水平分层充填采矿法采场接顶充填方案探讨

王超佩，张紫阳

（西藏华泰龙矿业开发有限公司，西藏 拉萨 850200）

我国某采矿企业，其就有一个以铜矿为主的联合开采矿山。目前，该矿山生产中段已经达到了-270m水平，在实际工作开展中，对两步回采的上向分层填充发进行应用。即先进行采矿柱的处理，在做好砂交接充填处理后，回到采矿房进行非胶结充填处理。受到充填质量以及采场不布置等方面因素的影响，在-270m区域，在第一步矿柱方面大多数没有进行接顶处理，该种情况的存在，则使得二步矿房在后续回采安全性方面受到了较大的影响，在部分区域已经出现了局部冒顶以及片帮等问题。为了保证实际生产当中矿房中下段在回采当中具有较好的安全性，即需要能够对接顶情况进行细致的分析、研究与调查，在此基础上开展补充接顶方案设计，通过该措施的应用实现充填体支撑能力的提升，在实现地压规模良好控制的基础上为后续回采工作的安全开展打下良好的基础[1]。

1 开采现状

在该矿场，其在地下开采已经达到-270m地段，在实际施工中通过两步回采以及水平分层充填采矿法进行处理，通过两步回采工艺以垂直交替的方式对矿柱以及矿房进行布置。在水方面，设计阶段高度40m，控顶高度6m，分4层方式回采。

开采技术方面，因该区域为合格的硫精矿，无法作为充填骨料进行应用。对此，该区域通过长江砂应用为充填骨料，使用普通的硅盐酸水泥作为胶凝材料，保证交接充填的质量浓度在65%左右，充填质量配置比为1：5。具体生产流程即先通过铲运机将处于地表堆场的砂材料运输到卧式砂仓当中，在其底部位置的放砂漏斗防置皮带运输机之上，在经过振动方式将其中的大块剔出后运输到稳料漏斗当中，并通过但螺旋输送机械设备的应用将其实现对搅拌桶的运输。散装水泥方面，则通过处于水泥仓底部的螺栓输送机将其运送到同一个搅拌桶当中，在经过向其中加入水之后形成合格的充填料浆，并通过充填管道以及钻孔的应用将运输到采场实现胶结充填处理[2]。

回采以及充填方面，根据回采顺序优化原则以及现有采场的划分情况，可以将该采场分为9个盘区，其中，1、2盘区已经完成回采以及充填处理，而3-9盘区还没有完成回采。从具体的充填工作开展效果看来，在3号盘区当中，其中的三分层存在20mm的断壁裂缝情况，而在6号盘区的部分区域存在冒落情况，而对于其余胶结充填采场，还存在没有接顶的情况，其具体高度在1m～2m之间。考虑到新桥旷具有较大的水平开采面积，目前大面积未接采场情况的存在，将对后续回采工作的开展产生较大的安全隐患，即需要能够通过科学分析、计算方式的应用在保障安全的基础上尽可能的对接顶工程力量进行减少，以此为基础对接顶采场的位置以及数目进行确定，并联系实际选择科学的补充接顶设计施工方式，以此对后续回采工作开展的安全性进行提升。

2 方案数值模拟

2.1 建立模型

根据ANSYS对三维有限元力学模型进行分析，为了能够便于实际计算，则将对模型介质进行一定的简化处理，使其成为由灰岩、矿体以及充填体这几部分组成的模型。同时，通过计算的方式对-270m水平采场在完全完成回采时的补充接顶方案的顶板稳定性进行比较，在此级基础上优化选择补充接顶方案。在该方案中，将部分盘区矿柱作为盘区矿区保留不进行回采，其余采场保证空顶高度2m。为了能够对支承矿柱、采场顶板在实际回采当中的应力变化规律进行确定，以此对矿体在实际回采当中的最优接顶方案进行确定，在此过程但那个中对弹塑性有限元数值分析法进行了使用，在对新桥矿实际回采情况相结合的基础上对施工当中的经济要求以及计算精度进行综合考虑，实现对数值模型划分原则的确定[3]。

第一，根据矿岩特性、回采过程、采空区状况以及矿体的产状为基础进行模拟计算，并对采场的岩体特性、采空区形状以及采场结构等进行标准化以及简化处理，以此对实际计算当中的需求进行满足；第二，按照5m为间隔划分开采范围，其余区域则以自由单元方式进行划分[3]。

2.2 约束条件

在实际载荷计算当中，其不会随着单元的方向变化而变化，在整个过程当中始终具有其最初方向的保持。其中，表面荷载将始终在变形单元的表面方向形成作用，能够实现跟随力的一种模拟，其具体数值通过上覆岩体的自重相等。同时，在采动影响范围方面，其具有优先的特征，在同采场近距离较远的区域，岩体则将具有较小的位移值，而当计算模型具有足够大尺寸时，买模型边界位置处的位移则可以视为0。

2.3 模拟结果分析

在该环节中，即从压应力破坏区域、安全系数以及拉应力这几方面进行分析，通过全面分析为补充接顶方案的合理选择提供依据。在本方案当中，对盘区矿柱进行了留设，将采空区实现对两个相互之间独立分区的划分，以此对大面积采空区的跨落风险进行降低。其具体接顶措施，即将部分盘区矿柱不进行回采，并在其余采场全部充填完成后，根据后续的监测低压情况确定是否进行回收处理。而对于还没有开始回采、或者回采工作没有完成的采场，则需要提前做好准备，以此实现接顶充填质量的提升。

3 充填方案设计

在该方案当中，因在实际处理当中在采场的回采、充填进度方面存在差异，在该方案当中，实际上将接顶充填分为了两个部分，即未采完采场以及已采充填采场的接顶充填方案。而在实际生产活动开展中，为了能够对安全保障度进行进一步的提升，不仅需要能够以高质量的方式对方案当中所确定的采场接顶工作进行完成，对于其余没有采完的采场，也需要通过对应措施的应用实现接顶率的提升。同时，为了避免未采、正处于回采的采场出现新的未接顶情况而对二次补充接顶工程量进行添加，即需要对这部分采场优先设计接顶方案以及施工[4]。

4 结语

在上文中，我们以某矿区为例对水平分层充填采矿法采场接顶充填方案进行了一定的研究，获得了较好的研究效果。在类似工作开展中，可以以此为借鉴做好方案的设计，不断优化工作开展效果。

[1]卿黎,杨永盛,梁志强．基于蒙特卡洛法的采场结构可靠性研究[J]．甘肃科学学报．2017(01)

[2]李伟明．大型采场底部结构布置形式研究[J]．矿业研究与开发．2016(12)

[3]赵畅儒．分段采矿法采场稳定性的分析[J]．黑龙江科技信息．2017(11)

[4]叶树学,陶磊,胡京涛．采场跨度优化数值模拟研究[J]．采矿技术．2017(03)