本开采过的地下空间得到有效利用，减少地表坍塌和其他灾害的发生。
4.节约成本。
空场嗣后充填采矿法可以减少清理和治理矿区的成本，提高生产效率。
三、空场嗣后充填采矿法的操作步骤1.表面清理。
在填充矿场前，必须对矿区进行表面清理，清除草地、树木等障碍物。
2.挖掘和开采。
根据矿区的情况，选择适当的挖掘和开采方式，在确保安全的前提下进行采矿活动。
3.分选和分类。
在开采后，对采集的矿石进行分选和分类，将有用的矿石和尾矿分开。
4.填充运输。
将尾矿和废石运输到矿区，进行填充作业，填充材料要均匀覆盖整个矿区。
5.固结封闭。
在填充完成后，必须对矿区进行固结封闭，确保填充物不会发生塌陷和流动。
6.监测和维护。
填充完成后，必须对矿区进行定期监测和维护，保持矿区的稳定和安全。
综上所述，空场嗣后充填采矿法是一种环保和高效的采矿方法，可以保护环境、提高资源利用率、减少灾害发生，并节约成本。
通过科学规划和合理操作，可以实现矿业生产和环境保护的双赢。
希望未来更多的矿业企业能够采用空场嗣后充填采矿法，建设绿色矿山，为可持续发展贡献力量。
阶段深孔崩矿嗣后充填采矿法
阶段深孔崩矿嗣后充填采矿法方案说明书矿山研究院草楼矿业有限责任公司2006 年7月目录1 前期深孔阶段空场嗣后充填采矿法方案 (1)2 矿块布置 (1)3 采场结构参数 (1)4 采准切割 (2)4.1 采切工程量计算 (2)4.2 采准工程施工 (2)5 回采工艺 (3)5.1 凿岩 (3)5.1.1 孔网参数设计 (5)5.1.2 VCR法掏槽孔参数 (5)5.2 装药 (6)5.3 爆破 (9)5.3.1 VCR法小区掏槽爆破 (9)5.3.2 回采爆破 (9)5.4 出矿 (10)5.5 采场通风 (12)5.6 采场充填 (12)6 采矿主要设备 (12)7 主要技术经济指标和材料消耗 (13)7.1 主要技术经济指标 (13)7.2 回采主要材料消耗 (13)1 前期深孔阶段空场嗣后充填采矿法方案前期阶段深孔空场嗣后充填采矿法是对前期采矿超前拉底采矿后的矿房上部矿体的回采设计的。
见阶段深孔空场嗣后充填采矿法方案图。
超前拉底采矿方案在《草楼铁矿前期60万吨采矿方案》报告中已有论述，本说明为阶段深孔采矿说明。
2 矿块布置矿块垂直走向布置。
具体在11线和19线之间视-170m工程进度确定位置。
矿块划分为矿房和矿柱。
首采区矿块总体布置见-230m中段首采区矿块布置图。
先采矿房，嗣后全尾砂胶结充填，充填体养护达到设计要求后可采矿柱。
3 采场结构参数矿块结构参数：矿块长为矿体厚度，宽30m，阶段高60m ，底部结构高15m。
矿块划分为矿房和矿柱，其结构参数分别为：矿房长矿体厚度，宽15m，阶段高60m；矿柱长矿体厚度，宽15m，阶段高60m。
4 采准切割采准工程有采场凿岩硐室联络道、采场凿岩硐室、出矿平巷、出矿进路（拉底采矿时已施工完毕）和回风平巷。
切割工程：堑沟拉底在前期采矿已完成。
利用深孔，采用VCR 法切槽，拉底上部矿房回采没有切割工程。
4.1 采切工程量计算采切工程量计算见表4-1。
表4-1 采切工程量计算表4.2 采准工程施工1）在斜坡道未形成时在斜坡道未形成之前，通过采区人行、材料天井，溜井使其与上、下中段联通，人员、设备、材料从天井上、下；掘进废石（矿石）通过溜井下放到-230m中段。
采矿学地采15 补充内容 阶段嗣后充填采矿法
补充内容：阶段嗣后充填采矿法
2、装药 炮孔装药前进行测孔，然后采用胶皮垫混凝土塞子法堵孔。 BCJ型5t井下乳化炸药装药车装药，炸药采用现场混装乳化炸药， 非电起爆系统双路起爆。 采场端部采用VCR法形成切割天井，以切割天井和拉底层为 自由面倒梯段侧向崩矿形成切割槽，以切割槽和拉底层为自由面 倒梯段侧向崩矿。 回 采 落 矿 采 用 柱 装 药 包 形 式 进 行 爆 破 ， 药 包 长 度 一 般 12 m ～ 17 m，孔内多层药包及孔间均采用毫秒微差起爆，先爆中 心炮孔，后爆边角炮孔，每层爆破高度12 m~17 m（药包长度）。 破顶爆破时，将凿岩硐室内矿柱通过浅眼爆破一同崩落。
补充内容：阶段嗣后充填采矿法
七、适用条件、主要技术经济指标 1、适用条件 矿石中等稳固以上； 倾斜、急倾斜矿体； 后极厚矿体。 2、主要技术经济指标 矿石回采率：79.75%； 废石混入率：9.94%； 盘区生产能力：143万t/a。
补充内容：阶段嗣后充填采矿法
3、出矿 每次爆破后，出崩下矿石量的 1/3 ，剩余矿石留在采场支撑 围岩。当矿块矿石全部爆破后，高强度大量出矿，出空后立即进
行充填。
出矿采用Sandvik LH625E型10 m3电动和Sandvik LH621型9 m3柴油铲运机出矿。 每台铲运机负担4个矿块出矿，采场内矿石
补充内容：阶段嗣后充填采矿法
运输水平平巷掘进
选用 7655 型浅孔凿岩机凿岩，人工装药，非电导爆系统起爆， ZL30 电动装岩机配 2m³ 曲轨侧卸式矿车出碴，人工撬顶、安装锚 杆，PZ-5A型砼喷机进行巷道维护
补充内容：阶段嗣后充填采矿法
六、回采工作 1、凿岩 标准矿块底部集矿堑沟选用 Simba1354 型液压凿岩台车凿上 向扇形中深孔，炮孔直径ф76 mm，炮孔排距1.5 m ~ 2 m，孔底距 3 m ~ 4 m。每次爆破1~2排炮孔，在堑沟拉底巷中采用倾斜排面 炮孔爆破形成爆破空间，集矿堑沟形成后，采用大孔径深孔凿岩。 深孔凿岩在凿岩硐室中进行。Simba364型高风压潜孔钻机穿 凿垂直或倾斜深孔，炮孔直径ф165 mm，孔深71m，炮孔间距和 排距3.5 m。潜孔钻机一次钻凿完一个采场的全部炮孔，然后分次 装药爆破。
大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法的应用.doc
大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法的应用摘要：主要论述了大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法在贵州某磷矿的实际应用，包括开采方案的实施、凿岩爆破过程、采场通风、出矿能力、充填方法选择等，通过现场实践应用情况分析，对矿山今后开采积累了大量有价值的经验。
关键词：大直径深孔采矿方法嗣后充填0 引言根据对国内急倾斜中厚至厚矿体矿山的统计，主要的采矿方法包括有（无）底柱分段崩落法、分段矿房法、阶段矿房法、上向水平分层充填法等。
不管哪种方法的采矿，应根据矿山实际情况以及矿体厚度变化和围岩稳固性等采取合理的采矿方法，以最安全高效的方法回收矿石，降低贫化率，保护环境。
1 开采方案概况矿段矿床属急倾斜中厚至厚矿体，矿房、矿柱按15m宽垂直矿体走向方向依次布置，长为矿体厚度（含夹层），阶段高度为70m。
采用下行式开采方式，实际采场回采高度为55m。
上部阶段布置大孔凿岩硐室，拉底水平布置堑沟受矿硐室，堑沟受矿硐室可利用中深孔爆破形成。
采用“隔三采一”的回采顺序，减小附近区域矿块回采时相互干扰及保证回采安全。
矿块回采结束采空区应及时充填，其中矿房采空区用尾砂胶结充填，矿柱采空区用废石或尾砂非胶结充填。
2 凿岩爆破选用高风压潜孔凿岩台车凿岩，从凿岩硐室向下凿大直径深孔至下部受矿硐室顶板。
钻孔直径Φ165m，孔深控制在45～55m，平均凿岩效率约50m/台班。
大孔凿岩必须控制孔位偏差和钻孔偏斜。
钻孔偏斜率要求中间孔小于3%，边孔小于1%。
3 采场通风采场通风主要借助矿山通风系统形成的主风流负压来完成。
新鲜风流经下部中段上盘沿脉巷、联络道进入采场空区，洗涮工作面形成污风后上升到上部凿岩硐室以及下盘回风巷，然后由上部中段回风巷道排至下盘回风井。
4 出矿能力 5 充填方法(FAN) 矿段初步设计中推荐全尾砂胶结充填：骨料为全尾砂并辅助井下掘进和采切的废石，胶结料为425#普通硅酸盐水泥。
6 结论矿段矿体为一走向上比较长、赋存深度范围较大的急倾斜中厚至厚矿体，矿岩稳固条件好，适宜采用阶段空场嗣后充填采矿法进行回采。
某矿分段凿岩阶段矿房嗣后联合充填采矿法试验研究
矿 区内无稳 定 隔水层 ， 其是矿 体 上下 盘 的花 岗闪长 尤 斑 岩风 化带 、 理岩及 构 造破碎 带 均为含 水层 。地 下 大
作 者简 介 ： 华 南 （ ９ ２ ） 男 ， 西 来 宾 人 ， 究 员 ， 士研 究 生 ， 韦 １６ 一 ， 广 研 博 主要 从 事采 矿 工 程 研 究 ； 林 省 长 春 市 南 湖 大 路 ６ ６ 吉 ７ ０号 ，３０ ２ １０ １
关键 词 ： 倾斜 一 急倾斜 厚 矿体 ； 分段 凿 岩阶段 矿 房 ； 嗣后联 合 充填
中图 分 类 号 ： Ｄ８ ３ ３ ３ Ｔ ５ ．４ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章编 号 ：０ １—１７ （０ ０ ０ ０ ２ ０ １０ ２ ７ ２ １ ）６— ０ ３— ６
某矿 为湖北 省 一 大 型 金 矿床 ， 矿 石 价 值 较 高 。 其
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对阶段空场嗣后充填采矿法的研究分析
对阶段空场嗣后充填采矿法的研究分析摘要：随着金属非金属矿山开采技术不断发展，采矿技术不断成熟。
日益减少的矿产资源与经济发展对矿产资源的需求，对安全高效的采矿方法提出了更高的要求，目前众多金属矿山采用安全高效的阶段空场嗣后充填法进行开采。
采用阶段空场嗣后充填法进行回采时，一般分为两步完成，间隔回采，一步矿房回采完成后，先对采空区进行充填，充填完成并具有足够强度后再回采其余矿房，即在充填体中间回采矿石。
为实现回采过程中的安全要求，需要从采矿方法、爆破参数、充填体稳定性、回采顺序及结构参数等方面对采矿方法进行优化，同时对回采过程中的矿房顶板和充填体强度提出了更高的要求。
对矿山高效安全开采技术进行研究分析，对保证矿山安全生产有着重要意义。
关键词：阶段空场嗣后充填法；爆破参数；充填体稳定性；安全高效1、阶段空场嗣后充填采矿法随着地下金属矿山开采强度不断扩大，地下形成了大规模的采空区，同时也产生了大量堆积于地表的固体废物（尾矿、废石），地下采空区与地表尾矿废石场既是矿山高效开采的两大灾害来源，也是矿区周边生态和人民生命财产安全的潜在危险源，严重阻碍了矿山绿色发展，是采矿工程领域重点研究的课题之一。
充填采矿法作为一种安全、环保得开采方法，在国外已经较早的进行研究。
随着开采深度不断加大，阶段矿房嗣后充填法充分发挥了其回采效率高、作业环境安全、损失贫化率低、控制地表塌陷等不可代替的优势，在国内外矿山得到了广泛推广应用。
阶段空场嗣后充填法高效利用充填体、矿体、空区三者的时空关系有机结合，再地下金属矿山开采过程中发挥着重要作用，它既消耗了地表的矿山废物，及时充填采空区，又改善了地下开采工作环境安全情况和采场地压条件等，从而形成“以废治害”的安全高效生态采矿模式。
阶段空场嗣后充填法在矿山推广应用过程中存在一些关键问题，如充填体与围岩之间相互作用影响、充填体强度、暴露充填体的稳定性、采场回采顺序和采场结构参数优化等。
2、合理的爆破参数爆破参数的合理选择，可有效降低炸药单耗，有效控制矿房大块率，减小爆破震动，有效控制顶板和围岩的破坏程度，对矿山安全高效的回采及二步房回采围岩、充填体的稳固性有着重要意义。
常峪铁矿阶段空场嗣后充填采矿法采场布置形式的探讨
•矿物开采•收稿日期:２０１８－０４－１７作者简介:杨㊀闯(１９８６－),男(汉族),辽宁盘锦人,河钢矿业滦县常峪铁矿有限公司采矿工程师,国家一级建造师,主要从事矿山井建与生产技术管理工作.常峪铁矿阶段空场嗣后充填采矿法采场布置形式的探讨杨㊀闯㊀齐朝鹏㊀李成斌(河钢矿业滦县常峪铁矿有限公司,河北滦县)㊀㊀摘要:常峪铁矿结合国内外相关矿山的生产实践,并经过多方案比选,初步确定了适合该矿山的采场布置形式,可有效解决凿岩硐室与底部结构的相互转化问题,同时节省了后期的采切工程量.关键词:充填采矿;硐室;堑沟;炮孔中图分类号:T D ８５３ ３㊀㊀文献标识码:B ㊀㊀文章编号:１６７１－８５５０(２０１８)０３－００１２－０３０㊀引言常峪铁矿设计年产铁矿石５００万t,采用竖井与斜坡道联合开拓方式,根据常峪铁矿床地形地质特征,结合矿山规模,经方案比较,设计确定一期开采范围为－１００~－４００m 之间的矿体,采用主副竖井开拓;二期开采范围为－４００~－５００m 之间的矿体,采用主斜坡道开拓系统.该区矿体由多层铁矿组成,夹石较多,矿层分支复合现象显著,矿层形态比较复杂,呈近平行层状或大透镜状.全区从上到下共分为十四个矿体,编号依次为ⅠＧ１~ⅠＧ４㊁Ⅱ㊁ⅢＧ１㊁ⅢＧ２㊁Ⅳ~Ⅹ,矿体走向总长度为９５０m ,分布在响堂断裂(F ３)与１１线之间,平均厚度６ ２９~４１ ６８m ,矿体埋深７０~８１０m (其中主矿体埋深７０~７６m ),矿体赋存标高在－３３~－８０３m 间,最大延深达６２１m .矿区周围工业设施较多,东有平青大公路,南有司家营铁矿一期选矿厂及胶带通廊,西南有司家营铁矿废石倒装场,北有尾矿库及村庄,地面工业厂区布置受到一定限制.主要开拓工程均布置在矿区西部㊁地表岩石移动界线外,但在移动界线内有耕地㊁狗尿河.为了确保地表建㊁构筑物不受破坏,常峪铁矿设计采用充填采矿法回采,以极厚矿体阶段充填采矿法和厚矿体阶段充填采矿法为主.１㊀阶段空场嗣后充填采矿法极厚矿体设计采用盘区式回采方式.盘区沿矿体走向布置,长１２０m ,宽为矿体厚(标准盘区宽度１６４m ),高５０m (中段高度),间柱宽１５m .盘区内矿块沿矿体走向布置,垂直矿体走向方向布置的矿块数根据矿体厚度确定,标准盘区共布置２列８行.盘区内矿块划分为一步采矿块和二步采矿块,一步采矿块和二步采矿块在垂直矿体走向方向间隔布置,标准盘区内共有８个一步采矿块和８个二步采矿块.一步采矿块采用胶结充填采矿法,沿矿体走向方向,每行连续布置两个一步采矿块,矿块长度均为５２ ５m ,矿块宽度２０m ,矿块高度５０m .二步采矿块主要采用尾砂充填,每行布置两个二步采矿块,中间设置８m 宽间柱,矿块长度均为４８ ５m ,矿块宽度２０m ,矿块高度５０m .每个盘区上下盘各布置一条风井.采区溜井布置在间柱中,间隔约９０m .厚矿体阶段充填采矿法为分段凿岩㊁阶段出矿㊁嗣后充填,矿块垂直矿体走向布置.一步采和二步采矿块间隔布置,一步采块矿采用胶结充填,二步采矿块主要采用尾砂充填.一步采和二步采的矿块尺寸相同,矿块高５０m (中段高度),矿块宽２０m ,矿块长为矿体厚度,在矿体下盘,每１２０m (６个矿块)设一条矿石溜井和通风天井.２㊀采场布置形式的选择２ １㊀阶段空场下向扇形孔凿岩法常峪铁矿极厚大矿体和厚矿体采矿凿岩方式由初步设计的分段凿岩改为阶段凿岩,阶段高度为５０m ,堑沟底部结构,选定凿岩设备为D L ４２１Ｇ７C 型液压凿岩台车,在凿岩巷道内钻凿下向扇形孔,出矿设备采用L H ５１４E 型电动铲运机,矿体下盘三角矿采用分段凿岩嗣后充填采矿法进行回采,见图１.２１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀矿㊀业㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀M i n i n g E n g i n e e r i n g㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１６卷㊀第３期㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年６月+,-/*./,*-1图１㊀阶段空场下向扇形孔凿岩示意图１－凿岩巷道;２－下向扇形炮孔;３－充填体;４－出矿巷道;５－堑沟拉底巷道;６－间柱;７－出矿进路优点:１)采用D L４２１Ｇ７C型液压凿岩台车在凿岩巷道中钻凿下向扇形孔,后期凿岩巷道可作为上一中段的堑沟拉底巷道,降低采切工程量;２)堑沟底部结构凿岩设备可与回采凿岩设备统一,降低凿岩设备备品备件的投资;３)根据山特维克设备厂家介绍,D L４２１Ｇ７C型液压凿岩台车凿岩效率高,炮孔偏斜率小,设备运行自动化程度高,工人劳动强度小.缺点:１)根据对国外矿山进行考察,芬兰皮哈萨拉米矿山目前采用D L４２１型凿岩台车,在凿岩巷道中钻凿下向扇形孔,但是该矿山段高仅２０m,采用平底出矿底部结构,而常峪铁矿段高为５０m,堑沟底部结构高度为２０m,回采凿岩垂直高度为３０m,有一定参考意义,但是出矿底部结构有所差别,该种采矿方法在国内尚无矿山应用实例(国内普遍采用在凿岩硐室内钻凿下向垂直平行孔,堑沟出矿底部结构);２)扇形炮孔布置形式孔底距不好控制,而且扇形炮孔布置形式爆破振动对于相邻矿块影响较大(如二步采时,相邻矿块为胶结充填体),不利于采场稳定;３)D L４２１Ｇ７C型液压凿岩台车为国外进口设备,设备投资较高,询价为７００万元/台,在目前矿业形势下,进口设备没有竞争优势.２ ２㊀阶段空场下向垂直孔凿岩法采用国产凿岩设备代替进口D L４２１Ｇ７C型凿岩台车,国内部分矿山采用国产T１５０型凿岩台车穿凿下向垂直孔,如安庆铜矿㊁冬瓜山铜矿㊁张庄铁矿㊁周油坊铁矿.２ ２ １㊀充填体内布置出矿进路凿岩硐室正常布置在凿岩水平,在凿岩硐室中央布置４条２mˑ１５m的条柱,保证凿岩硐室顶板稳定,矿块回采完毕后(包括凿岩硐室中的条柱),矿块充填至凿岩硐室顶板,顶部４ ０~４ ５m采用高强度充填体,上中段出矿巷道及出矿进路布置在高强度充填体中,如安庆铜矿,见图２.+,-.2/2+10/3,*/*图２㊀充填体内布置出矿进路采矿法１－矿体;２－矿柱;３－凿岩硐室;４－下向垂直炮孔;５－矿石;６－出矿巷道;７－堑沟巷道;８－充填体;９－间柱优点:１)国内目前安庆铜矿采用该布置形式;２)凿岩硐室正常布置,施工工艺简单,现场生产管理容易;３)底部结构矿石损失量小.缺点:１)对于充填体强度以及充填工艺要求较高,要保证顶部４ ０~４ ５m高强度充填体需与相关科研院校合作,并对安庆铜矿进行详细考察;２)由于上阶段出矿巷道及出矿进路在充填体中施工,采切副产矿石量小;３)在充填体中施工出矿巷道及进路,施工成本增加４００~５００元/m３,吨矿成本增加约５ ２６元.２ ２ ２㊀下卧式凿岩硐室凿岩硐室布置在凿岩水平以下,凿岩硐室顶板与凿岩水平处于同一标高,在凿岩硐室中央布置４条２mˑ１５m的条柱,保证凿岩硐室顶板稳定,常峪铁矿矿体厚度较大,采用盘区布置形式,盘区垂直矿体走向布置,矿块沿矿体走向布置,盘区间柱宽度１５m,根据国产T１５０型凿岩台车设备工作尺寸,凿岩硐室高度为３ ２~３ ６m,设计选取３ ５m,凿岩硐室整体下卧３ ５m实现较困难(凿岩联３１２０１８年第３期杨㊀闯等㊀常峪铁矿阶段空场嗣后充填采矿法采场布置形式的探讨络道坡度过大),经研究后考虑可将凿岩硐室部分倾斜布置,坡度为１５％,该种布置形式对于设备工作没有影响,见图３.+,-./10/*图３㊀下卧式凿岩硐室１－穿脉;２－下向垂直炮孔;３－矿柱;４－凿岩硐室;５－充填体;６－矿石;７－出矿进路优点:１)采切副产矿石量大;２)掘进施工作业在矿石内,施工安全可靠性高.缺点:１)目前尚无应用实例矿山;２)由于凿岩硐室下卧３ ５m布置,施工工艺复杂,现场生产管理有难度;３)凿岩硐室下卧布置,采场排水较困难;４)采场充填时充填至凿岩水平,对于充填作业管理要求较高.２ ２ ３㊀双凿岩硐室下向炮孔凿岩硐室布置在凿岩水平,布置两个凿岩硐室,两个凿岩硐室中间留条形矿柱,矿块回采时保留凿岩硐室间的条形矿柱,下阶段矿块回采完毕后,采空区充填至凿岩硐室底板水平,凿岩硐室在下阶段矿块回采结束后作为上阶段矿块回采的堑沟巷道和出矿巷道,见图４.优点:１)可避免凿岩硐室下卧或者在充填体中施工上阶段采矿的底部结构;２)凿岩硐室作为上阶段采矿的堑沟巷道和出矿巷道;３)可节省大量的采切工程量.缺点:１)靠近间柱一侧的炮孔要钻凿倾斜孔;２)间柱下面的矿石可能爆破不完全;３)凿岩硐室暴露面积较大,根据岩石情况需要增加支护.+,-./123./*,*图４㊀双凿岩硐室下向炮孔１－下向炮孔;２－堑沟拉底炮孔;３－凿岩硐室;４－矿石;５－矿柱;６－拉底巷道;７－出矿巷道;８－充填体３㊀结语由于当前铁矿市场不景气,考虑国产凿岩设备的情况下,通过多方案比选,初步确定采用双凿岩硐室下向炮孔布置形式,该采矿方法可有效解决凿岩硐室与底部结构的相互转化问题,即上阶段的凿岩硐室可作为下阶段采矿的堑沟巷道和出矿巷道,节省了后期的采切工程,但相邻两个硐室的间柱要根据硐室内岩石结构进行调整留置,可能会影响出矿进路的布置,因此,在生产中应加以考虑.㊀D i s c u s s i o no f t h e S t o p eL a y o u tw i t hS t a g eO p e nS t o p i n g P o s tM i n i n g F i l l i n g i nC h a n g y u I r o nO r eY A N GC h u a n g,Q IZ h a o p e n g,L IC h e n g b i n(H e b e i I r o na n dS t e e lG r o u p t h eL u a n x i a nC h a n g y u I r o nO r eC o．,L u a n x i a n０６３７００,C h i n a)A b s t r a c t:C h a n g y u I r o nO r e c o m p a r e s s e v e r a l o p t i o n s,a n d c o m b i n e s t h e s i t u a t i o n i no t h e rd o m e s t i c a n do v e r s e a sm i n e s, d e t e r m i n i n g a p r o p e rm i n i n g l a y o u t f o r i t s e l f．I t c a ne f f e c t i v e l y s o l v e t h em u t u a l t r a n s f o r m a t i o n p r o b l e mb e t w e e nr o c kd r i l l i n g c h a m b e r a n db o t t o ms t r u c t u r e．I t s a v e s t h em i n i n g a n d c u t t i n gq u a n t i t y i n l a t e s t a g e．K e y w o r d s:f i l l i n g m i n i n g;c h a m b e r;t r e n c h;b l a s t h o l e４１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀矿㊀业㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１６卷㊀第３期。
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阶段嗣后充填采矿设计优化研究＊董 璐１，２，高 谦１，２，李茂辉１，２，王有团１，２（１．北京科技大学土木与环境工程学院， 北京 １０００８３；２．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室， 北京 １０００８３）摘 要：针对大型贫铁矿采用的上向阶段嗣后充填采矿方法，提出超大采场开采的点柱式结构型式，同时开展了３种回采模式阶段嗣后充填采矿的可行性论证与采场结构参数的优化研究。
针对司家营铁矿南区的工程和水文地质条件和充填体的力学参数，采用ＦＬＡＣ３Ｄ数值分析软件，设计不同回采方案下的正交数值试验，建立了南区开采的优化模型，得到不同回采模式下的最佳采场结构参数。
通过对采场稳定性评价，揭示了不同回采模式的优越性和不足，从而使采矿设计方案适用于复杂变化的矿山工程地质条件，为实现矿山安全高效开采打下了基础。
关键词：阶段嗣后充填；点柱；采场结构参数；正交数值试验中图分类号：ＴＤ８５３．３４ 文献标识码：Ａ文章编号：１００５－２７６３（２０１４）０３－０１３６－０４Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｔａｇｅ Ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ＭｅｔｈｏｄＤＯＮＧ Ｌｕ１，２，ＧＡＯ Ｑｉａｎ１，２，ＬＩ Ｍａｏｈｕｉ１，２，ＷＡＮＧ Ｙｏｕｔｕａｎ１，２（１．Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ－Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄＳａｆｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｍｉｎｅ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｔａｇｅ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｉｒｏｎ ｏｒｅ，ｐｏｉｎｔ ｐｉｌｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｓｕｐｅｒ ｓｔｏｐｅ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｔｏｐｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ３ｓｔａｇｅ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｓｔｏｐｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ ｉｎ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｓｉｊｉａｙｉｎｇ ｉｒｏｎｍｉｎｅ，ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｏｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ＦＬＡＣ３Ｄｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｏｐ－ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ａｒｅａ ｗａｓ ｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｒｅｃｅｉｖｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｔｏｐｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｎ－ｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｓｔｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄ－ｅｌｓ，ｓｏ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｕｌｄ ａｐｐｌｙ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｈａｎ－ｇｅｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｉｎｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓａｆｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ．Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｓｔａｇｅ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ，Ｐｏｉｎｔ ｐｉｌｌａｒ，Ｓｔｏｐｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｔｅｓｔ０ 前 言众所周知，由于矿床均经历了多次地质构造和成矿作用，导致矿山的工程地质和水文地质复杂多变，矿岩特性与工程稳定性存在空间的不确定性。
在整个矿山系统中，采矿方案优化设计与决策是矿山组织生产的前提和依据［１－２］。
回采方案的优越性和采场结构参数的合理性对矿山安全生产和效益具有关键性作用。
在以往的设计、计划和生产管理工作中，由于对赖以做出决策的关于地层深处矿床地质条件和开采环境信息的掌握程度不足，通常借助于现有的工程经验和设计规范类比决策结果。
随着矿山机械化水平的提高，以及大规模、高强度集中生产的采矿方法在地下矿山中的应用，传统模式的局限性逐渐凸显出来，导致方案实施过程中经常遇到各种各样的问题，延误了方案的实施［２－６］。
本文针对司家营铁矿南区采用的上向阶段充填采矿方法，根据矿区力学参数的研究，运用数值模拟、回归分析、目标优化等手段，对矿区初步设计［７］进行调整，提出切实可行的回采方案及结构参数，以便于指导矿山采矿安全生产。
根据南区采矿技术条件，分别对３种不同回采方案进行力学模型模拟开采－充填试验，优化采场结构参数，确保南区矿床开ＩＳＳＮ １００５－２７６３ＣＮ ４３－１２１５／ＴＤ 矿业研究与开发第３４卷第３期ＭＩＮＩＮＧ Ｒ ＆Ｄ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．３ ２０１４年６月Ｊｕｎ．２０１４＊收稿日期：２０１３－０４－２６基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）资助项目（２０１０ＣＢ７３１５０１）；河北省钢铁产业技术升级专项资金资助项目（ＳＪＧＳ－ＫＪ－１２－０３）；长江学者和创新团队发展计划资助项目（ＩＲＴ０９５０）．作者简介：董 璐（１９８５－），女，山东滕州人，博士研究生，主要从事岩石力学和充填采矿工程方面的研究，Ｅｍａｉｌ：ｄｏｎｇｌｕ６２９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
DOI:10.13827/ki.kyyk.2014.03.002采的可行性、可靠性，并优化充填体强度，实现采场经济效益的最大化。
１ 采场力学参数１．１ 工程地质概况阶段充填采矿方案优化设计，矿山工程地质研究是基础。
司家营铁矿是河北钢铁集团矿业有限公司在建的大型鞍山式沉积变质铁矿山，矿区位于滦县响嘡镇，矿床分为南、北两个区。
南区埋深深度达到５００ｍ，平均厚度为２０７ｍ、品位仅为３０．９％，为一座大型贫铁矿床。
矿体上部赋存的第四系含有丰富的地下水。
根据《河北省滦县司家营铁矿南区详细勘探地质报告》，从工程地质状况、构造、钻孔岩芯ＲＱＤ值、节理裂隙等方面分析，将矿岩分为三类：稳定区、较稳定区和不稳定区。
表１给出了南区矿岩体质量的总体评价指标。
１．２ 岩体物理力学参数岩体物理力学参数涉及到计算区域内岩体介质类型的简化，选择恰当的力学参数是保证采矿设计和采场稳定性数值分析可靠的重要条件［８］。
根据矿区早期探矿工程和近期竖井勘探工程综合研究，结合其岩体质量总体评价指标，借助实验室岩块试验，得出南区矿岩体物理力学参数如表２所示。
表１ 司家营铁矿南区矿岩体质量总体评价指标地层赋存标高／ｍ单轴抗压强度／ＭＰａ稳定性评价围岩类型ＲＭＲ第四系２５～－９０－极不稳定Ⅴ１０强风化带－９０～－１５０ ３０较不稳定Ⅳ３０弱～新鲜分化带－１５０～－５５０ ８７较稳定Ⅱ～Ⅲ６０主要矿体－１５０～－５５０ ２４０稳定Ⅱ７０１．３ 充填体物理力学参数结合Ｓｗａｎ（式１）和Ｐｉｅｒｃｅ、Ｓａｉｎｓｂｕｒｙ（式２）等通过大量的室内试验得到的胶结充填体的弹性模量与抗压强度关系，参考各充填矿山的工程经验，确定了数值分析采用的充填体物理力学特性参数见表３。
Ｅｃ＝０．２１σ１．４４ｃ（１）Ｅｃ＝０．３１７２σｃ（２）式中：Ｅｃ———胶结充填体弹性模量，ＧＰａ；σＣ———充填体单轴抗压强度，ＭＰａ。
表２ 岩体物理力学参数岩体类型标高／ｍ密度／（ｔ／ｍ３）抗压强度／ＭＰａ抗拉强度／ＭＰａ粘聚力／ＭＰａ内摩擦角／（°）弹性模量／ＧＰａ泊松比上、下盘围岩２５～－９０ １９ ５ ０ ０．２ ２８ １．２ ０．４－９０～－１５０ ２．６ ３５ ３．９ １．２ ３４ ９．０ ０．３－１５０～－２５０ ２．７ ６７ ４．９ １．４ ３７ １３ ０．２４－２５０～－４５０ ２．８ ８０ ７．８ １．５ ３８ １７ ０．２３－４５０～－５５０ ２．８ ８２ ８．４ １．５ ４０ １７ ０．２３矿体－１５０～－２５０ ３．３ ８０ ８ １．６ ４０ １８ ０．２２－２５０～－５５０ ３．３ １００ １０ ２．８ ６５ ２７ ０．２０表３ 充填体物理力学参数充填体类型抗压强度／ＭＰａ抗拉强度／ＭＰａ密度／（ｋｇ／ｍ３）粘聚力／ＭＰａ内摩擦角／（°）弹性模量／ＧＰａ泊松比胶结充填体１．０ ０．１２ １７００ ０．２８９ ３０ ０．２６３６ ０．３３．０ ０．３６ １８００ ０．８６７ ３０ ０．９８７ ０．３５．０ ０．６０ １９００ １．４４５ ３０ １．８５９ ０．３７．０ ０．８４ ２０００ ２．０２３ ３０ ２．８４１ ０．３尾砂充填体０．０２ ０ １３００ ０ ２４ ０．００５ ０．３０．０３ ０ １４００ ０．００４ ２６ ０．０２５ ０．３０．０４ ０ １５００ ０．０８ ２８ ０．０３ ０．３２ 采场结构设计与回采顺序２．１ 采场结构设计司家营铁矿南区的阶段充填法设计基本原则是确保采场和充填体的稳定性，实现对地表岩移的控制，避免村庄搬迁，农田破坏，从而保护矿山环境和生态平衡。
基于上述原则，南区采矿设计明确了以构成充填采场框架结构为目标的设计方案。
中冶京诚（秦皇岛）工程技术公司针对１５００万ｔ／ａ和２０００万ｔ／ａ５ 董 璐，等： 阶段嗣后充填采矿设计优化研究的生产规模，分别设计出对角式和间隔式矿块回采模式。
为了保证矿区回采过程的稳定性，本研究提出超大采场阶段充填法开采的点柱式结构型式。
２．２ 回采顺序３种采矿方法均采用盘区布置，每个盘区沿矿体走向布置矿块。
为了减少采场暴露面积，对每个盘区的矿体分４步回采，一、二步回采矿房采用胶结充填，三、四步回采矿柱采用尾砂充填。
矿山初期生产仅回采矿房和矿柱，间柱暂不回采。
从图１可以看出，间隔回采（见图１（ｂ））矿块长度是对角回采（见图１（ａ））的两倍，实现了产能的提高。
但是，这两种回采模式仅适用于矿岩稳固的采矿技术条件。