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關鍵詞：地下開采; 大規模; 充填采礦方法; 分段空場
Abstract: underground metal mine waste rock and tailings produced in the surface, depositing large amounts of land and farmland, underground mining can cause the surface faulting and subsidence, the destruction of the natural landscape and environment protection. In recent years, the state attaches great importance to rational development and utilization of mineral resources, reduce the waste of land protection, the protection of the natural environment, in the face of these problems, underground mining share than major iron mining, backfill mining method is used, development trend.
Key words: underground mining; mass; sublevel open stope filling mining method;
中圖分類號： P578.4+4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
1.前言
金屬礦山充填采礦方法主要用在礦石品位高的富礦，有色、稀有和貴金屬礦床開采，而鐵礦山在九十年代以前，由于多方面原因應用的甚少。1987年程潮鐵礦東區擴建改造可行性研究，長沙院和鞍山院在投標中，長沙院由于采用充填采礦方法，是未能中標的主要原因。
改革開放以來，礦業也得到迅猛發展，據有關資料統計，目前我國年采礦總量超過50億t，而產生的廢石、尾礦累積存放量達60億t（僅金屬礦山就達40億t）,且以每年近3億t的速度增長。廢石、尾礦存放在地表，直接破壞和侵占土地1.4—2.0萬hm2,且以每年200 hm2的速度增加，目前，我國人均耕地面積不足0.08 hm2，僅為世界平均水平的1/4，占用耕地面積的增加，將會影響糧食問題。地下開采引起地表錯動塌陷毀地200萬hm2，且以每年2.5萬hm2的速度增長，因地表錯動塌陷災害的城市近40個，造成嚴重災害的25個。
鑒于上述因礦山開采，產生的廢石和尾礦存放在地表，占用大量的土地和耕田，特別是尾礦存放的尾礦庫，如果設計和管理不善，會造成蔓壩和潰壩事故。由于地下開采，空區處理不當引起地表錯動和塌陷，破壞了自然景觀和環境保護，產生了各種災害。近幾年來國家高度重視礦產資源開發利用，土地保護減少浪費，環境保護等一系列法律法規文件。對于地下開采比重大的鐵礦，面對上述各種災害，應采取何種方法應對和防治措施，提出了應用充填采礦方法，是發展的方向。
近幾年來已有草樓鐵礦、李樓鐵礦、鄭家坡鐵礦、諾普鐵礦和徐樓鐵礦等設計和采用充填采礦方法，國防鐵礦方案設計亦采用充填采礦方法。
2.充填采礦方法減少廢石、尾礦存放量
地下開采產生的廢石和尾礦，存放在地表侵占大量土地和耕田，把這些廢石和尾礦還原再充填井下采空區，不但節省占用大量土地和耕田，而且能減少和防止地表大面積錯動和塌陷等許多優點。
2.1減少尾礦存放尾礦庫容積
選廠排出的尾礦充填井下，能減少尾礦在地表存放尾礦庫容積。以草樓鐵礦為例，估算能減少尾礦庫容量。
草樓鐵礦初步設計，礦山規模200萬t/a，原礦品位30.42%，采出品位26.54%，選礦工藝為三段一閉路的破碎磨礦工藝，其中中碎前篩上拋尾，產率14 .12%，干選年產量28.24萬t/a，排出尾礦尾砂產率53.85%，尾砂年產量107.7萬t/a，篩上干選尾礦和排出尾砂尾礦總量135.94萬t/a，占礦山規模68%。將選廠排出的尾砂經旋流器分級后不能用于充填的細尾礦，粒度-37um以下占14%，排放尾礦庫，其余大部分占尾礦量的86%粗尾砂充填井下，也就是說，地表庫容量比原庫容量減少86%。
2.2減少廢石存放量
地下開采，開拓掘進、采準切割和選廠中碎之前，篩上拋尾廢石，可進行破碎，使其破碎粒度能滿足充填要求時，充填井下采空區，不但能減少廢石在地表存放量，而且能補充井下充填量的不足。
3.降低礦石損失率和貧化率
3.1降低礦石損失率
金屬礦山地下開采，由于采礦方法不同，采礦工藝各異，礦石損失率也有差別。崩落采礦方法，礦石損失率在20%以上，其中無底柱分段崩落采礦方法有時高達近30%。空場采礦方法損失率在20%以下。充填采礦方法可用膠結充填，采場不留頂底柱和間柱，回采率可達85%以上。草樓鐵礦設計回收率88%，國防鐵礦方案設計，回收率85%。
3.2降低礦石貧化率
采用充填采礦方法，能夠減少井下空區周圍巖體移動和地表錯動，能減少采礦時上部巖石和砂土進入開采的礦石中，從而降低礦石貧化率。草樓鐵礦上部為四系粘土層和流沙含水層，采用充填采礦方法能防止粘土層和流沙層進入礦體，減少貧化。而且防止流沙層中最大湧水量8000—10000m³/d湧入井下，減少了坑內排水量，杜絕了流砂湧入井下發生安全事故。草樓鐵礦礦石貧化率設計9%。國防鐵礦采用由最下中段向上中段的回采順序，防止了地表第四系泥土進入礦石中，設計貧化率應是10%，但因為礦石中夾石多，不能分采不能剔除，貧化率為20%。
4，減少地表錯動防止地表塌陷
鐵路橋涵臺背填土的組成及壓實指標應按設計文件及施工規范要求進行分層填筑壓實，其檢測是按相應的規范、規程及標準在施工過程中完成。由于臺背回填區域施工空間狹窄，大型壓實機具的使用受到限制，施工中往往采用小型夯實機具進行施作，很難達到壓實指標要求；另外，由于填土施工過快，沒有嚴格按分層填筑、碾壓、檢測進行施工，造成壓實指標達不到標準要求；最終導致回填區域填土不穩定，工后超限沉降大，且不均勻。臺背回填區域填土屬于隱蔽工程，對于發生超限沉降及變形問題，責任方較難認定。
對已施工完成的回填區域填土的檢測，目前尚無統一的規范、規程及標準可循。本文按照或參照現行有效的國家及行業勘察、土工試驗規范、規程及標準，采用勘察方法，對已施工完成且發生嚴重不均勻超限沉降的橋涵臺背填土進行檢測，定性地評價回填區域填土狀況，為加固處理方案提供指導依據。
二、勘察執行的主要規范、規程及標準
1.《鐵路工程巖土分類標準》TB 10077-2001、J123-2001
2.《鐵路工程地質勘察規范》TB 10012-2007、J124-2007
3.《鐵路工程地質原位測試規程》 TB 10018-2003、J261-2003
4.《鐵路工程地質鉆探規程》TB 10014-2012、J1413-2012
5.《鐵路工程土工試驗規程》TB 10102-2004
6.《鐵路路基設計規范》 TB10001-2005
7.《鐵路工程地基處理技術規程》TB10106-2010 、J1078-2010
8.《巖土工程勘察規范》（2009年版）GB 50021-2001
9.《高速鐵路設計規范》（試行）TB10621-2009及《新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定》鐵建設（2005）140號文過渡段相關要求
三、勘察方法
根據橋涵臺背回填區域填土設計及施工采用分層填筑級配碎石（水泥摻入量5%）至橋涵混凝土結構頂齊平（地基系數K30≥150MPa/m，孔隙率n=28%），其上為三七灰土（28天抗壓強度不小于0.7MPa），采用與之相適宜的勘察方法如下：
1．鉆探：采用油壓XY-130型鉆機。用于鑒定填土名稱、顏色、組成、密實程度、塑性狀態、充填物等情況；采取原狀土樣和擾動土樣、進行孔內重型（N63.5）動力觸探及標準（N63.5）貫入試驗原位測試等。
2．原位測試
1）重型（N63.5）動力觸探試驗：試驗設備主要由觸探頭、觸探桿和穿心錘三部分組成；采用自動落錘裝置，穿心錘重63.5kg，自由落距76cm，探桿直徑42mm，探頭直徑74mm，錐角60度。用于對級配碎石填料進行重型（N63.5）動力觸探試驗測試，采用連續貫入的方法，每貫入10cm記錄其相應的擊數。
2）標準（N63.5）貫入試驗：試驗設備主要由刃口型的貫入器靴、對開圓筒式貫入器身和貫入器頭三部分組成；采用自動落錘裝置，穿心錘重63.5kg，自由落距76cm，探桿直徑42mm。用于對灰土填料進行標準（N63.5）貫入試驗測試，采用每次貫入45cm的方法，預貫入15cm后，再記錄貫入30cm相應的擊數。
3．室內試驗：依據《鐵路工程土工試驗規程》TB10102-2004、《高速鐵路設計規范》（試行）TB10621-2009及《新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定》鐵建設（2005）140號文過渡段相關要求進行試驗。
四、勘探工作量布置及完成情況
在橋涵臺背兩側回填區域各布置鉆探4孔，鉆孔間距5m，孔深至填土底以下1m。完成的勘探工作量見下表：
完成的勘探工作量
工作
內容 鉆探（m/孔） 標準貫入試驗（處） 重型動力觸探（處） 室內試驗
擾樣（個）
（級配碎石） 原狀土樣（組）
（灰土）
工作量 90.7m/8孔 11 77 5 7
五、級配碎石參數力學指標統計
級配碎石參數力學指標統計是按《鐵路工程地質勘察規范》B10012-2007、J124-2007有關公式進行數理統計。通過對單孔同層級配碎石參數力學指標分類匯總、對比、分析數據離散原因、剔除異常數據進行數理統計。統計個數不足6個時，統計結果給出統計個數、最大值、最小值、平均值及推薦值；統計個數為6個及以上時，統計結果給出統計個數、最大值、最小值、平均值、標準值、變異系數、修正系數、推薦值。
六、級配碎石密實程度確定
本次勘察分別采用《鐵路工程巖土分類標準》及《巖土工程勘察規范》（2009年版）對碎石類土（級配碎石）密實程度的劃分及分類原則，通過對現場采集的重型（N63.5）動力觸探原位測試數據結合鉆探情況分析對比，綜合確定級配碎石的密實程度。
依據《鐵路工程巖土分類標準》TB10077-2001、J123-2001“碎石類土密實程度的劃分”對碎石類土（級配碎石）密實程度進行劃分。其碎石類土密實程度是按結構特征、天然坡和開挖情況、鉆探情況劃分為松散、稍密、中密及密實四種程度。按結構特征分析，骨架顆粒交錯愈緊密、愈連續接觸、孔隙愈填滿，密實程度愈趨于密實；按天然坡和開挖情況分析，邊坡愈穩定、鎬挖掘愈困難，密實程度愈趨于密實；按鉆探情況分析，鉆進愈困難，密實程度愈趨于密實，反之，密實程度愈趨于松散。
依據《巖土工程勘察規范》（2009年版）GB 50021-2001“碎石土密實度按N63.5分類”（見下表），對碎石土（級配碎石）密實程度進行分類。
碎石土密實度按N63.5分類
重型動力觸探錘擊數N63.5 ≤5 5 ＜N63.5≤ 10 10 ＜N63.5≤ 20 ＞20
密實度 松散 稍密 中密 密實
碎石土密實度是按重型（N63.5）動力觸探（修正后）錘擊數分類為松散、稍密、中密及密實四種密實度。從表中數值分析，重型（N63.5）動力觸探錘擊數愈大，密實度愈趨于密實，反之，密實度愈趨于松散。
《鐵路工程巖土分類標準》與《巖土工程勘察規范》（2009年版）對碎石類土密實程度的劃分及分類，盡管內容有所不同，但兩者的劃分及分類對碎石類土密實程度的確定趨勢是一致的。
本次在鉆孔內不同深度對級配碎石共進行77處重型（N63.5）動力觸探原位測試，根據測試結果確定級配碎石密實程度：稍密47處（占61%）、中密23處（占30%）、密實7處（占9%）；與鉆進難易程度確定的級配碎石密實程度分布范圍基本相符。
七、灰土塑性狀態確定
塑性狀態是反映黏性土在不同含水量時的表現狀態。由于目前對灰土塑性狀態的劃分沒有規范、標準可循，考慮灰土與黏性土性質相近，本次檢測參照《鐵路工程地質原位測試規程》TB10018-2003、J261-2003“黏性土的塑性狀態”（見下表），對灰土塑性狀態進行劃分。
黏性土的塑性狀態劃分
N(擊/30cm) ≤2 2＜N≤ 8 8 ＜N≤ 32 ＞32
塑性狀態 流塑 軟塑 硬塑 堅硬
塑性狀態根據標準（N63.5）貫入試驗錘擊數劃分為流塑、軟塑、硬塑、堅硬狀態。從表中數值分析，標準（N63.5）貫入試驗錘擊數愈大，塑性狀態愈趨于堅硬；反之，塑性狀態愈趨于流塑。
本次在鉆孔內不同深度對灰進行11處標準（N63.5）貫入試驗原位測試，根據測試結果確定灰土塑性狀態：軟塑7處（占64%）、硬塑3處（占27%）、堅硬1處（占0.9%）。
八、室內試驗
1.級配碎石試驗
1）級配碎石顆粒組成
本次對鉆孔內采取的5個級配碎石擾動土樣按過渡段碎石粒徑級配相關要求進行顆粒組成試驗，其結果見“過渡段碎石粒徑級配范圍匯總對比表”如下：
過渡段碎石粒徑級配范圍匯總對比表
勘探孔編號：ZD-01取樣深度：2~5m
級配 編號 通過篩孔（mm）質量百分率（%）
50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075
1 100
(100) 90～100
(98.6) ―
―
60～90
(71.4) ―
30～65
(51.2) 20～50
(41.2) 10～30
(28.3) 2～10
(21.7)
2 ― 100
(98.6) 95～100
(90.4) ―
60～90
(71.4) ―
30～65
(51.2) 20～50
(41.2) 10～30
(28.3) 2～10
(21.7)
3 ―
―
100
(90.4) 95～100
(78.3) ―
50～80
(59) 30～65
(51.2) 20～50
(41.2) 10～30
(28.3) 2～10
(21.7)
注：括號內數據為試驗室顆粒組成含量數據。
過渡段碎石粒徑級配范圍匯總對比表
勘探孔編號：ZD-03取樣深度：5~8m
級配編號 通過篩孔（mm）質量百分率（%）
50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075
1 100
90～100
(100) ―
―
60～90
(73.8) ―
30～65
(50.2) 20～50
(42.5) 10～30
(28.9) 2～10
(21.4)
2 ―
100
(100) 95～100
(91.1) ―
60～90
(73.8) ―
30～65
(50.2) 20～50
(42.5) 10～30
(28.9) 2～10
(21.4)
3 ―
―
100
(91.1) 95～100
(81.1) ―
50～80
(58.5) 30～65
(50.2) 20～50
(42.5) 10～30
(28.9) 2～10
(21.4)
注：括號內數據為試驗室顆粒組成含量數據。
過渡段碎石粒徑級配范圍匯總對比表
勘探孔編號：ZD-05取樣深度：2~6m
級配編號 通過篩孔（mm）質量百分率（%）
50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075
1 100
(100) 90～100
(96.8) ―
―
60～90
(70.6) ―
30～65
(48.9) 20～50
(38.5) 10～30
(25.2) 2～10
(18.8)
2 ―
100
(96.8) 95～100
(83.3) ―
60～90
(70.6) ―
30～65
(48.9) 20～50
(38.5) 10～30
(25.2) 2～10
(18.8)
3 ―
―
100
(83.3) 95～100
(78.1) ―
50～80
(57.9) 30～65
(48.9) 20～50
(38.5) 10～30
(25.2) 2～10
(18.8)
注：括號內數據為試驗室顆粒組成含量數據。
過渡段碎石粒徑級配范圍匯總對比表
勘探孔編號：ZD-07 取樣深度：6~10m
級配編號 通過篩孔（mm）質量百分率（%）
50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075
1 100
(100) 90～100
(97.9) ―
―
60～90
(75.2) ―
30～65
(56.3) 20～50
(44.2) 10～30
(29.9) 2～10
(22.8)
2 ―
100
(97.9) 95～100
(90.2) ―
60～90
(75.2) ―
30～65
(56.3) 20～50
(44.2) 10～30
(29.9) 2～10
(22.8)
3 ― ―
100
(90.2) 95～100
(82.1) ― 50～80
(64.0) 30～65
(56.3) 20～50
(44.2) 10～30
(29.9) 2～10
(22.8)
注：括號內數據為試驗室顆粒組成含量數據。
過渡段碎石粒徑級配范圍匯總對比表
勘探孔編號：ZD-08 取樣深度：6~11m
級配編號 通過篩孔（mm）質量百分率（%）
50 40 30 25 20 10 5 2.5 0.5 0.075
1 100
90～100
(100) ―
―
60～90
(89.6) ―
30～65
(71.4) 20～50
(57.6) 10～30
(37.3) 2～10
(27.1)
2 ―
100
(100) 95～100
(97.4) ―
60～90
(89.6) ―
30～65
(71.4) 20～50
(57.6) 10～30
(37.3) 2～10
(27.1)
3 ―
―
100
(97.4) 95～100
(91.7) ―
50～80
(85.4) 30～65
(71.4) 20～50
(57.6) 10～30
(37.3) 2～10
(27.1)
注：括號內數據為試驗室顆粒組成含量數據。
從以上表中對比數值可以看出，5個級配碎石樣品部分粒徑級配均超出范圍，特別是≤0.075 mm粒徑級配超標嚴重，屬級配不良，不符合相關要求。
2）級配碎石顆粒中針狀及片狀碎石含量試驗
本次對鉆孔內采取的5個級配碎石擾動土樣進行顆粒中針狀及片狀碎石含量試驗，其結果見“顆粒中針狀及片狀碎石含量匯總表”如下：
顆粒中針狀、片狀碎石含量匯總表
勘探孔編號 ZD-01 ZD-03 ZD-05 ZD-07 ZDz-08
取樣深度（m） 2～5 5～8 2～6 6～10 6～11
針片狀含量（%） 0.3 0 0 0.3 1.5
從表中數值可以看出，5個級配碎石樣品顆粒中針狀、片狀碎石含量試驗結果為0.0~3.0%，滿足規范要求的顆粒中針狀、片狀碎石含量不大于20%。
3）級配碎石粘土團含量試驗
本次對鉆孔內采取的5個級配碎石樣品進行粘土團含量試驗，其結果見“粘土團含量匯總表”如下：
粘土團含量匯總表
勘探孔編號 ZD-01 ZD-03 ZD-05 ZD-07 ZD-08
取樣深度（m） 2～5 5～8 2～6 6～10 6～11
粘土團含量（%） 10.1 7.9 9.3 17.4 23.7
從表中數值可以看出，5個級配碎石樣品粘土團含量試驗結果為7.9~23.7%，均超過規范要求的粘土團含量不得超過2%。
2.灰土試驗
本次在鉆孔內共采取7組灰土原狀土樣進行無側限抗壓強度試驗，其結果見“灰土無側限抗壓強度匯總表”如下：
灰土無側限抗壓強度匯總表
勘探孔編號 ZD-01 ZD-02 ZD-03 ZD-04 ZDz-05 ZD-07 ZD-08
取樣深度（m） 0.5 0.9 0.7 1.2 0.6 1.5 1.7
抗壓強度（MPa） 0.1 0.07 0.08 0.27 0.09 0.22 0.24
從表中數值可以看出，7組灰土原狀土樣無側限抗壓強度值為0.07~0.24MPa，均低于設計（抗壓強度值不小于0.7MPa）要求；與標準（N63.5）貫入試驗錘擊數確定的灰土塑性狀態分布的范圍基本相符。
九、結論及建議
1．結論：根據鉆探、原位測試及室內試驗結果，橋涵臺背回填區域級配碎石填料屬于級配不良、密實程度差，灰土整體強度低，主要檢測項目不能滿足設計及相關規范、規程及標準要求。由于回填區域土體結構不穩定、強度小、壓縮變形大，是造成不均勻超限沉降的直接原因。
2．建議：對橋涵臺背回填區域進行注漿加固處理。加固處理后的回填區域仍按此檢測方法進行復檢，目的是檢測注漿加固效果。
十、幾點說明
1．盡管級配碎石填料壓實指標地基系數K30及孔隙率n與重型（N63.5）動力觸探原位測試確定的級配碎石密實程度之間沒有關系式可循，但其反映土體密實程度的趨勢是一致的，即地基系數K30愈大及孔隙率n愈小，密實程度也就愈趨于密實。
【關鍵詞】 無底柱 分段崩落法 應用
1 概述
2005年12月，婁煩縣魯地礦業有限公司鐵礦成立，隸屬于山東省地質礦產勘查開發局設立的山東魯地礦業投資有限公司，行政區屬山西省太原市婁煩縣蓋家莊鄉管轄。
2007年1月婁煩縣魯地礦業有限公司鐵礦（以下簡稱“魯地鐵礦”）正式進行基本建設，生產規模80萬t/a，服務年限15.3年，地下開采，開采標高+1660m～+1460m。
2012年12月，魯地鐵礦通過了山西省安全生產監督管理局的竣工驗收，取得了山西省安全生產監督管理局頒發的安全生產許可證。
魯地鐵礦是太原市最大的鐵礦地下開采企業，開采狐姑山鐵礦帶的一段，其走向延長達數千米，資源儲量豐富。與周邊相鄰礦山為技術邊界劃分，周邊相鄰礦山皆為露天開采。
2 礦區地質
2.1 地層
礦區出露為太古界呂梁群袁家村組和第四紀黃土，袁家村組巖層由泥質巖，基性火山巖和含鐵巖石變質而成。
2.2 礦床特征
本區共有Ⅰ號、Ⅱ號礦體，主要分布于呂梁群袁家村組上部的碎屑沉積巖的地層中（即袁家村組含鐵巖段）。礦體的頂底板為石英巖或云母石英片巖。礦體呈似層狀、層狀、礦體多夾層，但夾層一般不穩定。兩個礦體基本平行，礦體產狀與地層產狀相一致，傾向北東45°、傾角30～55°，礦體厚度和延伸變化不大，屬較穩定的礦體。
該礦類型為沉積變質鞍山式鐵礦床。
2.3 礦石質量
魯地鐵礦為狐姑山鐵礦帶的一部分，礦石礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦，及少量黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦等，其中磁鐵礦含量占金屬礦物的85%以上，平均品位TFe 30.55%，SFe27.48% 。脈石礦物以石英為主，少量陽起石，角閃石、鐵閃石、綠泥石等。
根據選礦試驗結果，磁性鐵（包括具有磁性的部分赤鐵礦）的回收率達95%以上，屬于易選礦石。
3 采礦方法
3.1 采礦方法選擇
礦區范圍內為黃土丘陵，標高+1730.0m～1570.0m，地表覆蓋稀疏灌木叢，無地物；礦床水文地質類型屬簡單類型。
根據礦體賦存條件、圍巖條件及現場情況，礦體可以采用分段空場法和無底柱分段崩落法進行開采。
無底柱分段崩落法采礦法不留底柱，回采工藝簡單，采切比小，采礦安全性好（因作業空間小）、靈活性大、作業好組織、機械化程度高、可采用大型現代化采礦設備、生產能力大、勞動效率高、開采成本低。
經過采礦法分析比較，適合采用無底柱分段崩落法開采。
但我們應該看到無底柱分段崩落法除它優點外，也存在缺點：
（1）在覆蓋巖下放礦，礦石的損失率和貧化率較高，要求放礦管理嚴格。
（2）在獨頭巷道內作業，通風條件較差。
（3）掘進工作量大。
（4）礦體開采會使覆蓋巖石崩落，導致地面塌陷和破壞。
（5）為使礦石回收率最大、貧化率最小和用無底柱分段崩落法達到高效采礦，有關爆破礦石和圍巖自流參數的資料起著極重要的作用。
因此，我們在生產實踐中要不斷探索、總結經驗，采取有效措施解決或克服無底柱分段崩落采礦法存在的缺點。如采取利用礦石作為覆蓋層，實行低貧化放礦，可以降低礦石的損失和貧化。
3.2 采礦參數選擇
無底柱分段崩落采礦方法設計的主要問題，是如何確定開采的幾何要素，使盡可能滿足重力自流的諸參數。我們對初步設計中的采礦參數進行了現場試驗，并根據礦體賦存條件、圍巖條件及現場實際，對采礦參數做了修正和優化，達到了放礦效果好、礦石均勻無大塊，避免了大塊二次破碎帶來的安全隱患和材料消耗，提高了產量，降低了成本。（如表1）
4 結語
無底柱分段崩落采礦法在魯地鐵礦經過一年多的應用，生產環境安全、其放礦量大，達到了設計生產能力，經濟效益十分顯著，證明該采礦方法適應于魯地鐵礦的實際。我們在生產實踐中積累了一定的經驗和理論，對相鄰礦井由露天開采轉入地下開采具有指導和借鑒作用。
5 建議
無底柱崩落法具有連續回采，在覆巖下放礦，以崩落覆巖充填采空區管理地壓的特點，其方法成熟、優勢顯著，必然會在適合其方法的采礦企業得到推廣應用。隨著鑿巖、出礦設備的不斷改進，無底柱分段崩落采礦法也會隨之不斷發展，提高生產能力。因此，我們應該分析把握其發展方向，有針對性地研究以下關鍵技術課題：（1）增大結構參數。（2）采用高效率大型設備。（3）增大一次爆破量。（4）低貧損少采掘的變形方案。（5）遠程遙控生產。
參考文獻：
關鍵詞：采礦方法 礦塊參數 回采率 安全條件 開采成本
一、礦床特點及地質概況
陜西省略陽縣東溝壩鉛鋅礦床位于秦嶺山脈南麓，漢江、嘉陵江支流分水嶺地段，漢江支流沮水源頭山區。礦區出露地層，主要為中上元古界碧口群，震旦系及中上泥盆統地層。區內褶皺強烈，斷層發育，構造復雜。巖漿交替發育，分布廣泛，具有多期多次入侵的特點。
鉛鋅多金屬共生礦床產于中上元古界碧口群中巖組火山巖中，主礦體賦存于第三巖性段的中上部。本巖段又分為三個巖相巖性層，主要為集塊角板巖和凝灰含英角板巖。巖石蝕變現象普遍，與成礦有關的蝕變礦化以帶硅化、絹云母化、黃鐵礦化、重晶石化為主要蝕變類型，由絹英巖、黃鐵絹英巖、閃鋅礦化絹英巖及絹英巖化的火山巖等蝕變巖石組成，其中黃鐵礦絹英巖分部最廣，是低品位鉛鋅礦體產出的主要蝕變圍巖。
所有金銀鉛鋅礦體皆分布在蝕變礦化帶內，賦存于12-0-19勘探線、660～800米標高之間，礦體呈似層狀、透鏡狀、脈狀產出；產狀變化不大，走向一般在280？左右，傾向北北東，傾角470左右，礦體厚度2～34米不等，由絹云母、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、自然金、銀金礦等礦物組成，主要有用元素為金、銀、鉛、鋅共生，伴生有黃鐵礦，有害元素含量低微。礦床平均品位：Au：1.89g/t、Ag：54.5g/t、Pb：0.93%、Zn：4.07%、S：6.56%。
礦區開采范圍為東起19線，西至12線全長700余米，標高920～710米之間。開采范圍內的礦體埋深較大，覆蓋層很厚，無露天開采條件，只適用于井下開采。因此礦山采用的是地下開采方式。
礦體產于不穩固到極不穩固礦化蝕變帶內，礦體上部地表有工、民用建筑設施，加之有東溝、劉家溝兩條小溪經區域地表流過。因此，根據礦體賦存特點和區域條件限制，一九九三年由“長沙有色冶金設計研究院”進行系統設計，涉及開采能力300噸/日。采礦方法設計采用“上向水平分層膠結充填采礦法”開采。充填物料為全粒級碎石混凝土，充填系統由采石廠、充填攪拌站、主充填井、充填運輸平巷及礦塊充填天井組成。
二、原設計采礦方法在實際應用中存在的問題
“長沙有色冶金設計研究院” 設計采用的“上向水平分層膠結充填采礦法”為：垂直礦體走向布置，礦房寬度5m，礦柱寬度4m，礦塊底柱高6m，礦塊頂柱高3m，采礦中斷高30m，6m底柱在礦塊回采結束后再進行二次回收，3m頂柱作為永久礦主保留。按照設計：礦塊實際可采高度只有27m。而且在6m底柱以上的首采分層要鋪設300×300間距的鋼筋網，便于二次底柱回采時充填體不會脫落。該采礦方法在實際應用中存在以下問題：⒈頂柱不能回采，礦塊回采率低，只能達到82%；⒉由于礦巖穩固性較差，礦房、礦柱寬度偏大，采礦過程中片幫冒頂時有發生；⒊礦房、礦柱間采，爆破對兩壁影響比較嚴重，采礦房時對礦柱造成影響，采礦柱時對礦房充填體造成影響；⒋二次底柱回采時充填難度較大，多一次接頂施工；⒌由于鋪設鋼筋網和多次接頂，綜合采礦成本較高。
三、采礦方法的優化與應用
原設計的“上向水平分層膠結充填采礦法”在實際應用中，通過反復調整礦塊參數進行試驗，最終確定為：垂直礦體走向布置，礦房寬度3m，不采用礦房礦柱間采的方式，同時不留頂柱和底柱，直接在下一中斷平面開始第一分層拉底，將礦體每50—80m分為一個塊段，由中間向兩邊推進，每3m一個采幅，呈階梯狀布置，相鄰采幅高差控制在5m以上，由下一中斷一直推進到上一中斷。通過近五年以上的實際應用，與原采礦方法相比：綜合采礦成本得到大幅降低，礦塊開采安全條件得到絕對提高。為礦山取得了十分可觀的經濟效益和社會效益。
四、采礦方法優化后所產生的優勢
通過對采礦方法各項技術參數的優化后，基本解決了原采礦方法在對不穩固到極不穩固礦體開采中存在的技術難題。優化后的采礦方法與原采礦方法對比，主要體現了以下幾方面的優勢：1.礦塊頂、底柱均可一次性回采，解決了3m頂柱不能回采，6m底柱需要二次回采的問題。礦塊回采率由原來的82%提高到92%以上，回采率提高了10%。2.采幅寬度由原來的4～5m減小到3m，采礦過程中片幫冒頂現象得到了完全控制，落礦、出礦安全條件得到全面改善。3.不采用礦房礦柱間采的布置方式，完全解決了爆破對礦柱的破壞，大大降低了礦床開采安全風險和出礦貧化率，出礦貧化率由原設計的12%降低到現在的8%，貧化率降低了4%。4.首采分層不用制作礦塊底部結構，不需要在采第一分層時鋪設鋼筋網，同事減少了底柱二次回采時的充填接頂工作，減少了礦塊開采施工工序，大幅降低了礦塊開采成本。
【關鍵詞】 分段鑿巖階段礦房法 淺孔留礦法 中深孔爆破
1 概況
建宇鐵礦礦體控制長度1017m，厚度1.97-21.91m，平均厚度10.84m。礦體產于黑云角閃斜長片麻巖中，呈脈狀或似層狀產出，形態總體不規則，沿走向傾向厚度變化較大，產狀323°∠80°。該礦在680米以上為露天開采，開采深度98m；下部采用豎井+斜坡道聯合開拓，采礦方法主要為平底結構淺孔留礦法。
2 開采技術條件
礦體圍巖為片麻巖，為層狀巖石結構，巖石質量為中等，據相關資料，此類巖石抗壓強度500～200MPa，抗拉強度5～20MPa。礦體圍巖因風化作用，近地表巖石裂隙發育，巖石力學性能降低，巖石穩定性差，深部巖石節理、裂隙不發育，巖石完整，致密堅硬，力學性能很高，巖石穩固性較好。礦體與圍巖均屬相同地質作用形成，礦體與圍巖的力學性具有統一性。多年采礦證實，絕大部分采礦工程未發生嚴重坍塌，冒頂等工程地質問題。
3 采礦方法選擇
因礦山擴大生產規模，選廠礦石處理量增大，井下采礦壓力大增。淺孔留礦法已不適合礦山發展形勢。井下急需解決的問題：（1）改善回采安全條件；（2）增大采場生產能力；（3）提高礦石的回采率。為此就需選擇低成本、高強度、高效率的采礦方法。
建宇鐵礦礦體傾角平均80度，屬于急傾斜礦體，且礦體和圍巖均較穩固，硬度系數f=8～14。對于這種穩固的急傾斜礦體適合的常用采礦方法有：充填法、空場法和崩落法。根據礦體賦存條件和開采技術條件，參考國內大中型礦山成功應用的采礦方法，選擇的采礦方法為分段鑿巖階段礦房法。
礦體厚度6～20m的塊段采用分段鑿巖階段礦房法回采，對于礦體厚度小于6m的局部塊段，沿用礦山原有的淺孔留礦采礦法。采空區嗣后充填處理。
4 分段鑿巖階段礦房采礦法
4.1 礦塊布置
礦塊沿礦體走向布置，礦塊長60-80m，礦塊寬為礦體厚度，礦塊高為中段高度60m，分段高度12m，間柱寬10m，底部結構由無軌運輸巷、出礦穿脈巷、集礦塹溝、裝車硐室等組成。
無軌運輸巷沿礦體走向下盤脈外布置，距下盤礦體12m，單塹溝受礦，集礦塹溝沿走向布置于礦體厚度中央，斜面傾角45°。出礦穿脈巷連接運輸巷與集礦塹溝，斜交布置，交角45°～50°左右，間距11～12m。
4.2 采準、切割工程
采準工作有脈外運輸巷、穿脈巷、通風人行天井、分段鑿巖巷、、出礦穿脈、裝載硐室、切割巷、切割天井等。
中段運輸平巷沿礦體走向布置于下盤脈外，穿脈運輸巷間距60-80m。礦塊即以穿脈運輸巷劃分，兩端穿脈運輸巷內設有脈內人行通風天井，貫通上下兩水平。從此天井底部水平開始，向上每隔一定距離（即分段高度12m）掘進一條分段鑿巖巷道，分段鑿巖巷道位于礦體厚度中央。裝運出礦水平的鑿巖巷道由上向扇形中深孔爆破形成集礦塹溝。切割天井的位置，位于礦體的上盤。
切割槽形成采用切割平巷與切割天井聯合拉槽法。切割立槽寬度為4m，以切割天井為自由面，采用中深孔爆破。
4.3 回采工作
切割立槽在礦房全高形成后，即可正式回采礦房。
落礦工作是以切割立槽為自由面，在分段巷道內用YGZ-90型鑿巖機鉆鑿垂直扇形中深孔，炮孔直徑65mm，排距1.6m，孔底距1.8～2.2m。分段微差爆破，非電導爆管起爆，自拉槽小補償空間逐排爆破落礦。爆破選用乳化巖石炸藥，裝藥機械選用BQF-100型裝藥器。
上下分段保持垂直工作面或上分段超前一排炮孔，以保證分段爆破作業的安全。
自各分段崩落的礦石借自重落入礦塊底部的集礦塹溝內，在出礦穿內采用zl-50裝載機將礦石裝運至運輸巷道，直接裝車，運到選廠。裝載機效率為350t/臺班（25×104t/臺年），大塊礦石在出礦穿內二次爆理。
4.4 采場通風
通風采用JK58―1№4.0型局扇加強通風，新鮮風流從中段平巷、天井、分段巷道進入作業面，污濁風流經作業面、切割天井、回風平巷排至上中段回風巷。
4.5 礦柱回采
間柱盡可能布置在礦體厚度較小的部位，做為永久礦柱保留。礦體較厚部位的間柱，待礦房出礦工作結束后，予以部分回采。在分段巷內鉆鑿上向扇形孔，采取一次性打眼，一次性爆破進行間柱的回收。
4.6 采空區處理
為減少礦柱損失，礦塊底部采用水泥尾砂比為1：4膠結充填，作為下中段礦塊的頂柱，充填高度8m，其它部分采用非膠結尾砂與廢石充填。
5 分段鑿巖階段礦房法應用效果
建宇鐵礦應用分段鑿巖階段礦房法代替淺孔留礦法解決了井下采場供礦不足和安全性差等問題，應用效果明顯。通過對兩種采礦方法的技術經濟指標對比，不難看出，相比淺孔留礦法，該方法鑿巖、爆破、裝運等作業均在巷道中進行，所以作業人員與所用設備一般不進入采空區，因而安全性好；由于礦房內同時作業的鑿巖工作面多，落礦與礦石的裝運作業可平行進行，中深孔爆破礦石量大，故礦房的生產能力大；應用無軌裝運設備，生產效率高，靈活性大，回采強度高等明顯優勢。
兩種采礦方法主要經濟技術指標對比（如表1）
[關鍵詞]鐵礦 視頻測井系統
[中圖分類號] P631.8+1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-7-168-2
0引言
龍橋鐵礦自2006年投產，經過近八年的生產開采，礦區東部已形成了較大的采空區，為了及時了解空區動態，滿足采空區監測需要，2008年9月龍橋鐵礦收集了一些國內類似礦山采空區檢測方法及其所用的儀器設備，如上海地學儀器研究所的視頻測井系統、安慶銅礦的CMS探測系統、江西理工大學推薦的探地雷達系統及東北大學的淺層地震儀勘察系統，最后根據龍橋鐵礦采空區的實際情況及與上述單位溝通了解，選定上海地學儀器研究所的視頻測井系統作為龍橋鐵礦地壓監測系統。
1地壓監測系統的構成及工作原理
1.1地壓監測系統的構成
地壓監測系統由由視頻測井儀、視頻探頭、測井絞車（包括集流環）、測井電纜、井口滑輪、筆記本電腦組成。其結構如圖1所示。
1.2系統工作原理
井下儀（視頻探頭）由地面鉆孔下放至采空區，視頻探頭拍攝到的孔壁周圍及下部的全景圖片通過電纜傳送到地面視頻測井儀后在傳至電腦顯示，監測人員就可實時觀看孔壁四周的圖像，與此同時井口滑輪將深度信號傳輸到地面儀（視頻測井儀），由電腦記錄下監測過程中該深度與時間點時的圖像，由此可以得出空區渣石堆高度和地板高度。
2監測點線布置
根據礦山現有采礦活動區域，龍橋礦地壓監測孔沿勘探線布置，為了即將引進的CALS三維激光檢測儀，監測孔控制半徑50m左右，具體監測點布置見圖2。
3監測效果
3.1采礦方法及工藝
鑒于龍橋鐵礦礦體特點，多種采礦方法并用才能取得比較好的采礦效果，在礦體的邊角區域薄礦體采用房柱法，另外根據礦體的厚度及賦存條件不同還采用了有底柱崩落法和充填法進行采礦；在礦體真厚度30米以上厚大礦體部分采用無底柱分段崩落法進行采礦。根據龍橋鐵礦礦床地質構造特征可以確定當采空區暴露到一定面積時采空區頂板巖石會自然冒落的。在采用無底柱分段崩落法采礦區域沿走向布置采礦進路，每200米兩端布置出礦聯絡道，中間進行切割向兩端退采，結構參數是：分層高度12.5米，進路間距15米，上下分層進路呈菱形布置。采礦工藝采用暫留礦石作覆蓋層和頂板巖石自然冒落相結合的工藝方法（圖3、圖4、圖5、圖6），具體做法是從第一分層開始，把崩落礦石的70%—80%留在采空區，第二分層崩落礦石留40%—50%在采空區，這時空區留礦的厚度已達24米，此時視其空區暴露面積、暴露時間和頂板巖石的冒落高度確定第三分層的放礦制度。從第一分層開始采礦起在出礦控制上做到每條出礦進路的眉線處不準與空區相通，已形成的空區與其它工程的通道進行封閉以防止空區中可能出現的較大面積冒落產生壓縮氣流造成危害。當礦體采礦結束時因采空區的暴露面積擴大崩落時間增長，冒落巖石的厚度滿足墊層的要求，最后放出存在空區里的礦石。
3.2采空區現狀與監測管理
龍橋鐵礦從采礦開始就重視礦山的地壓管理工作，早在2007年2月就委托江西理工大學進行了龍橋鐵礦巖層監控技術研究，測試了龍橋鐵礦的基礎巖石力學數據；2008年開始與江西理工大學、哈爾濱黃金設計研究院組成的產學研結合的龍橋鐵礦采空區監測及巖石冒落規律研究的課題組，幾年來開展了大量的研究工作。
（1）江西理工大學于2008年6月提交《龍橋鐵礦巖層監控技術研究》，獲得了龍橋鐵礦的基礎巖石力學數據。
（2）2009年12月，江西理工大學提交了《龍橋鐵礦采空區監測及巖石冒落規律研究》年度報告，報告認為隨著采礦活動的進行，空區暴露面積逐漸增大，，采空區頂板巖層移動將持續進行，促使采空區頂板巖層冒落；圍巖二次應力場的現場監測結果表明：龍橋鐵礦地下采礦活動引起的二次應力場變化情況不明顯，沒有產生大面積來壓現象，在目前這種狀態下，礦區整體是處于穩定的。
（3）2010年12月，江西理工大學提交了《龍橋鐵礦采空區監測及巖石冒落規律研究》年度報告，報告認為基于平衡拱理論，拱的高度與采空區傾向方位的跨度成正比。因此，采空區傾向方位跨度能否增加，是采空區頂板巖層冒落與否的關鍵所在，依據龍橋鐵礦礦體賦存狀況，隨著后續礦體的開采，將使采空區的傾向跨度逐步增加，這最終可促使采空區頂板巖層移動冒落。圍巖二次應力場的現場監測結果表明：龍橋鐵礦地下采礦活動引起的二次應力場變化穩定，沒有產生大面積來壓現象，在目前這種狀態下，礦區整體是處于穩定的。
截止到2011年4月底，龍橋鐵礦有兩個采空區，大采空區分布在8線～7線，東西長767.0米，南北寬平均152.8米，暴露面積117188.6m2；小采空區位于6線-279米、-295米分層，南北長64.8米，東西寬平均15.0米，面積為980.7m2。
在采空區管理上除前面采礦工藝所規定的控制放礦保證采空區中礦石、巖石墊層的厚度符合礦山安全規程的要求外，目前各分層通往采空區的所有通道均已封閉，封閉的方式有兩種即壓渣封閉和澆注砼墻封閉。
為了查明頂板圍巖冒落情況，在地表施工監測鉆孔通過儀器測量，獲取巖層冒落高度數據，為采空區管理、采礦方法研究、放礦管理、損失貧化管理提供依據。自2008年3月至2011年4月，施工6個觀測鉆孔，其中CZK01、CZK03自2009年4月起開始逐月監測，取得成果如下表：
從兩個監測孔所觀測的數據來看：CZK01孔觀測的空區是2007年4月最后形成并封閉的，到2009年6月冒落的高度為11米，在空區里礦石墊層上部形成約18米厚的巖石墊層，CZK03孔觀測的空區位于4線，該采場于2008年4月開始切割到2009年6月回采結束形成采空區。由于4線采區南北寬度只有100米，暴露時間短，僅1年時間就冒落7.25米，在空區里礦石墊層上部形成約11.6米的巖石墊層。CZK01鉆孔自2009年7月后冒落不明顯，CZK03自2010年4月后冒落亦不明顯，這與江西理工大學提交的《龍橋鐵礦采空區監測及巖石冒落規律研究》2010年度報告結論相符。
關鍵詞：金屬礦床；大水礦床；類型；地下采礦
中圖分類號：TD43 文獻標識碼：A 文章編號：
大水礦床的主要特征就是涌水量每日可以達到數萬立方米，而我國此類礦床分布較為廣泛，一部分因為開采難度大、經濟效益差等原因而關閉或是緩建，還有一部分因為防水措施處理不好而很難開采，但是大部分還是可以通過運用科學合理的方法，能夠順利開采。
一、我國大水礦床充水類型
大水礦產充水條件一般較為復雜，充水的水源呈多樣化態勢。有多種水源共同補給礦坑，例如孔隙、巖溶水、裂隙水、大氣降水以及地表水等；有以孔隙水、巖溶水作為主要充水水源的礦床；有以一般季節性巖溶水為主，到了雨季以降雨匯聚的地表水為主要充水水源的礦床。總而言之，大致可以分成兩大類，即以孔隙含水層充水為主要來源的礦床和以巖溶含水層充水為主要來源的礦床。如香化嶺鉛鋅礦；覆蓋類型具有統一的含水層與地下水位，由于存在嚴重的地面塌陷，井下存有泥沙，其地下水較大而影響正常生產。礦坑的含水量特點上，所補給的水量充沛，補給量比較穩定；埋藏類型也具有統一的含水層與地下水位，由于豐富的高壓巖溶水以及礦層頂、底板突水，使得部分地面塌陷、井下泥沙成為生產過程中常見的危險，礦坑的含水量特點上，補給的水流充沛且儲存量大，補給穩定。
二、我國大水礦床采礦方法演變
我國大水礦床的采礦方法演變如下：進行留設隔水礦柱之房柱法，其生產能力大，例如業莊礦區以及泗頂鉛鋅礦等；到空場嗣后充填采礦法，利于進行地壓的有效控制，例如草樓鐵礦、南河鐵礦等等；點柱式的充填采礦法，例如三山島金礦、南京鉛鋅銀礦、白象山鐵礦等。
地下開采主要的三種開采方式。鐵礦礦產的地下開采法的分類也很多，通常可以分為以下三類：一是自然支護采礦法，主要是依賴周圍巖石本身的穩固性和礦柱的支撐能力來支撐回采過程中形成的采礦空區，這種回采方式較為簡單，便于機械操作，采礦的成本也較低。但是由于這種方式需要保留大量的礦柱，造成鐵礦石的回采率較低；二是人工支護采礦法，該方法主要依賴充填的方式來維護采空區域，適用于周圍巖體不穩定的鐵礦礦產，人工支護采礦法的優點是適應性強，回采率高，作業安全，但是工藝較為復雜，成本高；三是崩落采礦法，這種開采技術是隨著開采工作面的不斷推進，有順序的崩落周圍巖體來填充采空區的方式，適用于地表允許坍塌的鐵礦礦產。無底柱的分段崩落法，是我國現在鐵礦地下開采中最主要的方法。
無底柱分段崩落法。對于鐵礦產地下礦床的開采，具體采用什么方式要根據礦產的情況而定，每個采礦技術都有其最佳使用條件。無底柱分段崩落法的使用條件為：地表和圍巖允許崩落；鐵礦石中等以上穩固；鐵礦石礦體急傾斜厚；鐵礦石中需要剔除夾石。每個開采技術其本身都有完善和不完善的一面，無底柱分段崩落采礦法，跟其他的方法相比，也同樣如此。無底柱分段崩落法的優點：安全性好；結構簡單，回采工藝簡單；適用高效無軌設備、機械化程度高；可以實現鐵礦石的分級出礦。無底柱分段崩落法的缺點：回采通道的通風困難；鐵礦石的損失貧化大。任何一個技術都是需要不斷改進和不斷的完善的，對于無底柱分段崩落法的缺點，我認為應該做以下的完善。在具體的采礦實踐中主要應該做好以下幾個方面：要加強通道的支護。保持通道的穩定安全是該法運用的重要前提，而且在開采礦產的時候還要根據鐵礦的具體巖層特征，決定使用光面爆破、縮短通道存續時間長等多種方式來維護通道的穩定性。要擴大炮孔的直徑。炮孔的變形問題也是無底柱分段崩落法的一個重要技術難題，金山店鐵礦、大冶鐵礦的尖林山采區原來所用的都是直徑50～60mm的中孔，結果出現了很嚴重的錯孔現象，無法進行正常的爆破。炮孔的擴大，大大減少了炮孔的錯堵現象，提高了爆破效果。
（一）點柱式充填采礦法實例
第一，采場的結構參數以及回采工藝。某個礦床位于一個海灣，礦體從陸地向著太平洋而傾斜延伸，全礦由上而下被若干個的斷層切成3個主要礦區A、B、C。正在開采中的C段，其海底和礦的最近的距離為45米，延深垂高為350米，走向全長350—450米，厚度為10—50米，傾角在30°—45°之間。礦體賦存在矽卡巖當中,圍巖為大理巖與角頁巖，礦體的直接頂板處有一條寬度比較大的主斷層，礦體與圍巖的節理發育較好,屬于中等穩固。整個礦井的地下涌水不大，和海水不存在直接的水力聯系。上述礦源起初采取露天開采，到了上世紀70年代后轉為坑內開采，并基本上實現了全無軌化的開采。
第二，采場的系統與特點。不進行運輸階段與溜礦井設置。無回采分段平巷，直接采用露天礦用鏟運機進行改裝，進而和裝載量為35—40噸的卡車直接進入到采場裝車并運輸至地表的卸礦站。階段高為75米，每一個階段都只作為回采初始的切割分層，而非運輸水平。
第三，采場的構成要素。海床底部留有60米高的護頂柱;采場的尺寸以及分割后礦體自然的尺寸，通常長為50—100米,寬為10—50米;方形的點柱斷面為6米×6米,基本上不留間柱。回采10年之后，則將點柱斷面改為5米×5米。點柱和點柱之間的凈寬為8—10米,點柱的中心距為14米;階段頂底柱為15—20米，段高為75米。
第四，回采工作。回采步驟從斜坡道的采場聯絡道起，第一層回采的切割層高為4—5米，充填高為3米，留有1—2米的空頂，作為下一個分層回采的通風與出礦用。第二層回采的切割層高為3.5米，充填高為3米，留有1—2米的空頂。在正常的生產期間，所有的采場都可以同時鑿巖與出礦，日出礦石在1500噸上下。鑿巖設備主要為雙臂臺車,在礦體較比較薄的小采場則采用手持式鑿巖機。
第五，經濟技術指標。礦產的掌子面工人，其平均工班的勞動生產率在48噸左右。采場的平均生產能力為300—600噸，通過計算點柱礦石的損失率理論上為18.5%。
（二）點柱式充填采礦法使用條件分析
首先，需要一定數量礦柱用來支撐上盤，保護海底免于遭受破壞，從而防止海水滲到坑內。其次，機械化的程度與勞動生產率高，可采取生產靈活便捷的無軌設備，保證海水一旦滲入到井下，可隨時的撤離設備。最后，采場內部可以進行分選，以靈活控制開采礦石品位，穩定或經過加固的點柱受制于三維方向的充填體，受力狀況得到改善，能安全牢固地支撐住頂板，對于保護海底防止沉降過大十分有幫助。為保證生產安全，對礦石進行構造地質學的分類，且采取相應的措施支護。此外，存有比較大的斷裂構造區域，或者存有節理的裂隙發育區域，采取長錨索進行加固，使得礦體在回采時冒落情況大大地減少，回收率得到提升，貧化現象也大大降低。
三、結論
隨著經濟快速增長，對資源的需求量不斷加大。防治水技術以及采礦技術不斷發展進步，特別是填充技術取得新進展，使得大水礦床的地下開采采礦方法逐漸成熟。根據趨勢，大水礦床的地下開采采礦方法將基本上演變成充填采礦法,則點柱式充填法是重要的發展方向。
參考文獻:
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[2]5采礦手冊6編委會.采礦手冊第四卷[M].北京:冶金工業出版社, 1990.
關鍵詞：坑道涌水地面塌陷礦體自燃防范措施
中圖分類號：P631文獻標識碼： A
Adverse factors and preventive measures
of pyrite resources mining ditch silver home
Wang Shuansheng
(Limited by Share Ltd Lingbao Jinyuan miningLingbao City, Henan Province, 472500)
Abstract: Based on the influencefactos , swallet,surface collapse,and spontaneous ignition on pyrite ore,analyzing these kinds of potential safety hazards and protective measures in the pyrite mining.These measures could direct mining in depth in the future.
Key words: swallet,surface collapse,spontaneous ignition on pyrite ore
河南省靈寶市銀家溝硫鐵礦素有“中原硫鐵王國”之稱，隨著礦產資源開發規模擴大，一些不利于開采的因素嚴重制約礦山的正常開采。一是隨著開采深度的不斷增深，銀家溝硫鐵礦富水礦床的特性逐漸顯現，礦坑涌水一直影響企業的正常生產，水害嚴重制約礦山企業的發展，使相當數量的礦石資源無法開發。二是根據銀家溝硫鐵礦礦床的賦存特性，礦山一直采用無底柱分段崩落法采礦，隨著采礦深度的降低，引發的地面塌陷問題越發突出，目前已成為礦山的主要地質災害。三是隨著礦床的開采，遺留在采場損失的礦石不斷增加，進而引發礦石的自燃，采場作業環境溫度高，影響施工作業，甚至造成停產。本文通過對制約硫鐵礦開采的主要因素及現狀進行分析，總結近年來，礦山在開采過程中所采用的措施，僅供其它同類礦山同類借鑒。
一、水患
河南省靈寶市銀家溝硫鐵礦是小秦嶺地區有名的大水礦床，礦坑涌水一直影響企業的正常生產，水害嚴重制約礦山企業的發展，使相當數量的礦石資源無法開發。礦床水文地質條件，礦區內可溶性碳酸鹽巖分布于花崗斑巖巖體周圍，礦區內地下水在礦山開采前，主要接受大氣降水補給，其次是地表河流入滲補給。大氣降水通過各類巖石的裂隙、溶隙和構造破碎帶滲入地下，形成地下水，為礦區內礦坑充水的主要水源，礦區主要儲水構造為白云巖、接觸帶斷裂帶和礦體。
根據以往的突水情況分析表明，斷裂構造帶是礦井突水的主因及控制因素。針對以上情況，礦山采用以下措施，一疏降底板高承壓含水層水壓；二區域截流；三注漿加固；四建防水閘和防水門。另外，礦山堅持“有疑必探、先探后掘”的疏水原則。在井巷工程靠近含水層是，利用坑道鉆疏水。既先用￠91mm的鉆桿開孔，再用￠75mm的鉆桿鉆進，孔口安裝閥門，有計劃的放水，有效的防止突水。近年來礦山在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號礦體疏水中，共完成放水鉆孔158個，進尺4497.3米，有效的控制了突水情況的發生，為安全開發利用資源提供了保障。
二、地面塌陷
礦山于1991年籌建，1995年已形成10萬噸/年采選能力，至今已形成40萬噸/年采選能力。屬地下開采，豎井和斜井聯合開拓方式，采礦方法主要為無底柱分段崩落法，局部采用空場法，中段高度50米，分段高度10米，采礦允許地面塌陷。
㈠區塌陷區現狀調查
從地面塌陷地質災害的成因和塌陷特征，將分地面塌陷為采空地面塌陷和熔巖地面塌陷。采空地面塌陷是主要的礦山地質災害，是由地下開采引起的地面塌陷，伴隨塌陷往往還有地面裂縫及山體開裂。巖溶地面塌陷是由開發排水（包括礦坑突水）為主導因素引起的巖溶塌陷。隨著各個礦體采深增加，地面已形成多處塌陷。Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號礦體塌陷區屬于采空地面塌陷。Ⅱ號礦體地面塌陷形成時間是1999年4月，塌陷面積3806.1米2；Ⅳ號礦體地面塌陷時間是1997年7月，塌陷面積5866米2；Ⅴ號礦體地面塌陷時間是2003年5月，塌陷面積1647.5米2；Ⅵ、Ⅶ號礦體地面塌陷時間是2006年 10月，塌陷面積分別是656.5米2、476.5米2。Ⅲ號礦體地表裂縫屬于巖溶塌陷。Ⅲ號礦體是一個富水礦體，礦體從2000年開始疏水，日排水量為8000米3。長期的排水導致2005年4月山體出現裂縫，形成一條北北東向裂縫，長約200米，寬0.2―5米不等。
㈡礦山地面塌陷趨勢分析
該礦區礦體一般受斷裂帶和接觸帶控制，傾角60°―80°，礦體在近地表表現為褐鐵礦，較破碎，淺部風化帶穩定性差，根據巖體的滑落角推算最終Ⅱ號塌陷區的面積為32426.7米2，Ⅳ號塌陷區的面積為28546.5米2，Ⅴ號塌陷區的面積為36930米2，最終各個塌陷區將連為一體。地面塌陷直接破壞地表植被和地表水系，尤其是Ⅳ號礦體的地面塌陷橫穿山溝，直接威脅礦區的一條主干路。
㈢礦山地面塌陷防治措施
礦山地面塌陷是由于人類開采礦產資源誘發的，因此防治應以人文本，既要預防和減輕地質災害帶來的破壞和損失，又能保障礦產資源有序開發。結合礦山實際情況，提出如下防治建議。建立健全地面塌陷區的管理規章制度；建立塌陷區應急救援預案；嚴格執行塌陷區檢測和日報制度；在塌陷區周邊挖設排洪渠，防止洪水灌入塌陷區；對塌陷區進行封堵，防止人、畜入內；在塌陷區邊設立溫馨提醒等。回填法是一種常見和有效的治理方法，截止目前Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號地面塌陷已累計回填石渣362386.73米3，延緩了塌陷范圍的進一步擴張。
三、礦體自燃
Ⅱ號礦體為礦區所控制的七個礦體之一，占礦區總儲量的11.3%，從1995年5月份開始采礦。采礦方法采用無底柱分段崩落法，首采標高1005米，分段高50米，分層高10米。1998年，礦體開采到940分層時出現高溫，2004年，在回采910、900分層時開始出現明火， 2007年9月該礦體停采。
2007年11月，我公司與中南大學合作對Ⅱ號礦體硫礦自燃進行調查研究并提出滅火方案。選擇在Ⅱ號礦體890、880分層著火區施工鉆孔注阻化劑滅火。2008年3月―2009年5月，先后施工40個鉆孔，總進尺1096.3米,進行注阻化劑滅火，但滅火效果不明顯。后來又在地表火區對應位置垂直施工一鉆孔從地表灌水滅火，因為排出的水富含鐵離子，污水處理后無法達標排放。2009年6月，滅火工作暫停，總投資96.7萬元。
2009年12月我礦與三門峽黃金設計院合作做Ⅱ號自燃礦體采礦方法試驗研究，期望用改變采礦方法以達到正常生產的目的。該設計的核心是“將Ⅱ號礦體850至860層面10米段高的實體作為頂柱,通過一定網度的長錨索對頂柱進行支護加固,設計孔眼數386個,錨索長度合計4678.5米。通過長錨索吊頂，將860層面以上的自燃區域與下部回采施工區隔離；確保850層面以下回采施工安全，850以下采用空場法采礦。該工程共完成850層面頂柱長錨索支護錨索加固孔眼382個,長錨索3898.5米，采礦輔助工程419.1米。2011年3月份開始正常回采，至7月底共采出礦石量3.66萬噸。
結束語:合理開發利用礦產資源，有效預防地質災害，需要科學合理的規劃和嚴格的落實機制，要因地制宜、講究實效。結合我礦實際情況，采取有效措施解決了礦床涌水、礦石自燃和地表塌陷等問題，預防和降低了地質災害帶來的破壞和損失，提高了資源回收率，保障了礦產資源有序開發。
參考文獻
（1）靈寶市銀家溝硫鐵礦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號礦體勘察報告
關鍵詞：
高硫鐵破碎厚大礦體；尾砂膠結充填；下向式采礦
中圖分類號：
TB
文獻標識碼：A
文章編號：1672-3198（2013）19-0188-01
1 概述
毛坪礦2007新探獲一礦體群，其中Ⅰ-6#礦體規模最大，該礦體呈似層狀、扁柱狀、扁豆狀、柱狀、脈狀、不規則狀產出，其走向延伸長約200m，傾斜延深大于150m（該礦體814中段出露標高821米，深部鉆孔控制標高630m），新探獲礦石量超過200萬噸。
2 原有采礦方法存在的問題
采用下向式尾砂膠結充填法采礦以前，該礦在2007年至2010年間運用上向式廢石充填法回采Ⅱ、Ⅲ號礦體及該礦體群端部小礦體。
上向式廢石充填法采礦主要適用于礦巖相對穩固、礦體厚度不大，礦體空間形態簡單的礦體。運用上向式廢石充填法采礦，當礦房頂板暴露面積超過100㎡時，需要制作人工混凝土隔墻，勞動強度大，且隔墻接頂困難，從而影響混凝土隔墻對頂板的支撐效果；同時，人工在采空區內作業，極大地增加了作業人員的安全威脅。由于上述原因綜合影響，導致使用上向式廢石充填法采礦時，采場的貧化及損失都較高，回采率低，員工作業效率低，單采場日出礦能力低（約為100t/d）。
在運用上向式廢石充填法回采該礦體群端部小礦體時，由于礦石硫鐵含量高，節理裂隙發育導致頂板不穩定，不時發生小規模冒落，大大增加了采礦的支護成本及設備設施受破壞的風險，也嚴重威脅作業人員的人身安全，上向式廢石充填法已不適用于該礦體群的回采。
3 尾砂膠結充填采礦方法
該礦體群礦巖節理裂隙較發育，以Ⅳ、Ⅴ級結構面（節理面）為主，連貫性差，礦體的變形破壞受結構面的抗剪特性、結構體的大小、形狀和彼此鑲嵌能力控制，且多含水。礦石結構構造復雜，最發育的為塊狀構造。塊狀鉛鋅礦石在礦體中廣泛分布；另外礦石還呈條帶狀、似層狀、紋層狀產出。
由于上述復雜的礦石構造特征，該礦體群整體強度分布不均衡，結構疏松的黃鐵礦石降低了礦巖的整體強度，呈條帶狀和層狀產出礦石，受節理裂隙影響，容易發生順層冒落現象。如繼續沿用上向式廢石充填法回采，將嚴重威脅作業人員的安全。
3.1 尾砂膠結充填采礦方法及其特點
尾砂膠結充填法采礦是指利用選礦產生的尾砂，根據其特有的性質，經過試驗研究，然后添加適當的水泥、石灰及其他材料制備成具有類似混凝土性質的膠結體，通過輸送泵和管線將膠結體輸送至采空區，從而對采空區進行充填和治理的采礦方法。
該采礦方法能夠實現采空區外制備膠結充填料和長距離管線輸送，并能實現管道連續輸送，從而保證作業的連續性，加快空區充填，縮短充填時間，提高了勞動生產率；充填站布置采空區外，保證了作業人員的安全；利用尾砂制備膠結料，減少了尾砂中化學物質對環境的影響和尾砂堆存在尾礦庫帶來的安全隱患，更加綠色環保。
3.2 參數的確定
2010年10月開始，該礦與湖南研究院合作開展尾砂膠結充填環管試驗。目的是弄清該礦尾砂的性質，找到合理的配合比等參數，將其制作成膠結提用于井下采空區的充填。
該環管試驗的管道充分考慮該礦井下坑道實際情況，設計布置不同角度的管道，測試流速、阻力、管道磨損等數據。并根據該礦尾砂性質設計不同的灰砂比、水灰比及濃度進行試驗。
該試驗平臺輸送泵選用1臺HBT50.13.90S型混凝土泵。
測量數據采集選用工控系統。設計選擇工控系統型號規格：工業組態軟件（組態王）；數據采集器（PLC柜）。通過6個月的現場試驗及室內統計分析，得出了能夠滿足毛平礦井下生產需要的合理灰砂比、濃度大于、塌落度等基本參數。見表1：
通過試驗確定了膠結充填體參數以后，根據彝良馳宏只有YT28和7655型鑿巖機的實際情況，考慮礦體的穩固性及初次嘗試運用新方法和工藝，施工人員和技術人員都需要摸索學習和掌握，并結合已形成的礦體下盤脈外采準斜坡道及平巷等綜合因素，設計的Ⅰ-6#礦體760中段采場結構參數如下：
毛坪礦在實際生產中，具體執行的采礦工藝流程為：進路回采鑿巖爆破采場通風浮石清理支護礦石運搬進路底板整平鋼筋網敷設充填分層過渡。
分段（層）采準工程掘進結束后，進路按設計進行間隔回采，一步回采先隔三采一，然后對已回采進路進行平底和敷設鋼筋網，鋼筋直徑Φ12，網度@300×300，最后進行充填作業。充填作業分兩步進行，進路下部1.5米采用灰砂比為1∶4，濃度大于等于78%的膠結體充填，28天強度達到4.0MPa以上。剩余部分用灰砂比為1∶8，濃度大于等于78%的膠結體充填，并保證最大限度接頂，28天強度達到1.5MPa以上；充填體養護7天后可回采其相鄰進路。二步回采時進路隔一采一，回采結束按采礦工藝流程作業。然后再進行第三步、第四步回采，直至分層回采結束。
4 應用情況
地表臨時混凝土泵站（臨時泵送充填系統）建設完成，井下管線的架設結束后，毛坪礦從2011年3月起，首先在Ⅰ-6#礦體760中段三分段進行下向膠結充填法采礦試驗，經過2個分層的現場驗證，該采礦方法能夠適應毛坪礦厚大破碎且高硫鐵礦體的回采。
在下向式尾砂膠結充填采礦法中，設計采用進路式回采，進路斷面為3.0米×3.0米矩形。矩形斷面的進路較金川公司龍首礦六邊形斷面的進路施工更簡單，斷面質量更容易控制。回采過程中，掘成后的進路均沒有出現有頂壓和側壓現象發生，該斷面設計相對合理。
根據環管試驗、材料對比試驗及補充試驗得出的膠結充填體理論灰砂比、濃度、強度等數據制備的尾砂膠結體充填采場進路后，經后期取樣試驗測定，其強度達到設計要求，滿足采礦需要，即下分層回采時，膠結充填形成的假頂未出現斷裂及垮塌現象。
成功運用該方法采礦后，該礦全年采場無事故發生。其他技術經濟指標如下：
5 結論
該方法可以顯著提高采場的充填能力，保證和提高礦山的出礦能力，最大限度地保障選礦廠的礦石供應，解決選礦廠礦石供應不足的問題。同時，對該方法的摸索和研究，以及現場的實際應用，大大增加了專業技術人員對尾砂膠結充填及其相關研究方面知識的學習和掌握，也大大提高了專業技術人員的技術水平，增強其應對和處理尾砂膠結充填采礦過程中出現的技術問題的能力。
（1）該方法不僅適用于極不穩固礦體的回采，也使用與急劇變化礦體的回采；
（2）該方法能使作業人員得到更高的安全保障；
（3）該方法較廢石充填法采礦大大提高了勞動生產率和采場生產能力；
（4）該方法能提高資源回收率，減少貧化和損失；
（5）該采礦方法更安全環保。
參考文獻
[1] Helmut Eichmeyer，胡際平.下向膠結充填采礦法——重要性日益增長的一種采礦方法[J].礦業工程，2008.
