CN107939403A - 一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铅锌矿体开采用垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，属于采矿技术领域；所述的垂直交叉矩形进路式下向胶结充填采矿工艺将矿体划分为中段、分段和分层和盘区，其中，一个中段负责2‑6个分段，一个分段负责2‑4个分层，一个分段沿矿体走向又划分为多个盘区；回采过程中，一个盘区作为一个回采单元，盘区内按照先上分层，后下分层，在分层平面内，按照先里后外、先难后易、先中间后两端的间隔式矩形进路回采顺序进行回采，且盘区内相邻上下两分层的回采矩形进路采用垂直交叉布置；该采矿工艺易于管理、易于操作和推广、采矿安全高效、资源回采率高、贫化率低。
Description
技术领域
本发明属于采矿技术领域，具体的说，涉及一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺。
背景技术
毛坪铅锌矿矿区由于区内山体走向受地质构造线的制约，呈北北向展布，沟谷深切，地形陡峻，海拔标高890m-2060m，相对高差1169m，一般平均坡度30°-45°。沿洛泽河流域由于侵蚀切割剧烈，形成幼年期V字形河谷地形。两岸喀斯特地形发育，形成阶地、悬崖峭壁。矿体赋存于V型山体中，矿体埋藏较深，位于洛泽河附近，距河床底部垂直投影最近水平距离仅有80m，高差106m，受洛泽河影响，井下涌水量大。矿岩稳固性在空间上分布具有较大的随机性，完整性较好的高品位矿石、完整性一般的低品位矿石以及高硫铁矿在开采区域中随机分布。
2007年前，矿山主要采用空场法及嗣后充填采矿法，但随着深部矿体规模增大，地应力逐步显现，矿井涌水增大，给采矿作业带来较大的安全威胁，地表有发生位移的风险，同时资源的回采率降低，贫化率增大，资源的综合利用不理想。
2007-2009年，矿山尝试使用上向分层矿房回采干式充填采矿法回采I-6号矿体。开采遇硫铁矿且顶板淋水时，极易垮塌和冒落。支护成本高，劳动强度大，生产效率低，技术经济指标低，经常由于顶板破碎带来安全威胁导致采矿作业被迫停止。
因此，有必要对现有的采矿工艺进行调整，以克服以上技术问题。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，根据矿岩的物理力学性质及开采技术条件，本发明提供了一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，适用于高应力、破碎、倾斜、急倾斜厚大高品质矿体的开采，解决了采矿形成的采空区顶板冒落造成安全风险的技术难题，改善了现场作业及矿山采矿的安全环境，大大降低了采矿损失贫化率，提高了资源的综合利用。
本发明是通过如下技术方案实现的：
所述的垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺将矿体按垂直方向划分为中段、分段和分层，其中一个中段负责2-6个分段，一个分段负责2-4个分层，一个分段沿矿体走向又划分为多个盘区；脉外在各分段之间对应设有分段平巷，分段平巷内设充填回风联道贯通充填回风井形成分段充填系统及通风系统，设溜井联道贯通溜井形成溜矿及溜渣系统，分段平巷间采用无轨螺旋式和折返式联合斜坡道相连，回采时根据分层相对于分段平巷的位置，自分段平巷上坡、水平或下坡掘进出矿巷道，出矿巷道连接矿体和分段平巷，上分层回采时，自分段平巷上坡掘进出矿巷道；中间分层回采时，自分段平巷水平掘进出矿道；下分层回采时，自分段平巷下坡掘进出矿巷道；一个盘区作为一个独立回采单元，回采过程中，一个盘区内回采按照先上分层，后下分层，在分层平面内设有多条矩形回采进路，按照先里后外、先难后易、先中间后两端的间隔式矩形进路回采顺序进行回采，每条进路回采结束后进行平底布筋作业，然后按照采一充一的方式对回采形成的回采空区进行胶结充填；其中一个盘区回采结束，本盘区的下分层可提前进行转层回采工作，形成多中段、多分段、多分层、多盘区、多进路自上而下的间隔立体式胶结充填采矿工艺。
回采过程中采用凿岩台车或凿岩机浅孔爆破水平落矿，用电动铲运机出矿，通过溜矿井振动放矿机电机车牵引侧卸式矿车装运至矿山主提升系统。
进一步的，在一个分层内进行间隔式矩形进路回采时，第一步回采采用隔三采一的方式，之后几步采用隔一采一。
进一步的，所述的联合斜坡道和出矿巷道控制在16％以内，为无轨机械化及人、材、物通行提供了便利条件。
进一步的，所述的矩形进路回采形成的矩形断面，宽度为3-4m，高度为3-4m。
进一步的，所述胶结充填采用的充填材料为尾砂、机制砂、浇凝材料、水按强度比例制作的浓度不低于78％的高浓度胶结体，胶结充填分两步进行，矩形进路的下部1.5m-2m采用灰砂比为1：4的胶结体充填作为承载层，上部剩余空间采用灰砂比为1:6-1:8的胶结体充填作为填充层，通过混凝土输送泵、φ125无缝钢管、塑料管把高浓度胶结体输送进入回采空区中进行充填，凝固后形成了矩形条状充填体。
进一步的，所述的平底布筋作业，假底布单层筋，选用φ12mm螺纹钢筋，布筋网度首采分层为300mm×300mm，其余为350mm×350mm，交叉处用铁丝捆绑，相邻进路钢筋网相互焊接，焊接长度12cm(10倍钢筋直径)，敷设时沿进路两边预留500mm，钢筋网用石块垫高100-150mm；进路端部围岩接触部位，需距底板1.5m-2m处打入倒楔锚杆悬吊假底钢筋网，锚杆采用φ30mm圆铁加工成倒楔锚杆，锚杆之间前后间隔1500mm,左右间距1500mm。
进一步的，盘区内相邻上下两分层的采矿进路采用垂直交叉布置，本分层回采进路方向要根据上分层回采进路方向确定设计位置和方向，当上分层的回采进路沿矿体走向布置，则本分层的回采进路垂直矿体走向设置，下一分层的回采进路沿矿体走向布置，使上下分层形成的条带充填体上下为相互垂直关系。为减小和控制充填体自重及地应力的集中释放，采用简支“梁”力学模型的原理，回采进路按上下分层垂直交叉布置设计，主要破坏形式为中截面上的拉伸破坏，各“梁”之间的粘结力较弱，此破坏不会迅速引起相邻“梁”的连环破坏，对整个进路顶板稳定性破坏较小。此技术解决了在常规回采过程中因顶板矿块冒落造成安全事故的威胁，而实现在垂直交叉胶结充填体下的作业安全；同时便于采用矩形进路间隔式回采，与拱形进路相比，此法采矿的损失率减小，与上向进路相比，减少了大量的立柱、锚杆、锚网支护成本，进路底板为原生矿体，在铲运机出矿时，贫化率减小。
进一步的，分段高度为9-12m，分层高度为3-4m。
进一步的，所述的盘区宽度为矿体厚度，高度为一个分段高度，沿矿体走向的长度为50-60m。一个盘区作为一个落矿、运搬、充填的回采单元，每个盘区有独立的出矿、通风、水电、照明辅助系统。上下分段可因矿体倾向和走向分布，对盘区位置进行合理性的调整。
本发明的有益效果：
本发明根据彝良驰宏毛坪铅锌矿矿区的特点，采用矩形进路回采，上下分层采矿进路垂直交叉布置，配合相应的回采顺序及胶结充填工艺，很好的解决了采矿过程中的安全问题，及高应力、易破碎、倾斜-急倾斜厚大高价值矿体难以开采的问题。该采矿工艺易于管理、易于操作和推广、采矿安全高效、资源回采率高、贫化率低，采矿回收率达到97％左右，贫化率在6％以内。
附图说明
图1是本发明的采矿工艺流程图；
图2是本发明矿体示意图；
图3是图2中A-A面的截面示意图；
图4是图2中B-B面的截面示意图；
图5是回采进路沿矿体走向布置示意图；
图6是图5中A-A面的截面示意图；
图7是回采进路垂直矿体走向布置示意图；
图8是图7中A-A面的截面示意图；
图中，1-中段运输平巷，2-分段平巷，3-分段联络道，4-矿石溜井，5-充填通风井，6-通风泄水巷，7-充填回风巷，8-回采进路，9-上向充填体，10-上向假体，11-出矿联道，12-采准斜坡道，13-Ⅲ步回采进路，14-Ⅰ步回采进路，15-Ⅳ步回采进路，16-Ⅱ步回采进路。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明的采矿工艺在彝良驰宏毛坪铅锌矿矿区Ⅰ-6号矿体760m中段中的运用实例：
Ⅰ-6号矿体为急倾斜矿体，760中段矿体走向长度约为140m，厚度约为50m。760中段划分为757分段、748分段、739分段和732分段，各分段上设有相对应的757分段平巷、748分段平巷、739分段平巷和732分段平巷，其中757分段平巷服务1分层、2分层、3分层矿石回采，748分段平巷服务4分层、5分层、6分层矿石回采，739分段平巷服务7分层、8分层、9分层矿石回采，732分段平巷服务10分层、11分层、12分层矿石回采。分段平巷内设充填回风联道贯通充填回风井形成分段充填系统及通风系统，设溜井联道贯通溜井形成溜矿及溜渣系统，分段平巷间采用无轨螺旋式和折返式联合斜坡道相连，回采时根据分层相对于分段平巷的位置，自分段平巷上坡、水平或下坡掘进出矿巷道，每个分层设置两条出矿巷道，出矿巷道连接矿体和分段平巷。每个分段划分为2个盘区，盘区沿矿体走向的长度为50-60m，厚度为矿体厚度，每条出矿道服务1个盘区。回采时一个盘区内按照先上分层，后下分层，上下两分层的采矿进路采用垂直交叉布置，在分层平面内按照先里后外、先难后易、先中间后两端的间隔式矩形进路回采顺序进行回采。
其中1分层至5分层均为本发明方法的矩形进路回采，分层高度均为3m，按照高度为3m，宽4m划分矩形进路，回采时首采1分层垂直矿体走向布置，1分层内第一步回采采用隔三采一，之后几步隔一采一的方式进行回采，且在回采过程中胶结充填按照采一充一的方式进行，1分层回采并胶结充填结束后形成人工假顶，进行二分层的回采；2分层沿矿体走向布置，回采顺序同1分层；其余分层照此规律按照上下两分层的采矿进路垂直交叉布置的方式进行采矿。
回采结束后，对每条进路进行平底布筋作业，假底布单层筋，选用φ12mm螺纹钢筋，布筋网度首采分层为300mm×300mm，其余为350mm×350mm，交叉处用铁丝捆绑，相邻进路钢筋网相互焊接，焊接长度12cm(10倍钢筋直径)，敷设时沿进路两边预留500mm，钢筋网用石块垫高100-150mm；进路端部围岩接触部位，需距底板1.5m-2m处打入倒楔锚杆悬吊假底钢筋网，锚杆采用φ30mm圆铁加工成倒楔锚杆，锚杆之间前后间隔1500mm,左右间距1500mm。
胶结充填采用采一充一的方式，采用的充填材料为尾砂、机制砂、浇凝材料、水按一定强度比例制作的浓度大于等于78％的胶结体充填，充填作业分两步进行，进路下部1.5米用灰砂比为1：4，剩余上部分用灰砂比为1:8的胶结体充填。充填时通过混凝土输送泵、φ120无缝钢管、塑料管把高浓度胶结体输送进入回采空区中进行充填，凝固后形成了矩形条状充填体。
760中段矿体开采采用垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺后采矿数据如下表1所示：
表1
注：因6分层至12分层为倒梯形或六边形进路回采，故不做具体数据统计。
实施例2
本发明的采矿工艺在彝良驰宏毛坪铅锌矿矿区Ⅰ-6号矿体720m中段中的运用实例：
Ⅰ-6号矿体为急倾斜矿体，720中段矿体走向长度约为140m，厚度约为100m。720中段划分为713分段、706分段、697分段，各分段上设有相对应的713分段平巷、706分段平巷、697分段平巷、684分段平巷和678分段平巷，713分段平巷负责1分层、2分层、3分层分层矿石回采，706分段平巷服务4分层、5分层、6分层矿石回采，697分段平巷服务7分层、8分层、9分层矿石回采。分段平巷内设充填回风联道贯通充填回风井形成分段充填系统及通风系统，设溜井联道贯通溜井形成溜矿及溜渣系统，分段平巷间采用无轨螺旋式和折返式联合斜坡道相连，回采时根据分层相对于分段平巷的位置，自分段平巷上坡、水平或下坡掘进出矿巷道，每个分层设置两条出矿巷道，出矿巷道连接矿体和分段平巷。每个分段划分为2个盘区，盘区沿矿体走向的长度为50-60m，厚度为矿体厚度，每条出矿道服务1个盘区。回采时一个盘区内按照先上分层，后下分层，上下两分层的采矿进路采用垂直交叉布置，在分层平面内按照先里后外、先难后易、先中间后两端的间隔式矩形进路回采顺序进行回采。
其中1分层至5分层采用本方法的矩形进路回采，分层高度均为3m，按照高度为3m，宽3m划分矩形进路，回采时首采1分层沿矿体走向布置，1分层内第一步回采采用隔三采一，之后几步隔一采一的方式进行回采，且在回采过程中胶结充填按照采一充一的方式进行，1分层回采并胶结充填结束后形成人工假顶，进行二分层的回采；2分层垂直矿体走向布置，回采顺序同1分层；其余分层照此规律按照上下两分层的采矿进路垂直交叉布置的方式进行采矿。
回采结束后，对每条进路进行平底布筋作业，假底布单层筋，选用φ12mm螺纹钢筋，布筋网度首采分层为300mm×300mm，其余为350mm×350mm，交叉处用铁丝捆绑，相邻进路钢筋网相互焊接，焊接长度12cm(10倍钢筋直径)，敷设时沿进路两边预留500mm，钢筋网用石块垫高100-150mm；进路端部围岩接触部位，需距底板1.5m-2m处打入倒楔锚杆悬吊假底钢筋网，锚杆采用φ30mm圆铁加工成倒楔锚杆，锚杆之间前后间隔1500mm,左右间距1500mm。
胶结充填采用采一充一的方式，采用的充填材料为尾砂、机制砂、浇凝材料、水按一定强度比例制作的浓度大于等于78％的胶结体充填，充填作业分两步进行，进路下部1.5米用灰砂比为1：4，剩余上部分用灰砂比为1:6的胶结体充填。充填时通过混凝土输送泵、φ120无缝钢管、塑料管把高浓度胶结体输送进入回采空区中进行充填，凝固后形成了矩形条状充填体。
720中段矿体开采采用垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺的采矿数据如下表2所示：
表2
注：7分层、8分层、9分层尚未回采，且6至9分层为倒梯形或六边形回采，故不做具体数据统计。
实施例3
本发明的采矿工艺在彝良驰宏毛坪铅锌矿矿区Ⅰ-6号矿体670m中段中的运用实例：
Ⅰ-6号矿体为急倾斜矿体，670中段矿体走向长度约为140m，厚度约为60m。670中段划分为669分段、660分段、653分段、639分段、631分段和621分段，各分段上设有相对应的669分段平巷、660分段平巷、653分段平巷、639分段平巷、631分段平巷和621分段平巷，其中669分段平巷服务1分层、2分层矿石回采，660分段平巷服务3分层、4分层、5分层矿石回采，653分段平巷服务6分层、7分层、8分层矿石回采，639分段平巷服务11分层、12分层、13分层矿石回采，631分段平巷服务14分层、15分层矿石回采，621分段平巷服务16分层、17分层、18分层矿石回采。分段平巷内设充填回风联道贯通充填回风井形成分段充填系统及通风系统，设溜井联道贯通溜井形成溜矿及溜渣系统，分段平巷间采用无轨螺旋式和折返式联合斜坡道相连，回采时根据分层相对于分段平巷的位置，自分段平巷上坡、水平或下坡掘进出矿巷道，每个分层设置两条出矿巷道，出矿巷道连接矿体和分段平巷。每个分段划分为2个盘区，盘区沿矿体走向的长度为50-60m，厚度为矿体厚度，每条出矿道服务1个盘区。回采时一个盘区内按照先上分层，后下分层，上下两分层的采矿进路采用垂直交叉布置，在分层平面内按照先里后外、先难后易、先中间后两端的间隔式矩形进路回采顺序进行回采。
其中1分层至3分层及639m标高(即11分层)以下均采用本发明方法的矩形进路回采，分层高度均为3m，按照高度为3.5m，宽3m划分矩形进路，回采时首采1分层垂直矿体走向布置，1分层内第一步回采采用隔三采一，之后几步隔一采一的方式进行回采，且在回采过程中胶结充填按照采一充一的方式进行，1分层回采并胶结充填结束后形成人工假顶，进行二分层的回采；2分层沿矿体走向布置，回采顺序同1分层；其余分层照此规律按照上下两分层的采矿进路垂直交叉布置的方式进行采矿。
回采结束后，对每条进路进行平底布筋作业，假底布单层筋，选用φ12mm螺纹钢筋，布筋网度首采分层为300mm×300mm，其余为350mm×350mm，交叉处用铁丝捆绑，相邻进路钢筋网相互焊接，焊接长度12cm(10倍钢筋直径)，敷设时沿进路两边预留500mm，钢筋网用石块垫高100-150mm；进路端部围岩接触部位，需距底板1.5m-2m打入倒楔锚杆悬吊假底钢筋网，锚杆采用φ30mm圆铁加工成倒楔锚杆，锚杆之间前后间隔1500mm,左右间距1500mm。
胶结充填采用采一充一的方式，采用的充填材料为尾砂、机制砂、浇凝材料、水按一定强度比例制作的浓度大于等于78％的胶结体充填，充填作业分两步进行，进路下部1.5m-2m用灰砂比为1：4作为承载层，剩余上部分用灰砂比为1:6-1:8的胶结体充填。充填时通过混凝土输送泵、φ120无缝钢管、塑料管把高浓度胶结体输送进入回采空区中进行充填，凝固后形成了矩形条状充填体。
670中段矿体开采采用垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺的采矿数据如下表3所示:
表3
注：因4分层至8分层为倒梯形或六边形回采，16分层、17分层、18分层暂未回采，故不做具体数据统计。
根据矿岩的物理力学性质及开采技术条件，本发明提供了一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，适用于高应力、破碎、倾斜、急倾斜厚大高品质矿体的开采，解决了采矿形成的采空区顶板冒落造成安全风险的技术难题，改善了现场作业及矿山采矿的安全环境。该采矿工艺易于管理、操作和推广，采矿安全高效，资源回采率高，大大降低了采矿损失贫化率，提高了资源的综合利用。
最后说明的是，以上优选实施例及附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：所述的垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺将矿体按垂直方向划分为中段、分段和分层，其中一个中段负责2-6个分段，一个分段负责2-4个分层，一个分段沿矿体走向又划分为多个盘区；脉外在各分段之间设有分段平巷，分段平巷间采用无轨螺旋式和折返式联合斜坡道相连，回采时根据分层相对于分段平巷的位置，自分段平巷上坡、水平或下坡掘进出矿巷道；一个盘区作为一个独立回采单元，回采过程中，一个盘区内回采按照先上分层，后下分层，在分层平面内设有多条矩形回采进路，按照先里后外、先难后易、先中间后两端的间隔式矩形进路回采顺序进行回采，每条进路回采结束后进行平底布筋作业，然后按照采一充一的方式对回采形成的回采空区进行胶结充填；其中一个盘区回采结束，本盘区的下分层可提前进行转层回采工作，形成多中段、多分段、多分层、多盘区、多进路自上而下的间隔立体式胶结充填采矿工艺。
2.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：在一个分层内进行间隔式矩形进路回采时，第一步回采采用隔三采一的方式，之后几步采用隔一采一 。
3.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：所述的联合斜坡道和出矿巷道控制在16%以内。
4.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：所述的矩形进路回采形成的矩形断面，宽度为3-4 m，高度为3-4 m。
5.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：所述胶结充填采用的充填材料为尾砂、机制砂、浇凝材料、水按强度比例制作的浓度不低于78%的高浓度胶结体；胶结充填分两步进行，矩形进路的下部1.5m-2m采用灰砂比为1：4的胶结体充填作为承载层，上部剩余空间采用灰砂比为1:6-1:8的胶结体充填作为填充层，通过混凝土输送泵、φ125无缝钢管、塑料管把高浓度胶结体输送进入回采空区中进行充填，凝固后形成了矩形条状充填体。
6.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：所述的平底布筋作业，假底布单层筋，选用φ12mm螺纹钢筋，布筋网度首采分层为300mm×300mm ，其余为350mm×350mm，交叉处用铁丝捆绑，相邻进路钢筋网相互焊接，焊接长度12cm，敷设时沿进路两边预留500mm，钢筋网用石块垫高100-150mm；进路端部围岩接触部位，需距底板1.5m-2m处打入倒楔锚杆悬吊假底钢筋网，锚杆采用φ30mm圆铁加工成倒楔锚杆，锚杆之间前后间隔1500mm，左右间距1500mm。
7.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：盘区内相邻上下两分层的采矿进路采用垂直交叉布置，本分层回采进路方向要根据上分层回采进路方向确定设计位置和方向，当上分层的回采进路沿矿体走向布置，则本分层的回采进路垂直矿体走向设置，下一分层的回采进路沿矿体走向布置，使上下分层形成的条带充填体上下为相互垂直关系。
8.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：分段高度为9m-12 m，分层高度为3-4 m。
9.根据权利要求1所述的一种垂直交叉矩形进路式盘区下向胶结充填采矿工艺，其特征在于：所述的盘区宽度为矿体厚度，高度为一个分段高度，沿矿体走向的长度为50-60 m。
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