CN102305073B - 一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法。包括在开采中厚矿体时，将矿体划分为阶段，在阶段再划分为分段，在分段的下盘脉外沿脉布置单进路的凿岩巷道和底部结构，采用电耙出矿，其特征在于以阶段为单位，完成端部挑檐结构后的回采，回采高度等于阶段全高，阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，再按“由上而下”的顺序依次在各分段电耙巷道出矿，直到回采完阶段各回采进路。本发明的优点是：可以将崩落矿石与其上部的覆盖岩石隔离开，放矿时有效地阻止废石漏斗的形成，从而减少了矿石损失贫化，工艺简单，生产能力大，成本低，且安全可靠、简单易行。本发明适用于中稳以上中厚矿体的地下开采。

Description

一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法

技术领域

本发明属于地下采矿方法技术领域，尤其涉及一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法。

背景技术

地下采矿方法包括采准、切割和回采三项基本工序，按地压维护的方式分为空场采矿法、充填法和崩落采矿法三大类，崩落采矿法的基本特征是用崩落围岩的方法充填采空区来控制和管理地压的，在世界范围内得到广泛的应用，崩落法根据出矿方式有、无底部结构分为有底柱崩落法和无底柱崩落法，典型的有底柱崩落法有有底柱分段崩落法和有底柱阶段崩落法，有底柱分段崩落法和有底柱阶段崩落法都属于高强度采矿方法，在国内外得到了广泛的应用，已成为有色金属矿山占有相当地位的采矿方法，这两种方法有多种回采方案，可以用于开采各种不同条件的矿体，使用灵活，适用范围广。

有底柱分段崩落法是将矿体划分为若干阶段，再将阶段用回采进路划分为若干分段，在开采中厚矿体（4-10m厚）时，一般沿脉布置单进路回采，由上向下逐个分段从回采进路一端开始在覆盖岩层下进行后退式回采，直到回采到另一端边界为止。其主要特点是回采进路由落矿用的凿岩巷道和设有放矿、受矿及运搬矿石的底部结构组成，出矿多采用简单耐用的电耙，电耙出矿底部结构有漏斗式、堑沟式和平底式三种，底部结构中布置有受矿巷道和电耙巷道，在开采中厚矿体时，受矿巷道和电耙巷道一般布置在下盘围岩中，采用预先集中凿岩方式在凿岩巷道和受矿巷道布置扇形中深孔，凿岩巷道和受矿巷道扇形中深孔同时爆破，同时完成底部结构的形成和崩落矿石，崩落矿石在覆盖岩石的直接接触下，借助矿石的自重，经底部结构放出，有的方案把凿岩巷道与受矿巷道合为一条，起到减少采准工程量的作用。

有底柱阶段崩落法的基本特征是回采高度等于阶段全高，端部出矿的有底柱阶段崩落法有一定的优势，它是在端部进行回采，一次回采阶段全高，在阶段底部布置底部结构进行出矿，矿块生产能力大，劳动生产率高，主要在有色金属矿山使用。

有底柱分段崩落法和端部放矿的有底柱阶段崩落法都采用端部放矿，是在覆盖岩层下放矿，刚开始放出的是纯矿石，很快地顶部废石降落，形成废石漏斗，废石提前混入并放出。放矿时放出矿石在原来崩落矿体里的形状（称作放出体的形状），国内外公认椭球体理论，认为放出体形状为一椭球体，且在放矿过程中放出椭球体不断扩大，端部放矿时放出体的形状为半个前倾的偏椭球体。目前国内外广泛采用截止品位放矿，当放出矿石品位低于截止品位，即停止放矿，未放出的残留矿石一部分在下分段放出，另一部分则损失在地下。矿石的损失率和贫化率高是其最大的缺陷，一般贫化率为20-25%，高的达42.9%，回采率一般为55-70%。

覆盖岩层下端部放矿矿石损失贫化大一直是困扰采矿界的一大难题，为了减少贫化，国内外大多在采场结构、放矿管理方面进行了研究。

放矿过程中形成的废石漏斗是造成矿石损失率和贫化率最直接的原因，然而国内外对废石漏斗的控制缺乏研究。如果能控制废石漏斗的形成，将从根本上解决端部出矿类采矿方法的矿石损失贫化问题，极大地提高矿石回采率。

发明内容

本发明的目的是针对有底柱崩落法以上存在的问题，吸取了有底柱分段崩落法和有底柱阶段崩落法的优点，提出一种有效的阻止废石漏斗的形成、降低矿石贫化与损失、提高矿石回采率的一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明的一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法，包括在开采中厚矿体时，将矿体划分为阶段，在阶段里再划分为分段，在分段的下盘脉外采用沿脉布置单进路的凿岩巷道和底部结构，采用电耙出矿，电耙出矿底部结构由受矿巷道和电耙巷道组成，从回采进路一端开始进行回退式回采，在凿岩巷道和受矿巷道内采用预先集中凿岩的方法布置上向扇形中深孔，在覆盖岩层下同时爆破凿岩巷道和受矿巷道上向扇形中深孔的一个崩矿步距，同时完成底部结构的形成和崩落上面的矿石，在分段的电耙巷道内进行出矿，其特征在于以阶段为单位，阶段内各分段从回采进路一端开始，先切割，再连续回采，同时上部覆盖岩层充满新采空区，当阶段内每个分段端部在进路走向方向上到达同一个垂直位置，然后阶段的最顶分段停止回采，以下各分段依次继续回采，直到每个下分段都超过其上分段一个挑檐距离，完成端部挑檐结构的准备工作，以后的开采，阶段内各分段一直保持这种挑檐结构回采，回采高度等于阶段全高，阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，再按“由上而下”的顺序依次在各分段电耙巷道出矿，直到回采完阶段各回采进路，再开始下阶段的回采。

所述上向扇形中深孔，在受矿巷道下面有下分段炮孔的一侧，其上向扇形中深孔最底的炮孔下布置一排密集的预裂爆破孔，防止下分段爆破将上分段预先布置的炮孔破坏，影响其装药和爆破。预裂爆破孔与水平间的夹角30-45°，长度为沿预裂爆破孔从受矿巷道壁到上盘围岩的距离，预裂爆破孔间距为0.5-0.8m，孔径与上向扇形中深孔相同。

所述的挑檐距离D取值为：h.ctanа≥D≥ξB，其中：h为巷道高，а崩落矿石自然休止角，ξ为矿石爆破膨胀系数，B为一次崩矿步距。

所述阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，起爆破包括三部分，第一部分为本次崩矿步距的凿岩巷道内的上向扇形中深孔爆破，崩落崩矿步距上部的矿体，第二部分为本次崩矿步距的受矿巷道内的上向扇形中深孔爆破，形成底部结构，第三部分为后一崩矿步距的预裂孔爆破，三部分的爆破同次完成。

与现有技术相比，本发明的具有如下优点：

由于本发明在回采进路工作面末端形成挑檐结构，除最顶分段外其它分段的受矿巷道都在其正上方挑檐结构和上盘未爆破的围岩壁的遮掩下进行出矿，挑檐结构和上盘未爆破的围岩壁可以将崩落矿石与其上部覆盖岩石隔离开，放矿时有效地阻止废石漏斗的形成，从而减少了矿石贫化，放出体形态将放大，也大大地提高矿石回采率，有效地解决了损失贫化问题。

附图说明

图1为单进路端部挑檐结构的准备工作阶段内各分段端壁整体呈垂直状态的位置示意图。

图2为完成端部挑檐结构准备后的结构示意图。

图3为图1的A-A剖面图。

图4为上向扇形中深孔与预裂爆破孔结构示意图。

图5为图4的A-A剖面图。

图6为保证挑檐结构能遮挡崩落矿石的挑檐距离取值范围说明图。

图7为不能超过废石自然休止角到达位置的挑檐距离取值范围说明图。

图8为传统方法放矿效果。

图9为本发明放矿效果的示意图。

图10为图9的A-A剖视图。

图中：

1为受矿巷道，2为覆盖岩层，3为矿体，4为上盘围岩，5为下盘围岩，6为矿体端部围岩，7为阶段各分段端壁整体呈垂直状态的位置，8为受矿上向巷道扇形炮孔， 9为凿岩巷道上向扇形炮孔，10为预裂爆破孔，11为凿岩巷道，12为电耙巷道，13为崩落矿石碎胀后到达的位置，14为崩落矿石，15为传统方法截止品位放出椭球体，16传统方法放矿废石漏斗17为挑檐下部放出椭球体，18为挑檐上部放出椭球体，δ为预裂爆破孔间距，为预裂爆破孔与水平间的夹角，B为崩矿步距，D为挑檐距离，h为受矿巷道高，а为崩落矿石自然休止角。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3所示，一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法，包括在开采中厚矿体时，将矿体划分为阶段，在阶段里再划分为分段，在分段的下盘脉外沿脉布置单进路的凿岩巷道11和底部结构，采用电耙出矿，电耙出矿底部结构由受矿巷道1和电耙巷道12组成，从回采进路一端开始进行回退式回采，在凿岩巷道11和受矿巷道1内采用预先集中凿岩的方法布置上向扇形中深孔，即受矿巷道上向扇形中深孔8和凿岩巷道上向扇形炮孔9，在覆盖岩层下同时爆破凿岩巷道11和受矿巷道1上扇形中深孔的一个崩矿步距，同时完成底部结构的形成和崩落上面的矿石，在分段的电耙巷道12内进行出矿，其特征在于以阶段为单位，阶段内各分段从回采进路一端开始，先切割，再连续回采，同时上部覆盖岩层2充满新采空区，当阶段内每个分段端部在进路走向方向上到达同一个垂直位置7时，如图1所示，然后，阶段的最顶分段停止回采，以下各分段依次继续回采，直到每个下分段都超过其上分段一个挑檐距离D，完成端部挑檐结构的准备工作，如图2所示，以后的开采，阶段内各分段一直保持这种挑檐结构，回采高度等于阶段全高，阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，再按“由上而下”的顺序依次在各分段电耙巷道12出矿，直到回采完阶段各回采进路，再开始下阶段的回采，图中3为矿体、5为下盘围岩，6为矿体端部围岩。

图4、图5为上向扇形中深孔与预裂爆破孔示意图，所述上向扇形中深孔，在受矿巷道下有下分段炮孔的一侧，其上向扇形中深孔8最底的炮孔下布置一排密集的预裂爆破孔10，防止下分段爆破将上分段预先布置的炮孔破坏，影响其装药和爆破。预裂爆破孔10与水平间的夹角30-45°，长度为沿预裂爆破孔从受矿巷道壁到上盘围岩的距离，预裂爆破孔10间距δ为0.5-0.8m，孔径与上向扇形中深孔8相同，图中9为凿岩巷道上向扇形中深孔。

如图6、图7所示，所述的挑檐距离D取值为：h.ctanа≥D≥ξB，其中：h为受矿巷道高，а崩落矿石自然休止角，ξ为矿石爆破膨胀系数，B为一次崩矿步距。挑檐距离D通常取为1.5-3m，其取值范围：1）其取值必须保证爆破后，崩落矿石在其上挑檐结构的遮挡之内，否则挑檐结构对下部放矿口的放矿不起保护作用，即D≥ξ.B，如图6所示，13为崩落矿石碎胀后到达的位置，崩矿后挑檐结构端壁必须到达这个位置。2）D值不允许过大，如果超过废石自然休止角到达位置，就会在工作面出现一个空区，影响爆破装药，即D≤h.ctanа，如图7所示。

所述阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，起爆破包括三部分，第一部分为本次崩矿步距的凿岩巷道内上向扇形中深孔爆破，崩落崩矿步距上部的矿体，第二部分为本次崩矿步距的受矿巷道内上向扇形中深孔爆破，形成底部结构，第三部分为后一崩矿步距的预裂爆破，三部分的爆破同次完成。

如图8、图9、图10所示，传统放矿方法很快形成废石漏斗16，废石提前混入，其放出椭球体15得不到发育，放出椭球体15长、短轴都小，放出矿石量少；本发明放出体为挑檐下部放出椭球体17和挑檐上部的放出椭球体18的组合体，除阶段最顶分段的回采进路外每条受矿巷道1的正上方都有挑檐结构和上盘未爆破的围岩壁4的遮挡，从而阻止了放矿过程中废石漏斗的形成，两放出椭球体17和18长、短轴都大，放出体形状与崩落矿石14形状相近，放出矿石量大，与传统方法相比能降低贫化率约10-15%，并提高回采率10-30%。

本发明适用于中稳以上、中厚矿体的地下开采，工艺简单，生产能力大，成本低，且安全可靠、简单易行、效益好。

Claims (3)

1.一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法，包括在开采中厚矿体时，将矿体划分为阶段，在阶段里再划分为分段，在分段的下盘脉外沿脉布置单进路的凿岩巷道和底部结构，采用电耙出矿，电耙出矿底部结构由受矿巷道和电耙巷道组成，从回采进路一端开始进行回退式回采，在凿岩巷道和受矿巷道内采用预先集中凿岩的方法布置上向扇形中深孔，在覆盖岩层下同时爆破凿岩巷道和受矿巷道上向扇形中深孔的一个崩矿步距，同时完成底部结构的形成和崩落上面的矿石，在分段的电耙巷道内进行出矿，其特征在于以阶段为单位，阶段内各分段从回采进路一端开始，先切割，再连续回采，同时上部覆盖岩层充满新采空区，当阶段内每个分段端部在进路走向方向上到达同一个垂直位置，然后阶段的最顶分段停止回采，以下各分段依次继续回采，直到每个下分段都超过其上分段一个挑檐距离，完成端部挑檐结构的准备工作，以后的开采，阶段内各分段一直保持这种挑檐结构，回采高度等于阶段全高，阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，再按“由上而下”的顺序依次在各分段电耙巷道出矿，直到回采完阶段各回采进路，再开始下阶段的回采，

所述挑檐距离D取值为：h.ctanа≥D≥ξB

其中：h为受矿巷道高，а崩落矿石自然休止角，ξ为矿石爆破膨胀系数，B为一次崩矿步距。

2.根据权利要求1一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法，其特征在于所述上向扇形中深孔，在受矿巷道下面有下分段炮孔的一侧，其上向扇形中深孔最底的炮孔下布置一排密集的预裂爆破孔，预裂爆破孔与水平间的夹角30-45°，长度为沿预裂爆破孔从受矿巷道壁到上盘围岩的距离，预裂爆破孔间距为0.5-0.8m，孔径与上向扇形中深孔相同。

3.根据权利要求1一种单进路挑檐式结构的有底柱阶段崩落采矿法，其特征在于所述阶段内各分段按“由上而下”的顺序依次爆破一个崩矿步距，其爆破包括三部分，第一部分为本次崩矿步距的凿岩巷道内的上向扇形中深孔爆破，崩落崩矿步距上部的矿体，第二部分为本次崩矿步距的受矿巷道内的上向扇形中深孔爆破，形成底部结构，第三部分为后一崩矿步距的预裂爆破，三部分的爆破同次完成。

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