CN106761744B - 囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，包括以下步骤：a、根据矿柱与空区的分布情况，将空区划分为预留空间和待填空间，并使矿柱至少有一侧暴露于预留空间；b、在预留空间内放置充填囊体并在空区出口处构筑临时充填挡墙；c、充填待填空间；d、向充填囊体充气，利用充填囊体的膨胀作用挤压充填料浆，以使充填料浆主动全面接顶；e、待填空间内的充填体养护后，拆除临时充填挡墙并移除充填囊体；f、以预留空间为工作面和自由面回采矿柱；g、矿柱回采后空区处理。该法不新增采切工程，不掘进充填体，矿柱回采工艺简单，资源回收率高，生产效率高，安全性好，环境适应性好。适用于房柱法采矿后矿柱的回收和空区处理。
Description
技术领域
本发明涉及矿山矿柱采矿技术领域，特别地，涉及一种囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法。
背景技术
采用房柱法进行矿山回采，为了支撑回采空间的顶板，空场内留规则的矿柱。根据调查，根据采矿技术条件，采用房柱法采矿法开采时，一般所留矿柱矿量达到矿块矿量的5～30％，当矿石价值不高时，有的可达到40～60％。
矿产资源的特性是不可再生，随着矿产资源的不断开采，地质储量逐年减少。损失率极大，若不回收，将造成资源的严重浪费。为加大矿产资源的回采率，需要对原采矿过程中留设的矿柱进行回采。
现有的房柱法矿柱回采方案主要有：抽采法、削柱法、人工支柱替换、全面充填嗣后回采、崩落法回采等。
抽采法：根据矿柱的分布情况，只对部分矿柱进行回采。回采率一般为矿柱的10～50％，回采率低，回采在空区内进行，回采后空区顶板暴露面积急剧增大，安全性差。
削柱法：将矿柱削成腰形、倒锥形等形状的矿柱。这种回采方法操作简单，但回收率一般只有矿柱的20％～50％，现在作为一种单独的矿柱回采方法已被淘汰。由于矿柱“瘦身”严重，稳定变差，存在安全隐患。
人工支柱替换：在待回采矿柱周围构筑人工支柱支撑顶板，然后回采矿柱，人工支柱的构筑成本高，构筑工艺复杂，特别矿体厚度较大时，构筑难度大和成本高。
全面充填嗣后回采：首先对空区进行充填，然后在充填体内掘进采切工程进行矿柱回采。由于房柱法回采后的采场空区出口多，挡墙构筑数量多，工程量大；采空区需全部进行高强度充填，充填成本高；回采矿柱的过程需掘进和倒运大量的充填体，充填体内巷道掘进、支维护难度大。
整体来看，现有方案的回采安全性差、回采工艺复杂、损失率大、回采效率低和回采成本高。
发明内容
本发明提供了一种囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，以解决现有的房柱法矿柱回采，安全性差、回采工艺复杂、损失率大、回采效率低和回采成本高的技术问题。
本发明提供一种囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，包括以下步骤：a、根据矿柱与空区的分布情况，将空区划分为预留空间和待填空间，并使矿柱至少有一侧暴露于预留空间；b、在预留空间内放置充填囊体并在空区出口处构筑临时充填挡墙；c、充填待填空间；d、向充填囊体充气，利用充填囊体的膨胀作用挤压充填料浆，以使充填料浆主动全面接顶；e、待填空间内的充填体养护后，拆除临时充填挡墙并移除充填囊体；f、以预留空间为工作面和自由面回采矿柱；g、矿柱回采后空区处理。
进一步地，步骤b中放置充填囊体后，对充填囊体内充气，以使充填囊体内的气压达到设计压力。
进一步地，步骤c的具体实施步骤为：采用管道输送尾砂充填料浆进行待填空间充填，充填过程中，采取充气、放气、激振中的至少一种方式改善充填料浆的流平性能，充填料浆充满待填空间后，向充填囊体内继续充气，利用囊体的膨胀作用挤压充填料浆，使充填料浆主动全面接顶。
进一步地，预留空间至少有一端分布在空区的出口处，以方便充填囊体的放置以及移除回收以待下次使用。
进一步地，预留空间位于至少一排矿柱一侧。
进一步地，预留空间的断面满足回采设备及人员通行的最小断面要求。
进一步地，步骤e中，当充填体养护达到设计强度0.2MPa～2MPa，拆除临时充填挡墙，移除充填囊体，即可开始矿柱的回采工作。
进一步地，步骤f中的矿柱回采，具体步骤为：以充填囊体移除后留下的预留空间为工作面和自由面，在矿柱暴露在预留空间帮壁的面上打孔爆破，爆破后采用铲运机或电耙出矿，形成已采矿柱空区。
进一步地，步骤g中的空区处理，具体为：区域内矿柱采完后，封堵所有待充填空区区域出口；然后充填空区，充填时，根据安全要求，采用低强度的全尾砂胶结充填料浆或分级尾砂充填；或者不充填。
进一步地，一个预留空间内采用一个充填囊体充满预留空间区域；或者一个预留空间内采用多个充填囊体堆叠和/或紧靠的方式充满预留空间区域。
本发明具有以下有益效果：
本发明囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，将空区划分预留空间和待填空间，划分使矿柱的一面暴露在预留空间帮壁，矿柱回采工艺简单，生产效率高。回采时不需要掘进其它采切工程和在充填体内进行掘进，省去采准时间。该方法采用充填囊体直接预留巷道，布置方便快捷，效率高，安全性好，适应性好。采用气囊辅助改善料浆流平性能和借助料浆挤压膨胀主动接顶，充填体全面主动接顶，矿柱开采后，充填体能够发挥主动承载作用。矿柱回采时，在充填体保护下进行，为矿柱回采提供了安全保障。矿柱回采后，可以对空区进行全面充填，有利于保护地表，地下水系，区域地质环境等。矿柱回收率高，待充空间的充填体能够有效的支撑空区顶板，采用该方法矿柱可以全部回收。矿柱回采充填成本低，仅对部分空区进行充填，充填成本分摊少；采用囊体直接预留，囊体可重复利用，成本低。适用于房柱法采矿后矿柱的回收和空区处理。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法的流程框图；
图2是本发明优选实施例的空区内充填囊体与充填体的分布结构示意图；
图3是本发明优选实施例的空区内矿柱回采的结构示意图。
图例说明：
1、矿柱；2、预留空间；3、待填空间；4、充填囊体；5、充填体；6、充填挡墙；7、已采矿柱空区。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法的流程框图；图2是本发明优选实施例的空区内充填囊体与充填体的分布结构示意图；图3是本发明优选实施例的空区内矿柱回采的结构示意图。
如图1所示，本实施例的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，包括以下步骤：a、根据矿柱1与空区的分布情况，将空区划分为预留空间2和待填空间3，并使矿柱1至少有一侧暴露于预留空间2；b、在预留空间2内放置充填囊体4并在空区出口处构筑临时充填挡墙6；c、充填待填空间3；d、向充填囊体4充气，利用充填囊体4的膨胀作用挤压充填料浆，以使充填料浆主动全面接顶；e、待填空间3内的充填体5养护后，拆除临时充填挡墙6并移除充填囊体4；f、以预留空间2为工作面和自由面回采矿柱1；g、空区处理，完成矿柱1回采。本发明囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，将空区划分预留空间2和待填空间3，划分使矿柱1的一面暴露在预留空间2帮壁，矿柱1回采工艺简单，生产效率高。回采时不需要掘进其它采切工程和在充填体5内进行掘进，省去采准时间。该方法采用充填囊体4直接预留巷道，布置方便快捷，效率高，安全性好，适应性好。采用气囊辅助改善料浆流平性能和借助料浆挤压膨胀主动接顶，充填体5全面主动接顶，矿柱1开采后，充填体5能够发挥主动承载作用。矿柱1回采时，在充填体5保护下进行，为矿柱1回采提供了安全保障。矿柱1回采后，可以对空区进行全面充填，有利于保护地表，地下水系，区域地质环境等。矿柱1回收率高，待充空间的充填体5能够有效的支撑空区顶板，采用该方法矿柱1可以全部回收。矿柱1回采充填成本低，仅对部分空区进行充填，充填成本分摊少；采用囊体直接预留，囊体可重复利用，成本低。适用于房柱法采矿后矿柱的回收和空区处理。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤b中放置充填囊体4后，对充填囊体4内充气，以使充填囊体4内的气压达到设计压力。使充气后的充填囊体4能够填满预留空间2并紧紧贴附于矿柱1的一面，当拆除充填囊体4后，能够直接以预留空间2为工作面和自由面回采矿柱1。
如图1和图2所示，本实施例中，步骤c的具体实施步骤为：采用管道输送尾砂充填料浆进行待填空间3充填，充填过程中，采取充气、放气、激振中的至少一种方式改善充填料浆的流平性能，充填料浆充满待填空间3后，向充填囊体4内继续充气，利用囊体的膨胀作用挤压充填料浆，使充填料浆主动全面接顶。利用充填囊体4内气体的变动以及充填囊体4柔性摆动形成对充填料浆的振动力，促使充填料浆流平；通过充填囊体4的挤压力使得充填料浆膨胀而主动向上全面接顶，形成对顶板的稳固支撑，保证矿柱1回采的安全性。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，预留空间2至少有一端分布在空区的出口处，以方便充填囊体4的放置以及移除回收以待下次使用。方便充填囊体4的布设与移除，减少充填囊体4移除时受到的外力阻碍甚至造成的破坏。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，预留空间2位于至少一排矿柱1一侧。预留空间2可以处于两排矿柱1之间。减少充填囊体4布设工程量。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，预留空间的断面满足回采设备及人员通行的最小断面要求。提高设备效率，降低矿柱回采时预留空间的维护工程量。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤e中，当充填体5养护达到设计强度0.2MPa～2MPa。保证矿柱1回采时的安全。矿柱1开采后，充填体5能够发挥主动承载作用。拆除临时充填挡墙6，移除充填囊体4，即可开始矿柱1的回采工作。矿柱1开采后，充填体5能够发挥主动承载作用。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤f中的矿柱1回采，具体步骤为：以充填囊体4移除后留下的预留空间2为工作面和自由面，在矿柱1暴露在预留空间2帮壁的面上打孔爆破，爆破后采用铲运机或电耙出矿，形成已采矿柱空区7。回采时不需要掘进其它采切工程和在充填体5内进行掘进，省去采准时间。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤g中的空区处理，具体为：空区全部区域内矿柱1采完后，封堵所有待充填空区区域出口；然后充填空区，充填时，根据安全要求，采用低强度的全尾砂胶结充填料浆或分级尾砂充填；或者不充填。矿柱1回采后，采用尾砂回填空区，既能够处理废弃的尾砂，又能够消除空区造成的安全隐患。当充填体5满足顶板的承载力要求时，待充填空区区域可以不充填。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，一个预留空间2内采用一个充填囊体4充满预留空间2区域。一个预留空间2内采用多个充填囊体4堆叠和/或紧靠的方式充满预留空间2区域。方便充填囊体4的设计制造，也方便充填囊体4的布设。采用区域内的单个充填囊体4充填，适用于直线巷道或弧形巷道的充填布设安装与移除。采用区域内的多个充填囊体4充填，适用于复杂形态的巷道充填布设与移除。
实施时，提供一种囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，具体实施步骤如下：
(1)采场布置
根据矿柱1与空区情况，将空区划分预留空间2和待填空间3，划分使矿柱1的一面暴露在预留空间2帮壁。
(2)空区充填
在空区出口处构筑临时充填挡墙6，在预留空间2内放置充填囊体4，采用井下高压风或空压机进行充气，达到设计压力。上述准备工作完成后，采用管道输送尾砂充填料浆进行待填空间3充填，充填过程中，采取充放气和激振等方式改善料浆的流平性能，料浆充满待填空间3后，向囊体充气，利用囊体的膨胀作用挤压充填料浆，使充填料浆主动全面接顶。
(3)矿柱1回采
当充填体5养护达到设计强度(0.2～2MPa。)，拆除临时充填挡墙6，移除充填囊体4，即可开始矿柱1的回采工作。矿柱1回采以囊体预留空间2为工作面和自由面，在矿柱1暴露在预留空间2帮壁的面上打孔爆破。爆破后矿柱1采用铲运机或电耙出矿。
(4)空区处理
全部区域内矿柱1采完后，封堵所有待充填空区区域出口，然后充填空区，充填时，根据安全要求，可以采用低强度的全尾砂胶结充填料浆或分级尾砂充填。
该囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法具有以下有益效果：
(1)回采工艺简单，生产效率高。可将一定区域内的矿柱集中布置，以提高一次充填规模。将空区划分预留空间2和待充空间，划分使矿柱1的一面暴露在预留空间2帮壁。回采时不需要掘进其它采切工程和在充填体5内进行掘进，省去采准时间。传统方法，预留该空间，是在矿柱1之间构筑充填挡墙6，充填挡墙6的构筑数量多，工艺复杂，耗时耗力；该方法采用囊体直接预留该巷道，布置方便快捷，效率高。
(2)安全性好，环境友好。缓倾斜倾角小，但空区顶板暴露面积大，仅料浆自流不能接顶，采用气囊辅助改善料浆流平性能和借助料浆挤压膨胀主动接顶，充填体5全面主动接顶，矿柱1开采后，充填体5能够发挥主动承载作用；矿柱1回采时，在充填体5保护下进行，为矿柱1回采提供了安全保障。矿柱1回采后，可以对空区进行全面充填，有利于保护地表，地下水系，区域地质环境等。
(3)矿柱1回收率高。待充空间的充填体5能够有效的支撑空区顶板，采用该方法矿柱1可以全部回收。
(4)成本低。仅对部分空区进行充填，充填成本分摊少。构筑充填挡墙6需耗费大量的人力物力，成本高昂；但采用囊体直接预留，囊体可重复利用，成本低。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
包括以下步骤：
a、根据矿柱(1)与空区的分布情况，将空区划分为预留空间(2)和待填空间(3)，并使矿柱(1)至少有一侧暴露于预留空间(2)；
b、在预留空间(2)内放置充填囊体(4)并在空区出口处构筑临时充填挡墙(6)；
c、充填待填空间(3)；
d、向充填囊体(4)充气，利用充填囊体(4)的膨胀作用挤压充填料浆，以使充填料浆主动全面接顶；
e、待填空间(3)内的充填体(5)养护后，拆除临时充填挡墙(6)并移除充填囊体(4)；
f、以预留空间(2)为工作面和自由面回采矿柱(1)；
g、矿柱(1)回采后空区处理。
2.根据权利要求1所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述步骤b中放置充填囊体(4)后，对充填囊体(4)内充气，以使充填囊体(4)内的气压达到设计压力。
3.根据权利要求2所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述步骤c的具体实施步骤为：
采用管道输送尾砂充填料浆进行待填空间(3)充填，
充填过程中，采取充气、放气、激振中的至少一种方式改善充填料浆的流平性能，
充填料浆充满待填空间(3)后，向充填囊体(4)内继续充气，利用囊体的膨胀作用挤压充填料浆，使充填料浆主动全面接顶。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述预留空间(2)至少有一端分布在空区的出口处，以方便充填囊体(4)的放置以及移除回收以待下次使用。
5.根据权利要求4所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述预留空间(2)位于至少一排矿柱(1)一侧。
6.根据权利要求5所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述预留空间(2)的断面满足回采设备及人员通行的最小断面要求。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述步骤e中，
当充填体(5)养护达到设计强度0.2MPa～2MPa，拆除临时充填挡墙(6)，移除充填囊体(4)，即可开始矿柱(1)的回采工作。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述步骤f中的矿柱(1)回采，具体步骤为：
以充填囊体(4)移除后留下的预留空间(2)为工作面和自由面，
在矿柱(1)暴露在预留空间(2)帮壁的面上打孔爆破，
爆破后采用铲运机或电耙出矿，形成已采矿柱空区(7)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
所述步骤g中的空区处理，具体为：
区域内矿柱(1)采完后，封堵所有待充填空区区域出口；
然后充填空区，充填时，根据安全要求，采用低强度的全尾砂胶结充填料浆或分级尾砂充填；
或者不充填。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的囊体预留巷主动接顶房柱法矿柱回采方法，其特征在于，
一个预留空间(2)内采用一个充填囊体(4)充满预留空间(2)区域；或者
一个预留空间(2)内采用多个充填囊体(4)堆叠和/或紧靠的方式充满预留空间(2)区域。
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