上向水平分层进路胶结充填采矿法高强度结构板墙研究与应用

上向水平分层进路胶结充填采矿法高强度结构板墙研究与应用

王兴亚1

1.山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿

摘要：上向水平分层进路胶结充填采矿法中在采场内部进行换层开采时，在充填过程中对板墙底部及侧向压力较大，易导致漏浆和板墙倒塌，给后续的采矿工作造成影响。因此考虑如何减少这种情况的发生就显得十分重要，通过分析对比，提出采用高强度钢结构板墙的形式，控制每次充填高度分步充填，泄水效果显著，有效解决了普通组合板墙因压力过大造成跑浆漏浆现场，降低了生产成本，对矿山的经济效益具有重要意义。

关键词：上向水平 胶结充填 高强度 板墙

焦家金矿寺庄分矿采用上向水平分层进路胶结充填采矿法，在进行换层时，在对采空区进行充填[1]。近几年来，随着生产工艺的不断更新产能的不断提高，为保证空区充填的安全顺利进行，有必要对充填隔离板墙进行进一步研究[2]。

1工程概况

焦家金矿位于莱州市境内，寺庄深部北翼朱郭李家矿体应用上向水平分层胶结充填采矿法（大断面一、二步回采）进行回采，一步采进路长80～90m，进路宽9m，高4.5m，一步采采空区不小于3000m³，回采结束后需要进行封闭充填作业，采用1:20胶结充填，顶部0.5m采用1:4胶结充填，对于第一分层底板采用1:4胶结充填假底1m，由于一步采采空区较大，应用现有组合式板墙和木板墙进行封闭强度达不到使用要求，极易造成跑浆漏浆，污染出矿巷，隔离板墙的施工至关重要，不仅影响到充填施工效率和质量。

2技术方案

上向水平分层胶结充填采矿法空区采用全尾胶结充填，充填骨料为选厂尾砂，胶结料为C料，充填料浆浓度为68%-71%，根据实际情况调节灰砂比，当上向采场采空区顶板较平整时，一次充填原则上在采空区平均顶板标高下1m处，若顶板有明显“卡腰”时为了保证绝大部分接顶，一次充填在采空区“卡腰”部位下1m水平；一次充填为1:20，二次充填为1:4充填距“卡腰”部位0.5m，对于采场第一分层采空区，采用1:4胶结体制作人工假底，充填高度1m。

采空区充填前必须完成高强度钢结构板墙的封闭工作，根据采空区治理方案，在一道板墙外侧为避免漏浆，二道板墙高度不低于1m，防止因过量回浆或漏浆时溢流。

3高强度钢结构板墙受力分析

根据液体全尾砂胶结充填的技术特点及充填料浆在采场空区中沉降、脱水及凝结硬化的发展过程，充填料浆力学性能逐渐发生变化。刚充入采空区未凝结硬化前，充填料浆是一种均质流体。由于液态全尾砂料浆流动性好，且不易分层离析，相互之间的摩擦力很小，黏聚力C、内摩擦角φ值近似为0.作用在充填板墙上的这种作用力可近似看作液态物料的静态压力，其作用在板墙上的侧压力随一次充填高度呈线性增大。随着充填料凝结硬化的过程发展，初凝过后，充填体开始具有一定强度，C值、φ值均不等于0，充填料可认为是有黏性的松散物料，作用于板墙上的力与充填高度。C值、φ值有关，但可以肯定的是，由于存在一定的C值、φ值，这种形态的物料对板墙形成的侧向压力和弯矩均小于完全液态物料对板墙的作用，因此三种不同的力学性质中，只需对液态浆料作用下的板墙进行力学特性分析。

根据矿山充填实际情况，在矿山井下充填过程中，采场充填及板墙受力，一次充填量均低于充填板墙高度，未凝结时料浆黏聚力C=0，内摩擦角φ=0。

随着充填高度的增加，充填挡墙所受总压力和竖向弯矩最大值也越来越大。板墙所受侧压力和竖向弯矩随一次充填高度增加的变化曲线（如图1所示），一次充填高度0.75m时，充填板墙所受侧压力为196.537kN，竖向弯矩为275.026N.m，当一次充填高度为1.0m时，侧压力和竖向弯矩相对增加量较大。为保障矿山安全生产，在矿山多工作面同时进行充填的情况下，一次充填0.75m能够满足矿山生产进度需要，因此确定一次充填高度0.75m[3]。

图1不同充填高度板墙受力分析图

Fig.1Force analysis diagram of slab wall with different filling heights

4高强度钢结构板墙结构

根据井下采空区环境及充填料特性，选择高强度钢结构板墙，由工字钢（槽钢）、金属网和土工布组成，材料运输方便，板墙结构简单，易于施工。充填料胶结固化后，工字钢可以回收二次利用，节约成本。

板墙结构分三层，第一层是由16#工字钢（槽钢）等组成，是板墙主要骨架和主要的受力层，将力传递到周边围岩及木制斜撑上。

第二层护网选用金属网，材质选用A3钢，金属网网度为100mm×100mm，钢筋直径φ6mm，搭接长度为100mm，主要作用是使土工布受力均匀，同时将充填体传来的力传递到最外层；

第三层是200g/m²的土工布靠近充填体，主要作用是泄水的同时阻挡充填尾砂外泄，防止跑浆。

4结论

根据上向水平分层胶结充填采矿法（大断面一、二步回采）充填形式，充填料浆的物理性质，计算了封闭所受压力，提出采用高强度钢结构板墙的形式，在充填实践过程中，控制每次充填高度分步充填，实践证明，该方法能够满足采空区充填要求，高强度钢结构板墙满足安全要求，泄水效果显著，有效解决了普通组合板墙因压力过大造成跑浆漏浆现场，降低了生产成本，对矿山的经济效益具有重要意义。

参考文献

[1]解世俊.金属矿床地下开采［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

[2]中国安全生产科学研究院.GB16423-2020 金属非金属矿山安全规程［S］.北京：中国标准出版社，2020.

[3]刘同有.充填采矿技术与应用冶金工业出版社,2011 ( 7 ) .

[4] 张卓成，张海军，沈兆奎，等.充填质量影响因素的正交试验分析［J］． 矿业研究与开发，2009( 1) :9-11．