CN107524443B - 不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属矿山低下采矿技术领域。一种不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，其采准工程包括自上至下设置有监控水平、拉底水平、出矿水平和装运水平，监控水平位于矿体上盘岩体内或地表，拉底水平位于矿体下盘边界的矿体内，出矿水平和装运水平位于矿体下盘岩体中，两者以出矿溜井相通，在矿体铅垂厚度高度内，可不布置其他任何采准工程。本申请整体机械化程度高、人员设备不进入大空间作业，不遗留矿柱和采空区，采矿综合生产能力强，采矿成本低，此外对整个工程的施工效率能够得到有效的提高，并可方便控制崩落区范围，避免对拉底空间矿柱的维护和人员进入拉底空间作业时的安全问题，改善了底部结构工程的承压状态。
Description
技术领域
本发明属于金属矿山低下采矿技术领域，具体涉及一种不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法。
背景技术
自然崩落法采矿就是利用上覆岩层自重应力，地质构造应力和井巷开挖扰动所产生的应力迁移及软弱面的联合作用，产生岩体破坏直至崩塌，实现采矿的目标。并通过合适的底部结构和装运设备，将矿石从采场放出、装载和运走，同时保障崩矿、出矿、运输过程的连续进行。作为一种大规模、低成本、技术含量高的采矿方法，其具有生产能力大、便于组织管理、作业安全及开采成本低等优点，针对不稳固厚大矿体，推广大规模高效率低成本采矿为特点的综合采矿技术应用将成为行业发展的趋势。
该类采矿方法的缺点是采矿前需要结合矿山地质力学条件、矿体赋存特性、围岩特性等对矿岩可崩性，崩落机理，矿块结构参数，底部结构稳定性等进行深入研究，需完成大量的采准和切割工程(相比其他采矿方法，该方法采准和切割工程工程量小，属于低成本高效率采矿方法，为优点.可增加允许地表塌陷的开采条件)，采场准备时间长，前期投资大，且有一定的使用条件，不然很难达到预期的技术经济效果。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，为提高采矿的综合生产力，提供一种结构设计合理，机械化程度高，具有稳定底部结构工程的不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，包括采准工程和回采施工，所述采准工程包括依次竖向布设的监控水平、拉底水平、出矿水平和装运水平，具体包括以下步骤：
a、在矿体底部的下盘岩体中掘进矿石装运平巷，并贯穿自然崩落区各溜矿井位置；在各所述溜矿井位置向上掘进溜矿井，并与出矿水平连通；自出矿水平向自然崩落区下部平行掘进多道出矿平巷，并在多道所述出矿平巷的端部掘进联络平巷，形成出矿运输系统；
b、由各出矿平巷的侧向掘进多道出矿进路，掘进拉底堑沟平巷，使得拉底堑沟平巷连通对应的出矿平巷侧部的多道所述出矿进路，且所述拉底堑沟平巷延伸至回采区边界；在各所述拉底堑沟平巷的其中一端向上掘进切割天井，且切割天井的顶部延伸至拉底水平；同时掘进有连通各所述切割天井的切割平巷；
c、所述监控水平布设与矿体的上盘岩体内或地表，安设好监测设备，至此，完成采准工程的布置，形成单元回采条件；
所述回采施工具体包括以下步骤：
x、单元回采由拉底水平开始，在所述拉底堑沟平巷中，从切割天井向上钻凿扇形深孔，以切割天井为自由面进行切割槽爆破，再以切割槽为自由面，实施多排微差顺序挤压爆破，铲处爆破后的岩石或矿石，形成V型堑沟拉底空间；
y、各所述拉底堑沟平巷均实施爆破并形成V型堑沟拉底空间，以此构成自然崩落采矿单元区的拉底空间；
z、暴露矿体在自重应力和地质应力的共同作用下，顶板表层矿岩体中应力不断增加，矿岩体在超额应力作用下产生破裂和崩塌，产生自然崩落作用，崩下矿石由出矿水平的各出矿进路铲出，并搬运至采场溜矿井，溜放至装运水平运出。
所述扇形深孔的边孔角α≥50°，拉底空间高度为2m～4m。
当出矿过程中出现的大块矿石时，在出矿水平的溜矿井井口或出矿口，采用固定式或移动式液压碎石机破碎后进入正常出矿系统。
在自然崩落生产矿石过程中，通过监测水平的岩层高度监测系统和岩体崩落声发射监测系统，实行有效监测崩落区内顶板高度和岩体崩落状态，从而控制出矿速度和出矿点位置，达到控制自然崩落速度的目的。
在装运水平与出矿水平之间掘进有辅助斜坡道。
所述出矿平巷和出矿进路均采用钢砼浇筑支护。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
①本发明的底部结构通过采用出矿水平与拉底水平合二为一形式，该区别点相对于现有常规自然崩落采矿方法能够起到降低切割工程量的目的；同时，本申请采用出矿进路单侧布置，该其相对于现有常规自然崩落采矿方法提高了底部结构稳定性，整体采场结构简单；
②本申请的拉底工艺采用集矿堑沟与拉底硐室一次形成的施工工艺。在堑沟平巷中布置上向扇形中深孔，实行以端部切割槽为初始自由面的微差顺序挤压爆破，使集矿堑沟与拉底硐室一次形成，并以中深孔凿岩深度控制拉底空间高度，即采用上向扇形中深挤压爆破拉底工艺。其相对于现有常规自然崩落采矿方法降低了施工成本，相对于常规前进式拉底、后退式拉底，该施工工艺具有施工简单，聚矿槽易于成型控制，施工难度低等特点。
③本申请整体机械化程度高、人员设备不进入大空间作业，不遗留矿柱和采空区，采矿综合生产能力强，采矿成本低，此外对整个工程的施工效率能够得到有效的提高，并可方便控制崩落区范围，避免对拉底空间矿柱的维护和人员进入拉底空间作业时的安全问题，改善了底部结构工程的承压状态。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A-A剖面的结构示意图。
图3为B-B剖面的结构示意图。
图中序号：100为出矿平巷、200为出矿进路、300为拉底堑沟平巷、400为切割平巷、410为切割天井、500为运输联络平巷、600为矿石装运平巷、700为溜矿井。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
参见图1-图3，本发明一种不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，包括采准工程和回采施工，所述采准工程包括依次竖向布设的监控水平、拉底水平、出矿水平和装运水平，具体包括以下步骤：
a、自中段装运水平距矿体底部边界以下约20～25m高度处的下盘岩体中掘进断面规格为2.5m×2.5m的矿石装运平巷，贯穿自然崩落区各出矿溜井位置；在各出矿溜井位置向上掘进断面规格为3.0m×3.0m的出矿溜井与出矿水平相通；向上掘进掘进断面规格为2.5m×3.0m的辅助斜坡道至出矿水平，再自出矿水平向自然崩落区下部平行掘进断面规格为3.0m×3.0m和间距约15～25m的多道出矿平巷，并在出矿平巷端部掘进断面规格为3.0m×3.0m的运输联络平巷连接，形成底部环形出矿运输系统；
b、自各出矿运输平巷侧向掘进断面规格为3.0m×3.0m的多道出矿进路，掘进拉底堑沟平巷，使得拉底堑沟平巷连通对应的出矿平巷侧部的多道所述出矿进路，且所述拉底堑沟平巷延伸至回采区边界；
c、在拉底堑沟平巷一端向上掘进断面规格为2.0m×2.0m的切割天井，高度上至脉内拉底水平，同时掘进有连通各所述切割天井的切割平巷；所述监控水平布设与矿体的上盘岩体内或地表，顶部监测水平距地表较近时，可在地表直接钻孔至崩落区矿岩并安设好监测仪器，至此形成单元回采的基本条件。
所述回采施工具体包括以下步骤：
x、单元回采由拉底水平开始，在所述拉底堑沟平巷中，采用YGZ-90中深孔凿岩机，自拉底切割天井端开始，钻凿上向扇形中深孔，上向扇形中深孔的边孔角不少于50°，孔底最大高度到达形成3m左右拉底空间高度，以切割天井为自由面进行切割槽爆破型堑沟拉底空间；，再以切割槽为自由面，实施多排微差顺序挤压爆破，铲处爆破后的岩石或矿石，形成V
y、各拉底堑沟平巷采用相同工艺爆破和出碴(矿)后，形成V型堑沟拉底空间，以此构成自然崩落采矿单元区的拉底空间，提供崩落采矿区的自然崩落条件；
z、暴露矿体在自重应力和地质应力的共同作用下，顶板表层矿岩体中应力不断增加，特别是位于暴露顶板中央拉应力区和边缘剪应力集中区，矿岩体在超额应力作用下产生破裂和崩塌，产生自然崩落作用，崩下矿石由3m3电动铲运机在出矿水平的各出矿进路口铲出并搬运至采场出矿溜井，溜放至装矿运输水平经振动放矿机装入2m3侧卸式矿车运出，出矿过程中出现的大块，在出矿水平溜井口或出矿口，采用固定式或移动式液压碎石机破碎后进入正常出矿系统。据此不断产生的自然崩落作用和不断出矿过程，使回采单元采矿生产得以连续和稳定，形成固有的矿石生产能力。同时，在自然崩落生产矿石过程中，通过控制出矿速度和出矿点位置，达到控制自然崩落速度的目的，崩落区内顶板高度、岩体崩落状态等情况，则通过岩层高度监测系统和岩体崩落声发射监测系统实行有效监测，监测结果反馈给生产计划部门，指导编制单元生产出矿计划。
其中，出矿平巷和出矿进路均采用钢砼浇筑永久支护，混凝土由井下中段中心搅拌站制备，泵送至工作面装模浇注。其通风采用矿巷道栅式环形网络布置，利用原有生产系统通过主系统风流加巨扇实现工作面通风。
本申请中的自然崩落采矿法采场布置一般不以划分矿块为回采边界，只在回采顺序上划分虚拟回采单元，单元之间不留间柱，上下方向也不划分中段，实行无间柱连续回采工艺，采准工程主要集中布置于采场底部，自上至下设置有监控水平、拉底水平、出矿水平和装运水平，监控水平位于矿体上盘岩体内或地表，拉底水平位于矿体下盘边界的矿体内，出矿水平和装运水平位于矿体下盘岩体中，两者以出矿溜井相通，在矿体铅垂厚度高度内，可不布置其他任何采准工程。自然崩落法采场的采准工程主要有采场装矿运输平巷、采区斜坡道、采场出矿溜井、出矿运输平巷、出矿进路平巷、堑沟拉底平巷、拉底切割天井、顶部监测平巷等。
对于厚大矿体采场，其拉底工程处于出矿水平8m以上，以提供矿石下溜汇集的空间高度，两者间以出矿斗穿或短溜井相连，且常以浅孔凿岩爆破掘进方式分别形成，具有施工困难，支护成本高，安全管理困难、工程量大等特点。
本采矿方法创造点为将出矿与拉底水平合二为一，在确保底部结构稳定方面将常规双侧出矿进路布置形式变为单侧布置，并采用微差顺序挤压爆破一次形成集矿堑沟与拉底硐室，具有工程量小，采场结构简单，底部采准工程施工效率高等特点。
本申请的采矿方法与常规自然崩落采矿方法相比吨直接成本14.65元/t，是常规方法的1/4-1/5。较任何一种采矿方法，具有无可伦比技术经济优势，综合技术经济指标达到国际领先水平。主要技术经济指标比较具体如下：
采矿方法主要技术经济指标对比表
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，包括采准工程和回采施工，其特征在于：
所述采准工程包括由上至下布设的监控水平、拉底水平、出矿水平和装运水平，具体包括以下步骤：
a、在矿体底部的下盘岩体中掘进矿石装运平巷，并贯穿自然崩落区各溜矿井位置；在各所述溜矿井位置向上掘进溜矿井，并与出矿水平连通；自出矿水平向自然崩落区下部平行掘进多道出矿平巷，并在多道所述出矿平巷的端部掘进联络平巷，形成出矿运输系统；
b、由各出矿平巷的侧向掘进多道出矿进路，掘进拉底堑沟平巷，使得拉底堑沟平巷连通对应的出矿平巷侧部的多道所述出矿进路，且所述拉底堑沟平巷延伸至回采区边界；在各所述拉底堑沟平巷的其中一端向上掘进切割天井，且切割天井的顶部延伸至拉底水平；同时掘进有连通各所述切割天井的切割平巷；
c、所述监控水平布设于矿体的上盘岩体内或地表，安设好监测设备，至此，完成采准工程的布置，形成单元回采条件；
所述回采施工具体包括以下步骤：
x、单元回采由拉底水平开始，在所述拉底堑沟平巷中，从切割天井向上钻凿扇形深孔，以切割天井为自由面进行切割槽爆破，再以切割槽为自由面，实施多排微差顺序挤压爆破，铲除爆破后的岩石或矿石，形成V型堑沟拉底空间；
y、各所述拉底堑沟平巷均实施爆破并形成V型堑沟拉底空间，以此构成自然崩落采矿单元区的拉底空间；
z、暴露矿体在自重应力和地质应力的共同作用下，顶板表层矿岩体中应力不断增加，矿岩体在超额应力作用下产生破裂和崩塌，产生自然崩落作用，崩下矿石由出矿水平的各出矿进路铲出，并搬运至采场溜矿井，溜放至装运水平运出。
2.根据权利要求1所述的不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，其特征在于：所述扇形深孔的边孔角α≥50°，拉底空间高度为2m~4m。
3.根据权利要求1所述的不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，其特征在于：当出矿过程中出现的大块矿石时，在出矿水平的溜矿井井口或出矿口，采用固定式或移动式液压碎石机破碎后进入正常出矿系统。
4.根据权利要求1所述的不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，其特征在于：在自然崩落生产矿石过程中，通过监测水平的岩层高度监测系统和岩体崩落声发射监测系统，实行有效监测崩落区内顶板高度和岩体崩落状态，从而控制出矿速度和出矿点位置，达到控制自然崩落速度的目的。
5.根据权利要求1所述的不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，其特征在于：在装运水平与出矿水平之间掘进有辅助斜坡道。
6.根据权利要求1所述的不稳固特厚大矿体跨步连续自然崩落采矿方法，其特征在于：所述出矿平巷和出矿进路均采用钢砼浇筑支护。
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