CN106223958B - 倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于采矿领域，具体涉及一种倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，该采矿法基于不同矿体和凿岩条件，实现堑沟矿段的扇形炮孔、凿岩硐室内非三角矿柱的环形炮孔和三角矿柱的束状炮孔分区凿岩，解决了上盘三角矿柱爆破的难题，提高了凿岩硐室内环形炮孔的爆破效果。综合利用矿体自重和爆力运搬，实现阶段内不同分区矿段的矿石集中在堑沟的受矿巷道受矿和出矿川、出矿进路集中出矿，提高了采矿的集中化作业规模和效率。矿房和矿柱采用间隔回采、嗣后胶结和非胶结协同充填，在不同矿段间实现采矿工艺的连续性，为中等稳固及以上倾斜中厚矿体提供了一种高效、安全、低成本的连续采矿方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种倾斜中厚矿体的连续采矿方法(矿体倾角小于矿岩自然安息角)，具体涉及一种倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，属于采矿领域。
背景技术
倾斜中厚矿体井下开采中，采用低分段(或分层)房柱法开采，增大了采场的采准切割工程量，生产管理难度大，且矿块生产能力低。随着回采的推进，切顶后的暴露面积增大，进一步增大了井下作业人员及铲运机的安全程度。同时矿体属于倾斜类(倾角小于自然安息角)，矿体上下盘三角矿柱没有有效的回采方法，极大的恶化了矿体的损失和贫化指标，减少了矿石的回收率，给矿山造成了损失。因此，对于这类难采矿体的高效规模化开采，必须处理好底部结构及出矿的协同问题，保证矿体上下盘三角矿柱的回收，降低开采成本，确保井下安全、高效的生产。
国内对于此类矿体的开采，多采用低分段(或分层)空场法为主，其机械化程度低，矿石回收率低。而国外以充填法为主，机械化程度高，矿石回收率高，但相应的开采成本也高。目前，此类难采矿体开采都没有一个很好的高效规模化开采方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供一种工序简单、施工成本低、效率较高的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法。
本发明所述的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，阶段内沿走向(即沿长度方向)分条带交替布置矿房、矿柱，一组矿房和矿柱为一个矿段，不留间柱、顶底柱，采场垂直走向布置，采场长度为矿体的厚度，矿房和矿柱间隔回采、嗣后充填，采场的底部掘进出矿进路、出矿巷道、出矿川和受矿巷道；
在上述回采过程中，采场内实现分区凿岩、集中受矿出矿：采场底部的受矿巷道中钻凿上向的扇形炮孔爆破形成堑沟矿段，此爆破过程中产生的矿石进入受矿巷道，沿高度方向在阶段中部形成凿岩硐室，凿岩硐室中的三角矿柱上钻凿束状炮孔，非三角矿柱上钻凿环形炮孔，矿体下盘三角矿柱和非三角矿柱爆破后的矿石利用自重进入受矿巷道，矿体上盘三角矿柱爆破后的矿石利用束状炮孔爆破爆力运搬进入堑沟矿段的受矿巷道，从出矿川、出矿进路集中出矿。
本发明中，采场内基于不同矿体和凿岩条件，实现堑沟矿段的扇形炮孔、凿岩硐室内非三角矿柱的环形炮孔和三角矿柱的束状炮孔(对矿体上、下盘三角矿柱分别向上和向下钻凿束状炮孔)分区凿岩，解决了矿山中上盘三角矿柱爆破的难题，提高了凿岩硐室内环形炮孔的爆破效果。综合利用矿体自重和爆力运搬(矿体上盘三角矿柱)，实现阶段内不同分区矿段的矿石集中在堑沟和受矿巷道受矿，在出矿川、出矿进路集中出矿，提高了采矿的集中化作业规模和效率。矿房和矿柱采用间隔回采嗣后胶结和非胶结协同充填，在不同矿段间实现采矿工艺的连续性，为中等稳固及以上倾斜中厚矿体提供了一种高效、安全、低成本的连续采矿方法。
优选的，所述的环形炮孔为垂直环形炮孔，垂直环形炮孔直接采用可360°旋转的凿岩设备钻凿即可。
优选的，所述的环形炮孔为中深孔，环形炮孔的深度至采场边界。
优选的，矿房回采后的采空区采用胶结充填，强度满足下一步骤矿柱回采的需要；矿柱回采后的采空区的顶部和底部采用胶结充填(即采空区采用胶结筑底和封顶)，以封闭采空区，中间的采空区部分采用非胶结充填，实现采空区的协同充填。
优选的，从出矿川出矿时，采用后退式出矿。
优选的，回采工艺采用采场内的后退式回采。
具体操作时，可采用如下步骤：
采场高度为50m-60m，垂直走向划分采场，每个采场内分为如上所述的三个凿岩区域，凿岩硐室的高度为38m-45m，堑沟矿段高度为12m-15m，采场长度为矿体的厚度，矿房和矿柱交替布置，二者宽度均为12m，对于阶段内凿岩硐室和底部受矿巷道根据矿岩稳固性条件，设置预控支护措施，锚网支护密度根据顶板稳固性确定；
回采工艺中，矿房和矿柱间隔回采。在矿体中段钻凿凿岩硐室，掘进出矿进路、出矿巷道、受矿巷道、出矿川等采准工程，再由受矿巷道向上钻凿扇形炮孔(扇形炮孔的深度为2m-11m)爆破形成具有受矿空间的堑沟矿段；对凿岩硐室中的非三角矿柱上钻凿向上和向下的环形炮孔(中深孔)，环形炮孔深度至采场边界，环形炮孔参数根据凿岩设备的孔径确定，为控制矿体的边界形态，可以在矿体边界实施控制爆破技术措施；对凿岩硐室的顶底部、位于上盘和下盘的三角矿柱钻凿束状炮孔进行凿岩爆破，且由于上盘的三角矿柱采用爆力运搬技术，因此其相对下盘的三角矿柱需加大装药量；下三角矿柱及非三角矿柱爆破后的矿石依靠重力进入受矿巷道，矿体上盘三角矿柱爆破后的矿石利用束状炮孔的爆破力暴力运搬进入堑沟矿段的受矿巷道，从出矿川、出矿进路由铲运机集中出矿；
矿体回采顺序采用后退式回采，矿体下盘布置脉外分层运输巷道及阶段运输巷道，新鲜风流由凿岩硐室联络道、斜坡道进入凿岩硐室，底部结构中风流经出矿进路、出矿川进入受矿巷道，冲洗工作面后污风经采场回风井进入上盘回风巷，由中央回风井排至地表，受矿巷道和出矿巷道根据出矿设备等综合确定结构参数，受矿巷道和出矿巷道的宽度可以取3.8m-4m，铲运机在底部出矿川和出矿进路内集中后退式出矿；
阶段内沿走向方向分条带划分矿房和矿柱，矿房和矿柱间隔回采，矿房和矿柱回采结束后分别采用胶结充填和胶结与非胶结复合的接顶充填。一步骤矿房回采结束后采用胶结充填，胶结充填体强度满足二步骤矿柱回采的安全要求；二步骤矿柱回采结束后，采空区采用胶结和非胶结接顶充填，在顶部以及底部堑沟矿段内实现胶结充填，中间选择非胶结充填，充填高度控制顶部胶结充填体厚度达到8m-10m，满足上阶段矿体回采的需要。阶段与阶段间采用向上式回采，一步骤矿房回采超前上一阶段二步骤矿柱一个矿段。具体地，在同一阶段内，矿房和矿柱的开采采用间隔开采方式，由阶段内的一侧向另一侧后退式连续回采，工艺安排如下：(1)一步骤矿房回采结束出矿后即采用满足强度要求的胶结充填，不同采场间实现采准-凿岩-爆破-出矿-充填工艺的连续化；(2)充填体强度达到要求后，二步骤矿柱开始回采，同时，上一阶段的一步骤矿房可以进行采准切割工程；(3)二步骤矿柱回采完毕，采空区的中部采用非胶结充填，顶部和底部采用胶结充填以封闭采空区，胶结封顶强度满足矿山采掘设备行走要求。依此类推，根据矿山生产能力需要，分配同时回采和充填的采场个数。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
本发明采用的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，是一种阶段高度内集中凿岩、底部堑沟矿段受矿且出矿川、出矿进路集中出矿的连续化开采、束状炮孔凿岩和爆力运搬工艺回采矿体上下盘三角矿柱、同时协同胶结和非胶结充填技术、减少矿山采切工程量、降低充填成本的安全高效采矿法。这种方法的主要技术特点是：
第一，实现阶段内的采场结构划分，大量减少了分层的采准切割工程量，不留顶底柱的上向式回采工艺，采用矿房、矿柱的两步骤回采，不同采场间实现采准-凿岩-爆破-出矿-充填工艺的无间柱连续开采工艺，提高了采场的回采能力及出矿效率，采矿的永久损失少，减少采矿直接成本；
第二，出矿结构采用堑沟式结构，并利用受矿巷道对堑沟矿段进行凿岩爆破，降低阶段内的凿岩高度，减少矿石的贫化损失；
第三，对采场内上、下盘三角形矿柱，采用束状炮孔的凿岩方式，减少了矿山凿岩巷道工程量，并运用爆力运搬工艺解决矿体上三角形矿柱的搬运难题；束状炮孔的工艺有利于以矿体边界形态控制爆破孔参数，降低采场内矿石的损失和贫化指标，提高矿石的回收率；
第四，采用胶结与非胶结耦合协同充填，一步骤矿房回采完毕后，采空区进行满足二步回采强度要求的胶结充填，二步骤矿柱回采完毕后，采空区采用胶结筑底和封顶、中部采用非胶结充填，降低了充填成本，保障了矿体的安全高效回采。
本发明应用束状炮孔爆破顶底位于上盘和下盘的三角形难爆区域，增加矿石回收率，采用阶段集中凿岩出矿的采场结构，实现底部空间与生产回采的结构协同利用，为机械设备和人员的作业提供安全空间，降低了充填成本，保障了采场高效、安全生产。
综上所述，本发明的一种倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，矿房垂直走向布置，不留顶底柱，采用阶段凿岩、堑沟矿段受矿、集中出矿的工艺；并对稳定性差的地段预先支护巷道，保障顶板及采场的安全性；采用环形炮孔和束状炮孔爆破及其爆力运搬，底部机械化集中出矿；矿房、矿柱两步骤回采，实现了无间柱连续开采工艺；采用胶结与非胶结耦合充填，降低充填成本，在保障回采安全的情况下，尽可能地提高采场生产能力及回采效率。
附图说明
图1是本发明中某采场阶段的结构示意图；
图2是图1中I-I剖视图；
图3是图2中II-II剖视图。
图中：1、阶段运输巷道；2、脉外分层运输巷道；3、斜坡道；4、束状炮孔；5、环形炮孔；6、出矿巷道；7、受矿巷道；8、出矿川；9、出矿进路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
本发明中倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，阶段内沿走向(即沿长度方向)分条带交替布置矿房、矿柱，一组矿房和矿柱为一个矿段，不留间柱、顶底柱，采场垂直走向布置，采场长度为矿体的厚度，矿房和矿柱间隔回采、嗣后充填，采场的底部掘进出矿进路9、出矿巷道6、出矿川8和受矿巷道7。回采过程中，采场内分三个凿岩区域，实现分区凿岩、集中受矿出矿：采场底部的受矿巷道7中钻凿上向的扇形炮孔爆破形成堑沟矿段，此爆破过程中产生的矿石进入受矿巷道7，沿高度方向在阶段中部形成凿岩硐室，凿岩硐室中的三角矿柱上钻凿束状炮孔4，非三角矿柱上钻凿垂直环形炮孔5，矿体下盘三角矿柱和非三角矿柱爆破后的矿石利用自重进入受矿巷道7，矿体上盘三角矿柱爆破后的矿石利用束状炮孔4爆破爆力运搬进入堑沟矿段的受矿巷道7，从出矿川8、出矿进路9集中出矿。采场采用中深孔崩矿，后退式回采。一步骤矿房回采的采场，回采后采空区利用胶结充填，二步骤矿柱回采后的采空区利用胶结充填进行底部和顶部的封填，中部采用非胶结充填。
具体的步骤是：采场高度50m-60m，垂直走向划分采场，每个采场内分为如上所述的三个凿岩区域，采场内的凿岩硐室(即主要回采矿体)高度38m-45m，堑沟矿段高度为12m-15m，采场长度为矿体的厚度，矿房和矿柱交替布置，宽度均为12m；采场内的凿岩硐室、出矿川8等工程根据矿体的稳固性设计锚网支护，锚网支护参数根据顶板稳固性具体设计确定。
回采工艺中，矿房和矿柱间隔回采。在矿体中段钻凿凿岩硐室，掘进出矿进路9、出矿巷道6、受矿巷道7、出矿川8等采准工程，再由受矿巷道7向上钻凿扇形炮孔(扇形炮孔的深度为2m-11m)爆破形成具有受矿空间的堑沟矿段；对凿岩硐室中的非三角矿柱上钻凿向上和向下的环形炮孔5(中深孔)，环形炮孔5深度至采场边界，环形炮孔5参数根据凿岩设备的孔径确定，为控制矿体的边界形态，可以在矿体边界实施控制爆破技术措施；对凿岩硐室的顶底部、位于上盘和下盘的三角矿柱钻凿束状炮孔4进行凿岩爆破，且由于上盘的三角矿柱采用爆力运搬技术，因此其相对下盘的三角矿柱需加大装药量；下三角矿柱及非三角矿柱爆破后的矿石依靠重力进入受矿巷道7，矿体上盘三角矿柱爆破后的矿石利用束状炮孔4的爆破力暴力运搬进入堑沟矿段的受矿巷道7，铲运机集中出矿；
矿体回采顺序采用后退式回采，矿体下盘布置脉外分层运输巷道2及阶段运输巷道1，新鲜风流由凿岩硐室联络道、斜坡道3进入凿岩硐室，底部结构经出矿进路9、出矿川8进入受矿巷道7，冲洗工作面后污风经采场回风井进入上盘回风巷，由中央回风井排至地表，受矿巷道7和出矿巷道6根据出矿设备等综合确定结构参数，受矿巷道7和出矿巷道6的宽度可以取3.8m-4m，铲运机在底部出矿川8和出矿进路9内集中后退式出矿，出矿进路9和出矿川8的宽度取3.8m-4m。
阶段内沿走向方向分条带划分矿房和矿柱，矿房和矿柱间隔回采，矿房和矿柱回采结束后分别采用胶结充填和胶结与非胶结复合的接顶充填。一步骤矿房回采结束后采用胶结充填，胶结充填体强度满足二步骤矿柱回采的安全要求；二步骤矿柱回采结束后，采空区采用胶结和非胶结接顶充填，在顶部以及底部堑沟矿段内实现胶结充填，中间选择非胶结充填，充填高度控制顶部胶结充填体厚度达到8m-10m，满足上阶段矿体回采的需要。阶段与阶段间采用向上式回采，一步骤矿房回采超前上一阶段二步骤矿柱一个矿段。
在同一阶段内，矿房和矿柱的开采采用间隔开采方式，由阶段内的左侧向右侧后退式连续回采，工艺安排如下：(1)一步骤矿房回采结束出矿后即采用满足强度要求的胶结充填，不同采场间实现采准-凿岩-爆破-出矿-充填工艺的连续化；(2)充填体强度达到要求后，二步骤矿柱开始回采，同时，上一阶段的一步骤矿房可以进行采准切割工程；(3)二步骤矿柱回采完毕，采空区的中部采用非胶结充填，顶部和底部采用胶结充填以封闭采空区，胶结封顶强度满足矿山采掘设备行走要求。依此类推，根据矿山生产能力需要，分配同时回采和充填的采场个数。
实施过程：
参见图1、图2和图3，阶段高度取50m，按照上向式回采工艺开展回采，实施阶段凿岩集中出矿嗣后充填连续回采，垂直走向划分采场，沿走向方向，将矿体划分为若干矿块(矿房和矿柱，图1中，①-⑧指代的都是矿块，其中①、③、⑤和⑦具体指代矿房，②、④、⑥、⑧具体指代矿柱，矿房、矿柱间隔交替布置)，矿块宽度取12m。
如图1所示，在同一分层上，矿块的开采采用间隔回采方式，由左侧向右侧连续回采，回采工艺顺序如下：(1)一步骤矿块①、矿块③可以根据矿山产能要求同时回采，在采场回采结束出矿后，采用胶结充填采空区，胶结强度满足二步骤矿块回采的强度要求。并根据矿块间工序安排，在矿块①、矿块③回采过程中矿块⑤和矿块⑦进行采准作业，保证在矿块①和矿块③回采后充填中，矿块⑤和⑦可以安排回采；(2)待矿块①、矿块③开采所得采空区的充填体强度达到要求后，间隔矿块②开始回采，同时，可以准备上阶段矿块①和矿块③位置矿体安排采准工作；(3)二步骤矿块②回采完毕后，胶结和非胶结充填封闭该采空区(即矿块②开采所得采空区)，矿块②底部12m的堑沟空间(原堑沟矿段所在位置)进行胶结充填，然后采用非胶结充填采空区中部，当充填高度达到距离采空区顶部10m位置继续采用胶结充填采空区，保障上阶段矿块回采的安全。依此类推，根据需要分配同时充填的采场个数、同时回采的采场个数。
如图2和图3所示，阶段运输巷道1和脉外分层运输巷道2布置在矿体下盘，凿岩巷道联络道通过采场斜坡道3连接凿岩硐室，供设备及人员出入。采场采用堑沟式的底部结构(即堑沟矿段)，首先由出矿巷道6向矿体厚度方向掘进出矿进路9、出矿巷道6、受矿巷道7、出矿川8，再由受矿巷道7向上钻凿扇形炮孔爆破形成堑沟受矿空间，将爆破破碎矿石利用重力和爆力运搬至受矿巷道7后，从出矿川8、出矿进路9由铲运机集中出矿。新鲜风流由凿岩硐室联络道、斜坡道3进入各采场的凿岩硐室，并经出矿进路9(与斜坡道3相通)、出矿川8进入受矿巷道7，冲洗工作面后污风经采场回风井进入上盘回风巷，由中央回风井排至地表。
Claims (5)
1.一种倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，其特征在于：
阶段内沿走向分条带交替布置矿房、矿柱，一组矿房和矿柱为一个矿段，不留间柱、顶底柱，采场垂直走向布置，采场长度为矿体的厚度，矿房和矿柱间隔回采、嗣后充填，采场的底部掘进出矿进路(9)、出矿巷道(6)、出矿川(8)和受矿巷道(7)；
在上述回采过程中，采场内实现分区凿岩、集中受矿出矿：
采场底部的受矿巷道(7)中钻凿上向的扇形炮孔爆破形成堑沟矿段，此爆破过程中产生的矿石进入受矿巷道(7)，沿高度方向在阶段中部形成凿岩硐室，凿岩硐室中的三角矿柱上钻凿束状炮孔(4)，非三角矿柱上钻凿环形炮孔(5)，矿体下盘三角矿柱和非三角矿柱爆破后的矿石利用自重进入受矿巷道(7)，矿体上盘三角矿柱爆破后的矿石利用束状炮孔(4)爆破爆力运搬进入堑沟矿段的受矿巷道(7)，从出矿川(8)、出矿进路(9)集中出矿。
2.根据权利要求1所述的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，其特征在于：矿房回采后的采空区采用胶结充填，强度满足下一步骤矿柱回采的需要；矿柱回采后的采空区的顶部和底部采用胶结充填，以封闭采空区，中间的采空区部分采用非胶结充填，实现采空区的协同充填。
3.根据权利要求1所述的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，其特征在于：回采和出矿采用采场内的后退式工艺，采场内回采从一侧向另一侧推进，同样，从出矿川(8)出矿时，采用后退式出矿。
4.根据权利要求1所述的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，其特征在于：采场阶段高度为50m-60m，垂直走向划分采场，凿岩硐室的高度为38m-45m，堑沟矿段高度为12m-15m，采场长度为矿体的厚度；矿房和矿柱交替布置，宽度均为12m。
5.根据权利要求1所述的倾斜中厚矿体分区凿岩阶段落矿嗣后充填协同采矿法，其特征在于：采场阶段高度为50m，垂直走向划分采场，凿岩硐室的高度为38m，堑沟矿段高度为12m，采场长度为矿体的厚度；矿房和矿柱交替布置，宽度均为12m。
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