CN102913244B - 高岭土矿地下开采方法 - Google Patents

Abstract

一种高岭土矿地下开采方法，其特征在于：进行分层开采；在每一层，开挖进路并设支护，当进路掘进至采区分界线或矿体矿体边界时，封闭迎头，进行进路回采；进路掘到采区分界线或矿体矿体边界后在进路上靠近采空区一侧的侧柱上开挖临时进路并设支护，临时进路垂直于进路，临时进路开挖至掘穿采空区后进行后退式回采，回采包括若干个回采循环，该回采循环包括回收远侧矿柱、铺再生假顶、落顶和回收落顶矿石，直至该临时进路全部回采完毕；在进路上临时进路全部回采完毕后在相邻位置开挖设计临时进路进行回采，并依此进行。本方案对地压管理控制效果显著，可提高分层崩落采矿法回采矿柱的安全性，显著提高回采率，贫化率低，降低了资源损失。

Description

高岭土矿地下开采方法

技术领域

本发明属于矿山采矿技术领域，具体涉及一种高岭土矿的地下开采方法。

背景技术

高岭土（俗称瓷土）是世界四大非金属矿产之一，因其特殊的理化特性成为造纸、陶瓷、橡胶、石油化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料，各行业对高岭土的需求量逐年增长。高岭土采矿是高岭土开采中重要的环节。高岭土矿中较易进行大规模开采的是非煤系高岭土，绝大多数为粘度大的以管状为主高岭土矿。高岭土矿属于软岩矿种，硬度小，矿体松软，在进行地下开采时由于围岩和矿石的力学性质和稳定性较差，对采矿方法和支护形式有较高的要求。

本申请人已有采用针对软质高岭土进行关键工艺改进的分层崩落法地下开采的生产实践经验，分层崩落法是按分层由上向下回采矿块，每分层矿石采出后，上面覆盖的崩落岩石充填采空区。参见附图1，采矿回采是在人工假顶7的保护下进行的，人工假顶7将矿石和崩落的岩石隔开，保证得到最小的矿石损失与贫化，且提高作业人员的安全系数。采用以进路为单元条带的方式，条带宽3.4~3.8m，进路宽1.8~2m，留有1~1.5米的护顶层。采场开设分层运输平巷（即分层主巷5），分层运输平巷5向前掘进至矿体自然边界或者开采界限时，进行回采作业。遵循“快掘快回”的原则，采用脉外运输巷道加穿脉的采准布置方式，用放矿天井3（亦称反井或盲斜井）将工作面与穿脉巷道沟通。工作面上开采的矿石经分层运输平巷5通过放矿天井3中的箕斗下放到穿脉运输横巷1中的矿车中。采区分层运输平巷5和进路中设置支护。巷道掘进断面：高2.0~2.1米，上底宽1.7~1.8米，下底宽2.4~2.5米。净断面：高1.8~1.85米，上底宽1.4米，下底宽2.0~2.1米，腿窝深15~20厘米。回采以进路回采方案为主，特点是分层回采工作在断面较小的进路中进行，进路一般是随掘随支，铺底放顶均以进路为单位进行，进路掘至自然边界或者开采界限时，回收较远侧矿柱，而后铺设假顶，放顶，回收崩落护顶矿石，先侧后顶按一个循环又一个循环后退进行。侧柱厚度一般为1.4~2米，回收矿柱以“切帮”（亦称“吃帮”）方式进行，即回收矿柱时，作业者以手持风镐等机械工具的方式，站在进路巷道木支护间隙，对矿柱进行局部回收。

这种分层崩落法布置方式和回采工艺灵活，对形态和工程地质条件复杂的矿体适应性强，作业简单，易于掌握，矿石可以分采。

发明内容

本发明目的是提供一种高岭土矿地下开采方法，可提高分层崩落采矿法回采矿柱的安全性，回采率高，贫化率低，降低了资源损失。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高岭土矿地下开采方法，进行分层开采；在每一层，开挖进路并设支护，当进路掘进至采区分界线或矿体矿体边界时，封闭迎头，进行进路回采；进路掘到采区分界线或矿体矿体边界后在进路上靠近采空区一侧的侧柱上开挖临时进路并设支护，临时进路垂直于进路，临时进路开挖至掘穿采空区后进行后退式回采，回采包括若干个回采循环，该回采循环包括回收远侧矿柱、铺再生假顶、落顶和回收落顶矿石，直至该临时进路全部回采完毕；在进路上临时进路全部回采完毕后在相邻位置开挖设计临时进路进行回采，并依此进行，直至该进路靠近采空区一侧的侧柱全部开采完毕。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，进路上开挖临时进路的侧柱沿临时进路方向的厚度为2米。

2、上述方案中，在进路上距迎头距离不小于1.4米位置处开挖所述临时进路；在所述临时进路内1.4~2米长度范围内进行一个回采循环，并依此进行。

3、上述方案中，回采进路或回采临时进路时当出现空顶高度高于支护的顶梁2米时，即停止出矿作业，结束该处的回采。

4、上述方案中，进路内设有若干支护，在进路上开挖临时进路时，不拆除该临时进路位置处的进路支护的支架，只撤除该位置处的进路支护间足够开设临时进路长度的封板，同时加固该位置旁侧的其他进路支护；还要清理出进路内距开设该临时进路位置处至少10米的安全距离空间。

5、上述方案中，临时进路落顶时若遇悬顶则采用崩落法强制落顶。

6、上述方案中，采场按分层自上而下逐层开采，每层层高为3～3.5米。

7、上述方案中，进路靠近采空区一侧的侧柱全部开采完毕后，在相邻位置开挖设计进路并进行开采，进路中心线与设计进路中心线距离3.5～4米。

8、上述方案中，所述进路内和临时进路内均每隔0.7米设置一个支护，该支护为梯形。

9、上述方案中，采场一层开采全部结束后停止开采至少一个月时间，再进行下一层的开采。

本发明工作原理是：在地下开采中，由岩石重力产生的地压以及岩体内原生应力广泛存在，其常对运输巷道、硐室等设施造成极大的破坏，对地下开采造成极大的危害，但是其破坏有一定的规律性：地下巷道开挖前，岩体处于原始平衡状态，巷道开挖后出现围岩应力重新分布，围岩的一部分弹性变形产生的压力为弹性变形地压。当二次应力场使弹性围岩局部地区（就是在靠近巷道周边地区）的应力状态达到屈服条件时，这部分围岩就进入塑性状态，产生塑性区，应力再次重新分布，塑性区的应力一部分向弹性区转移，另一部分因塑性变形而释放，同时产生塑性变形地压。塑性变形的进一步发展就会引起岩体的破坏，同时巷道周围区域可能出现的拉应力也会引起岩体的破坏，从而在最靠近巷道周边的区域形成松动区。但是，从原始平衡状态至弹性变形、塑性状态到岩体松动破坏的发展过程是在一定的时间段内逐渐发生的，而在设有支护的情况下，若支护和围岩紧密接触，则可以视为支护为围岩提供了一个均匀抗力，只要支护得当，完全能在一定时间段内利用支护材料维系一个相对稳定的应力平衡状态。

对高岭土矿进行分层地下开采时，在开挖进路和临时进路时，放置的支护为围岩提供了一个均匀抗力，就可以在一定时间段内维持相对稳定的应力平衡状态，因此在此时间段内进行回采是安全的。进路回采完毕后在进路上靠近采空区一侧的侧柱上开挖临时进路回采，可以提高侧柱的回采率，降低贫化率和资源损失。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明能显著提高作业安全性。目前高岭土矿等软岩复杂地压环境下的矿种地下开采都严令禁止作业人员暴露在无有效支护的裸岩下作业，故传统的进路回采作业，为了安全不得不牺牲资源采出率。本发明开挖临时进路进行回采，虽然在开挖临时进路时装设的支护增加了一部分支护材料的使用量，增加了支护材料的修理量，但是能够有效改善回采矿柱时的地压对巷道支护的破坏，防止岩体的突然垮落，增强了安全系数。经过现场生产实践结果，其增加的矿石回收量的经济效益远大于增加的支护部分的成本。

2、本发明能极大地提高矿柱的回采率，节约资源。在相对安全的条件下，开挖临时进路，掘穿侧柱，掘通采空区，回收采空区内崩落压实的矿石资源。生产实践证明，可回采更多矿石资源，显著提高回采率。

3、本发明能更好的进行地压管理，改善采空区的压力分布情况，减少悬顶等有害开采条件。由于开挖临时进路回采能更加彻底的将进路靠近采空区一侧的侧柱回采干净，因此能显著降低残余矿柱对采空区顶板的支撑作用，围岩在地压的作用下崩落，压闭采空区，实现均匀降层，降低因悬顶现象而引起的冲击气浪，冲水冲浆等危害出现。另外还可提高下一分层开采时的回收矿量。

附图说明

附图1为本发明高岭土矿地下开采方法的层平面部，附图1为附图2的Ⅱ-Ⅱ剖面图；

附图2为附图1的Ⅰ-Ⅰ剖面图；

附图3为附图1的Ⅲ-Ⅲ剖面图；

附图4为附图3的A点大样图；

附图5为附图3的B点大样图；

附图6为支护断面示意图。

以上附图中：1.穿脉运输横巷；2.绞车硐室；3.放矿天井；4.分层联络道；5.分层主巷；6.进路；7.再生假顶；8.临时进路；9.设计进路；10.挂帘；11.设计临时进路；12.侧柱；13.采空区；14.支护；15.采区分界线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图1～6，矿体通过采区分界线15分出两个采场，相邻采场之间以分层联络道4连通，以形成采场的第二安全出口。通过穿脉运输横巷1中的放矿天井3将开拓系统与矿体中的分层主巷5沟通，当分层主巷5掘进至需要回采的位置时，在巷道左、右帮依次开设进路6的方式，进行后退式回采，进路6与分层主巷5在巷道尺寸规格和支护形式上一致。

高岭土矿地下开采方法，进行分层开采；在每一层，开挖进路6并设支护14，当进路6掘进至采区分界线或矿体矿体边界时，封闭迎头，进行进路6回采；进路6掘到采区分界线或矿体矿体边界后在进路6上靠近采空区13一侧的侧柱12上开挖临时进路8并设支护14，临时进路8垂直于进路6，临时进路8开挖至掘穿采空区13后进行后退式回采，回采包括若干个回采循环，该回采循环包括回收远侧矿柱、铺再生假顶7、落顶和回收落顶矿石，直至该临时进路8全部回采完毕；

在进路6上临时进路8全部回采完毕后在相邻位置开挖设计临时进路11进行回采，并依此进行，直至该进路6靠近采空区13一侧的侧柱12全部开采完毕。

一条进路6上开挖的最后一条临时进路8与分层主巷5之间距离为6米左右。临时进路8与分层主巷5规格一致，只是开设时的工艺与在分层主巷5中开设进路6的工艺略有不同：开设进路6时，先将开设位置的支护14帮板撤除，以风镐或其他工具掘凿出深度约1米的空间以便于支护，规格尺寸同分层主巷5尺寸，上部掘空区及时采用帮板挑顶支护，空间开凿妥当之后，立即扶设木棚支护，用木塞，帮板等材料将木棚加固。事先将标准木梁用斧头等工具在任意一端劈凿出一个马口状圆弧槽，将开门处木支架的腿柱支撑去掉，开门处原支护木棚的梁用重新加工的木梁替换，梁未加工的一端架设在未撤掉的原腿柱上，加工的一端架设在开门扶好的木棚支护的木梁上，参见附图4；而开设临时进路8要相对简单一点：在设定开设临时进路的位置不拆除木棚支护，直接在掘出的临时进路8的空间内扶设木棚支架。一切作业操作和工序全部在拆除帮板的木棚支护间隙进行，如附图5。当临时进路8掘穿至回采面时，在迎头打设优良原木做的中柱两根，并挂设竹笆的挂帘10，防冲水冲浆。

进路6上开挖临时进路8的侧柱12沿临时进路8方向的厚度不小于2米，此时在进路6尽头后退预留二个支护14（长度约1.4米）后开设临时进路8，进行回收远侧矿柱、铺假顶7、落顶和回收落顶矿石的一个回采循环，并依此进行。一般距采空区13迎头约1.4~2.1米，现场生产实践证明，此距离为高岭土矿及其类似软岩矿种的最佳距离。距离太远，则减少了矿石的回采率，造成了丢矿；距离太近，则岩体无足够的强度支撑地压，增加了修理量，降低了作业安全性，降低了工效。但是此距离视作业点的压力情况而定，最小一般不低于1.4M，若作业点压力大，可相应的增大此距离，以确保作业安全，必要时可在迎头位置增设以坑木堆砌成的’井’字架，增强支护的承力性能，改善地压条件。临时进路8回采结束时，先以吃帮的形式回采远一侧的侧柱（墩子），视压力情况回收，不做要求，之后回收支护木棚的坑木，以铁锤，风镐等工具以后退的方式拆除木支护。后退至进路6中时，打设中柱，挂设竹笆，进行下一个工作循环或者下一个工序。临时进路8应掘至迎头，穿透采空区13后对远侧帮采用切帮方式后退回采，最后按回收三岔门的作业办法回收矿柱和落顶矿石。

回采进路6或回采临时进路8时当出现空顶高度高于支护14的顶梁2米时，停止出矿作业，结束该处的回采。进路6布置到分层联络道4旁时，应留6米侧柱，以保护分层联络道4，该部份应在该邻两采场最后结束本分层时，进行回采。

进路6内设有若干支护14，在进路6上开挖临时进路8时，不拆除该临时进路8位置处的进路6支护14的支架，只撤除该位置处的进路6支护14间足够开设临时进路8长度的封板，同时加固该位置旁侧的其他进路6支护14；还要清理出进路6内距该临时进路8位置处至少10米的安全距离空间，已备在紧急情况下逃生之用，这段距离内保持畅通，不得放置杂物。临时进路8掘进作业及后续作业均在进路6支护14的间隙中进行，利用风镐等工具自上而下开凿出初始作业空间，掘空区顶部要及时用厚度不得小于3公分的木板进行挑顶（将木板插入进路6的支护与14围岩之间的缝隙中，用木塞打紧，木板数一般不得少于4块。）。有足够支护作业空间后要及时进行设置支护14，临时进路8支护14的形式与进路6的一致。掘穿采空区13后，依靠重力自溜的方式进行出矿作业，并利用长柄耙具耙取较远处的崩落矿石，作业人员不得暴露于无支护的裸岩下进行作业。并设置专职人员进行安全观察，有异常情况及时撤离。采空区13崩落的矿量回采完毕后，进行以切帮的方式回采墩子作业，进行落顶（放顶）作业，放顶作业以小药包崩断木立柱或者用风镐，斧头等工具斩断棚腿来进行。若遇悬顶，可利用风镐在支护14形式尚未撤除前于顶板打切割线，进行强制落顶。切帮作业及放顶作业一个循环为1.4M，采取当班切空帮的支护应当班回收，不留给下一班。回收矿柱后出现悬顶，严禁人员进入采空区13作业，应加固好临近采空区13的支护14，采用强制办法崩落顶板矿石，或留下二架作关门棚封闭迎头，进行下一循环的回采作业。落顶稳定后，在安全棚子上架设立柱或横撑，挂上竹笆挂帘10，方可进行出矿作业。出矿时，人员应在安全棚子底下操作，并有专人察看险情，严禁人员进入采空区13作业。一旦发现空顶高度高于支护14顶梁2米以上时，即停止出矿作业，结束一个回采循环，把崩落区封拦。

采场按分层自上而下逐层开采，每层层高为3～3.5米。各采场应保持均衡下降。每分层自采区天井3开门，按采场设计掘进分层主巷5，掘至采区边界或矿体边界后，垂直分层主巷5掘进进路6，掘至采区边界后退式回采。随进路6掘进及时铺设竹笆等人工假顶材料，以利形成再生假顶7。

进路6靠近采空区13一侧的侧柱12全部开采完毕后，在相邻位置开挖设计进路9并进行开采，进路6中心线与设计进路9中心线距离3.5～4米。

进路6内和临时进路8内均每隔0.7米设置一个梯形支护14。支护14可为木支护或金属支架支护。

采场一层开采全部结束后，停至少一个月不开采后，再进行下一层的开采，以利形成再生假顶7。假顶7材料可为竹笆、木板、木塞等，或者为金属网。

经过生产实践证明，采用本方案的高岭土矿地下开采方法可提高回采率至超过83%，而一般普通分层崩落法的回采率只有70%。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高岭土矿地下开采方法，其特征在于：

进行分层开采；

采场按分层自上而下逐层开采，每层层高为3～3.5米；在每一层，开挖进路(6)并设支护(14)，当进路(6)掘进至采区分界线或矿体边界时，封闭迎头，进行进路(6)回采；

进路(6)掘到采区分界线或矿体边界后在进路(6)上靠近采空区(13)一侧的侧柱(12)上开挖临时进路(8)并设支护(14)，临时进路(8)垂直于进路(6)，临时进路(8)开挖至掘穿采空区(13)后进行后退式回采，回采包括若干个回采循环，该回采循环包括回收远侧矿柱、铺再生假顶(7)、落顶和回收落顶矿石，直至该临时进路(8)全部回采完毕；

进路(6)上开挖临时进路(8)的侧柱(12)沿临时进路(8)方向的厚度为2米；

在进路(6)上距迎头距离不小于1.4米位置处开挖所述临时进路(8)；在所述临时进路(8)内1.4米长度范围内进行一个回采循环，并依此进行；

所述进路(6)内和临时进路(8)内均每隔0.7米设置一个支护(14)，该支护(14)为梯形；

临时进路(8)落顶时若遇悬顶则采用崩落法强制落顶；

在进路(6)上临时进路(8)全部回采完毕后在相邻位置开挖设计临时进路(11)进行回采，并依此进行，直至该进路(6)靠近采空区(13)一侧的侧柱(12)全部开采完毕；

进路(6)靠近采空区(13)一侧的侧柱(12)全部开采完毕后，在相邻位置开挖设计进路(9)并进行开采，进路(6)中心线与设计进路(9)中心线距离3.5～4米；

采场一层开采全部结束后停止开采至少一个月时间，再进行下一层的开采。

2.根据权利要求1所述的高岭土矿地下开采方法，其特征在于：回采进路(6)或回采临时进路(8)时当出现空顶高度高于支护(14)的顶梁2米时，停止出矿作业，结束该处的回采。

3.根据权利要求1所述的高岭土矿地下开采方法，其特征在于：进路(6)内设有若干支护(14)，在进路(6)上开挖临时进路(8)时，不拆除该临时进路(8)位置处的进路(6)支护(14)的支架，只撤除该位置处的进路(6)支护(14)间足够开设临时进路(8)长度的封板，同时加固该位置旁侧的其他进路(6)支护(14)；还要清理出进路(6)内距该临时进路(8)位置处至少10米的安全距离空间。