“下向胶结充填六角形进路采矿方法”是工程技术人员在实践的基础上创造的采矿方法，其原理是利用仿生学原理，将下向采场进路断面设计成六角形的蜂窝状镶嵌结构，称为“下向胶结充填六角形进路采矿方法”，简称“六角形采矿法”。此采矿方法具有安全、高效、施工方便、损失贫化少等特点，特别适应于矿岩整体性差，应力分布复杂的急倾斜或缓倾斜厚大矿体的开采。
1 进路断面的现状
目前龙首矿“六角形采矿法”使用的断面尺寸有三种：普采进路断面、中西部机采进路断面、西二采区机采进路断面。
（1） 普采进路断面
进路顶底宽2.6m，进路腰宽5.4m，进路高度4m，进路帮坡角55°，进路断面16m2(见图1)。
（2） 中西部机采进路断面
进路顶底宽3.5m，进路腰宽7m，进路高度6m，进路帮坡角60°，进路断面31.5m2（见图2)。
（3） 西二采区机采进路断面
进路顶底宽4m，进路腰宽6m；进路高度5m，进路帮坡角71.6°，进路断面25m2（见图3)。
图1 普采进路断面（单位：mm）
图2 机采进路断面（单位：mm）
2 六角形进路断面尺寸分析
当前龙首矿采场进路普遍采用六角形，其形状的合理性在这里不用赘述，这里只对其断面尺寸进行分析。从采场现场效果观察，龙首矿普采采场六角形特征明显，效果突出，但中西部采场六角形特征已发生变异，呈“凸”字形状，安全性能下降，西二采区、730采场业已形成的六角形断面，效果比较乐观。
图3 西二采区机采进路断面（单位：mm）
图4 六角形进路断面尺寸图
2.1 进路断面参数的选择
（1） 帮坡角的选择
六角形尺寸的合理性主要是分析帮坡角对顶板度的宽度影响程度（见图4）。在进路间距l固定的情况下，帮坡角α越小顶板宽度2c就越小，顶板就更安全。帮坡角最小坡度应确定为矿石的自然安全息角42°，因为帮坡角小于自然安息角就会给进路回采的矿石运搬带来难度。此状况下进路顶板宽度最小，进路砼的镶嵌结构最为明显，进路顶板就最安全。但是，此状况使得进路上半部充填体帮坡角也最小，如果接近顶板坡度（0°），可视同为帮变顶，致使顶板宽度变为最大2a，同时矿柱宽度为最小2c，其承载能力最差，因此无论顶帮安全性或矿柱承载能力都是最差的。当帮坡角为最大90°时，进路形状已形为矩形进路，其弊端是进路镶嵌结构最差。进路顶板宽度为最大l，顶板出现拉应力区，容易出现脱层，顶帮转角应力集中区系数大，进路两帮容易出现拉应力破坏片帮伤人，安全状况不佳。
综上所述，合理的帮坡角应该在两种极限角度之间，即45°—90°，在此区间有一特殊角即等边六角形，对应的帮坡角是60°，等边六角形断面的工程在原岩应力场中是最佳断面，但在进路式采场中的次生应力场中进路承受的是垂直应力，只有在边缘进路的边缘帮同时在承受水平和垂直应用（见图5）。为了提高矿柱承受垂直应力的能力，应尽量增大矿柱的厚度2c，即增大帮坡角角度α。因此，进路的帮坡角α应大于60°。考虑到充填体要形成镶嵌结构，增加充填体自身承载能力，帮坡角不应大于70°，所以，帮坡角应选择在60—70°之间。
图5 等边六角形进路受力图
（2） 进路高度的选择
龙首矿六角形进路高度，在普采采场中由于不受采矿设备的限制，其高度的选择主要是考虑施工方便程度和人工检撬的合理高度以及采矿效率的发挥，选择4m的进路高度是比较合理的。
在机采盘区进路高度选择6m，主要是为了保证采矿设备在分层道能顺利通过不得已而为之。6m高的进路给施工、撬碴带来了不便。因此，机采采场的进路高度应选择4—5m为宜，采场在布置形式上可采用“双分层道布置方案”和“单分层道回填方案”，使分层道高度与进路一致，可方便大型设备的使用。
（3） 进路宽度的选择
a 进路宽度选择就是进路间距的选择，如果间距愈小，进路宽度就愈小，当进路宽度小于高度时，其内切（或外切）椭圆的长轴方向与垂直应力方向一致，有利于承受垂直应力，使得进路顶板安全状况较好，但此状况矿柱太薄弱，不利于分解顶板垂直应力的转移。如果间距愈大，进路宽度就愈大，当进路宽度大于高度时，其内切（或外切）椭圆的长轴方向与垂直应力方向垂直，不利于承受垂直应力，增加顶板拉应力区，造成不安全隐患。因此，应选择进路间距等于或近似等于进路高度，这样进路内切（或外切）椭圆就近似于圆，对承受地压最为有利(见图6)。
b 根据采场运搬设备选择进路宽度。采场设备以铲运机对进路宽度要求最为重要，进路宽度太小，铲斗对进路斜帮破坏最大，容易铲掉底帮，将斜帮变为直帮，使进路呈“凸”字形结构。应该选择设备与进路帮的间距接近1m，才能方便设备的作业（见图7）。
图6 六角形进路高度与宽度对比 图7 铲运机与进路宽度对比(单位：mm)
基于以上两点考虑，采场进路宽度应接近进路高度，普采采场进路顶底宽为3m，腰宽为5m；机采采场进路顶底宽为4m，腰宽为5m—7m。
2.2 进路断面参数的确定
综上所述，六角形进路断面尺寸应确定在以下范围之内；
进路帮坡角：60—70；
进路高度：4m—5m；
进路顶底宽度：普采为3m；
机采为4m—5m；
进路腰宽：普采为5m；
机采为5m—7m。
2.3 推荐进路参数
为了方便施工，结合理论论证，推荐以下四种进路断面尺寸：
（1） 普采采场进路断面，简称三四五（345）断面。进路顶底宽3m；进路高度4m；进路腰宽5m；进路帮坡角55°(见图8)。
（2） 机采采场进路断面ⅰ型，简称四五六（456）断面。进路顶底宽4m；进路高度5m；进路腰宽6m；进路帮坡角68° (见图9)。
图8 普采采场进路断面（345断面） 图9 机采采场进路断面ⅰ型（456断面）
（3） 机采采场进路断面ⅱ型，简称四五七（457）断面。进路顶底宽4m；进路高度5m；进路腰宽7m；进路帮坡角59° (见图10)。
（4） 机采采场进路断面ⅲ型，简称四四六（446）断面。进路顶底宽4m；进路高度4m；进路腰宽6m；进路帮坡角63° (见图11)。
图10 机采采场进路断面ⅱ型（457断面） 图11 机采采场进路断面ⅲ型（446断面）
3 结束语
“六角形进路采矿法”经过多年的使用，在破碎矿岩条件下的矿石开采中具有独特的优势。随着生产实践不断深入，其断面结构愈加完善合理，特别是经过“双分层道布置方案”和“单分层道回填方案”优化后，采矿效率大幅提高，成为安全、高效的采矿方法，将在类似矿山推广使用。
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