CN103114854A - 一种再造人工间柱回采矿柱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属矿山地下开采领域，废石注浆充填再造人工间柱机械化回采矿柱的方法。首先，根据矿柱赋存条件计算再造人工间柱的宽度及强度；用激光扫描仪摸清矿柱两侧废石堆存情况，必要时诱导或强制崩落空区顶板使废石量满足再造人工间柱要求；在矿柱底板施工凿岩出矿平巷，用地质钻机穿透矿柱向两侧废石打注浆孔，用注浆泵以多管连注方式向矿柱两侧废石注浆，构筑再造人工间柱；在凿岩出矿平巷里端施工回风天井，并扩展成切割立槽，在凿岩出矿平巷内凿V型布置的上向扇形炮孔；不留矿壁爆破落矿后铲运机出矿，后退式回采；安全距离以外矿石用遥控采矿机器人出矿，大块用遥控采矿机器人液压破碎器破碎。本发明具有机械化作业，安全可靠，采矿贫化损失率低等特点。

Description

一种再造人工间柱回采矿柱的方法

技术领域

本发明属于金属矿山地下开采领域，是一种矿柱资源的回采方法，主要适用于周边采场已垮塌或已进行废石充填的矿柱的回采，同时也适用于采空具有诱导或者强制放顶条件的矿柱的回采，对已充填废石采空区周边的边角残矿同样适用。

背景技术

我国金属矿山经过几十年的大规模传统模式开采，在采出大量矿石资源的同时，也留下非常多的残矿资源，其中以“三柱”（顶柱、底柱、间柱）资源及边角矿所占比例最大。这部分残矿资源采区一次回采时，由于受当时的矿石价值、采矿工艺与装备水平的限制而无法及时采出，随着世界金属矿产资源的逐步枯竭，金属价格上扬，赋存在已有采空区内及周边的残矿资源具备了二次回采的可行性和必要性。

由于残矿资源是在已发生采矿扰动的工程地质环境中进行中，其工程地质条件非常复杂，因此，保证安全、经济是残矿资源回收的基本要求。

矿柱及边角残矿的回采通常采用木垛支护、水压支柱、留矿壁等方式来构筑一个回采作业环境，这种方式回采矿柱机械化程度低，劳动强度大，安全隐患严重，损失贫化很难控制，资源浪费严重，采矿成本高。

通过实际调查研究发现，赋存于采空区周边的矿柱有相当一部分被废石所包围，如崩落法采矿崩落下的围岩、采空区冒落的顶板废石、充填采矿法充填采场的废石等等。针对上述工程地质条件下的矿柱资源回采，常见的顶板控制与隔废做法有：1、采用木垛、液压支柱等在残留矿柱两侧对顶板形成支撑，并起到一定的隔废的作用；2、留矿壁，即在矿柱两侧预留约2～3米的矿壁作为回采矿柱时的支撑和隔离废石。第一种做法需要在空区内进行作业，有较大安全隐患，矿石缺失贫化率高，而且只适用薄矿体的残留矿柱的回收，采矿成本高；第二种做法存在的问题是，矿壁厚度很难确定，且其稳定性不可靠，支撑控制采场顶板的作用很难保证，另一方面，这种做法损失率过大，一般也只适用于薄矿体矿柱的回收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械化作业，安全高效，贫化损失率低的，针对复杂赋存条件下的矿柱回采的废石注浆充填再造人工间柱机械化回采矿柱的方法。

实现本发明目的所采取的技术方案是：先根据矿柱的赋存条件计算其两侧废石注浆胶充填再造人工间柱的规格尺寸；对再造人工间柱的高度与宽度不足的区域采用诱导崩落或强制放顶方式在矿柱两侧补足废石；在矿柱底板中央施工一条矿柱全长的出矿平巷，平巷末端向上打回风天井，沟通上部工程回风，从巷壁钻透矿柱延伸至两侧的废石堆形成注浆孔，向废石堆灌注水泥砂浆，形成再造人工间柱，注浆孔的间距在浆液扩散半径内；沿巷内壁凿出V型布置的上向扇形炮孔，矿壁全断面崩矿，后退式回采；铲运机出矿，抛掷距离超过铲运机安全作业范围的矿石采用遥控采矿机器人出矿，矿石大块用遥控采矿机器人液压破碎器破碎。

矿柱底板中央施工的出矿平巷尺寸与所选用的凿岩出矿设备相匹配；注浆孔以逐渐向上发散形状布局，在灌注再造人工间柱的注浆操作时采用多管连注的方式，注浆后再造人工间柱应接顶。

平巷末端向上打的回风天井断面尺寸为2m×2m，然后再扩展为整个矿柱宽度的切割立槽。

出矿平巷内崩矿为全断面多排爆破。

对矿柱两侧废石未充满的原采空区，利用激光三维扫描仪扫描采空区，获取矿柱周边废石堆存及接顶的空间参数，当矿柱周边废石堆存高度低于采空区顶板0.5米以上，则采用诱导或强制崩落的方式使矿柱两侧废石在计算的再造人工间柱范围内接顶。

本发明的有益技术效果是：针对矿柱周边存在松散废石的不利工程技术条件，通过灌注水泥砂浆的方式将两侧一定范围内的松散废石胶结成有一定强度的再造人工间柱，既实现了再造人工间柱支撑采场顶板，为残留矿柱回采再造一个安全可靠的采矿环境，又控制了回采残留矿柱时废石的混入，保证了残留矿柱回采的贫化损失率降至最低，将不利变为有利的矿柱回采工程技术条件，实现了矿柱的安全经济回采。本发明的实际实施表明，通过灌注水泥砂浆胶结形成再造人工间柱其强度完全可以满足保证矿柱回采过程中的顶板控制和隔离废石要求，人工间柱构建成本经济可行。

附图说明

图1是本发明的采矿方法工艺流程主视图（俯视状态）。

图2是沿图1中线Ⅱ-Ⅱ纵剖面图。

图3是沿图1中线Ⅲ-Ⅲ纵剖面图。

图中：1-矿柱；2-再造人工间柱；3-炮孔；4-采空区；5-铲运机；6-出矿平巷；7-切割立槽；8-矿堆；9-注浆孔；10-废石；11-通风方向。

具体实施方式

因矿体一次回采时的采矿扰动影响，金属矿山二次回采矿柱资源时的工程地质条件相当复杂：1、重新分布的地应力场往往在矿柱等关键部位产生应力集中；2、空场法采矿的采空区长时间未处理，往往出现顶板冒落或失稳，一般不具备人员、设备在采空区内的安全作业的条件；3、有些废石充填采矿的采空区或空场嗣后充填的采空区由于充填体为散体，不具备自立性，不能很好地起到支撑空区顶板的作用。针对上述工程地质条件，结合附图和具体工程实施方式与过程对本发明做进一步说明（参见附图1、图2、图3）。

① 根据矿柱1的高度与宽度计算再造人工间柱2的注浆时的注浆半径和再造人工间柱2胶结体最低强度，并结合试验测试参数确定灌浆用水泥砂浆的水灰比。

② 对于废石10未充满的原采空区4，利用激光三维扫描仪扫描采空区4，摸清矿柱周边废石堆存及接顶情况，如果矿柱1周边废石堆存高度低于采空区顶板0.5米以上，可采用诱导或强制崩落的方式使矿柱1两侧废石10在步骤①中计算的注浆浆液扩散半径宽度范围内基本实现接顶。

③ 在矿柱1底板中央施工一条4米×4米（具体规格尺寸由所选用的凿岩出矿设备要求确定）的矿柱1全长的凿岩出矿平巷6，一般宽度的矿柱1只需施工一条凿岩出矿巷道，如果宽度过宽超出再造人工间柱所能控制的顶板暴露面积，则应考虑分两步骤回采。

④ 在凿岩出矿平巷6内用地质钻机打穿矿柱1，向两侧废石10打注浆孔9（注浆孔9采用发散开的扇形布置，注浆孔9的排距略小于注浆浆液扩散半径，注浆孔9角度与深度设计根据浆液扩散半径与再造人工间柱等计算结果确定），用注浆泵往两侧废石堆10灌注水泥砂浆，形成再造人工间柱2，注浆时采用多管连注的方式，有效提高水泥砂浆在废石10中的扩散半径，保证再造人工间柱2的强度，注浆后再造人工间柱2尽可能接顶，待所有注浆孔9完成注浆胶结后开始下一步骤作业，再造人工间柱2既保证了矿柱回采时的作业安全，又控制了回采的贫化损失率。

⑤ 再造人工间柱2注浆胶结后在凿岩出矿平巷6的末端向上打一2米×2米的回风天井，勾通上部工程回风，并扩展为切割立槽7，作为回采残留矿柱时的爆破补偿空间。

⑥ 在凿岩出矿平巷6的内壁凿V字型布置的呈扇形向上发散开的炮孔3（炮孔3根据矿柱1宽度、高度确定其为中深孔还是浅孔），不留矿壁全断面多排爆破，后退式回采，不留矿壁明显降低了矿柱1回采时的损失率，炮孔3的扇形布局在矿柱1两侧构成V字型布置设计，一方面，爆破时矿柱1两侧崩落矿石相互冲击，形成一定的挤压爆破，改善爆破效果，降低大块率，另一方面，矿石崩落方向向中央收拢，缩小矿石抛掷距离，有利于铲运机5出矿。

⑦ 通风完成后通过凿岩出矿平巷6使用铲运机5出矿，抛掷距离超过铲运机5安全作业距离的矿石采用遥控采矿机器人出矿，矿石大块采用遥控采矿机器人液压破碎器破碎，遥控采矿机器人的使用保证了出矿与二次破碎的作业安全。

如果残留矿柱1高度和宽度过大，可在矿柱1下部构建底部结构，铲运机5在出矿联道内出矿。

本发明在某矿山的氧化锡矿残矿资源回收中得到实际实施应用，根据试验与实际采矿效果来看，矿柱回采采用本发明的上述技术方案实现了残矿资源二次回采的安全、经济、高效、低贫损的生产目标，经济效益与资源环境效益显著。

Claims (5)

1.一种再造人工间柱回采矿柱的方法，其特征是：先根据矿柱的赋存条件计算其两侧废石注浆胶充填再造人工间柱的规格尺寸；对再造人工间柱的高度与宽度不足的区域采用诱导崩落或强制放顶方式在矿柱两侧补足废石；在矿柱底板中央施工一条矿柱全长的出矿平巷，平巷末端向上打回风天井，沟通上部工程回风，从巷壁钻透矿柱延伸至两侧的废石堆形成注浆孔，向废石堆灌注水泥砂浆，形成再造人工间柱，注浆孔的间距在浆液扩散半径内；沿巷内壁凿出V型布置的上向扇形炮孔，矿壁全断面崩矿，后退式回采；铲运机出矿，抛掷距离超过铲运机安全作业范围的矿石采用遥控采矿机器人出矿，矿石大块用遥控采矿机器人液压破碎器破碎。

2.根据权利要求1所述的再造人工间柱回采矿柱的方法，特征是：矿柱底板中央施工的出矿平巷尺寸与所选用的凿岩出矿设备相匹配；注浆孔以逐渐向上发散形状布局，在灌注再造人工间柱的注浆操作时采用多管连注的方式，注浆后再造人工间柱应接顶。

3.根据权利要求2所述的再造人工间柱回采矿柱的方法，特征是：平巷末端向上打的回风天井断面尺寸为2m×2m，然后再扩展为整个矿柱宽度的切割立槽。

4.根据权利要求2所述的再造人工间柱回采矿柱的方法，特征是：出矿平巷内崩矿为全断面多排爆破。

5.根据权利要求2所述的再造人工间柱回采矿柱的方法，特征是：对矿柱两侧废石未充满的原采空区，利用激光三维扫描仪扫描采空区，获取矿柱周边废石堆存及接顶的空间参数，当矿柱周边废石堆存高度低于采空区顶板0.5米以上，则采用诱导或强制崩落的方式使矿柱两侧废石在计算的再造人工间柱范围内接顶。

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