CN102606159A - 中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法 - Google Patents

中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，沿矿体走向划分矿房矿柱；采用无轨采准系统；在分段凿岩巷内预先构筑高强度钢筋混凝土人工假顶；采用自上而下的回采顺序；矿体由位于底部的分段凿岩巷进行凿岩爆破出矿；采用中深孔凿岩，遥控铲运机出矿；矿房采完后，采用水泥尾矿胶结充填；矿柱采完后，采用水泥尾矿胶结充填或素尾砂充填；在混凝土人工假顶保护下回采完框架内矿房后，开始回采本分段相邻矿柱，同时回采下分段框架内对应矿房，之后再回采下分段对应矿柱；中段内房柱采完后即转向下中段回采。本发明具有开采急倾斜中厚破碎或极破碎矿体安全性高，资源贫化损失率低，机械化程度高，生产能力大等显著优点。

Description

中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法
技术领域
本发明涉及一种急倾斜中厚破碎矿体的框架式人工假顶下向分段胶结充填法。该方法主要适用于倾角50～90°、水平厚度4～10m、矿体破碎或极破碎但围岩较稳固或稳固，且要求作业安全性高、生产能力大、效率高的急倾斜中厚矿体开采。
技术背景
针对急倾斜中厚破碎或极破碎矿体这一难采矿体的开采，国内外较普遍采用分段崩落法及下向分层充填采矿法或进路采矿法，如专利CN101718196A公开的“一种松软破碎矿体开采方法”采用无底柱分段崩落采矿方法，该方法虽工艺简单、安全性高、生产能力大，但缺点是贫化损失率大，对于高品位矿体开采不允许的，且易造成地表塌陷；专利CN85109137公开了一种“金属矿床下向分层开采法”，该法人工强制崩落围岩松散垫层，以金属网假顶、铰接顶梁与高强度可缩性支架为支护结构，在这种支护结构下自上而下对矿体全面分层，以浅眼方式进行回采，虽然该法贫化率及损失率较低，但生产能力相应也小，对地表环境破坏大。专利CN101139930A公开了一种“高进路转低进路提前降低顶板的方法”采用下向进路胶结充填法，安全性好，贫化、损失率低，但进路采矿法工序复杂，作业循环快，管理复杂，生产能力小。对于中厚急倾斜破碎矿体，特别是矿体不稳固，且要求生产能力大、安全性高、贫损率低的矿体开采，目前尚无有效的开采方法。因此本发明的创新性体现在预构筑混凝土人工假顶假底，形成框架式防护结构，采用下向胶结充填法，实现中厚急倾斜破碎矿体的安全、高效与低贫损开采。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全、高效、生产能力大、低贫损的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，将矿体按中段划分多个分段，沿矿体走向划分矿房矿柱；由脉外斜坡道、分段巷道、出矿联络横巷、脉内凿岩巷道及出矿溜井构成矿体无轨采准系统；分段凿岩巷沿脉布置，在分段凿岩巷内预先构筑高强度钢筋混凝土人工假顶；采用自上而下的回采顺序；本分段预筑的人工假底作为下分段或下中段矿体回采的人工假顶；矿体由位于底部的分段凿岩巷进行凿岩爆破出矿；采用中深孔凿岩，遥控铲运机出矿；矿房采完后，采用水泥尾矿胶结充填，形成胶结充填体；矿柱采完后，采用低配比的水泥尾矿胶结充填或素尾砂充填；回采时采场两侧的房柱或充填体与分段上下混凝土人工假顶假底，构成框架式安全防护结构，确保采场回采安全；工人在混凝土人工假顶保护下回采完框架内矿房后，开始回采本分段相邻矿柱，并可同时在人工假顶保护下回采下分段框架内对应矿房，之后再回采下分段对应矿柱；如此反复直至中段内房柱采完，之后即转向下中段回采。
按矿体中段划分2～4个分段，分段高度为10～20m，下向分段胶结充填回采；沿矿体走向划分矿房矿柱，先采矿房后采矿柱，采场宽度控制在15～25m，以减小顶板暴露面积；使用中深孔凿岩台车凿岩、遥控铲运机出矿等无轨高效设备提高机械化程度增大生产能力。
在分段上下脉内凿岩巷预先构筑人工假顶假底，其构筑方法为：在脉内巷内预留一层矿石垫层，巷道平场后，在垫层上铺层塑料薄膜，然后按设计铺上钢筋网和金属网，并用吊筋将底筋网连接到顶底板锚索或锚杆上；之后开始浇筑C25混凝土，厚度0.5～1.0m。
采取自上而下的回采顺序，工人在人工假顶保护下采完框架内矿房，矿房采空区用1∶8～12的水泥尾矿胶结充填，强度0.8～1.2MPa；矿房采充完后，开始相邻矿柱回采，用1∶12～1∶15水泥尾矿胶结充填；矿柱采充完后转向下分段回采，如此反复直至中段采完。
在构筑人工假顶假底前，用混凝土预先修筑出一条宽度为0.8～1.2m的充填回风巷，长度为1.8～2.2m，并在假顶混凝土内预留出一充填回风口；通过采场端部切割天井将上部假顶内预留的充填回风巷与脉内凿岩巷贯通，实现采场通风；出矿完毕后，通过该小巷进行充填。
采用上述技术方案的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，在分段上下脉内巷预先构筑人工假顶假底，并与采场两侧房柱或充填体形成框架式安全防护结构，工人在人工假顶保护下回采框架内矿体；本分段预筑的人工假底再作为下分段或下中段矿体回采的人工假顶；沿矿体走向划分矿房矿柱，采场宽度控制在15～25m，以减小采场顶板暴露面积；采取自上而下的回采顺序，上分段矿房回采完后，采用水泥尾矿胶结充填，形成胶结充填体；待充填养护后，可同时回采本分段相邻矿柱和下分段框架内对应矿房，之后再回采下分段矿柱，矿柱采完用低配比的水泥尾矿胶结充填或素尾砂充填，如此反复直至中段内房柱采完，实现中厚急倾斜破碎矿体的安全高效及低贫损开采。其有益效果：
①效率高安全性好
本发明针对急倾斜中厚破碎矿体开采，提出框架式人工假顶下向分段胶结充填法。在矿体内每隔一段垂高预筑人工假顶假底，与采场两侧房柱或充填体形成框架式安全防护结构，工人在人工假顶保护下回采本分段框架内矿房矿柱，作业安全性高；采用高分段中深孔爆破，使用无轨采掘设备，生产能力大，效率高。
②贫化损失率低
采用下向式分段胶结充填采矿法，能充分干净地回收框架内矿体，矿石回收率高达90％以上；采用人工假顶混凝土结构，隔离了上覆围岩与矿石的联系，矿石贫化小；严格控制采幅和采场顶板暴露面积，缩短矿房回采时间，使用预裂孔控制爆破，及时充填采空区，矿石贫化率5％。
③工人劳动强度低
采用无轨采准系统，配备中深孔凿岩台车和遥控铲运机等无轨化设备，工人劳动强度低，采矿工效高。
综上所述，本发明是一种安全、高效、生产能力大、低贫损的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法。
附图说明
图1为本发明采矿方法结构示意图。
图2为图1的B-B剖面图。
图3为图1的C-C剖面图。
图4为人工假顶构筑侧面(A-A)图。
图5为人工假顶构筑侧面(B-B)图。
图6为人工假顶构筑侧面(D-D)图。
具体实施方式
本发明提供的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，其步骤如下：
1、矿体中段高度为30～80m，将矿体按中段划分2～4个分段，分段高10～20m，沿矿体走向划分矿房矿柱，视采场顶板稳定性矿房或矿柱宽度控制在15～25m。
2、采用无轨采准系统。依据分段高度15～20m在矿体上盘或下盘掘进分段平巷，从分段平巷每隔30～50m垂直掘进出矿联络横巷与采场相通，然后掘进脉内凿岩巷及矿石溜井。各分段平巷通过采场斜坡道联通，沿分段巷道每隔120～200m布置一个溜井。
3、预构筑人工假顶假底形成框架式安全防护结构护顶回采，在分段上下脉内巷内同时预先构筑人工假顶假底，其构筑方法如下：在脉内巷内预留一层矿石垫层，巷道平场后，在垫层上铺层塑料薄膜，然后按设计铺上钢筋网和金属网，并用吊筋将底筋网连接到顶底板锚索或锚杆上；之后开始浇筑C25混凝土，厚度0.5～1.0m。
4、下向分段胶结充填回采。采取自上而下的回采顺序，工人在人工假顶保护下采完框架内矿房，用1∶8～12的水泥尾矿胶结充填，充填体强度0.8～1.2MPa，矿房采充完后开始相邻矿柱回采，用低配比1∶12～1∶15水泥尾矿胶结充填，矿柱采充完后即转向下中段回采，如此反复至中段采完。
5、预留充填回风小巷。在构筑人工假顶假底前，用混凝土预先修筑出一条宽度为0.8～1.2m的充填回风巷，长度1.8～2.2m，并在假顶混凝土内预留出一充填回风口；通过采场端部切割天井将上部假顶内预留的充填回风巷与脉内凿岩巷贯通，实现采场通风；出矿完毕后，通过该小巷进行充填。
6、底部分段凿岩巷进行凿岩爆破出矿。使用中深孔凿岩台车凿岩，毫秒差非电导爆管起爆，遥控铲运机出矿，矿山生产能力大。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1：贵州开磷用沙坝矿框架式人工假顶下向分段胶结充填法。
用沙坝矿是贵州开磷有限责任公司主体矿山，矿体为倾斜中厚破碎磷矿体，厚度3～8m，平均6m，倾角20～90°，走向长度3300多m。矿体两翼有走向长近400m的急倾斜(50～90°)破碎矿体，矿石稳固性极差，存在着矿石自行滚落，作业安全性差，生产能力难以发挥、开采成本高，无合理的采矿方法等问题。通过采用框架式人工假顶下向分段胶结充填法，实现了用沙坝矿急倾斜破碎矿体的安全、高效、低贫化损失率回采。
具体实施方案
①、矿块中段高度为40m，按矿体中段划分2个高分段，分段垂高为20m，沿矿体走向划分矿房矿柱，矿房、矿柱各宽15m。
②、采准工程。通过布置在矿体上盘的斜坡道，每隔垂高20m沿矿体走向掘进脉外分段巷道；从分段平巷每隔30m向矿体掘进出矿联络巷与矿体连通；靠矿体上盘施工脉内凿岩巷；在脉外分段巷道每隔200m布置一条矿石溜井。如图1、图2和图3所示，图中：1-分段运输平巷2-脉外出矿横巷3-凿岩巷道4-炮孔5-人工假顶6-胶结充填体7-溜井8-盘区斜坡道9-人工假底10-人工假顶11-矿柱回采12-上分段矿房回采13-切割天井14-矿房回采15-崩落矿石16-管缝式锚杆17-长锚索18-金属网19-喷射混凝土20-块石21-20mm纵筋22-20mm横筋23-25MPa现浇混凝土24-20mm吊筋25-三角残矿。
③、预筑人工假顶假底形成框架式安全防护结构。在分段上下脉内凿岩巷预先构筑人工假顶假底，其构筑方法如下：在脉内凿岩巷内预留一层矿石垫层，巷道平场后，在垫层上铺上塑料薄膜，按设计铺设钢筋网和2层金属网，钢筋网用直径20mm钢筋架构而成，金属网为网孔100mm×100mm的6#铁丝加工而成，用吊筋将金钢筋网、金属网连接到顶底板锚索或锚杆上；浇筑混凝土，厚度1m，强度C25，如图4、图5和图6所示，图中：1-分段运输平巷，2-脉外出矿横巷，3-凿岩巷道，4-炮孔，5-人工假顶，6-胶结充填体，7-溜井，8-盘区斜坡道，9-人工假底，10-人工假顶，11-矿柱回采，12-上分段矿房回采，13-切割天井，14-矿房回采，15-崩落矿石，16-管缝式锚杆，17-长锚索，18-金属网，19-喷射混凝土，20-块石，21-20mm纵筋，22-20mm横筋，23-25MPa现浇混凝土，24-20mm吊筋，25-三角残矿，26-矿体，27-矿体顶板线，28-矿体底板线。
④、下向分段胶结充填回采。采用自上而下的回采顺序，先回采矿房，用水泥∶粉煤灰∶磷石膏按配比1∶1∶4胶结充填，待充填养护1周后，开始回采相邻矿柱，用水泥∶粉煤灰∶磷石膏按配比1∶1∶6胶结充填；房柱回采完毕并充填养护后，开始下分段回采，如此反复至整个中段内房柱采完。
⑤、采场充填通风。在预筑人工假顶假底前，用混凝土预筑一条宽度1m左右的充填回风巷，并在人工假顶内预留充填回风口一个；采场端部切割天井将假顶内预留的充填回风巷与分段脉内凿岩巷贯通，形成贯通新鲜风流，实现采场通风；出矿完毕后，砌筑充填隔离挡墙，架好充填管，通过预留充填口进行充填。
⑥、中深孔无轨设备开采。使用Sandvik DL330-5中深孔凿岩台车钻打上向中深孔，采用非电毫秒雷管加导爆管起爆，岩石乳化炸药侧向崩矿，遥控铲运机出矿。

Claims (5)

1.一种中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，其特征在于：将矿体按中段划分多个分段，沿矿体走向划分矿房矿柱；由脉外斜坡道、分段巷道、出矿联络横巷、脉内凿岩巷道及出矿溜井构成矿体无轨采准系统；分段凿岩巷沿脉布置，在分段凿岩巷内预先构筑高强度钢筋混凝土人工假顶；采用自上而下的回采顺序；本分段预筑的人工假底作为下分段或下中段矿体回采的人工假顶；矿体由位于底部的分段凿岩巷进行凿岩爆破出矿；采用中深孔凿岩，遥控铲运机出矿；矿房采完后，采用水泥尾矿胶结充填，形成胶结充填体；矿柱采完后，采用低配比的水泥尾矿胶结充填或素尾砂充填；回采时采场两侧的房柱或充填体与分段上下混凝土人工假顶假底，构成框架式安全防护结构，确保采场回采安全；工人在混凝土人工假顶保护下回采完框架内矿房后，开始回采本分段相邻矿柱，并可同时在人工假顶保护下回采下分段框架内对应矿房，之后再回采下分段对应矿柱；如此反复直至中段内房柱采完，之后即转向下中段回采。
2.根据权利要求1所述的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，其特征在于：按矿体中段划分2～4个分段，分段高度为10～20m，下向分段胶结充填回采；沿矿体走向划分矿房矿柱，先采矿房后采矿柱，采场宽度控制在15～25m，以减小顶板暴露面积；使用中深孔凿岩台车凿岩、遥控铲运机出矿等无轨高效设备提高机械化程度增大生产能力。
3.根据权利要求1或2所述的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，其特征在于：在分段上下脉内凿岩巷预先构筑人工假顶假底，其构筑方法为：在脉内巷内预留一层矿石垫层，巷道平场后，在垫层上铺层塑料薄膜，然后按设计铺上钢筋网和金属网，并用吊筋将底筋网连接到顶底板锚索或锚杆上；之后开始浇筑C25混凝土，厚度0.5～1.0m。
4.根据权利要求1或2所述的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，其特征在于：采取自上而下的回采顺序，工人在人工假顶保护下采完框架内矿房，矿房采空区用1∶8～12的水泥尾矿胶结充填，强度0.8～1.2MPa；矿房采充完后，开始相邻矿柱回采，用1∶12～1∶15水泥尾矿胶结充填；矿柱采充完后转向下分段回采，如此反复直至中段采完。
5.根据权利要求1或2所述的中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，其特征在于：在构筑人工假顶假底前，用混凝土预先修筑出一条宽度为0.8～1.2m的充填回风巷，长度为1.8～2.2m，并在假顶混凝土内预留出一充填回风口；通过采场端部切割天井将上部假顶内预留的充填回风巷与脉内凿岩巷贯通，实现采场通风；出矿完毕后，通过该小巷进行充填。
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