CN105927228B - 直立破碎矿体自动沉落式采矿方法 - Google Patents

Abstract

一种直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，用于开采直立矿体，其包括以下步骤：在直立矿体顶部开拓一条水平巷道；在巷道内沿着矿层延伸方向形成的纵向空间，架设一条底部开放的通道用于支护巷道；在通道下方钻孔放炮，炮孔深度自通道一端起沿着通道长度方向依次递减；放炮，将通道下矿石采出，使通道倾斜下沉不同深度，从而使得巷道形成一角度θ；在通道下方破碎矿石、开采矿石过程中，逐渐加大角度θ，使整个巷道形成倾角α，且倾角α大于角度Φ，角度Φ为矿层内摩擦角；上部矿层发生滑动，自动溜矿，将矿石从巷道两侧溜井集中采出。本发明不但更安全，而且采矿、运输效率更高，且不会造成贫化问题。

Description

直立破碎矿体自动沉落式采矿方法

技术领域

本发明涉及金矿等矿体采矿技术领域，特别涉及一种直立破碎矿体自动沉落式采矿方法。

背景技术

金金属矿矿体多为薄至极薄矿体，倾斜角度明显，并具有以下一个或多个特征，使得开采难度极大：

矿体产状复杂，开采技术条件难度大。矿体品位和厚度分布不均匀，矿体内有无矿间隔，矿体有断层错断现象，并使矿体发生位移。

矿体具有遇水软化膨胀、粘结的特征，围岩遇水稳固性差，矿岩之间存在较明显的粘土摩擦带界面。这些特征对矿岩稳固性的影响十分大，不利于井下工程的稳定，也不利于采场开采。围岩节理裂隙发育，稳固性很差。

围岩破碎，多数巷道需要支护，部分巷道必须超前支护才能正常施工。矿脉内巷道自稳时间短，数天至十余天，部分位置不能自稳，必须进行支护。

采场围岩稳定性差，使得矿石中混入废石，增大贫化率。

目前对于金金属开采，多采用传统崩落式采矿法，这也导致金金属矿开采出现以下问题：出矿管理困难，矿石损失与贫化大，特别是矿体形态不规整时贫化损失更大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，以解决传统崩落式采矿法在直立破碎围岩自下而上开采时存在的安全、贫化、低效、出矿难等问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，用于开采直立矿体，其包括以下步骤：在直立矿体顶部开拓一条水平巷道；在巷道内沿着矿层延伸方向形成的纵向空间，架设一条底部开放的通道用于支护巷道；在通道下方钻孔放炮，炮孔深度自通道一端起沿着通道长度方向依次递减；放炮，将通道下矿石采出，使通道下沉不同深度，从而使得巷道形成一倾斜角度θ；在通道下方破碎矿石、开采矿石过程中，逐渐加大角度θ，使整个巷道形成倾角α，且倾角α大于角度Φ，角度Φ为矿层内摩擦角；上部矿层发生滑动，自动溜矿，将矿石从巷道两侧溜井集中采出。

优选地，所述通道呈筒状结构、下方开口，使得所述通道的截面结构呈倒置的U形。

优选地，所述通道包括依次连接的多个分架体，每一所述分架体包括顶板、侧板和支架，所述支架呈倒置的U形，所述侧板固定于所述支架的侧面，所述顶板覆盖于所述支架上方。

优选地，所述通道还包括恒阻大变形设备，所述恒阻大变形设备为恒阻大变形锚索或者恒阻大变形锚杆；所述恒阻大变形设备的两端分别连接于相邻的两个所述分架体的支架上；每一所述分架体的顶板一端沿着所述通道的长度方向延伸，并搭接在相邻的另一所述分架体的顶板上方，形成叠瓦结构。

优选地，在直立矿体顶部开拓的水平巷道中，并列架设多个通道。

优选地，对所述多个通道下方的矿体，采取依次开采的方式，在同一时间段内，使得所述多个通道分别处于不同的高度。

分析可知，本发明提供的自动沉落式采矿方法一改传统采矿法自下而上开采为自上而下开采，使工作人员始终处于通道保护范围内，在很大程度上解决了安全、贫化、低效、出矿难等问题。

附图说明

图1为本发明实施例实施时的结构示意图；

图2为图1中通道的结构示意图；

图3为图2中分架体的结构示意图；

图4为图2中沿着线K-K的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例实施时的炮孔示意图；

图6为对本发明对较厚矿体采取分层的结构示意图。

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详细说明。

针对部分金属矿体围岩特征及矿体赋存产状特征，为解决传统崩落式采矿法在直立破碎围岩自下而上开采时的安全、贫化、低效、出矿难等问题，本发明提出一种自动沉落式采矿方法，概括而言，本发明一改传统采矿法自下而上开采为自上而下开采，使工作人员始终处于通道保护范围内。整体工艺流程大致包括两个阶段：第一阶段：自动沉陷采矿；第二阶段：滑坡自动采矿。

在进入矿山之前，应根据勘探数据，对矿体进行分类，以采取不同方案。按照直立破碎矿体产状特征，可以将直立矿体分为以下三类：

直立极薄矿体：极薄矿层厚度W＜0.8m；直立薄矿体：薄矿层厚度W＝[0.8m-4m]；直立厚矿体：厚矿层厚度W＞4m。当然，还可以参考其他参数，例如矿体的倾角等。分析及现场测试表明，本发明比较适合于直立薄矿体、直立厚矿体。

对于直立薄矿体平行，实施本发明时，可以参考如下开采步骤：

如图1所示，首先开采表面矿体，矿体2分布于周围的围岩1中，且呈层状，也即矿体2为直立薄矿体。在一定深度的直立薄矿体2顶部开拓一条巷道4，方便后续铺设通道3、在巷道4内对其地表面的矿体2进行开采。

矿体2的地表面开采完毕后，巷道4内沿着矿体2的延伸方向形成一个较大的纵向空间，此时在巷道4中沿着该纵向空间铺设通道3用于支护巷道4。

如图2所示，通道3呈筒状结构、下方开口，端面视之，通道3的截面结构呈倒置的U形。进一步地，再如图3、图4所示，通道3包括依次连接的多个分架体5(如图3)，每一分架体5包括顶板51、侧板52和支架53，一个分架体5至少包括一个支架53，也可以平行设置多个。支架53呈倒置的U形，侧板52固定于支架53的侧面，顶板51则覆盖于支架上方。更优选地，支架53为11#工字钢(矿用工字钢)，侧板52、顶板51为钢板并通过螺栓等固定于支架53外侧面。

为了防止通道3在自动下沉过程中产生不均匀沉降而造成脱节和错位，分架体5设计为叠瓦结构，且相邻分架体5之间用恒阻大变形设备6连接，如图4所示，每一分架体5的顶板51一端沿着通道3的长度方向延伸，形成延伸瓦片511的结构，该延伸瓦片511搭接在相邻的另一分架体5的顶板51上方，形成叠瓦结构。

连接相邻的分架体5或者间隔的分架体5的恒阻大变形设备为恒阻大变形锚索或者恒阻大变形锚杆，其由中国矿业大学(北京)的何满潮教授研发，已经在多篇论文、专利文献中公开，并且已经在多个矿山使用，在此不再赘述。为了连接相邻的分架体5，恒阻大变形设备6的两端分别连接于相邻的两个分架体5的支架53上，如图4，该恒阻大变形设备6位于通道3内侧。当通道3受到轴向应力，相邻分架体5之间存在脱离倾向时，恒阻大变形设备6以恒定阻力发生拉伸变形，输出恒定阻力，避免相邻分架体5分离，并且一分架体5上的延伸瓦片511在另一分架体5的顶板51上朝着脱离的方向滑动少许。据此分析，可知恒阻大变形设备6的最大变形量应小于延伸瓦片511搭接在另一个分架体5上的长度。

通道3铺设完毕之后，可以在通道3下进行采矿作业，通道3的铺设可以确保其下采矿人员和机械设备的安全。采矿时，在通道3下、巷道4的底板上钻孔放炮，如图5所示，自巷道4的一端起(例如设有溜井的一端)，沿着巷道4的延伸方向，炮孔7深度依次递减。

放炮后，将通道3下矿石采出，例如直立薄矿体2中打一个溜井，在自动沉降开采全生命周期内统一用溜井对破碎矿石进行集中运输。矿石输出之后，各个分架体5下沉不同深度，从而巷道4形成一定角度θ，在破碎矿石开采过程中，逐渐加大角度θ，使整个巷道4形成倾角α大于角度Φ(角度Φ为矿层内摩擦角。此时，人工开采完毕，因巷道4倾角α大于角度Φ，上部矿层发生滑动，自动溜矿，矿石从溜井集中采出。

在上述过程中，通道3自然也随之倾斜，在图5中，通道3的右端将会向下明显倾斜。

由于通道3随着下方采矿作业呈阶梯式下沉，通道3上方和两侧破碎岩体随之垮落，在通道上方填埋密实，逐渐达到一个新的力学衡稳定状态，在此过程中，若相邻的分架体5受到较大的使二者脱离的力，且超过恒阻大变形设备6的恒定阻力，那么恒阻大变形设备6将会拉伸、边长。

破碎岩体的运输是直立式破碎薄矿体平行开采的关键问题，也是决定这种方法是否具有高效低贫化率的核心问题，为此，可以如下两种运输模式：溜井集中运输系统、平硐皮带转运系统。溜井集中运输系统是在直立薄矿层中打一个溜井，在自动沉降开采全生命周期内统一用溜井对破碎矿石进行集中运输。

对于直立厚矿体，如图6所示，在开采过程中，首先将其分为若干个薄矿体2，各个矿体2与薄矿层工艺流程相同，最后整个矿层形成阶梯状开采，也即，在各个直立矿体2顶部开拓一个较宽的水平巷道或者多个并列的较窄巷道，然后架设多个并列的通道3。进一步地，当对多个通道3下方的矿体开采时，采取依次开采的方式，也就是说，在同一时间段内，使得多个通道3分别处于不同的高度，而不是同时齐头并进的开采。

综上，本发明不但更安全，而且采矿、运输效率更高，且不会造成贫化问题。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，用于开采直立矿体，其特征在于，包括以下步骤：

在直立矿体顶部开拓一条水平巷道；

在巷道内沿着矿层延伸方向形成的纵向空间，架设一条底部开放的通道用于支护巷道；

在通道下方钻孔放炮，炮孔深度自通道一端起沿通道长度方向依次递减；

放炮，将通道下矿石采出，使通道下沉不同深度，从而使得巷道形成一倾斜角度θ；

在通道下方破碎矿石、开采矿石过程中，逐渐加大角度θ，使整个巷道形成倾角α，且倾角α大于角度Φ，角度Φ为矿层内摩擦角；

上部矿层发生滑动，自动溜矿，将矿石从巷道两侧溜井集中采出。

2.根据权利要求1所述的直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，其特征在于，所述通道呈筒状结构、下方开口，使所述通道的截面结构呈倒置的U形。

3.根据权利要求2所述的直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，其特征在于，所述通道包括依次连接的多个分架体，每一所述分架体包括顶板、侧板和支架，所述支架呈倒置的U形，所述侧板固定于所述支架的侧面，所述顶板覆盖于所述支架上方。

4.根据权利要求3所述的直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，其特征在于，所述通道还包括恒阻大变形设备，所述恒阻大变形设备为恒阻大变形锚索或者恒阻大变形锚杆；所述恒阻大变形设备的两端分别连接于相邻的两个所述分架体的支架上；

每一所述分架体的顶板一端沿着所述通道的长度方向延伸，并搭接在相邻的另一所述分架体的顶板上方，形成叠瓦结构。

5.根据权利要求1-4任一所述的直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，其特征在于，在直立矿体顶部开拓的水平巷道中，并列架设多个通道。

6.根据权利要求5所述的直立破碎矿体自动沉落式采矿方法，其特征在于，对所述多个通道下方的矿体，采取依次开采的方式，在同一时间段内，使得所述多个通道分别处于不同的高度。