CN104088640A - 一种深部矿体采充空间隔离的采矿法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部矿体采充空间隔离的采矿法，将矿体划分条带应用崩落法开采，矿体从上到下按条带依次开采，利用矿石回采后形成的采空区，诱导上部围岩自然冒落，冒落散体堆于采空区，形成足够厚度的散体隔离层；从上位充填巷道将充填料通过充填斜井或钻井充填于散体隔离层之上的冒落空区。本发明特别适用于上部含稳固岩层的深部大型铁矿床，它不仅将深部地压的破坏力降至最低，而且空区充填后不再继续向上冒落，由于采充作业隔离和可高强度作业，该法具有生产作业安全、高效、环保且成本低等优点。

Description

一种深部矿体采充空间隔离的采矿法

技术领域

本发明涉及金属矿床地下采矿技术领域，特别是涉及一种深部矿体采充空间隔离的采矿方法。

背景技术

随着浅部矿产资源的日趋贫乏，深部矿体开采是采矿未来发展的必然趋势。深部开采面临高地压、高地温、高井深等问题，而且受地表环境保护限制，我国新建深部铁矿山多设计用充填法开采，同浅部崩落法采矿相比，深部铁矿山将面临采矿效率低与成本高的巨大压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深部矿体采充空间隔离的采矿方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深部矿体采充空间隔离的采矿方法，将矿体划分条带应用崩落法开采，矿体从上到下按条带依次开采，条带之间留分条临时矿柱，在条带开采中，从回采巷道内崩落与放出矿石，将靠近矿柱的崩落矿石或冒落矿石预留一部分，预留矿石待临时矿柱得到有效保护后再放出，矿石回采后形成的采空区，诱导上部围岩自然冒落堆于采空区，最终在采场上方形成足够厚度的散体隔离层；冒落拱上移扩大到稳定冒落拱，此时将充填料充填于散体隔离层之上的冒落空区，阻止空区进一步冒落到地表。

作为本发明进一步的方案：所述散体隔离层的合理厚度与冒落散体密度及采矿引起的冒落散体松动范围有关，需满足下式：

                                                              （公式1）

式中Ｈ为散体隔离层厚度，单位m；h为采场放出矿石层的高度，单位m；η为冒落散体二次松散系数；h_０为冒落散体平移下沉阻渗层高度，单位m，与冒落散体密度有关，一般h_０＝50-150m，冒落散体密度较大时取较小值，冒落散体密度较小时取较大值。

作为本发明进一步的方案：所述条带的开采跨度在满足散体隔离层高度的前提下，按矿体顶板或上盘围岩的稳定性条件确定诱导冒落的控制高度h，再由下式确定：

 

                                                    （公式2）

式中L-条带的开采跨度，单位m；H_z-空区底板到地表的高度，单位m；T_c-岩体极限抗压强度，单位t/m²；δ-冒落区顶部岩层有效承力厚度，单位m；h-诱导冒落的控制高度，单位m；γ-上覆岩层容重，单位t/m³。

作为本发明进一步的方案：所述分条临时矿柱的宽度根据岩体稳定条件与旁侧采空区高度确定为15~25m。

作为本发明进一步的方案：上位充填采空区作业不影响下位回采工作面作业条件，下位回采工作面的采矿方法也包括先空场采矿、后崩落矿柱诱导上覆围岩冒落的采矿方法，此时按冒落高度控制要求确定一次回采矿柱的范围。

作为本发明进一步的方案：从上位充填巷道通过充填斜井或钻井将充填料充填于散体隔离层之上的冒落空区。

作为本发明进一步的方案：充填冒落散体隔离层之上的冒落空区的充填料，使用干排尾砂、采出的废石固体充填料，当充填空区的下方矿体已经回采结束时，使用膏体或者固体填料，固体填料包括干排尾砂和采出的废石。

作为本发明进一步的方案：当充入空区的散体随其下矿体开采而下降时，保持随降随充。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用崩落法将深部地压的破坏力转化为破碎矿石的动力，将干排尾砂、采出的废石充填于达到一定密度与厚度的散体隔离层之上的冒落空区，由此达到处理尾砂与保护地表的目的，同时避免充填与回采工作的相互干扰，解决了深部矿体高效开采的难题。本发明特别适用于高效开采的深部大型铁矿床。

附图说明

图1是深部矿体采充空间隔离的采矿方法的采充关系图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的C-C剖面图；

图中：1-斜坡道、2-分段联巷、3-矿石溜井、4-回采巷道、5-回风井、6-预留矿石、7-冒落散体、8-冒落拱、9-稳定冒落拱、10-分条临时矿柱、11-散体隔离层、12-充填料、13-充填斜井或钻井、14-充填巷道、15-阶段运输巷道、16-回风巷道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2和图3，本发明实施例中，一种深部矿体采充空间隔离的采矿方法，将矿体划分条带应用崩落法开采，条带的开采跨度由（公式2）确定。

 

                                                    （公式2）

式中L-条带的开采跨度，单位m；H_z-空区底板到地表的高度，单位m；T_c-岩体极限抗压强度，单位t/m²；δ-冒落区顶部岩层有效承力厚度，单位m；h-诱导冒落的控制高度，单位m；γ-上覆岩层容重，单位t/m³。矿体从上到下按条带依次开采，条带之间留分条临时矿柱10，其宽度根据岩体稳定条件与旁侧采空区高度确定，一般15~25m。在条带开采中，斜坡道1为人员与设备进入采场的通道，并与回风井5、回风巷道16构成采场通风系统；在回采巷道4内崩落与放出矿石，为维护临时矿柱的稳定性，采场需将靠近矿柱的崩落的矿石及诱导冒落的矿石预留一部分，即预留矿石6，该矿石在上部围岩冒落充填空区使临时矿柱得到有效保护后再放出。放出的矿石经分段联巷2倒入矿石溜井3，溜至阶段运输巷道15运输提升到地表。矿石回采后形成的采空区，诱导上部围岩自然冒落，冒落散体7堆于采空区，最终在采场上方形成足够厚度的散体隔离层11，其厚度须满足（公式1）以保障粉砂不渗透到工作面，避免充填与回采工作的相互干扰。

                         （公式1）

式中Ｈ为散体隔离层厚度，单位m；h为采场放出矿石层的高度，单位m；η为冒落散体二次松散系数；h_０为冒落散体平移下沉阻渗层高度，单位m，与冒落散体密度有关，一般h_０＝50-150m，冒落散体密度较大时取较小值，冒落散体密度较小时取较大值。冒落拱8上移扩大到稳定冒落拱9，此时从充填巷道14将充填料12，将干排尾砂、采出的废石或其他固体废料通过充填斜井或钻井13充填于散体隔离层11之上的冒落空区，阻止空区进一步冒落到地表，由此达到保护地表与处理尾砂等固体废料的目的阻止空区进一步冒落。

本发明采用崩落法回采矿石，通过诱导围岩自然冒落，在采场上方形成散体隔离层11，将干排尾砂、采出的废石或其他固体废料充填于散体隔离层11之上的冒落空区，阻止空区进一步冒落到地表，由此达到保护地表与处理尾砂等固体废料的目的。散体隔离层11的厚度需保证充填料12不渗透到回采工作面，保障上位充填不影响下位采矿，避免充填与回采工作的相互干扰，提高开采效率，由此实现深部矿体的高效环保开采。按开采跨度确定一次开采的采场或采区的崩落回采范围，当矿石稳固性好于岩石稳固性时，也可用空场法开采，此时先采矿房，后采矿柱；一次回采矿柱的范围按开采跨度确定；通过回采矿柱形成连续采空区。在回采过程中，将干排尾砂、采出的废石或其它矿山固体废料充填于散体隔离层11之上的冒落空区。当一个条带的空区充填结束后，即可回采其上的临时矿柱，此时临时矿柱周边冒落散体7随之下移，引起其上已被充满的空区再次敞露，为此需在相应的充填斜井或钻井13继续充填冒落散体7，保持随降随充，使已经被充填体支撑的空区边壁和顶板不再敞空，由此保护地表，实现深部矿体高效环保开采的目标。当充填空区的下方矿体已经回采结束时，使用膏体充填料充填采空区，多次充填使其同样接顶，由此保护上覆岩层的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，将矿体划分条带应用崩落法开采，矿体从上到下按条带依次开采，条带之间留分条临时矿柱（10），在条带开采中，从回采巷道（4）内崩落与放出矿石，将靠近矿柱的崩落矿石或冒落矿石预留一部分，预留矿石（6）待临时矿柱得到有效保护后再放出，矿石回采后形成的采空区，诱导上部围岩自然冒落堆于采空区，最终在采场上方形成足够厚度的散体隔离层（11）；冒落拱（8）上移扩大到稳定冒落拱（9），此时将充填料（12）充填于散体隔离层（11）之上的冒落空区，阻止空区进一步冒落到地表。

2.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，所述散体隔离层（11）的合理厚度与冒落散体（7）密度及采矿引起的冒落散体（7）松动范围有关，需满足下式：                                                                            （公式1）

式中Ｈ为散体隔离层（11）厚度，单位m；h为采场放出矿石层的高度，单位m；η为冒落散体（7）二次松散系数；h_０为冒落散体（7）平移下沉阻渗层高度，单位m，与冒落散体（7）密度有关，一般h_０＝50-150m，冒落散体（7）密度较大时取较小值，冒落散体（7）密度较小时取较大值。

3.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，所述条带的开采跨度在满足散体隔离层（11）高度的前提下，按矿体顶板或上盘围岩的稳定性条件确定诱导冒落的控制高度h，再由下式确定：

 

                                                    （公式2）

式中L-条带的开采跨度，单位m；H_z-空区底板到地表的高度，单位m；T_c-岩体极限抗压强度，单位t/m²；δ-冒落区顶部岩层有效承力厚度，单位m；h-诱导冒落的控制高度，单位m；γ-上覆岩层容重，单位t/m³。

4.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，所述分条临时矿柱（10）的宽度根据岩体稳定条件与旁侧采空区高度确定为15~25m。

5.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，上位充填采空区作业不影响下位回采工作面作业条件，下位回采工作面的采矿方法也包括先空场采矿、后崩落矿柱诱导上覆围岩冒落的采矿方法，此时按冒落高度控制要求确定一次回采矿柱的范围。

6.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，从上位充填巷道（14）通过充填斜井或钻井（13）将充填料（12）充填于散体隔离层（11）之上的冒落空区。

7.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，充填冒落散体隔离层（11）之上的冒落空区的充填料（12），使用干排尾砂、采出的废石固体充填料，当充填空区的下方矿体已经回采结束时，使用膏体或者固体填料，固体填料包括干排尾砂和采出的废石。

8.根据权利要求1所述的深部矿体采充空间隔离的采矿方法，其特征在于，当充入空区的散体随其下矿体开采而下降时，保持随降随充。