CN106194146B - 一种地下盐矿的采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下盐矿的采矿方法，该采矿方法采用的进路式采场结构由应力释放进路、受保护进路、屈服间柱、稳定间柱和采场极限平衡矿柱组成，通过设计合理的屈服矿柱、应力释放进路匹配方案、回采顺序及时间间隔，利用盐岩长期蠕变特性，有序的控制开采单元两侧应力释放进路及屈服间柱的蠕变破坏，达到释放应力并转移开采单元顶板高应力至采场极限平衡矿柱内，从而保护开采单元内其它进路及矿柱的长期稳定。该采矿方法回采率高、生产效率较高、生产成本较低，能够在无须充填的前提下控制采场上覆岩体移动、地表沉陷位移并保障地表的长期稳定性，尤其适用于深埋大规模盐矿的高效开采。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程领域，特别是涉及一种地下盐矿大规模高效开采的应力释放采矿方法。
背景技术
盐岩作为重要的化工原料一直被广泛开发应用。盐岩由于其自身成矿特性、力学性质较差、具有显著的流变特性等独特特征，其地下开采受到一定制约。早期的盐矿开采多以水溶开采为主，随着采矿技术的不断发展，由于开采规模大、生产效率高等优势，盐岩的地下井工开采日益受到青睐。盐岩矿体及围岩属软岩至极软岩，开展的相关开采方法研究较少，主要借鉴煤矿地下开采方案，以条带式房柱法开采为主，即矿房、矿柱在采区范围内呈条带式间隔布置，采一条带状矿房留一条带状矿柱，以保持上覆围岩稳定、控制地表沉陷变形。
就现有开采技术方案而言，水溶开采存在管理难度大、矿石贫化率高，地表沉陷变形严重，开采后处理不当地表安全风险大等问题；条带式房柱法开采为维护上覆岩体稳定、控制地表沉陷变形，往往需留设较大尺寸的矿柱，导致回采率极低，尤其是开采向深部发展后，回采率往往低于30％，导致资源浪费严重；此外，由于盐岩具有显著的流变特性，如采空区不加以充填，10～20年甚至更长时间的岩体不断流变将导致灾害性的地表塌陷，然而充填过高成本严重制约了盐矿尤其是深部盐矿的大规模地下井工开采。
发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种地下盐矿的采矿方法，其回采率高、生产效率较高、生产成本较低，尤其适用于深埋大规模盐矿的高效开采。
为解决上述技术问题，本发明提供一种地下盐矿的采矿方法，包括：
(a)沿所开采矿体走向布置开采盘区，开采盘区内划分采区，采区内划分开采单元；
(b)开采单元采用的进路系统的采场结构包括：应力释放进路、屈服间柱、受保护进路、稳定间柱和采场极限平衡矿柱；
(c)在所述开采单元内，先开采一侧第一应力释放进路，在该侧第一屈服间柱内布置监测设备监测该屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成后，开采另一侧的第二应力释放进路，在另一侧的第二屈服间柱内布置监测设备监测该侧屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成后，开采两个应力释放进路之间靠近第一应力释放进路的第一受保护进路；此时，应力已经控制性的转移至采场极限平衡矿柱内，间隔一定时间后按顺序依次开采第一受保护进路至第二应力释放进路之间的各受保护进路。
本发明的有益效果为：通过合理的采场布置方案、进路-矿柱布置匹配参数、合理的回采顺序，充分利用盐岩长期蠕变特性，有序的控制蠕变破坏开采单元两侧应力释放进路及屈服间柱，达到释放应力并转移开采单元顶板高应力至采场极限平衡矿柱内，从而保护开采单元内其它进路及矿柱的长期稳定。该采矿方法回采率高、生产效率较高、生产成本较低，能够在无须充填的前提下控制采场上覆岩体移动、地表沉陷位移并保障地表的长期稳定性，尤其适用于深埋大规模盐矿的高效开采。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明优选实施例的应力释放采矿方法的三进路系统的采场结构示意图；
图2为本发明优选实施例的应力释放采矿方法的五进路系统的采场结构示意图；
图3为本发明优选实施例的应力释放采矿方法的七进路系统的采场结构示意图；
图4为本发明优选实施例的应力释放采矿方法总体布置方案示意图；
图5为本发明优选实施例的应力释放采矿方法实施方案示意图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种地下盐矿的采矿方法，是一种对地下盐矿大规模高效开采的应力释放采矿方法，包括以下步骤：
(a)沿所开采矿体走向布置开采盘区，开采盘区内划分采区，采区内划分开采单元；
优选的，如图4所示，采区的运输及通风巷道22垂直于所述开采盘区的运输巷道21，开采单元处于所述采区的运输及通风巷道22两侧，各开采单元采用的进路系统斜向“呈鱼刺状”分布设在所述采区的运输及通风巷道22两侧，两侧对应的开采单元通过设在运输巷道21上的联络道23连通。
(b)开采单元采用的进路式采场结构包括：应力释放进路、屈服间柱、受保护进路、稳定间柱和采场极限平衡矿柱；
优选的，开采单元采用的进路系统可采用三进路系统、五进路系统、七进路系统中的任一种；其中，三进路系统如图1所示，其采场结构为：依次排列的第一应力释放进路、第一屈服间柱、第一受保护进路、第二屈服间柱和第二应力释放进路，相邻的两个三进路系统的采场结构之间经采场极限平衡矿柱连接；
所述五进路系统如图2所示，其采场结构为：依次排列的第一应力释放进路、第一屈服间柱、第一受保护进路、第二受保护进路、稳定间柱、第三受保护进路、第二屈服间柱和第二应力释放进路，相邻的两个五进路系统的采场结构之间经采场极限平衡矿柱连接；
所述七进路系统如图3所示，其采场结构为：依次排列的第一应力释放进路、第一屈服间柱、第一受保护进路、第二受保护进路、稳定间柱、第三受保护进路、第四受保护进路、第五受保护进路、第二屈服间柱和第二应力释放进路，相邻的两个七进路系统的采场结构之间经采场极限平衡矿柱连接。
上述采矿方法中，采场结构中，第一屈服间柱的尺寸与所述第一应力释放进路的尺寸相匹配；所述第二屈服间柱的尺寸与所述第二应力释放进路的尺寸相匹配。
屈服间柱设计尺寸可根据现场试验确定，它是应力释放采矿方案的关键。若尺寸过大导致矿柱强度较高，应力释放进路顶板将保持稳定，失去应力释放并转移应力至采场极限平衡矿柱上的作用；反之，若尺寸过小导致矿柱强度较低，应力释放进路顶板随着开采即发生破坏，进而导致更大规模的失稳破坏，采矿生产安全将受到严重威胁；只有合理的屈服间柱与合理的应力释放进路尺寸匹配方案，才能保证充分发挥应力释放进路由于长期蠕变破坏特性，实现可控性的失稳破坏，释放应力并转移开采单元顶板高应力至采场极限平衡矿柱内。
(c)在所述开采单元内，先开采一侧第一应力释放进路，在该侧第一屈服间柱内布置监测设备监测该屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成后，开采另一侧的第二应力释放进路，在另一侧的第二屈服间柱内布置监测设备监测该侧屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成后，开采两个应力释放进路之间靠近第一应力释放进路的第一受保护进路；此时，应力已经控制性的转移至采场极限平衡矿柱内，间隔一定时间后按顺序依次开采第一受保护进路至第二应力释放进路之间的各受保护进路。
上述采矿方法的步骤(c)中，在该侧第一屈服间柱内布置监测设备监测该屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成的间隔一定时间为：半年至一年，应力释放完成的状态为：应力释放至第一应力释放进路的顶板有控制性的破坏；
在另一侧的第二屈服间柱内布置监测设备监测该侧屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成的间隔一定时间为：三个月至半年，应力释放的状态为：应力释放至第二应力释放进路的顶板有控制性的破坏；
间隔一定时间后按顺序依次开采第一受保护进路至第二应力释放进路之间的各受保护进路的间隔一定时间为：一个月。
本发明的采矿方法，能合理的利用盐岩的蠕变特性，通过合理的采场布置方案、矿房矿柱匹配关系、回采顺序的选取，达到安全、有序的控制性应力释放，保证回采安全以及上覆岩层稳定，避免地表沉陷灾害的发生，满足矿区的长期安全性要求。可用于地下盐矿大规模高效开采，尤其适用于深埋大规模盐矿的开采，是一种回采率高、生产效率较高、生产成本较低，能够在无须充填的前提下控制采场上覆岩体移动、地表沉陷位移并保障地表的长期稳定性的新型采矿方法。
下面结合具体实施例对本发明的采矿方法作进一步说明。
本发明提供一种地下盐矿大规模高效开采的应力释放采矿方法，其具体实施方案为：
(a)采场结构主要包括：应力释放进路1、受保护进路2、屈服间柱3、稳定间柱4和采场极限平衡矿柱5；
(b)盘区内划分采区，采区内划分开采单元，各开采单元可根据相关研究、工程实际分别设置为三进路系统、五进路系统、七进路系统(如图1～图3所示)。其中，所述进路系统包括应力释放进路1、受保护进路2、屈服间柱3、稳定间柱4，开采单元间由采场极限平衡矿柱5间隔并维持长期稳定；
(c)所述屈服间柱3设计尺寸应着重开展研究、现场试验确定，它是应力释放采矿方案的关键。若尺寸过大导致矿柱强度较高，应力释放进路1顶板将保持稳定，失去应力释放并转移应力至采场极限平衡矿柱5上的作用；反之，若尺寸过小导致矿柱强度较低，应力释放进路1顶板随着开采即发生破坏，进而导致更大规模的失稳破坏，采矿生产安全将受到严重威胁；只有合理的屈服间柱3与合理的应力释放进路1尺寸匹配方案，才能保证充分发挥应力释放进路由于长期蠕变破坏，实现可控性的失稳破坏，释放应力并转移开采单元顶板高应力至采场极限平衡矿柱5内；
(d)所述开采单元内，首先开采应力释放进路①，在屈服间柱3内布置监测设备监测间柱内应力状态，一般地间隔半年～一年待应力释放，应力释放进路顶板有控制性的破坏后，开采应力释放进路②；在该侧屈服间柱3内布置监测设备监测间柱内应力状态，一般地间隔3个月～半年待应力释放，应力释放进路顶板有控制性的破坏后，开采受保护进路③；此时，应力已经控制性的转移至采场极限平衡矿柱5内，一般地间隔1个月后即可按顺序依次开采受保护进路④、⑤(5进路系统)和⑥、⑦(7进路系统)。
实施例
某钾盐矿光卤石矿层埋深450m；矿层呈近水平层状分布，矿层倾角小于3°；平面上控制南北长度8.4km，东西长度11.4km，区内分布面积大于60km2。初步设计采用常规条带式房柱法开采，设计参数：(a)在开采区域内，每250m×1000m划分为一个盘区，盘区内有56个8m宽的矿房、55个20m宽的间柱及四周的盘区隔离矿柱组成；(b)矿房的尺寸是长124m，宽8m，采高6m，矿房之间由长124m，宽20m的连续间柱隔开。该采矿方案回采率低(盘区回采率28％)、生产效率低，经过详尽的科学论证、研究，采用本发明所述采矿方法，盘区回采率达到45％，回采率提高60％，达到了安全、高效、大规模开采深埋地下盐矿的效果，具体实施例采矿方案设计说明如下：
(a)如图4所示，开采盘区沿矿体走向布置，回采进路呈“鱼刺状”布置在盘区内，开采单元采用七进路系统方案；
(b)图5为图4中的A-A处剖面示意图，如图5所示，采场结构主要包括：应力释放进路1、10、受保护进路2、屈服间柱3、30、稳定间柱4和采场极限平衡矿柱5；其中，所述应力释放进路1、受保护进路2断面尺寸为8m×6m，长124m，所述屈服间柱3宽度为6m，所述稳定间柱4宽度为8m，采场极限平衡矿柱5宽度为30m；
(c)如图3所示，所述开采单元内，首先开采应力释放进路①，在屈服间柱3内布置监测设备监测间柱内应力状态，一般地间隔半年～一年待应力释放，应力释放进路顶板有控制性的破坏后，开采应力释放进路②；在该侧屈服间柱3内布置监测设备监测间柱内应力状态，一般地间隔3个月～半年待应力释放，应力释放进路顶板有控制性的破坏后，开采受保护进路③；此时，应力已经控制性的转移至采场极限平衡矿柱5内，一般地间隔1个月后即可按顺序依次开采受保护进路④、⑤、⑥、⑦。
本发明的采矿方法基于盐岩的蠕变特性，通过合理的采场结构布置方案、进路-矿柱布置匹配参数、合理的回采顺序，有序的控制应力释放并转移开采单元顶板高应力至采场极限平衡矿柱内，从而保护开采单元内其它进路及矿柱的长期稳定。该采矿方法回采率高、生产效率较高、生产成本较低，能够控制采场上覆岩体移动、地表沉陷位移并保障地表的长期稳定性，尤其适用于深埋大规模盐矿的高效开采。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种地下盐矿的采矿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)沿所开采矿体走向布置开采盘区，开采盘区内划分采区，采区内划分开采单元；所述开采单元采用的进路系统为三进路系统、五进路系统、七进路系统中的任一种；
所述三进路系统的采场结构为：依次排列的第一应力释放进路、第一屈服间柱、第一受保护进路、第二屈服间柱和第二应力释放进路，相邻的两个三进路系统的采场结构之间经采场极限平衡矿柱连接；
所述五进路系统的采场结构为：依次排列的第一应力释放进路、第一屈服间柱、第一受保护进路、第二受保护进路、稳定间柱、第三受保护进路、第二屈服间柱和第二应力释放进路，相邻的两个五进路系统的采场结构之间经采场极限平衡矿柱连接；
所述七进路系统的采场结构为：依次排列的第一应力释放进路、第一屈服间柱、第一受保护进路、第二受保护进路、稳定间柱、第三受保护进路、第四受保护进路、第五受保护进路、第二屈服间柱和第二应力释放进路，相邻的两个七进路系统的采场结构之间经采场极限平衡矿柱连接；
(b)开采单元采用的进路式采场结构包括：应力释放进路、屈服间柱、受保护进路、稳定间柱和采场极限平衡矿柱；
(c)在所述开采单元内，先开采一侧第一应力释放进路，在该侧第一屈服间柱内布置监测设备监测该屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成后，开采另一侧的第二应力释放进路，在另一侧的第二屈服间柱内布置监测设备监测该侧屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成后，开采两个应力释放进路之间靠近第一应力释放进路的第一受保护进路；此时，应力已经控制性的转移至采场极限平衡矿柱内，间隔一定时间后按顺序依次开采第一受保护进路至第二应力释放进路之间的各受保护进路；
所述第一屈服间柱的尺寸与所述第一应力释放进路的尺寸相匹配；所述第二屈服间柱的尺寸与所述第二应力释放进路的尺寸相匹配；
所述步骤(c)中，在该侧第一屈服间柱内布置监测设备监测该屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成的间隔一定时间为：半年至一年，应力释放完成的状态为：应力释放至第一应力释放进路的顶板有控制性的破坏；
在另一侧的第二屈服间柱内布置监测设备监测该侧屈服间柱内应力状态，间隔一定时间待第二应力释放进路应力释放完成的间隔一定时间为：三个月至半年，应力释放的状态为：应力释放至第二应力释放进路的顶板有控制性的破坏；
间隔一定时间后按顺序依次开采第一受保护进路至第二应力释放进路之间的各受保护进路的间隔一定时间为：一个月。
2.根据权利要求1所述的一种地下盐矿的采矿方法，其特征在于，所述开采盘区内划分采区，采区内划分开采单元为：
采区的运输及通风巷道垂直于所述开采盘区的运输巷道，开采单元处于所述采区的运输及通风巷道两侧，两侧对应的开采单元通过设在运输巷道上的联络道连通。
3.根据权利要求1所述的一种地下盐矿的采矿方法，其特征在于，所述开采单元采用的进路系统斜向设在所述采区的运输及通风巷道两侧。
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