摘要：上向水平分层充填采矿法对损失贫化指标较小、灵活性大，可根据矿石及岩石性质调整采准和回采方式，对高品位或贵金属资源的回收有更大的指导意义。文章重点强调使用此采矿方法需引起重视的问题有顶板管理、边界管理、采场大块管理、采场循环时间问题等。
关键词：上向水平分层；充填采矿；回采方案
中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0131-03
上向水平分层充填采矿法是充填采矿法中的一种，这种方法是随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法。其目的主要是为了利用所形成的充填体进行地压管理，以控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作创造安全和方便的条件，还可以预防自然性矿石的内燃火灾。本文重点分析了上向水平分层充填采矿法按其采场结构、工作面形态和工艺特点所分的三个基本方案和其在具体实际运用中所需要技术改进的问题展开谈论。
一、方法概述
上向水平分层充填采矿法是自下而上分层回采，每分层采出矿石后充入充填体，用于支撑采空区边帮和作为工作平台。
该采矿方法为工作面循环作业，凿岩爆破、出矿、充填和护顶完成一个循环后，进行下一分层的循环。回采空间和范围可以控制，人员、设备在暴露的顶板下作业，需有效控制顶板，可用诸多充填材料进行充填。
该方法一般适用于矿石稳固、围岩不稳固的倾斜和急倾斜矿体，能适应形态不规则、分枝复合变化大的矿体。除点柱式回采外，矿石损失、贫化率较低，是一种适应范围较广的充填采矿法。据国外矿山统计，使用此方法采出的矿石量占充填采矿法总产量的38.3%，在我国充填法中占60%以上，也是国内外普遍使用的一种采矿方法。
二、回采布置形式及方案
上向水平分层充填采矿法（如图1所示）按采场结构、工作面形态和工艺特点，分为沿走向、垂直走向和点柱式上向水平分层充填法三个基本方案。
1-运输巷道；2-穿脉巷道；3-胶结充填体，
4-溜矿井；5-行人天井；6-充填天井
图1 上向水平分层胶结充填采矿法
（一）沿走向上向分层充填采矿法
该方案结构特点是沿矿体走向一定的长度或整体矿体的走向长度作为一个采场，可实现回采工作的平行作业，以便充分发挥设备效率，提高矿石回收率。此方案适用于厚度为10～15m以下的矿体，采场宽为矿体厚度，长为50～300m，甚至更长。在最薄矿体开采中，为适应无轨设备的开采，采用沿走向脉内斜坡道分层充填方案。
（二）垂直走向上向分层充填采矿法
该方案结构特点是沿矿体走向划分矿房和间柱，采场垂直矿体走向布置，一步回采矿房，二步回采间柱。矿房用胶结充填形成“人工矿柱”，以利于二步回采间柱。使用无轨设备，可发展为盘区分层充填，沿走向布置盘区，盘区由3～5个垂直走向布置的矿房构成，矿房间留设间柱，实现无轨采矿。这种方案适用于厚或极厚的高品位矿床，损失贫化指标较低，在矿体规则、矿岩稳固的条件下，为提高铲运机效率，有加高分层的趋势。
（三）点柱式上向分层充填采矿法
该方案结构特点是沿矿体走向或垂直矿体走向布置矿块，为提高顶板支撑能力，矿块间留设4～6m的间柱，矿房内留设规则或不规则的点柱（如矿体中夹有夹石或低品位矿石，可替代其点柱），点柱为圆形或方形，直径为4～8m，此矿柱为永久矿柱，为单步骤回采。此方案损失指标较大，适用于地表或上部中段需要保护的矿石稳固、矿石品位较低的倾斜或缓倾斜矿床。
以上三种方案可灵活运用，也可单一或交叉运用，以提高矿石回收率、降低损失、贫化指标为目的，在实际运用中做出更合理的回采方案，达到节能减耗、增效降本的目的，来满足矿山的需求。
三、充填的必要性
进行地压管理。利用形成的充填体进行地压管理，控制围岩崩落和地表或上部中段的下沉及位移，缓和了大面积的地压活动，为回采工作面创造更方便、安全的条件。
为深部开采打基础、创条件，用于深部开采，预防冲击性地压。
为回收三柱创造有利条件，有些矿山还可预防自然性矿床，杜绝内因火灾。
四、上向分层充填采矿法需要解决的问题
（一）充填成本高，受市场价格影响
据统计，水力充填费用占采矿成本的15%～25%，而胶结充填则占35%～50%。成本高的原因是采用价格较贵的水泥和采用压气输送胶结充填料，因此应寻求廉价的水泥代用品、胶结材料的替代品或采用较小灰沙比，以及采用胶结材料输送新方法解决此问题。由于成本过高，若金属市场价格降低时，采用此方法受到一定的影响，效益则会递减甚至亏本。
（二）充填系统复杂
我国一般先用胶结充填回采矿房（此工序较多），后用水力充填回采间柱，这就使充填系统和生产管理复杂化。如果两系统都用胶结充填，则成本就要增高，应进行技术经济分析和研究，求得合理的技术经济效果。
（三）阶段间矿柱回采难度大
采用此采矿方法，一般是有地压的存在或矿、围岩稳固性差等情况时所采用的方法，矿房回采完毕后，用胶结充填采空区是为了回采三柱创造安全和方便的条件，可胶结充填后的强度远远小于原岩的支撑强度，无形中增加了回采三柱的难度。所以，提高人工底、点柱建造速度是有效解决此问题的途径，以人工底、点柱来代替矿石柱，回采更多的资源，降低采出矿成本。
（四）采场顶板支护问题
尤其为顶板岩石破碎、遇到节理发育构造复杂地带,矿房回采完毕最终接顶问题、地压观测、充填体表面平整问题、实现二步回采矿柱需在充填体内掘进巷道的安全问题现需实际解决。
五、实际运用体会及结论
上向水平分层充填采矿法在实际应用中，由于各矿山的矿、岩石性质不同，在使用此方法采矿时并非所有矿山的应用经验能在本矿山得到证实或成功应用（如支护方式），所以特需不断的进行技术改进，找到适合其矿山的巧妙方法。但需坚持平顶板、强支护、管边界、控大块、快循环的原则，方可提高采场生产能力，降低采矿、充填成本，力求效益最大化。现将此方法的几点实际运用体会列如下：
1．加强采场顶板管理，顶板要采用光面爆破，保证顶板在短轴上呈微拱形，选择合适的顶板支护方式，控制落矿孔间距（降低采场大块率），灵活运用矿体回采方法，以“安全第一”的准绳来提高生产能力。
2．建立废石不出井系统，将掘进的废石充入采空区或制作临时挡墙（采空区内充填废石要保证和间柱或上、下盘距离留设2～5m，可增加充填体对间、点柱的摩擦力），既可缓解矿井提升压力，又可降低充填成本，还能增加充填体强度。
3．加快采场循环速度，要对采矿、出矿和充填准备工作做以一定的时间要求，可以做矿山内的岩石性质和支撑时间和空间做一定的试验，做到在顶板压力释放之前完成采、出、充工作完毕。有必要可在公司内建立全矿年、月度采场充填循环图表，保证各采空区有条不紊的连续充填。
4．在两相邻采场同时回采时，可将充填回风井布设在两采场间柱位置，如矿房较大时，适当将矿体中的夹石或低品位矿石留设为采场点柱，可减少采场支护量，保证采场的安全生产。如采用二步回采的矿房，还可将在一步回采时，把脉内溜矿井设计在二步回采的交界处，作为二步回采的充填回风井使用，节省大量采矿成本和工期。
5．如果采场岩石情况良好，f系数在10以上，且存在少有的构造、节理等情况时，可适当提高分层回采高度或分段回采用中深孔爆破，可减少循环次数，提高生产能力，同时每层也节省诸多成本，也是这种采矿方法今后发展突破的一个方向。
6．今后上向分层充填法的发展方向会向无轨机械化、装备大型化、作业自动化和回采连续化发展，改善井下工人作业条件，提高生产效率，其次深部开采充填将迎来更大的挑战。
参考文献
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作者简介：杨亮（1987-），男，内蒙古巴彦淖尔人，巴彦淖尔西部铜业有限公司高级业务经理，采矿助理工程师，研究方向：采矿工程。
（责任编辑：叶小坚）