CN103147761B - 一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法。其技术方案是：先将矿床划分为盘区，盘区划分为条带，布置采准和切割井巷；再爆破剔除所采条带的松软顶板(5)，采矿体(4)；然后进行充填：第N条带和第N+1条带剔除松软顶板(5)所产生的废石注浆充填第N-2条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半，当第N-2条带废石注浆充填10~20m时，开始尾砂充填第N-3条带开采后形成的空区和第N-4条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10~20m；其中N=2k+1，k为≥2的整数。本发明在保证采场作业安全和保护地表环境的同时能够提高生产能力，具有高回采率、低贫化率、低大块率和低成本的特点。
Description
技术领域
本发明属于矿床充填开采技术领域。具体涉及一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法。
背景技术
大量缓倾斜薄矿床，近矿围岩稳定性较差，特别是矿体与顶板接触带往往存在一层松软的破碎层，形成典型的缓倾斜松软顶板薄矿床。其直接顶板因爆破扰动或应力集中极易发生垮冒，不仅导致贫化率大为增加，且给采区作业面工作人员和设备带来巨大的安全隐患。
对于缓倾斜薄矿床，房柱法一直是主要的开采方法。常规房柱法的突出缺点是留设矿柱很难及时回收，矿石损失较大，大面积空区诱发的顶板跨冒会形成后续生产的重大安全隐患，同时易造成地表沉降。由于常规房柱法采场顶板稳定性要求高，可考虑嗣后充填的房柱采矿法。回采顺序是先采矿柱，矿柱采空区胶结充填后，再回采矿房，矿房采空区用尾砂充填，矿石回采率提高，地表变形得到控制，但采矿成本和采场管理复杂程度也相应增加。
对于破碎直接顶板的处理，国内外多采取的方式是加强支护，提高顶板的整体性，其支护和维护不仅难度大，而且成本高；针对破碎顶板受爆破扰动易发生大规模冒落，并混入矿石中造成的高贫化率，部分矿山采取预留一定厚度隔离护顶矿层的方式，以减少废石的混入，但这同时也造成了大量矿石的损失，不适用于较薄矿床的开采。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，该方法不仅在保证采场作业安全和保护地表环境的同时能提高矿块生产能力，且回采率高、贫化率低、大块率低和成本低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)采准与切割
将缓倾斜松软顶板薄矿床划分为盘区，在待开采盘区的矿体顶部掘进上分段铲运机道、下分段铲运机道和通风上山，上分段铲运机道、下分段铲运机道和通风上山的顶板为矿体的稳固顶板，通风上山的两侧留设有3～5m厚的间柱。待开采盘区的下一分段的未采盘区内开凿有进风井和溜井，进风井和溜井与待开采盘区下方的分段运输巷道连通。
根据稳固顶板的稳定性，将待开采盘区划分为10～30个条带，每个条带的宽度为5～10m，每个条带与矿体的走向垂直。上分段铲运机道的底部矿体作为顶柱，下分段铲运机道的底部矿体作为底柱。
从下分段铲运机道沿着间柱掘进切割上山。
2)开采与充填
盘区的第一条带开采时，以切割上山为作业空间，沿第一条带上向式回采，先爆破剔除松软顶板，再崩落矿体，铲运机出矿。
第二条带开采时，除作业空间外，其余同第一条带，即第二条带的作业空间为第一条带开采后形成的空区，第二条带的作业空间通过人工砌坡与下分段铲运机道相通。
第三条带和第三条带以后的各条带的开采是：所开采条带的作业空间为上一条带开采后形成的空区，沿本条带上向式回采，先爆破剔除松软顶板，再崩落矿体，铲运机出矿；所开采条带的作业空间通过人工砌坡与下分段铲运机道相通。
盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板所产生的废石运至地表或沿条带上向式废石注浆充填上一盘区倒数第一条带或倒数第二条带开采后形成的空区。
第三条带和第四条带剔除松软顶板所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第一条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半。
从第五条带开采时，按下列方法进行充填：
第N条带和第N+1条带剔除松软顶板所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第N-2条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半，当第N-2条带废石注浆充填10～20m时，开始沿条带上向式尾砂充填第N-3条带开采后形成的空区和第N-4条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10～20m；最后留1～2m的空区用废石混凝土浇注人工隔离柱。所述N＝2k+1，k为≥2的整数。
盘区倒数第一条带或倒数第二条带开采后形成的空区由下一盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填，充填宽度亦为条带宽度的一半，当倒数第一条带或倒数第二条带废石注浆充填10～20m时，开始沿条带上向式尾砂充填倒数第一条带废石注浆充填后的另一半、或沿条带上向式尾砂充填倒数第一条带开采后形成的空区和倒数第二条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10～20m，最后留1～2m的空区，该空区用以浇注人工隔离柱。
所述的切割上山的顶板为稳固顶板；切割上山的底板由两段构成，第一段为10～20％坡度的斜坡，所述斜坡从下分段铲运机道的底板延伸至矿体底板，第二段为所述斜坡坡底至顶柱的矿体底板。
所述的爆破剔除是，采用浅孔爆破，炮孔平行条带方向布置，每班作业推进长度3～5m，铲运机清渣。
所述的人工砌坡是由废石混凝土浇注而成，坡度10～20％。
所述的废石注浆充填是先在待充填空区的两侧安装隔板，再以剔除松软顶板所产生的废石作为骨料，混合水泥砂浆浇注空区，形成废石砌体，然后高压注浆接顶，废石砌体固结后拆除隔板。
所述的尾砂充填是先在紧邻下分段铲运机道一侧的待充填空区用废石混凝土浇注2～3m厚度的人工挡墙，人工挡墙内设有滤水孔，再将尾砂浆充入其余待充填空区；然后浇注人工隔离柱，人工隔离柱的厚度为1～2m，顶部预留有充填孔，通过充填孔继续向待充填空区注尾砂浆进行密实充填接顶；若废石注浆充填后有多余废石，则随尾砂一并充入待充填空区，形成尾砂充填体。
由于采用上述技术方案，本发明先剔除松软顶板再采矿体，保证了回采矿体时有足够的作业空间高度，作业空区直接顶板为稳固顶板，不仅保证了作业面的安全，且避免了废石的混入，矿石贫化率低。
开采条带和充填条带被空区隔开，开采和充填同时作业，互不干扰，铲运机出矿，实现连续作业，提高了矿块生产能力。
剔除松软顶板时具有两个自由面，崩落矿体时具有两个或三个自由面，爆破效率提高，废石和矿石大块率低。
剔除松软顶板产生的废石就近充填空区，减少了支护作业，节约了成本，有效控制了地表变形。
只留少量顶柱、底柱和间柱，矿石回采率高。
因此，本发明在保证采场作业安全和保护地表环境的同时能提高矿块生产能力，具有高回采率、低贫化率、低大块率和低成本的特点；本发明主要用于矿体厚度为2～4m，松软顶板厚度为1～3m的缓倾斜矿床的井下开采。
附图说明
图1为本发明用于某一盘区的示意图；
图2为图1中A-A向的剖面示意图；
图3为图1中的B-B向的剖面示意图；
图4为图1中的C-C向的剖面示意图；
图5为图1所述盘区的采准与切割工艺示意图；
图6为图5中的D-D向的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法。该方法是：
1)采准与切割
将缓倾斜松软顶板薄矿床划分为盘区，每个盘区如图1和图5所示，在待开采盘区的矿体4顶部掘进上分段铲运机道6、下分段铲运机道11和通风上山13。如图2所示的上分段铲运机道6、下分段铲运机道11和图4所示的通风上山13的顶板为矿体4的稳固顶板14，；如图1、图2和图5所示，通风上山13的两侧留设有的3～5m厚的间柱12，待开采盘区的下一分段的未采盘区内开凿有进风井8和溜井7，进风井8和溜井7与待开采盘区下方的分段运输巷道15连通。
本实施例所述的缓倾斜松软顶板薄矿床的稳固顶板14属极稳固性顶板，根据其稳定性，将待开采盘区划分为10～20个条带，每个条带的宽度为8～10m，每个条带与矿体4的走向垂直；上分段铲运机道6的底部矿体4作为顶柱17，下分段铲运机道11的底部矿体4作为底柱16。
本实施例从下分段铲运机道11沿着间柱12掘进切割上山18。
2)开采与充填
本实施例从首采盘区开始开采与充填，盘区的第一条带开采时，以图5所示的切割上山18为作业空间，沿第一条带上向式回采，先爆破剔除松软顶板5，再崩落矿体4，铲运机出矿。
第二条带开采时，除作业空间外，其余同第一条带，即第二条带的作业空间为第一条带开采后形成的空区，第二条带的作业空间通过人工砌坡9与下分段铲运机道11相通。
第三条带和第三条带以后的各条带的开采是，所开采条带的作业空间为上一条带开采后形成的空区，沿本条带上向式回采，先爆破剔除松软顶板5，再崩落矿体4，铲运机出矿；所开采条带的作业空间通过人工砌坡9与下分段铲运机道11相通。
盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板5所产生的废石运至地表。
第三条带和第四条带剔除松软顶板5所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第一条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半。
从第五条带开采时，按下列方法进行充填：
第五条带和第六条带剔除松软顶板5所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第三条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半，当第三条带废石注浆充填10～20m时，开始沿条带上向式尾砂充填第二条带开采后形成的空区和第一条带废石注浆充填后的另一半，充填的过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10～20m，最后留1～2m的空区，用以浇注人工隔离柱3。……。以此类推，开采与充填交替向前进行。
盘区倒数第一条带开采后形成的空区由下一盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板5所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填，充填宽度亦为条带宽度的一半，当倒数第一条带废石注浆充填10～20m时，沿条带上向式尾砂充填倒数第一条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10～20m，最后留1～2m的空区用以浇注人工隔离柱3。
第二盘区和第二盘区以后的各盘区的开采与充填除下述情况外，其余同首采盘区。
盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板5所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填上一盘区倒数第一条带开采后形成的部分空区。
第五条带的开采起，本实施例的开采与充填交替进行，如图1和图3所示，第九条带已剔除该条带2/3的松软顶板5，所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第七条带开采后形成的部分空区，当第九条带开采完，开始第十条带的开采，将剔除松软顶板5所产生的废石继续沿条带上向式废石注浆充填第七条带开采后形成的剩余空区，充填宽度为条带宽度的一半，当第七条带废石注浆充填10～20m时，开始沿条带上向式尾砂充填第六条带开采后形成的空区和第五条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10～20m，最后留1～2m的空区用废石混凝土浇注人工隔离柱3。
如图6所示，本实施例所述的切割上山18的顶板为稳固顶板14；切割上山18的底板由两段构成，第一段为10～20％坡度的斜坡，所述斜坡从下分段铲运机道11的底板延伸至矿体4底板，第二段为所述斜坡坡底至顶柱17的矿体4底板。
本实施例所述的爆破剔除是，采用浅孔爆破，炮孔平行条带方向布置，每班作业推进长度3～5m，铲运机清渣。
本实施例所述的人工砌坡9是由废石混凝土浇注而成，坡度10～20％。
本实施例所述的废石注浆充填是先在待充填空区的两侧安装隔板，再以剔除松软顶板5所产生的废石作为骨料，混合水泥砂浆浇注空区，形成废石砌体1，然后高压注浆接顶，废石砌体1固结后拆除隔板。
本实施例所述的尾砂充填是先在紧邻下分段铲运机道11一侧的待充填空区用废石混凝土浇注2～3m厚度的人工挡墙10，人工挡墙10内设有滤水孔，再将尾砂浆充入其余待充填空区，然后浇注人工隔离柱3，人工隔离柱3的厚度为1～2m，顶部预留有充填孔，通过充填孔继续向待充填空区注尾砂浆进行密实充填接顶；若废石注浆充填后有多余废石，则随尾砂一并充入待充填空区，形成尾砂充填体2。
本实施例所述的人工隔离柱3的厚度为1～2m，顶部预留有充填孔。
实施例2
一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法。除下述参数或工艺外，其余同实施例1。
本实施例所述的缓倾斜松软顶板薄矿床的稳固顶板14属较稳固性顶板，将待开采盘区划分为20～30个条带，每个条带的宽度为5～8m。盘区倒数第二条带开采后形成的空区由下一盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板5所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填，充填宽度亦为条带宽度的一半，当倒数第二条带废石注浆充填10～20m时，开始沿条带上向式尾砂充填倒数第一条带开采后形成的空区和倒数第二条带废石注浆充填后的另一半，在沿条带上向式废石注浆充填和尾砂充填的过程中，尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10～20m，最后留1～2m的空区用废石混凝土浇注人工隔离柱3。
Claims (6)
1.一种缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，其特征在于该方法是：
1)采准与切割
将缓倾斜松软顶板薄矿床划分为盘区，在待开采盘区的矿体(4)顶部掘进上分段铲运机道(6)、下分段铲运机道(11)和通风上山(13)，上分段铲运机道(6)、下分段铲运机道(11)和通风上山(13)的顶板为矿体(4)的稳固顶板(14)，通风上山(13)的两侧留设有3~5m厚的间柱(12)；待开采盘区的下一分段的未采盘区内开凿有进风井(8)和溜井(7)，进风井(8)和溜井(7)与待开采盘区下方的分段运输巷道(15)连通；
根据稳固顶板(14)的稳定性，将待开采盘区划分为10~30个条带，每个条带的宽度为5~10m，每个条带与矿体(4)的走向垂直；上分段铲运机道(6)的底部矿体(4)作为顶柱(17)，下分段铲运机道(11)的底部矿体(4)作为底柱(16)；
从下分段铲运机道(11)沿着间柱(12)掘进切割上山(18)；
2)开采与充填
盘区的第一条带开采时，以切割上山(18)为作业空间，沿第一条带上向式回采，先爆破剔除松软顶板(5)，再崩落矿体(4)，铲运机出矿；
第二条带开采时，除作业空间外，其余同第一条带，即第二条带的作业空间为第一条带开采后形成的空区，第二条带的作业空间通过人工砌坡(9)与下分段铲运机道(11)相通；
第三条带和第三条带以后的各条带的开采是，所开采条带的作业空间为上一条带开采后形成的空区，沿本条带上向式回采，先爆破剔除松软顶板(5)，再崩落矿体(4)，铲运机出矿；所开采条带的作业空间通过人工砌坡(9)与下分段铲运机道(11)相通；
盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板(5)所产生的废石运至地表或沿条带上向式废石注浆充填上一盘区倒数第一条带或倒数第二条带开采后形成的空区；
第三条带和第四条带剔除松软顶板(5)所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第一条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半；
从第五条带开采时，按下列方法进行充填：
第N条带和第N+1条带剔除松软顶板(5)所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填第N-2条带开采后形成的空区，充填宽度为条带宽度的一半，当第N-2条带废石注浆充填10~20m时，开始沿条带上向式尾砂充填第N-3条带开采后形成的空区和第N-4条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10~20m；最后留1~2m的空区，该空区用以浇注人工隔离柱(3)；所述N=2k+1，k为≥2的整数；
盘区倒数第一条带或倒数第二条带开采后形成的空区由下一盘区的第一条带和第二条带剔除松软顶板(5)所产生的废石沿条带上向式废石注浆充填，充填宽度亦为条带宽度的一半，当倒数第一条带或倒数第二条带废石注浆充填10~20m时，开始沿条带上向式尾砂充填倒数第一条带废石注浆充填后的另一半、或沿条带上向式尾砂充填倒数第一条带开采后形成的空区和倒数第二条带废石注浆充填后的另一半，充填过程中的尾砂充填始终滞后于废石注浆充填10~20m，最后留1~2m的空区，该空区用以浇注人工隔离柱(3)。
2.根据权利要求1所述的缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，其特征在于所述的切割上山(18)的顶板为稳固顶板(14)；切割上山(18)的底板由两段构成，第一段为10~20%坡度的斜坡，所述斜坡从下分段铲运机道(11)的底板延伸至矿体(4)底板，第二段为所述斜坡坡底至顶柱(17)的矿体(4)底板。
3.根据权利要求1所述的缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，其特征在于所述的爆破剔除是，采用浅孔爆破，炮孔平行条带方向布置，每班作业推进长度3~5m，铲运机清渣。
4.根据权利要求1所述的缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，其特征在于所述的人工砌坡(9)是由废石混凝土浇注而成，坡度10~20%。
5.根据权利要求1所述的缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，其特征在于所述的废石注浆充填是先在待充填空区的两侧安装隔板，再以剔除松软顶板(5)所产生的废石作为骨料，混合水泥砂浆浇注空区，形成废石砌体(1)，然后高压注浆接顶，废石砌体(1)固结后拆除隔板。
6.根据权利要求1所述的缓倾斜松软顶板薄矿床充填采矿方法，其特征在于所述的尾砂充填是先在紧邻下分段铲运机道(11)一侧的待充填空区用废石混凝土浇注2~3m厚度的人工挡墙(10)，人工挡墙(10)内设有滤水孔，再将尾砂浆充入其余待充填空区；然后浇注人工隔离柱(3)，人工隔离柱(3)的厚度为1~2m，顶部预留有充填孔，通过充填孔继续向待充填空区注尾砂浆进行密实充填接顶；若废石注浆充填后有多余废石，则随尾砂一并充入待充填空区，形成尾砂充填体(2)。
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