CN103527200A - 无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采矿技术领域，具体的说是一种无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法，适合矿体节理裂隙发育，似层状结构，矿体水平厚度为20-25m，倾角为35-40°的缓倾斜、倾斜金属和非金属矿体。目前，复杂环境缓倾斜、倾斜矿体的开采存在着效率、安全、成本、贫化和损失之间的矛盾。本发明的矿块之间留设有宽的8-12m间柱，保证矿房之间有矿柱支撑；回采单元为菱形块体，回采后空区顶板形状近似拱形状，利用了拱形巷道受力结构好的特点；利用无底柱分段崩落法的出矿结构，实现了分段空场采矿，嗣后充填空区，既有崩落法的采矿高效率，又具有充填法的安全性。开采环境安全，采空区利用充填法处理，提高了矿石回采率，降低矿石贫化率。

Description

无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法

技术领域

本发明涉及金属、非金属矿的开采技术领域，具体的说是一种无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法。

背景技术

传统采矿方法尤其是开采矿体上覆高承压含水层，且含水源补给充足，矿床疏干影响周边村民灌溉和饮用水，容易引起社会和环境问题；地表为耕地、道路，不允许塌落，需严格保护地表，类似于“三下”开采时问题更多，无法实现该类矿体的安全高效连续低成本开采。不少矿山只能采用分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法或者房柱法以及房柱充填采矿法开采。但分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法也存在矿体下盘损失和贫化的问题，同时还存在顶板暴露面积大，采充循环时间长，回采矿房顶板容易抽冒，安全风险高等问题；房柱法采空区采用矿柱支撑，后期容易导致顶板冒落，地压显现后加大其他矿房的开采难度；房柱充填采矿法存在回采率低等问题。因此，复杂环境缓倾斜矿体和倾斜厚矿体的开采存在着效率、安全、成本、贫化和损失之间的对立统一矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法，适用于矿体上覆高承压含水层，矿岩稳固性差，具有明显似层状结构，致矿体、夹石及顶底板围岩力学强度有明显的差异性的矿体，并且矿体水平厚度为20-25m，走向长，倾角为35-40°的倾斜金属和非金属矿体的开采。本发明为了克服上述缺陷，提供一种开采环境安全可靠、地表不塌陷、防止上覆高承压水溃入井下，同时能高效率，低成本的把矿石回采出来，矿石损失和贫化得到有效改善。

本发明的技术方案是：矿块沿走向布置，长60m，宽为矿体水平厚度，中段高度为45m，分段高为10-16m，每个矿块划分为两个矿房和一个间柱，矿房长20-30m, 中间间柱宽8-12m，在间柱内从第三分段往上部充填加固中段布置了起通风、充填、泄水作用的充填回风天井和2个充填联络道，充填联络道掌头超过矿房边界2m，爆破时和矿房贯通，形成回风、充填通道；每个矿房内按分段自下而上沿矿体倾斜方向布置菱形充填法矿房回采单元，分为三个回采单元，下部两个回采单元为菱形块体，高24m，长25m，宽为20m，上部回采单元为三角形块体，高为12m；在矿房回采之前从上部加固中段矿体下盘沿矿体走向布置加固巷，从加固巷内垂直矿体倾斜方向沿矿房全长向上布置施工护顶长锚索，排距为3m,（提高顶板的稳定性，防止下部矿房采矿后顶板受扰动形成塌落现象，）同时在充填加固中段提前施工上盘充填联络道和CT1充填管路联络道，作为矿房回采后的充填通道；矿房从下往上回采，共分三部分回采，下部采充完毕后，待充填体养护至一定强度后，方可回采上面部分；回采后空区顶板形状近似拱形状，（利用了拱形巷道受力结构好的特点）；底部结构布置在菱形矿房的底部；设计两个分段凿岩、爆破，上部分段少量出矿，下部分段集中出矿，底部凿岩巷利用切割井切割拉槽爆破，从矿房一段逐步向另一端爆破，V型堑沟出矿，作为受矿巷；爆破时利用分段毫秒延时起爆，同时在各条进路眉线口提前加固支护，（减小爆破振动对眉线的破坏）；每个矿房布置4条出矿进路和一条凿岩巷，形成装矿底部结构，回采出矿时凿岩巷联合出口进路五点出矿；矿房内残留矿石，利用遥控铲运机出净；矿房出矿结束后，进行尾砂胶结充填；进入下一采充循环。

进一步，所述的凿岩采用中深孔施工，炮孔排距1.4-1.5m，孔底距2.2-2.4m，炸药单耗控制在0.5千克/吨左右；堑沟采用上向扇形中深孔依次形成。

本发明的有益效果是由于矿房之间有8-12m的间柱，保证了矿房

之间有矿柱支撑，确保了试验采场的安全。底部结构布置在菱形矿

房的底部，为了提高凿岩的效率和精度，同时提高装药质量以及降

低装药的难度，设计两个分段凿岩、爆破，上部分段少量出矿，下部分段集中出矿，底部凿岩巷利用切割井切割拉槽爆破，从矿房一段逐步向另一端爆破，V型堑沟出矿，作为受矿巷，爆破时利用分段毫秒延时起爆，同时在各条进路眉线口提前进行了加固支护，减小爆破振动对眉线的破坏，有利于铲车安全进入V型堑沟大量出矿，每个矿房布置4条出矿进路和一条凿岩巷，形成装矿底部结构，回采出矿时凿岩巷联合出口进路利用电动铲运机集中出矿，大大的提高了回采率。本发明的采矿方法达到了安全高效开采、保护上覆高承压含水层、控制地表下沉和塌陷的目的，获得了较大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明采矿工艺流程示意图；

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖视图；

图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线剖视图。

图中：

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明

首先通过岩石矿岩力学性质进行矿体回采模型数值模拟计算，确定回采矿房的长度和允许暴露的最大顶板面积，划分出各个回采矿块和间柱的位置，在矿块内布置采准工程；根据矿体倾角和分段高度划分分段高度，分段高度为12m，首先布置分段凿岩平巷5的位置，第一分段布置一条分段凿岩平巷，上面两个分段布置两条分段凿岩平巷，其中靠上盘的分段凿岩平巷作为菱形回采单元爆破时的辅助凿岩和爆破分段；最下面两个回采单元为菱形块体，高24m，长25m，宽为20m，两个菱形块体布置了辅助分段凿岩平巷；靠下盘一侧的分段凿岩平巷5的位置要布置在下盘夹石内岩石稳固地段，在距离其15-20m处平行布置分段装矿联络巷9，作为出矿的联络通道，用出矿进路6联通分段凿岩平巷5和分段装矿联络巷9，出矿进路间距为7.5m，每个矿块50m长大约布置7-8条出矿进路，分为两个矿房进行回采；在回采单元的上下两个分段中分段凿岩平巷5位置布置切割天井8，作为爆破拉槽的自由面，在切割天井周围扇形布置中深炮孔10，上下分段凿岩巷利用切割天井8切割拉槽爆破，从矿房一段逐步向另一端爆破，上分段的分段凿岩平巷爆破要超前下分段的分段凿岩平巷爆破6-8m；中深炮孔的边孔角度设计时根据岩石爆破后的流动性和菱形回采单元的高度确定，边孔角度一般控制在54-58°之间，爆破后形成V型堑沟出矿，作为受矿巷，底部结构布置在菱形矿房的底部；设计两个分段凿岩、爆破，上部分段少量出矿，下部分段集中出矿，每个矿房布置4条出矿进路和一条分段凿岩平巷，形成装矿底部结构，回采出矿时分段凿岩平巷联合出口进路五点出矿，矿石用铲运机在堑沟内装矿后经分段装矿联络道9和分段采场联络道4铲运至顺路溜井12内，运输中段使用有轨机车运输方式，矿车经沿脉运输巷1和穿脉运输巷2进入穿脉内顺路溜井下部装矿，装矿完毕后从中段上盘运输巷把矿石运至中段卸载站进行卸矿；矿房内残留矿石，利用遥控铲运机出净；矿房出矿结束后，进行尾砂胶结充填，充填体强度达到3MPa，进入下一采充循环。

所述的凿岩采用中深孔施工，炮孔排距1.4-1.5m，孔底距2.2-2.4m，炸药单耗控制在0.5千克/吨左右；堑沟采用上向扇形中深孔依次形成。

本发明也可在岩石条件好的金属矿山或者其它岩石条件软破的矿山，矿体连续厚大缓倾斜或者倾斜矿体的回采，回采的工艺过程基本相同，主要区别在于连续间柱、采场长度即顶板最大暴露面积、分段高度三者参数的大小以及充填体的强度要求，由于岩体的不均质性，其强度随岩体结构和地域而有所变化，必须灵活取用上述参数。建议根据现场岩体质量情况，矿房长度可变化为20~30m、分段高度可变化为10~16m、间柱宽度可变化为8~12m。

无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法的具体步骤如下：

1、护顶隔离矿柱厚度数值模拟计算结果与分析。

2、采场宽度、采场长度、分段高度、间柱宽度数值模拟计算与分析；确定合理的采场结构参数。根据现场岩体质量情况，采场长度可变化为20～30m、分段高度可变化为12～16m、间柱宽度可变化为8～12m。

3、根据矿体倾角和矿体赋存状态沿矿体倾斜方向把矿体分成三个回采单元，划分时既要兼顾矿体损失和贫化指标，同时要考虑下部回采单元爆破边界距离上部分段凿岩巷留有一定的距离，避免先采的回采单元爆破时对上部凿岩巷造成破坏。

4、根据菱形回采单元爆破回采轮廓线，在上下分段适当位置布置切割井，切割井的高度要超过菱形回采单元回采的最高点。

5、根据三个分段三个回采单元在剖面图上的位置，在平面图上布置相应的采准工程。

6、根据菱形回采单元爆破回采轮廓线在上下两个分段分别布置扇形深孔，爆破参数根据矿岩条件确定。

7、在凿岩及辅助凿岩巷道内以切割槽为自由面，非电导爆管毫秒间隔起爆；从矿房一端逐步向另一端爆破回采，上分段爆破要超前下分段6-8m。

8、下分段爆破后形成V型堑沟，作为受矿巷，每个回采单元在下部分段布置4条出矿进路和一条凿岩巷，形成装矿底部结构，回采出矿时凿岩巷联合出口进路五点出矿，提高了矿石回收率。矿房内残留矿石，利用遥控铲运机出净。

9、矿石回收干净后，对空区及时充填，充填灰沙比在两个分段下部3m段为1:6，其余位置灰沙比为1:10。

10、采场使用1.5m3电动铲运机出矿至分段溜井，中段使用有轨机车运输方式。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法，适用于矿体上覆高承压含水层，矿岩稳固性差，具有明显似层状结构，致矿体、夹石及顶底板围岩力学强度有明显的差异性的矿体，并且矿体水平厚度为20-25m，走向长，倾角为35-40°的倾斜金属和非金属矿体的开采；其特征在于矿块沿走向布置，长60m，宽为矿体水平厚度，中段高度为45m，分段高为10-16m，每个矿块划分为两个矿房和一个间柱，矿房长20-30m, 中间间柱宽8-12m，在间柱内从第三分段往上部充填加固中段布置了起通风、充填、泄水作用的充填回风天井（11）和2个充填联络道（7），充填联络道掌头超过矿房边界2m，爆破时和矿房贯通，形成回风、充填通道；每个矿房内按分段自下而上沿矿体倾斜方向布置菱形充填法矿房回采单元，分为三个回采单元，下部两个回采单元为菱形块体，高24m，长25m，宽为20m，上部回采单元为三角形块体，高为12m；在矿房回采之前从上部加固中段矿体下盘沿矿体走向布置加固巷（15），从加固巷内垂直矿体倾斜方向沿矿房全长向上布置施工护顶长锚索（14），排距为3m,同时在充填加固中段提前施工上盘充填联络道和CT1充填管路联络道，作为矿房回采后的充填通道；矿房从下往上回采，共分三部分回采，下部采充完毕后，待充填体养护至一定强度后，方可回采上面部分；回采后空区顶板形状近似拱形状；底部结构布置在菱形矿房的底部；设计两个分段凿岩、爆破，上部分段少量出矿，下部分段集中出矿，底部凿岩巷利用切割井切割拉槽爆破，从矿房一段逐步向另一端爆破，V型堑沟出矿，作为受矿巷；爆破时利用分段毫秒延时起爆，同时在各条进路眉线口提前加固支护；每个矿房布置4条出矿进路和一条凿岩巷，形成装矿底部结构，回采出矿时凿岩巷联合出口进路五点出矿；矿房内残留矿石，利用遥控铲运机出净；矿房出矿结束后，进行尾砂胶结充填；进入下一采充循环。

2.如权利要求1所述的一种无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法，其特征在于：首先通过岩石矿岩力学性质进行矿体回采模型数值模拟计算，确定回采矿房的长度和允许暴露的最大顶板面积，划分出各个回采矿块和间柱的位置，在矿块内布置采准工程；根据矿体倾角和分段高度划分分段高度，分段高度为12m，首先布置分段凿岩平巷（5）的位置，第一分段布置一条分段凿岩平巷，上面两个分段布置两条分段凿岩平巷，其中靠上盘的分段凿岩平巷作为菱形回采单元爆破时的辅助凿岩和爆破分段；最下面两个回采单元为菱形块体，高24m，长25m，宽为20m，两个菱形块体布置了辅助分段凿岩平巷；靠下盘一侧的分段凿岩平巷（5）的位置要布置在下盘夹石内岩石稳固地段，在距离其15-20m处平行布置分段装矿联络巷（9），作为出矿的联络通道，用出矿进路（6）联通分段凿岩平巷（5）和分段装矿联络巷（9），出矿进路间距为7.5m，每个矿块50m长大约布置7-8条出矿进路，分为两个矿房进行回采；在回采单元的上下两个分段中分段凿岩平巷（5）位置布置切割天井（8），作为爆破拉槽的自由面，在切割天井周围扇形布置中深炮孔（10），上下分段凿岩巷利用切割天井（8）切割拉槽爆破，从矿房一段逐步向另一端爆破，上分段的分段凿岩平巷爆破要超前下分段的分段凿岩平巷爆破6-8m；边孔角度一般控制在54-58°之间，爆破后形成V型堑沟出矿，作为受矿巷，底部结构布置在菱形矿房的底部；设计两个分段凿岩、爆破，上部分段少量出矿，下部分段集中出矿，每个矿房布置4条出矿进路和一条分段凿岩平巷，形成装矿底部结构，回采出矿时分段凿岩平巷联合出口进路五点出矿，矿石用铲运机在堑沟内装矿后经分段装矿联络道（9）和分段采场联络道（4）铲运至顺路溜井（12）内，运输中段使用有轨机车运输方式，矿车经沿脉运输巷（1）和穿脉运输巷（2）进入穿脉内顺路溜井下部装矿，装矿完毕后从中段上盘运输巷把矿石运至中段卸载站进行卸矿；矿房内残留矿石，利用遥控铲运机出净；矿房出矿结束后，进行尾砂胶结充填，充填体强度达到3MPa，进入下一采充循环。

3. 如权利要求1所述的一种无底柱分段菱形矿房嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的凿岩采用中深孔施工，炮孔排距1.4-1.5m，孔底距2.2-2.4m，炸药单耗控制在0.5千克/吨左右；堑沟采用上向扇形中深孔依次形成。

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