摘要：在采矿工程中，向上水平分层充填采矿法具有开挖工作量小、对矿体形态变化适应性强等优点。由此可见，加强上向水平分层充填采矿法在采矿工程中的应用具有十分重要的作用。但尽管认识到这些优势，仍有一些领域需要改进。
关键词：上向水平分层填充采矿法；开采条件；问题；优化
随着我国矿业的快速发展，各种先进的采矿技术方法也在不断的被应用在矿业生产过程中，其中上向水平分层充填采矿法就是这样一种较为先进的采矿方法。为了进一步的提高其采矿效率，增大采矿技术方法的经济效益，我们决定对其进行优化改进，并通过实践证明了优化后的上向水平分层充填采矿法更具优越性和经济性。
一、上向分层充填采矿方法的应用
矿山在合并整合后，为了安全持续正常生产，结合矿体开采现状，选择了上向盘区点柱分层充填采矿法。采矿方法，
1.采场结构参数。矿块垂直矿体走向布置。中段高度为30m，矿块长为100m，宽为矿体厚度；分层高位6～7m，回采完后充填4～5m，留1.5～2m的空区作为上一分层回采爆破的补偿空间；间柱宽4m，点柱初始尺寸为6.5×6.5m 2，准备充填之前，将矿柱下部3.5m扩刷至Φ5m，上部2.5～3.5m仍为6.5×6.5m 2。中段平巷及其分层联络道为汽车运矿巷道，巷道规格为3.7×3.8m 2；副中段平巷及其分层联络道为铲运机通道，巷道规格为3×2.8m 2。溜井规格为Φ1.8m 2、δ12mm的钢溜井。回风充填上山和穿脉的规格均为2×2m 2。
2.回采工艺。中段内，从矿体底部自下而上按照6～7m的分层高度进行各分层的回采作业。第1分层回采时，先自中段运输平巷向矿体掘进联络道至采场中央，规格为3.7×3.8m 2，然后，自联络道向矿体上盘掘穿脉凿岩巷道，将采场划分为两部分，自凿岩巷道向采场两边同时回采，回采结束后，将联络道挑高一个分层高度，并及时以喷混凝土支护，用非胶结充填体充填采空区，充填高度为4～5m，用高标号胶结充填体浇面0.3～0.5m，空顶1.5～2m做上一分层回采爆破补偿空间；第1分层回采结束后，其它各分层自挑高的联络道开始进行回采，回采实际高度为4～5m；分层回采中，回采方式为采场内回采时，留6.5×6.5m 2的矿柱，待本分层矿石回采结束后，将矿柱下部3.5m刷至Φ5m，上部2.5～3.5m仍保持6.5×6.5m 2。
3.采场充填。为减少充填料对充填挡墙的压力，控制充填体的沉缩量，充填分为分层充填和接顶充填两个工序。①分层的充填。分层采完后，立即进行充填，采空区实际高度6～7m，充填高度4～5m，空顶1.5～2m做上一分层回采的爆破补偿空间。分层充填采用非胶结充填，然后，用高强度（2.5～3.5MPa）的胶结充填料浇面0.5m左右。②接顶充填。采场最后一个分层的充填，要尽量充满，进行接顶充填，以便有效地控制采场地压，保证采场作业安全。充填时，可以分次充填，在第1次充填基本接顶以后，停24h后，再回充第2次或采取压力灌浆，达到充分接顶的目的。
二、采矿方法的优化
对某矿区上向水平分层江砂胶结充填采矿法在应用中存在的诸多问题，以及在开采过程中发现的地质形态变化所带来的影响，经过技术人员的研究商讨，决定对采矿方法进行优化处理。优化内容主要从胶结充填体的强度设计、充填材料及其配比等方面进行。
1.胶结充填体的强度设计优化。由于浇面充填体强度设计方法目前尚无统一设计规程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆我们参照条件与该矿区类似的矿山的设计规程，结合该矿多年的生产实践，运用经验类比法选择矿房浇面充填体强度设计值。考虑到该矿实际生产中，凿岩通常于充填结束后14 d左右进场作业，采场出矿通常需4周。因此，我们将浇面充填体14 d和28 d强度分别设计为1.0Mpa和3.0Mpa。
2.充填材料以及配合比优化。充填材料及配合比既是决定充填体强度的关键指标，又是影响充填成本的主要因素，合理的充填材料和配合比应该是以最低成本使胶结充填体满足采矿工艺要求。为此需要解决两个主要问题：其一是采矿工艺所要求的最低强度值，这是矿山胶结充填体的强度设计致力解决的问题，在上节已进行合理设计。其二是充填料配合的最高强度值，这是充填材料及配合比试验研究的目的。而影响江沙胶结充填体强度的主要因素有灰砂比（质量比）、充填体的养护龄期和料浆浓度。由于细江砂平均粒度与散装水泥的细度相差大，浆体中水泥和江沙离析现象严重，不宜形成高强度的充填体，不能作为水泥胶结充填骨料。但其压缩系数小，孔隙比也较小，在外载荷作用下，变形小；同时其渗透系数较大，采场脱水快。因此细江砂是水力非胶结充填优质骨料。而极细江砂渗透性较好；粒级级配较理想，有利于水泥胶结充填体强度的提高，则是理想的胶结充填骨料。在对填充材料的选择方案进行优化后，我们又根据实际情况对矿柱与矿房的填充材料配合比进行了优化设计，以确保充填质量。
三、上向水平分层充填采矿法的改进实践
1.行人天井方式溜井的改进与选择。从行人天井类型来看，木质行人天井是最常用的。但是，在木材涨价时，钢材相对便宜时，也使用过钢质的行人井。此外，还有下盘脉外天井、联络道互相结合的方式。一是通过分析，选择最合适的行人天井。与其他方式相比较而言，成本最少的行人天井是木质的，它比其他方式更为低廉。如果在三年时间内进行回采，是可以利用的。如果间隔的时间过长，可以将此顺路井当作采场溜矿井，并再架造一条顺路的行人天井。
2.矿井溜井的有效改进。在进行采矿过程中，“采场溜井”主要是在采场和采准运输巷道。在手选作业量大或者采场有比较多的夹石时，也可以用废石溜井。一般而言，从采场浅孔凿岩来看，其落矿高度一般在0.5-1米左右。采场内充填料不断增加，也会使采场溜井随之增高。首先应从技术上进行改进：一是尽量降低粉矿的损失率，尽量减少金属或者减少粉矿。要确保矿石、废石得到有效地流通，减少放矿阻力，不能出现卡矿；二是尽量使用比较轻便的材料，这样可以使体力劳动减轻。想方设法地增强溜井的强度，严格按照采场作业的相关要求来保证溜井寿命。在采场进行构筑或安装过程中，要尽量地简便，以免影响其他作业。其次应从成本方面进行改进。尽量降低材料价格，减少材料造价。做好材料的保管存放，严防出现变质、腐烂，要便于材料的采购与运输。
3.采场铺垫材料的改进。在采场进行回采作业爆破前，都需要使用铺垫材料进行隔离。通过使用铺垫材料，就能够避免爆破后矿石或金属粉末混进充填料中去，还可以进行更方便的人工回收或矿石回收。如果使用强度较高的隔离材料，可以有效地抵抗爆破所产生的冲击力。在选择隔离材料时，应该选择价格便宜的隔离材料，要便于取材、采购和运输，严防使矿井受到污染，并不能对选治回收产生影响。一是选择合适类型的铺垫材料。在生产实践中，不能再选用草袋子、黄土和帆布等，要选用现在常用的钢板、混凝土、废旧运输胶带等。二是选择技术性和经济性性价比都比较高的铺垫材料。主要有废旧运输带、混凝土和钢板三种铺垫材料。从材料费用来看，混凝土的费用是最高的，然后是钢板，最便宜的是废旧胶板。从充填料中的金属损失来看，混凝土无损失，然后是钢板，最后是废旧胶带。从矿石成本来看，混凝土的成本最高，然后是废旧胶带，成本最低的是钢板。
总之，针对上向水平分层充填采矿法存在的主要问题，从多个角度、多个层面、多条途径入手，从经济性、成本性等方面进行综合分析，结合实际选用最合适的材料、结构和方式，对上向水平分层充填采矿法进行有效地改进。
参考文献：
[1]张建河.浅谈上向水平分层充填采矿法的优化研究.2017.
[2]赵红伟.李晓云，探讨上向水平分层充填采矿法的优化分析.2018.
论文作者:仲作晓
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
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