CN103670412B - 一种急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明为急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，使采空区上盘和下盘在深部待采矿体以上形成一个以上盘沿脉巷道及下盘沿脉巷道的外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除上部开采形成的采空区而造成的地压危害；并通过上盘沿脉巷道及下盘沿脉巷道底板的下向垂直深孔爆破形成的塑性化带，进一步削弱高水平应力对深部待采矿体的影响，最终达到深部卸压开采的目的。

Description

一种急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法

技术领域

本发明涉及对急倾斜矿脉采空区的处理方法，也涉及卸压开采深部待采矿体的方法，特别涉及一种急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法。

背景技术

当矿体埋藏较深且用房柱法实施了上部多中段开采后，形成的采空区地压显现较激烈，如：中段顶底柱、尤其是厚矿体开采后留下的中段顶底柱多发生了破断，间柱回收及深部待采矿体开采时常发生岩爆飞石。为了安全回收某铅锌矿的高品位矿柱，处理上部多中段开采形成的采空区，避免深部待采矿体开采时发生岩爆飞石，需要有一种相应的采空区处理与卸压开采方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，使采空区的上盘和下盘在深部待采矿体以上形成一个以上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除上部开采形成的采空区而造成的地压危害；并通过上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道底板的下向垂直深孔爆破形成的塑性化带，进一步削弱高水平应力对深部待采矿体的影响，最终达到深部卸压开采的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，中段顶底柱和间柱回收完后，在深部待采矿体的上一中段掘进的采空区上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道中，分别向采空区凿2～4排扇形深孔，爆破引起采空区上、下盘围岩充填采空区，或使上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道间的围岩塑性化，形成以上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除采空区对深部开采的危害。

优选地，在凿扇形深孔的同时，分别在上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道的底板下向凿2～4排垂直深孔，与扇形深孔同时爆破垂直深孔，从而在上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道的底板上形成深的塑性化带，削弱高水平应力对深部待采矿体的水平挤压力，最终达到卸压开采的目的。

优选地，所述扇形深孔的排数和间距以在上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道与采空区间形成完全塑性化区为标准，不要求爆破区的围岩全部爆破充填采空区

优选地，所述扇形深孔的排数不少于2排。

优选地，所述垂直深孔的排数和间距以在沿脉巷道上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道的底板上形成宽2～3m的完全塑性化区为标准。

优选地，所述垂直深孔的排数不少于2排。

优选地，所述垂直深孔的深度超过深部待采矿体的最大厚度所处的深度。

优选地，所述垂直深孔的深度不少于深部待采矿体半个中段的高度。

优选地，所述上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道之间的距离至少要超过深部矿体最大厚度的2倍，采空区上盘沿脉巷道与采空区边界的水平安全距离为10～30m，中等稳固以上硬岩为15m，上盘沿脉巷道与矿体边界的水平距离不小于爆破裂纹的扩展深度R，其中：

$R=\frac{\sqrt{6}}{2}\[1+3\sqrt{\frac{49033\left(0.0126z-1.7\×{10}^4\right)}{S_t}}\]r_e$

式中：z为岩石声阻抗，单位：kg/(m·s²)；r_e为炮孔半径，单位：m；S_t为岩体抗拉强度，单位：MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)该采空区处理与卸压开采新方法，能形成以上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除采空区对深部开采的危害。

2)该采空区处理与卸压开采新方法，通过上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)中的下向垂直深孔(71)爆破形成的塑性化带，能进一步削弱高水平应力对深部待采矿体(6)的影响。

3)应用该采空区处理新方法，施工速度快、操作简便、施工安全；而且采空区处理彻底，容易引起上部采空区的上、下盘沿“V型”爆破带闭合或形成自然平衡的免压拱，而且充填处理了“V型”切槽口下部的采空区。

附图说明

图1是本发明纵投影及剖面示意图。

图2是本发明沿采空区的剖面图。

图3是本发明沿间柱的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1、图2和图3所示，本发明开采方法，薄矿体的间柱5和顶底柱41可以按常规方法回收，即利用从下盘沿脉巷道1间隔采场长度(40～50m)向间柱掘进的川脉3，从川脉3沿间柱下盘的矿岩分界线上向掘进短天井，将短天井作为回收中段顶底柱41时水平凿岩的凿岩空间，沿川脉3上向深孔凿岩间柱回收炮孔，一次性爆破回收中段顶底柱41和间柱5。在川脉3中出不净的矿石，留待下一中段开采或矿柱回收中出矿。

由于厚矿体开采后留下的中段顶底柱42多发生了破断，必须掘进上盘沿脉巷道2，并类似下盘掘进上、下盘贯通的川脉3，分别从川脉3沿间柱上、下盘的矿岩分界线上向掘进短天井，将短天井作为回收中段顶底柱42时水平凿岩的凿岩空间，沿川脉3上向深孔凿岩间柱回收炮孔，一次性爆破回收中段顶底柱42和间柱5。在川脉3中沿上盘和下盘沿脉巷道出不净的矿石，留待下一中段开采或矿柱回收中出矿。

上盘沿脉巷道2离采空区边沿的水平安全距离可通过数值模拟确定，中等稳固以上的硬岩一般为15m左右。

矿柱4、5回收完后，沿深部待采矿体6的上一个中段的上盘沿脉巷道2、下盘沿脉巷道1，分别向采空区8凿2～4排扇形深孔72及2～4排下向垂直深孔71，一次性爆破，引起采空区上、下盘围岩充填采空区或使上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1间的围岩塑性化，形成以上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除采空区对深部开采的危害；并通过上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1中的下向垂直深孔71爆破形成的塑性化带，从而进一步削弱高水平应力对深部待采矿体6的影响，最终达到卸压开采的目的。

如果深部待采矿体6以上的采空区都是开采薄矿体而形成的采空区，在深部待采矿体6的上一个中段同样要掘进上盘沿脉巷道2，以便实施深部卸压开采和上部采空区处理。但从上盘沿脉巷道2向下盘沿脉巷道1掘进的贯通川脉数目可以减少，以满足沿脉巷道2掘进及废石运输的方便为准。为了确保深部卸压开采的效果，上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1之间的距离至少要超过深部矿体最大厚度的2倍。

实施例一

薄矿体的间柱5和顶底柱41按常规方法回收。即利用从下盘沿脉巷道1间隔采场长度(40～50m)向间柱掘进的川脉3，从川脉3沿间柱下盘的矿岩分界线上向掘进短天井，将短天井作为回收中段顶底柱41时水平凿岩的凿岩空间，沿川脉3上向深孔凿岩间柱回收炮孔，一次性爆破回收中段顶底柱41和间柱5。在川脉3中出不净的矿石，留待下一中段开采或矿柱回收中出矿。

如果深部待采矿体6以上的采空区都是开采薄矿体而形成的采空区8，在深部待采矿体6的上一个中段同样要掘进上盘沿脉巷道2，以便实施深部卸压开采和上部采空区处理。但从上盘沿脉巷道2向下盘沿脉巷道1掘进的贯通川脉数目可以减少，以满足沿脉巷道2掘进及废石运输的方便为准，不必从川脉3沿间柱上盘的矿岩分界线上向掘进短天井而再形成回收中段顶底柱41时水平凿岩的凿岩空间。为了确保深部卸压开采的效果，上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1之间的距离至少要超过深部矿体最大厚度的2倍。为了确保上盘沿脉巷道2的施工安全，上盘沿脉巷道2离采空区边沿的水平安全距离可通过数值模拟确定，中等稳固以上的硬岩一般为15m左右。

矿柱41、5回收完后，沿深部待采矿体6的上一个中段的上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1，分别向采空区8凿2～4排扇形深孔72及2～4排下向垂直深孔71，一次性爆破，引起采空区上、下盘围岩充填采空区或使上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1间的围岩塑性化，形成以上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除采空区对深部开采的危害；并通过上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1底板的下向垂直深孔71爆破形成的塑性化带，从而进一步削弱高水平应力对深部待采矿体6的影响，最终达到卸压开采的目的。

实施例二

由于厚矿体开采后留下的中段顶底柱42多发生了破断，必须掘进上盘沿脉巷道2，并类似下盘掘进上、下盘贯通的川脉3。分别从川脉3沿间柱上、下盘的矿岩分界线上向掘进短天井，将这2个短天井作为回收中段顶底柱42时水平凿岩的凿岩空间，分别爆落矿体上盘和下盘边界残留的中段顶底柱42。沿川脉3上向深孔凿岩间柱回收炮孔。一次性爆破回收中段顶底柱42和间柱5。在川脉3中沿上盘和下盘沿脉巷道出不净的矿石，留待下一中段开采或矿柱回收中出矿。

为了确保深部卸压开采的效果，上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1之间的距离至少要超过深部矿体最大厚度的2倍。为了确保上盘沿脉巷道2的施工安全，上盘沿脉巷道2离采空区边沿的水平安全距离可通过数值模拟确定，中等稳固以上的硬岩一般为15m左右。

矿柱42、5回收完后，沿深部待采矿体6的上一个中段的上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1，分别向采空区8凿2～4排扇形深孔72及2～4排下向垂直深孔71，一次性爆破，引起采空区上、下盘围岩充填采空区或使上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1间的围岩塑性化，形成以上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1外侧完好围岩为拱脚的免压拱，从而消除采空区对深部开采的危害；并通过上盘沿脉巷道2和下盘沿脉巷道1底板的下向垂直深孔71爆破形成的塑性化带，从而进一步削弱高水平应力对深部待采矿体6的影响，最终达到卸压开采的目的。

Claims (6)

1.急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，其特征在于，中段顶底柱(4)和间柱(5)回收完后，在深部待采矿体的上一中段掘进的采空区上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)中，分别向采空区(8)凿2～4排扇形深孔(72)，爆破引起采空区上、下盘围岩充填采空区(8)，或使上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)间的围岩塑性化，形成以上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)外侧完好围岩为拱脚的免压拱，所述扇形深孔(72)的排数和间距以在上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)与采空区(8)间形成完全塑性化区为标准，不要求爆破区的围岩全部爆破充填采空区(8)。

2.根据权利要求1所述急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，其特征在于，在凿扇形深孔(72)的同时，分别在上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)的底板下向凿2～4排垂直深孔(71)，与扇形深孔(72)同时爆破垂直深孔(71)，从而在上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)的底板上形成深的塑性化带，削弱高水平应力对深部待采矿体(6)的水平挤压力，最终达到卸压开采的目的。

3.根据权利要求2所述急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，其特征在于，所述垂直深孔(71)的排数和间距以在上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)的底板上形成宽2～3m的完全塑性化区为标准。

4.根据权利要求2所述急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，其特征在于，所述垂直深孔(71)的深度超过深部待采矿体(6)的最大厚度所处的深度。

5.根据权利要求2所述急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，其特征在于，所述垂直深孔(71)的深度不少于深部待采矿体(6)半个中段的高度。

6.根据权利要求1所述的急倾斜矿体开采的采空区处理与卸压开采方法，其特征在于，所述上盘沿脉巷道(2)和下盘沿脉巷道(1)之间的距离至少要超过深部矿体最大厚度的2倍，采空区上盘沿脉巷道(2)与采空区(8)边界的水平安全距离为10～30m，中等稳固以上硬岩为15m，上盘沿脉巷道(2)与矿体边界的水平距离不小于爆破裂纹的扩展深度R，其中：

$R=\frac{\sqrt{6}}{2}\[1+3\sqrt{\frac{49033\left(0.0126z-1.7\×{10}^4\right)}{S_t}}\]r_e$

式中：z为岩石声阻抗，单位：kg/(m·s²)；r_e为炮孔半径，单位：m；S_t为岩体抗拉强度，单位：MPa。