CN109057798A - 一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，该方法的开采顺序为从盘区的一侧开始后退式依次开采，且边开采边充填。开采时可将盘区划分为相同或不同宽度的矿房，依次推进开采矿房。本发明利用充填技术处理采空区，盘区内不需要留间隔矿柱，提高了矿石回采率，大大减少资源浪费。采矿作业空间由充填体和矿壁共同支撑，空区顶板暴露面积小，提高了采矿安全性。其采切比小，采准切割工作量小，一个盘区内只需要施工一条凿岩巷道，提高了采矿效率，降低了开采成本。对充填体强度要求低，所以可采用部分非胶结充填，减少胶结材料用量，降低了充填成本。

Description

一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法

技术领域

本发明涉及一种采矿方法，特别是一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法。

背景技术

磷矿床属于沉积矿床，在我国云南、贵州、四川和湖北等地，赋存了大量缓倾斜或水平的磷矿床。这些磷矿资源连续性较好，矿区规模较大。

以前绝大部分都采用空场采矿法进行开采，形成了大量的采空区，给地面造成了安全隐患。同时、留在开采盘区内的矿柱，无法回收，造成了大量的资源浪费。

虽然目前有些矿山尝试采用条带式的充填采矿法进行开采，但是这种充填采矿法采切工程量很大，每个矿房都需要施工一条采准巷道，不仅大大降低了开采效率，还提高了采矿成本。由于该采矿方法需要利用充填体支撑顶板回采充填体之间的矿房，对充填体强度要求高，需要使用较多的胶结充填料，增加了充填成本。这种条带式充填采矿法给矿山企业带来了较大的经济压力，影响了充填采矿技术的应用和推广。

现有技术中的采矿方法，主要有以下两种：

一、房柱采矿法

1、盘区布置和构成要素

盘区沿走向布置，在盘区内沿矿体倾向布置矿房。

盘区长度L：100~200m；

盘区宽度D：100~150m；

矿房宽度：10~20m；

矿柱宽度：10×10m至15×15m之间；

盘区结构参数根据顶板稳固性确定，盘区面积一般不超过20000m²。

2、 采准切割工作

每个盘区下部布置一条中段运输巷道，上个盘区的中段运输巷道额兼做下个盘区的回风巷道。中段运输巷道通过斜坡道连通，斜坡道道几个盘区公用。

每个盘区设10~15m宽的顶柱和底柱。在底柱内对应每个矿房的中央设一条出矿巷道；再顶柱对应每个矿房顶部设一条回风巷道。每个矿房在回采前先施工一条凿岩巷道，贯穿矿房，连通下部的出矿巷道和上部的回风巷道。然后从矿房一段施工切割巷道，进行拉低，形成爆破自由面。

3、 回采工艺

回采矿石时，先在凿岩巷道内打扇形孔，然后爆破落矿。每次爆破后先通风，然后敲帮问顶处理浮石，确保采场内安全后用铲运机出矿。铲运机铲装矿石后通过凿岩巷道和盘区底部的出矿巷道，装入井下运矿卡车。井下卡车井中段运输巷道和斜坡道将矿石运到地面。

4、缺点

盘区布置参数受顶板稳固性的影响，一般盘区长度不能超过200m，盘区面积不能超过20000m²，这就影响了盘区生成能力和服务年限。

盘区必须预留不连续的矿柱支撑顶板，矿石损失率高，造成大量资源浪费。

随着开采时间的延续，井下会形成大量采空区。采空区突然崩塌会可能会给矿山造成安全事故。还可能引起地面塌陷，形成地质灾害。

二、条带式房柱充填采矿法

1、盘区布置及参数

盘区沿走向布置，在盘区内沿矿体倾向布置矿房。

盘区长度：100~200m；

盘区宽度：100~150m；

矿房宽度：10~20m；

每个盘区在上部预留20m宽顶柱，下部留20m宽底柱，相邻盘区之间预留20m宽间柱。

2、采准切割

每个盘区下部布置一条中段运输巷道，上个盘区的中段运输巷道额兼做下个盘区的回风巷道。中段运输巷道通过斜坡道连通，斜坡道道几个盘区公用。

盘区内每10m~15m划分一个矿房或矿柱，矿房与矿柱交替布置。在底柱内对应每个矿房的中央设一条出矿巷道；再顶柱对应每个矿房顶部设一条回风巷道。每个矿房中央设一条凿岩巷道，连通下部的出矿巷道和上部的回风巷道。然后从矿房一段施工切割巷道，进行拉低，形成爆破自由面。

3、回采工艺

盘区内按照隔三采一或隔二采一的形式进行回采。

矿房内的回采按照后退式，先在凿岩巷道内打扇形孔，然后爆破落矿。每次爆破后先通风，然后敲帮问顶处理浮石，确保采场内安全后用铲运机出矿。

4、采场充填

一个矿房回采结束后，将本矿房对应的出矿巷道进行封堵。然后从总回风巷道和该矿房的回风巷道内引充填管。然后利用制备好的充填材料进行胶结充填采空区。

经过一段时间充填体固结以后，再用相同的工艺回采相邻的矿房。回采结束后再对矿房进行充填。

5、缺点

（1）该采矿方法进行回采时，需要每个矿房都施工一条凿岩巷道作为采切工程。导致整个盘区采切工程量加大，采矿效率降低，开采成本增加。

（2）该采矿方法对充填体强度要求高，在回采两个充填体中间的矿房时需要充填体对顶板进行支撑。根据经验一般需要充填体强度在2.0MPa以上，这就大大增加了充填材料中胶结材料比如水泥的消耗量。从而提高了充填成本，增加了矿山企业经济压力，也影响了充填采矿法在磷矿山的推广应用。

（3）一个矿房进行充填时，只有出矿巷道和回风巷道的封堵挡墙可以实现虑水。充填材料虑水难度大，大大延长了充填体固结的时间。为此要想达到设计的充填要求，就必须提高充填料的浓度，从而加大了充填材料制备和输送的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种安全性好、效率高的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特点是：该方法的开采顺序为从盘区的一侧开始后退式依次开采，且边开采边充填。

本发明的开采是循序渐进的，开采作业的空间始终由充填形成的充填体和尚未开采的矿壁（矿体）共同支撑，空区顶板暴露面积小，有效提高了采矿安全性。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：开采时将盘区划分为相同或不同宽度的矿房，依次推进开采矿房。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：盘区沿矿体走向布置，盘区内矿房沿矿体倾向布置；盘区长度L为200m－1km；盘区宽度D为200m－500m。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：盘区上下分别设顶柱和底柱，顶柱和底柱宽度为10m~20m；盘区内划分矿房，矿房宽度10m~15m；矿房长度为盘区宽度D减去矿柱宽度。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：在每个盘区的底柱内对应每个矿房设置一条出矿巷道，在顶柱内对应每个矿房设置一条回风巷道兼做充填巷道。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：开采时，先在每个盘区的底板施工一条中段运输巷道，负责运输矿石的井下卡车进出盘区；上一个盘区的中段运输巷道兼做下个盘区的总回风巷道和充填巷道；上下两个盘区的中段运输巷道通过中段斜坡道连通，一个斜坡道可服务多个盘区。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：在整个盘区开采前先在靠近边界的第一个矿房内施工一条凿岩巷道，作为采准工程；然后在凿岩巷道下部向两侧施工切割巷道，进行拉低，形成爆破自由面；以后每次矿房充填后预留一个空间作为下一个矿房回采的凿岩巷道；预留的凿岩巷道通过切割平巷与底柱内的出矿巷道连通。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：一个矿房采切工程完成后，开始进行回采；回采作业采用一采一充预留控顶距的方式进行。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：第一个矿房采用进路式回采；先在凿岩巷道内打扇形孔，然后爆破落矿。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：充填作业时，一个矿房回采结束后预留适当宽的充填作业空间，作为下一个矿房璧式开采的凿岩巷道和爆破补充空间，对其余部分进行充填。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：根据矿体厚度确定凿岩爆破参数，当矿体厚度小于3m是选用浅孔凿岩爆破，当矿体厚度大于3m时选用中深孔凿岩爆破；当矿体特别厚大，也可分两层进行分步回采。

本发明所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其进一步优选的技术方案是：充填作业步骤如下：

首先，在盘区底柱出矿巷道内设封堵挡墙，对采空区进行封堵，封堵挡墙优选采用砖砌或混凝土形式；封堵挡墙上面设滤水管，管道固定在墙体内，并在内侧用用滤布包裹，便于充填体虑水；

然后，在距离下一步开采矿房的矿璧适当距离（优选2－4米）处架设充填体模板；充填体模板内侧再铺设编织布；

最后，进行充填作业；填充时，优选先用井下开采运输一部分矿山开拓的废石进行非胶结充填，然后再利用充填管道输送胶结充填料到封闭好的空区，共同形成胶结充填体。

与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：

（1）本发明利用充填技术处理采空区，盘区内不需要留间隔矿柱，提高了矿石回采率，大大减少资源浪费。

（2）本发明方法中，采矿作业空间由充填体和矿壁共同支撑，空区顶板暴露面积小，提高了采矿安全性。

（3）本发明方法中，盘区划分不受顶板暴露面积要求的限制，盘区结构参数可根据矿区范围，矿体走向和倾向划分任意大小的盘区。

（4）本采矿方法采切比小，采准切割工作量小，一个盘区内只需要施工一条凿岩巷道，提高了采矿效率，降低了开采成本。

（5）由于本发明的采矿作业空间有充填体和矿壁共同支撑，对充填体强度要求低，所以可采用部分非胶结充填，减少胶结材料用量，降低了充填成本。

（6）本发明采矿方法只需要满足充填体自立的要求，强度达到0.5MPa左右，与条带式房柱采矿法的2MPa相比，要求大大降低。水泥消耗量可以从260kg/m³降到180kg/m³，节省40%左右。

（7）本发明方法可将矿房划分多个区段分别进行充填，利用钢充填体模板或木充填体模板隔离，每次充填20~30m长度。采用该方案一次充填空间相对小，不仅有利于提高充填效果，在充填料配比不变的情况下，可提高充填体强度，加快充填体虑水和固结；还有利于充填作业与采矿作业形成超前距离，可实现充填作业和回采作业同时进行，提高了采矿效率，增大了采矿生产能力。

所以，本发明方法有效地解决了传统空场采矿法的盘区布置大小受限制、顶板暴露面积大、采矿作业安全性差、盘区内需要留设大量矿柱、回采率低，浪费大量资源的技术缺点。同时也解决了条带式充填采矿法中采切工程量大、生产效率低、采矿成本高、对充填体强度要求高、充填胶结材料用量大、充填成本高的技术缺点。

附图说明

图1为本发明采矿方法示意图；

图2为本发明采矿方法的矿房填充示意图；

图中：1、斜坡道；2、中段运输巷道；3、出矿巷道；4、凿岩巷道（预留）；5、回风巷道及充填巷道（上中段运输巷道）；6、切割巷道；7、炮孔；8、充填管道；9、充填体；10、充填体模板；11、封堵挡墙；12、矿体。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明而不构成对其权利的限制。

实施例1，一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，

该方法的开采顺序为从盘区的一侧开始后退式依次开采，且边开采边充填。

采矿作业空间始终由充填形成的充填体和尚未开采的矿壁（矿体）共同支撑，空区顶板暴露面积小，有效提高了采矿安全性。

开采时将盘区划分为相同或不同宽度的矿房，依次推进开采矿房。

盘区沿矿体走向布置，盘区内矿房沿矿体倾向布置；盘区长度L为200m－1km；盘区宽度D为200m－500m。

盘区上下分别设顶柱和底柱，顶柱和底柱宽度为10m~20m；盘区内划分矿房，矿房宽度10m~15m；矿房长度为盘区宽度D减去矿柱宽度。

在每个盘区的底柱内对应每个矿房设置一条出矿巷道，在顶柱内对应每个矿房设置一条回风巷道兼做充填巷道。

开采时，先在每个盘区的底板施工一条中段运输巷道，负责运输矿石的井下卡车进出盘区；上一个盘区的中段运输巷道兼做下个盘区的总回风巷道和充填巷道；上下两个盘区的中段运输巷道通过中段斜坡道连通，一个斜坡道可服务多个盘区。

在整个盘区开采前先在靠近边界的第一个矿房内施工一条凿岩巷道，作为采准工程；然后在凿岩巷道下部向两侧施工切割巷道，进行拉低，形成爆破自由面；以后每次矿房充填后预留一个空间作为下一个矿房回采的凿岩巷道；预留的凿岩巷道通过切割平巷与底柱内的出矿巷道连通。

一个矿房采切工程完成后，开始进行回采；回采作业采用一采一充预留控顶距的方式进行。

第一个矿房采用进路式回采；先在凿岩巷道内打扇形孔，然后爆破落矿。

根据矿体厚度确定凿岩爆破参数，当矿体厚度小于3m是选用浅孔凿岩爆破，当矿体厚度大于3m时选用中深孔凿岩爆破；当矿体特别厚大，也可分两层进行分步回采。

充填作业时，一个矿房回采结束后预留适当宽的充填作业空间，一般预留3m左右宽，作为下一个矿房璧式开采的凿岩巷道和爆破补充空间，对其余部分进行充填。由于矿房长度一般都在100m以上，因此、充填作业和回采作业只要保持超前距离50m以上，就可以同时进行，相互不受影响。

充填作业步骤如下：

首先，在盘区底柱出矿巷道内设封堵挡墙，对采空区进行封堵，封堵挡墙优选采用砖砌或混凝土形式；封堵挡墙上面设滤水管，管道固定在墙体内，并在内侧用用滤布包裹，便于充填体虑水；

然后，在距离下一步开采矿房的矿璧适当距离3米处架设充填体模板；充填体模板内侧再铺设编织布；

最后，进行充填作业；填充时，优选先用井下开采运输一部分矿山开拓的废石进行非胶结充填，然后再利用充填管道输送胶结充填料到封闭好的空区，共同形成胶结充填体。

实施例2，一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，

例如：湖北某磷矿，采用璧式充填采矿方法。

1、 根据矿床赋存情况和开拓系统布置情况，设计采场结构参数如下：

⑴盘区宽度（沿走向）： 400m

⑵盘区长度（沿倾向）： 200m

⑶盘区顶柱： 20m

⑷盘区底柱： 20m

⑸盘区间柱： 20m

⑹斜坡道保安矿柱宽度： 20m

⑺矿房（矿柱）宽度： 10m；

⑻矿房（矿柱）长度： 160m

2、 采准切割

矿体沿倾向方向每200m布置一条中段巷道，盘区长度即为200m。沿矿体走向方向每400m布置一个盘区。每个盘区在上部预留20m宽顶柱，下部留20m宽底柱，相邻盘区之间预留20m宽间柱。

每个盘区中央布置一条盘区斜坡道，斜坡道倾角与矿体倾角一致，最大不超过8.5°。盘区斜坡道断面采用三心拱，净宽4.5m，净断面15.5m2；巷道一般采用锚网支护，碰到围岩不稳固的地方采用锚网喷并增加钢拱架加强支护。盘区斜坡道两侧共预留20m宽临时保安矿柱，待整个盘区回采结束后在进行回收。

斜坡道两侧分别布置18个矿房，，宽度均为10m。在盘区两侧第一个回采矿房的中间施工一条凿岩巷道，凿岩巷道宽度为3.5m高度为矿体厚度最高不超过4m。每次矿房充填后预留一个3m左右宽的空间作为下一个矿房回采的凿岩巷道。预留的凿岩巷道通过切割平巷与底柱内的出矿巷道连通，出矿巷道4.5m宽，通过联络道与顶柱内的回风兼充填巷道连通。

采准工作完成后，在每个矿房的下端开凿切割平巷作为回采爆破的自由面。采准切割工作采用掘进凿岩台车凿岩，电动扒渣机出渣。

3、回采工艺

一个矿房采切工程完成后，变可以开始进行回采。回采作业采用一采一充预留控顶距的方式进行开采。开采顺序为从盘区的一侧开始后退式开采。第一个矿房采用进路式回采，回采结束后预留3m左右宽的作业空间，作为下一个矿房长璧式开采的凿岩巷道和爆破补充空间，对其余部分进行充填。

矿柱的回采利用掘进台车凿岩，炮孔直径38～41mm，孔深5m，孔距1m，炮孔排距1.5m，最小抵抗线1.0m。爆破采用2#岩石乳化炸药，非电雷管起爆。每个矿房宽度10分两次爆破，采用到台阶式爆破落矿。

爆破下的矿石采用ACY-3L柴油铲运机或LDWZ160A电动扒渣机装入20t的井下汽车。井下汽车在采场装矿后从盘区底柱内的出矿巷道至中度运输巷道。

采场除主扇通风外还用局扇加强通风，并采用湿式凿岩和喷雾洒水以降低粉尘浓度。

4、采场充填

一个矿房或矿柱出矿完毕，即开始考虑对采空区进行充填。

首先在距离下一步开采矿房的矿璧3m处架设充填体模板。充填体模板矿房长度方向全断面架设，木充填体模板内侧再铺设编织布，便于胶结充填体渗透脱水。在盘区底柱出矿巷道内设封堵挡墙，封堵挡墙采用两层锚网喷混凝土形成，喷射混凝土厚度200mm。由于矿房长度160m，为了便于充填料浆的流动，设计暂按照每个矿房分8～10步进行充填，每次充填15～20m长度。

为了为了降低充填采矿成本，减少胶结充填体所占比例，可以再进行胶结充填前先用汽车运输部分废石进行固体充填，废石主要充填空区内侧远离矿璧的方向。废石充填部分空区后再利用胶结充填料浆进行充填，固结充填废石并接顶。

采场充填工作应缓慢进行，防止充填料浆压力陡增导致封闭门或两侧充填体模板垮塌；充填过程中还应定期量测充填高度，以便根据采场充填设计要求对充填料浆灰砂配比进行调整。为保证顶板底柱稳定，采场空区应接顶充填。

充填时，采场内必须派专人观察充填情况，若发现跑浆事故，及时停止充填，并作堵漏处理。当充填液面达到设计充填标高时通知地表充填制备站结束充填作业。

Claims (10)

1.一种适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：该方法的开采顺序为从盘区的一侧开始后退式依次开采，且边开采边充填。

2.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：开采时将盘区划分为相同或不同宽度的矿房，依次推进开采矿房。

3.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：盘区沿矿体走向布置，盘区内矿房沿矿体倾向布置；盘区长度L为200m－1km；盘区宽度D为200m－500m。

4.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：盘区上下分别设顶柱和底柱，顶柱和底柱宽度为10m~20m；盘区内划分矿房，矿房宽度10m~15m；矿房长度为盘区宽度D减去矿柱宽度。

5.根据权利要求3所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：在每个盘区的底柱内对应每个矿房设置一条出矿巷道，在顶柱内对应每个矿房设置一条回风巷道兼做充填巷道；开采时，先在每个盘区的底板施工一条中段运输巷道，负责运输矿石的井下卡车进出盘区；上一个盘区的中段运输巷道兼做下个盘区的总回风巷道和充填巷道；上下两个盘区的中段运输巷道通过中段斜坡道连通，一个斜坡道可服务多个盘区。

6.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：在整个盘区开采前先在靠近边界的第一个矿房内施工一条凿岩巷道，作为采准工程；然后在凿岩巷道下部向两侧施工切割巷道，进行拉低，形成爆破自由面；以后每次矿房充填后预留一个空间作为下一个矿房回采的凿岩巷道；预留的凿岩巷道通过切割平巷与底柱内的出矿巷道连通。

7.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：一个矿房采切工程完成后，开始进行回采；回采作业采用一采一充预留控顶距的方式进行。

8.根据权利要求7所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：第一个矿房采用进路式回采；先在凿岩巷道内打扇形孔，然后爆破落矿；根据矿体厚度确定凿岩爆破参数，当矿体厚度小于3m是选用浅孔凿岩爆破，当矿体厚度大于3m时选用中深孔凿岩爆破；当矿体特别厚大，也可分两层进行分步回采。

9.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：充填作业时，一个矿房回采结束后预留适当宽的充填作业空间，作为下一个矿房璧式开采的凿岩巷道和爆破补充空间，对其余部分进行充填。

10.根据权利要求1所述的适用于缓倾斜磷矿床的壁式充填采矿方法，其特征在于：充填作业步骤如下：

首先，在盘区底柱出矿巷道内设封堵挡墙，对采空区进行封堵，封堵挡墙优选采用砖砌或混凝土形式；封堵挡墙上面设滤水管，管道固定在墙体内，并在内侧用用滤布包裹，便于充填体虑水；

然后，在距离下一步开采矿房的矿璧适当距离处架设充填体模板；充填体模板内侧再铺设编织布；

最后，进行充填作业；填充时，优选先用井下开采运输一部分矿山开拓的废石进行非胶结充填，然后再利用充填管道输送胶结充填料到封闭好的空区，共同形成胶结充填体。