第十一章 充填采矿法

充填采矿法以充填体支撑围岩、控制地压，并在部分方案中提供继续回采的工作平台。本章按原课件顺序整理上向水平分层、上向进路、下向进路、分采、单层、方框支架和空场嗣后充填法。重点是分清回采方向、充填体的作用、采充循环以及一步采和二步采的联系。

第一节 充填采矿法概述

定义与实质。充填采矿法是在回采过程中，用充填料充填采空区的采矿方法。其基本作用是以充填材料充满空区、支撑围岩、限制岩石移动，以达到控制地压的目的。

应用背景。浅部资源逐渐减少，开采深度增加，矿床条件复杂，建筑物、铁路和水体下的矿体需要控制地表变形；同时，地表废石和尾矿堆存造成环境负担。充填可以把资源回收、地压控制和固体废料处置结合起来。

主要作用。控制岩爆、坍塌及地表沉陷等地质灾害；改善地温、火灾、氡析出和废料排放等环境问题；为上向回采提供作业平台。充填技术由废石充填、水砂充填发展到胶结充填，不同材料的输送、排水、强度和接顶要求不同。

原课件第4页列举2012至2017年的政策文件，第68至69页列经济案例。这些内容反映课件编写时的背景；本章的学习重点是采矿方法及其技术经济关系。

第二节 上向水平分层充填法

共同原理。矿房自下而上逐层回采，每采完一层便充填一层，维护上、下盘围岩，并将充填体作为上层回采的工作平台。通常先采矿房，后采矿柱；矿房最后一层结束后进行接顶充填，矿柱可在一批矿房或一个阶段结束后回收。

适用条件。矿石应能在作业期间保持稳定，围岩可不稳固，也可用于围岩稳固的矿体。薄至中厚矿体通常要求倾角大于55°，厚矿体的倾角限制较小。采用胶结充填可研究不留永久矿柱，或先胶结充填回采矿柱，再用非胶结充填回采矿房等顺序。

一 机械化上向水平分层充填法

采场与设备。采用斜坡道和分段、分层联络道，使凿岩台车与铲运机进入采场。充填体在控制围岩的同时，提供设备继续向上作业的平台。

项目	课件一般参数
沿走向布置	矿体厚度小于10～15 m，采场长30～60 m，个别超过100 m
垂直走向布置	厚度大于10～15 m，长约50～60 m，宽一般10～18 m
阶段高度	倾斜矿体30～40 m，急倾斜50～60 m，个别可达120 m
分段服务范围	课件示例一条分段平巷服务3个分层
分层高度实例	第14页机械化实例取4 m

采准切割。斜坡道坡度、断面应满足凿岩台车和铲运机通行；分段巷道的长度和转弯位置满足转弯半径及直线铲装要求。各分层设置联络道，每个采场设充填通风天井，脉外溜井可由多个采场共用。采场底部先掘拉底巷道，再向两侧扩帮形成拉底空间。

回采循环。凿岩台车或凿岩机打水平孔、上向孔落矿；通风排烟并检查顶板后，铲运机经采场联络道和分段巷道将矿石运至溜井。分层采完后，在与联络道交界处构筑密闭挡墙，接通管路充填。胶结体达到所需条件后再回采上层，最后完成接顶充填。

风流路线。新风从中段运输巷进入采区斜坡道，经分段平巷、采场联络道进入工作面；污风经通风天井进入上中段及总回风系统。出矿、充填和通风通道应相互衔接，不能因充填堵塞必要出口。

二 电耙出矿上向水平分层充填法

方案特点。薄矿体或厚度不大的矿体采用无轨设备，可能因脉外采准增加而使采切比偏大，因此可采用电耙出矿。人员、风流和出矿主要依靠天井、联络道及顺路构筑物联系。

项目	课件一般参数
布置方向	厚度不超过10～15 m且矿岩较稳时多沿走向；较厚时垂直走向
矿房长度	一般控制在50 m以内
阶段高度	一般30～60 m，常用35～45 m
间柱	一般宽6～8 m；3～4 m薄矿脉可用混凝土隔墙替代
顶柱和底柱	顶柱一般3～5 m；底柱5～6 m，也可用人工假底
分层高度	一般1.8～2.2 m，工作空间约2.0～2.2 m

采准系统。沿矿体边界形成沿脉和穿脉运输巷道，一个矿房至少保持两个天井。人行天井多靠下盘，充填井多靠上盘；课件通常以倾角大于65°满足顺利通行或自溜。放矿溜井服务电耙出矿，联络道垂直间距约4～6 m；两个天井的联络道错层布置，有利于避免充填时同时堵塞。

铀矿山改进。可取消间柱，改设0.15～0.35 m厚混凝土隔墙；随上采架设顺路天井，分设人行格和溜矿格。每个矿块架设两个以上顺路天井，分别布置梯子和放矿闸门，因而可取消专设人行天井及其联络道。

底部切割。留底柱时，由天井联络道掘拉底短巷贯通溜井，再向两侧扩至矿房边界，底部浇筑约0.3～0.5 m钢筋混凝土垫层。不留自然底柱时，可将运输平巷扩帮、挑顶至总高5～6 m，构筑钢筋混凝土底板、人工运输巷道和充填体。

工作循环。分层落矿、撬毛、运矿、构筑隔墙与底板、加高溜井和顺路天井、充填及表面整平，之后进入上一个分层。课件示例炮孔深1.8～2.2 m、孔距0.8～1.2 m，每分层分2～3次爆破。铀矿作业还包括物探编录、围壁探矿和切割找边。

第三节 上向分层进路充填法

定义。由下向上，以进路掘进方式回采；进路掘至设计位置后充填。一个水平分层内布置多条进路，可间隔或逐条开采，全部采充完成后再进入上分层。

条件。适合厚度不小于约2 m的矿体及厚大矿体，尤其是形态复杂、产状变化大、矿岩不够稳固而矿石品位或价值较高的矿体，也可用于其他充填法的矿柱回收。

项目	课件一般参数
矿块布置	厚度小于15～30 m时沿走向；大于此范围时垂直或斜交走向
进路长度	沿走向方案一般50～100 m，最大不超过150 m；垂直走向时可等于矿体厚度
阶段与分段	阶段40～60 m，分段9～12 m
进路断面	宽一般不大于5 m，高不大于5 m
炮孔示例	深2.5～3.2 m，直径38～43 mm

回采顺序。进路沿走向布置时，多按下盘至上盘的顺序间隔回采；垂直走向时，多由两端向中央间隔回采。多条进路交替组织凿岩、爆破、支护、出矿和充填，提高设备利用率和采场生产能力。

爆破出矿与通风。宜用光面爆破减少对矿岩和充填体的扰动，保持规整断面，提高接顶效果；课件例列边孔距充填体0.3～0.5 m。铲运机将矿石运至脉外溜井或顺路天井。由于进路为独头巷道，采用局部压入式通风，通风组织是其薄弱环节。

充填要求。一步采进路充填体的28 d抗压强度例列不低于1.0 MPa，二步采进路可采用非胶结充填。各进路表面胶结层厚30～40 cm，28 d强度不低于1.5 MPa。第一分层可构筑不低于0.4 m厚、强度不低于15 MPa的钢筋混凝土假底，作为下阶段开采的假顶。以上数值对应课件所述方案。

评价。顶板暴露面积小，适应复杂矿体能力强，矿石损失贫化较低；可多进路平行作业。课件统计称部分应用的总损失率和总贫化率通常不超过5%、最大不超过10%，属于案例概括。主要限制为工序多，采充衔接、局部通风和充填接顶要求高。

第四节 下向分层进路充填法

原理。在阶段内自上向下分层，以进路回采并及时充填；人员在上层已形成的完整人工假顶保护下作业。采场总体布置与上向进路法相近，但充填体承担的是下层作业顶板，强度与完整性要求更突出。

适用条件。矿石和围岩均不稳固，矿石破碎、品位或价值较高，地表不允许崩落；也适用于地压大、开裂矿柱的回收。

采切与回采。阶段、分段、分层联络系统先行形成，每一分层按进路采出矿石，支护、出矿后构筑人工假顶并充填。达到规定条件后，转入下一分层。可采用电耙或无轨设备出矿，进路可平行或交错布置；金川龙首矿实例采用六角形断面进路。

人工假顶。假顶应完整、坚实，保证下层开采时受力连续。原课件引用旧规程的混凝土标号，以及不小于3 MPa等强度要求；另列一般厚1～2 m时28 d单轴抗压强度约4～5 MPa，多数矿山采用钢筋混凝土假顶。复习应抓住“完整性、厚度、强度和下层暴露跨度共同控制安全”的关系。

实例参数。第36页列金川二矿区阶段高50 m、分段12 m、分层4 m、进路5 m×4 m；龙首矿六角形进路实例高5 m、顶底宽3 m、腰宽6 m。第42页列不同矿山的充填材料和28 d强度，约1.5～5 MPa不等，说明参数随材料、结构与作业条件变化，不能混作统一值。

评价。完整人工假顶使破碎矿岩条件下仍可组织回采，矿石损失贫化较低。第44页给出的实例损失率为4%～5%、贫化率8%～10%。关键管理环节是充填质量、胶结强度形成和采充衔接；与上向进路法相比，下向法的充填体主要保护下层顶板，而上向法主要形成上层作业平台。

第五节 分采充填法

又称削壁充填法。极薄矿脉若只采矿石，工作面宽度不足，因而分别开采矿石和围岩：矿石运出采场，削下围岩留作充填，使作业空间达到所需最小宽度，并为继续上采创造条件。课件列最小作业宽度约0.8～0.9 m。

结构采切。矿块沿走向布置，一般高30～50 m、长50～60 m，不留矿柱。阶段运输巷道靠近下盘矿岩接触面，一侧先掘先行天井，另一侧及中央可架设分格顺路天井，服务行人、通风、设备材料和出矿。运输巷道侧上方掘拉底巷道，架设木漏斗。

回采。自下而上水平分层。矿石易采时先采矿石，否则先采围岩，一般削采下盘围岩。采用小直径浅孔、间隔装药和松动爆破；落矿前铺垫板，减少粉矿落入充填体。削岩量应与所需充填量相协调，矿石采用人工或电耙运搬。清风经运输巷道和先行天井进入工作面，污风经顺路天井进入上部回风系统。

评价。主要用于急倾斜极薄矿脉，个别也用于缓倾斜极薄矿脉。采切工程量较小，对极薄贵金属矿脉可能有经济优势；但采场能力小、效率低、劳动强度大。虽采用分采，粉矿混入充填料、矿岩分离不清等仍可能造成较大损失贫化。

第六节 单层充填法

又称壁式充填法。矿块按矿体全厚向前推进，人员在岩石顶板下作业；工作面推进一定距离后，保留继续回采所需空间，其余空区用隔墙密闭并充填，以控制地压。

适用条件。顶板不稳固、又不允许陷落的微倾斜和缓倾斜薄矿脉。与上向分层法相比，单层法按全厚推进；与单层崩落法相比，二者的空区处理方式分别是充填和崩落顶板。

结构采切。矿块长60～80 m，沿倾向斜长30～40 m，与电耙运距相协调；顶底柱厚2～3 m，可合一或不留，不设间柱。采准形成阶段运输平巷与溜井，溜井间距约6～7 m；切割形成切割上山和拉底平巷。

三个距离。充填距是每次沿推进方向充填的宽度；控顶距是为继续回采保留的工作空间宽度；悬顶距是充填前顶板最大暴露宽度。

控顶距通常为一架棚子的间距，课件列约2～2.5 m。顶板差时，一次推进距离约2～2.5 m，爆破推进量可缩至1～2 m；顶板较稳时可适当加大推进与充填距离，以减少挡墙和充填准备次数，但须满足顶板控制条件。

回采与地压控制。浅孔凿岩爆破、电耙出矿；清风从运输平巷经溜井和切割平巷进入工作面，污风排至上阶段回风平巷。顶板可用立柱、戴帽立柱、一梁二柱或一梁三柱等支护，必要时铺背板；较稳固时可用锚杆。支护维护当前工作空间，充填维护后方空区，两者共同控制地压。

评价。矿石回收较好、贫化较低；但回采工艺复杂，生产能力和工效较低，采矿成本高。

第七节 方框支架充填法

原理。以方框支架配合充填维护采空区，控制顶板与围岩崩落，防止地表沉陷。支架形成连续作业空间，充填料与支架共同承担围岩控制作用。

结构参数。矿块高一般30～40 m；急倾斜矿体厚度小于10 m且矿岩稍稳时，可取50～60 m。矿块沿走向布置，长30～40 m、宽等于矿体厚度，不留矿柱。厚度大于约12 m时，可垂直走向布置，采用垂直分条或短矿块回采。

采准与循环。运输巷道多在下盘围岩中；矿体很厚时，还可在矿体中央沿走向掘脉内运输巷道，按分条或矿房宽度掘穿脉巷道，并向上形成充填天井。天井示例断面1.5 m×2.1 m、分三格。向上回采时利用方框架设溜井和人行道，溜井间隔约4～6个方框。基本循环为落矿、铺垫、运搬、架设方框、充填。

评价。适用于矿石与围岩极不稳固、产状复杂、顶板不许崩落且品位高的贵重矿体。优点是回收率高、贫化较小、方法灵活、适应性强；缺点为工序复杂、生产能力和效率低、劳动强度大、坑木消耗多。

第八节 空场嗣后充填法

共同原理。先用空场工艺回采，达到规定回采范围或允许暴露尺度后，再充填空区。典型两步骤方案先采矿房并胶结充填，待充填体满足后续开采条件，再采矿柱并采用非胶结充填；也可不划矿房矿柱，连续回采至一定暴露范围后充填。

一 两步骤分段回采嗣后充填法

回采结构。阶段划分为若干凿岩分段，分段巷道内钻扇形中深孔，向切割槽侧向崩矿，矿石落入底部V形堑沟，由铲运机经装矿进路运出。课件示例两个采场共用一条出矿巷道。

采切与回采顺序。由切割天井和切割横巷形成切割槽，在堑沟拉底巷道中凿上向扇形孔形成V形堑沟。回采时每次爆破1～2排，相邻上下分段一般保持上分段超前1～2排，以利组织爆破。矿房回采结束后一次胶结充填，再转入矿柱回采及后续充填。

条件与评价。课件概括为适用于轮廓较规则、不同倾角与厚度的矿体；具体仍取决于空场允许暴露尺度、矿岩稳固性及设备条件。人员不宜进入空场时，可由巷道凿岩、出矿。该法结合空场法较高生产能力和充填法较好回收效果，充填成本可低于逐层充填方案。

二 VCR两步骤回采嗣后充填法

方案特点。用大直径深孔回采较高阶段，先采矿房、胶结充填，再采矿柱、非胶结充填。课件典型方案阶段高可达120 m以上，并设约60 m高的辅助中段。VCR可承担掏槽或分层崩矿，具体落矿组织应结合实例。

安庆铜矿实例。采用直径165 mm下向深孔，孔深40～60 m；上、下盘和矿柱开采时布置部分倾角大于70°的斜孔。先用VCR掏立槽，形成约60 m²侧向自由面；立槽发展到一定高度后，以5～7 m高侧向崩矿形成倒梯段或弧形，立槽贯通后全阶段向槽侧向崩矿。

案例采用毫秒微差爆破，炸药单耗0.36～0.42 kg/t；以3.8 m³铲运机装运至下盘脉外溜井，残矿由遥控铲运机回收。这些数值属于该矿方案，不能代替其他矿山参数。

评价。适用于轮廓较规则、倾斜至急倾斜的中厚及厚大矿体。凿岩装药在硐室内完成，作业条件较好；高阶段、大直径孔与集中出矿提高效率，直接采矿成本较低。缺点是凿岩精度和技术要求高，爆破成本高，损失贫化相对可能较大。

充填技术经济关系与发展

成本组成。充填经济性应同时考虑充填系统投资、胶结材料和输送费用、矿石回收、采场支护、尾矿处置及空区治理费用。一步采充填体需要承担后续开采支撑作用，胶结比例及成本通常较高；二步采可按条件用非胶结充填降低成本。

原课件经济例列综合充填成本约25～35元/t原矿，一步采约占40%、成本40～50元/t，二步采约占60%、成本10～20元/t，并列充填系统投资约800～3000万元。这些是课件案例范围，读数时须保留年代、材料、矿山和计量口径；不能视为当前报价。

应用实例。课件列上向法用于凡口、新桥、康家湾、红透山等矿山；上向进路法用于焦家、小铁山和金川等；下向进路法用于龙首、金川二矿、武山等；阶段或分段嗣后充填用于安庆、铜绿山、凡口等。实例的作用是说明各方案适用范围，不表示各矿现行方案均与课件一致。

研究方向。随着深部复杂矿体开采和尾矿粒度变细，重点包括超细尾矿新型胶凝材料、低成本快速浓缩、大能力充填系统及配套装备，以及特殊工业废料的无害化充填处置。

本章重点对照

对照项目	核心区别
上向与下向	上向在充填体上作业；下向在人工假顶下作业
水平分层与进路	前者按较大分层工作面采充；后者将分层分为若干狭窄进路
分采与普通充填	分采将矿石、围岩分别采出，削下围岩作为充填料
单层与分层	单层按矿体全厚向前推进；分层沿高度逐层回采
方框支架法	连续方框支架与充填共同维护极不稳固矿岩
随采随充与嗣后充填	前者采完一个分层或进路便充填；后者先完成规定空场回采范围，再充填
一步采与二步采	一步采胶结充填体支撑后续回采，二步采可采用较低成本充填方案

复习时应能画出各方法的回采方向、充填体位置、人员作业空间、出矿通道和通风充填通道，并解释充填体究竟作为底板、顶板还是侧向支撑使用。