CN110219650B - 一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，主要适用于矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体的回采。将矿体划分为盘区和矿块，矿块内划分为一步骤和二步骤采场分两步进行回采。首先采用进路式充填法回采一步骤采场与二步骤采场上部顶柱范围内矿体、二步骤采场底部的矿体，并采用高强度胶结充填体充填，然后采用进路式充填法回采一步骤采场及二步骤采场上盘矿体，最后采用阶段深孔嗣后充填法回采二步骤采场。应用本发明可以显著改善该类型矿体回采安全作业条件，同时保证了采场的生产能力，降低了贫化损失率和采准切割工程量。
Description
技术领域
本发明涉及地下矿山采矿方法技术领域，为一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，主要适用于矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体的回采。
背景技术
此前，矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体回采时，常采用崩落法进行回采。崩落法具有采场生产能力大、采场布置结构简单等优点，但其无法有效控制矿石损失贫化，且大规模采用崩落法开采，必然会导致地表沉降变形和塌陷，且回采深度越深，地表沉降变形和塌陷范围越大，故目前崩落法适用范围越来越小。充填法具有回采作业安全、损失贫化低、能有效控制地表沉降变形与塌陷等优点，且能将选矿尾废作为充填骨料充填到井下，减少其露天堆存排放带来的安全隐患及环境污染，其综合经济环保社会效益往往要优于崩落法和空场法。近年来，国家对环保、尾废综合利用及资源高效利用的重视程度加强，陆续出台了一系列政策法规鼓励推广应用充填法，因此充填法的应用范围越来越广泛，近年来甚至已推广至低品位矿体如铁矿、磷矿等矿种的开采中。
对于矿岩破碎矿体的回采来说，采用充填法开采可采用的方法包括上向进路充填法和下向进路充填法。上向进路充填法是一种自下而上，以巷道进路方式回采并充填的采矿方法，其使用的基本条件是矿、岩均不稳固但矿体能基本保证回采进路的稳定；下向进路充填法是一种自上而下顺序分层回采、分层充填，以巷道进路方式在分层的人工假顶保护下进行作业的采矿方法，其适用于矿、岩均特别破碎而其他充填法难以顺利开采的矿体或矿岩破碎的高品位矿体。上述两种采矿方法统称为进路式采矿法，其能有效解决矿岩破碎矿体回采时的安全问题，有效保证人员设备的作业安全，但其最大的缺点是以巷道掘进的方式进行回采，浅孔凿岩爆破，即便是采用全盘区机械化设备进行作业，其采场及盘区生产能力仍较小，对于现今大型特大型矿上动辄数百上千万吨设计生产能力来说，其无法有效保证矿山生产能力。
对于矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体回采来说，在不考虑矿岩稳固情况条件下，采用阶段深孔嗣后充填法回采最能充分发挥矿体厚大的优势，通过采场上部凿岩硐室施工下向大直径深孔，人工装填粉状硝铵炸药或乳化炸药，采用分段或阶段侧向爆破的方式落矿，崩落矿石自底部结构采用铲运机出矿，采场一次爆破矿量大、效率高，因此单个采场生产能力大，能够有效保证大型特大型矿山达到设计生产能力。但在矿岩破碎条件下，阶段深孔嗣后充填采矿法往往无法成功应用。
因此，如何在矿岩破碎条件下成功应用阶段深孔嗣后充填采矿法进行采矿，是困扰广大矿山工程技术人员的技术难题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法包括如下步骤：
(1)将矿体划分为盘区，盘区内划分矿块，以矿块为单元组织回采，矿块内划分为一步骤采场和二步骤采场；
(2)采用进路式充填法对一步骤采场与二步骤采场上部顶柱范围内矿体进行回采，进路顶板采用喷锚网支护，进路底板铺设钢筋网，钢筋网采用长锚索悬吊在上部原岩中并采用高强度充填体充填，形成高强度人工假顶；
(3)采用进路式充填法对二步骤采场底部的矿体进行回采，并采用高强度充填体充填，形成高强度人工底部出矿结构；
(4)采用进路式充填法回采一步骤采场，一步骤采场回采时分一期进路与二期进路间隔式回采充填，其中，一期进路的首条进路回采工作面推进至矿体上盘边界后，再以相同断面的进路沿矿体走向在脉内继续向两侧回采，直至回采工作面推进至相邻两侧二步骤采场外侧边界，且充填前须在矿体上盘沿走向的进路内铺设钢筋笼并采用锚杆、长锚索悬吊在上盘围岩中，然后采用高强度充填体充填；
(5)一步骤采场回采充填完毕且充填体达到设计强度后，再采用阶段深孔嗣后充填法回采二步骤采场，在二步骤采场上部凿岩硐室施工阶段下向大直径深孔，人工装药爆破，崩落矿石经下部高强度人工底部出矿结构铲运机出矿，空区嗣后充填，充填采用低强度充填体。
所述环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法适合用于矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体的开采。
步骤(1)中所述的采场方向根据矿体厚度确定，当矿体厚度小于30m时，垂直于矿体走向布置，当矿体厚度大于30m时，垂直或沿矿体走向布置皆可。
为加快采场回采作业进度，增大采场综合生产能力，所述步骤(2)与所述步骤(3)同时进行。
所述步骤(2)、所述步骤(3)及所述步骤(4)中所述进路式充填法回采进路尺寸根据矿岩实际情况及矿区产能要求确定，一般为3m×3m～6m×6m。
所述步骤(2)、所述步骤(4)中的锚索、锚杆支护参数及钢筋网、钢筋笼网度根据矿岩实际条件确定，以保证工作过程的安全为准。
所述步骤(2)、所述步骤(3)及所述步骤(4)中所述充填体为全尾砂胶结充填形成的高强度充填体，强度范围为3.0～5.0Mpa。
所述步骤(5)中所述下向大直径深孔采用深孔凿岩台车施工，钻孔直径为90～110mm，排间距根据爆破漏斗试验确定。
所述步骤(5)中所述充填采用低强度充填体充填，充填体强度一般为0.5～1.0Mpa。
所述步骤(2)、所述步骤(3)及所述步骤(4)中进路式充填法回采时采场出矿采用1.5m3或2.0m3柴油铲运机出矿，所述步骤(5)中二步骤采场回采时采场出矿采用4.0m3或6.0m3电动铲运机出矿。
所述步骤(4)中所述钢筋笼纵筋为
钢筋，间隔间距500mm，横筋为
钢筋，间距为200mm，纵筋与横筋交叉点采用8#铁丝捆绑牢固，钢筋笼断面大小为2.8m×2.8m～5.8m×5.8m，并每隔1.0～1.5m采用8根长1.5～2.0m的
螺纹钢固定在进路四周帮壁上，所述螺纹钢采用树脂锚固剂锚固在进路四周帮壁的钻孔内。
有益效果
本发明的有益效果主要包括以下几点：
(1)回采作业安全性高
采用进路式采矿法回采顶柱、二步骤采场底部矿体及一步骤采场，采场暴露面积小、时间短，人员设备安全有保障；采用阶段深孔嗣后充填法回采二步骤采场，人员设备在凿岩硐室及巷道中作业，安全性同样有保障。
(2)采场生产能力大
通过将采场分为两步骤采场，在保证安全的情况下，二步骤采场采用阶段深孔嗣后充填法回采，有效克服了传统意义上矿岩破碎矿体充填法回采时效率低、产能小的弊端，保证了采场的生产能力。
(3)损失贫化低
采用进路式充填采矿法对顶柱矿体及二步骤采场底部矿体提前进行了回采，同时采用进路式充填法将二步骤采场上盘矿体进行回采并对上盘进行了支护，能够有效降低矿体回采过程中的损失贫化。
(4)采准切割工程量小
二步骤采场采用阶段深孔嗣后充填法回采，采场结构及采准工程简单，能够有效降低采准切割工程量。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明典型应用正视图；
图2是图1的Ⅱ-Ⅱ侧视图；
图3是图1的Ⅲ-Ⅲ侧视图；
图中：1-中段运输平巷；2-溜矿井；3-溜矿联络巷；4-集矿堑沟；5-出矿穿；6-出矿联络道；7-高强度充填体；8-长锚索；9-下向大直径深孔；10-凿岩硐室；11-崩下矿石；12-低强度充填体；13-分段平巷；14-分层联络巷；15-矿体；16-上盘运输巷；17-斜坡道；18-一步骤采场；19-二步骤采场。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，包括以下步骤：
(1)将矿体15划分为盘区，盘区内划分矿块，以矿块为单元组织回采，矿块内划分为一步骤采场18和二步骤采场19。在矿体水平厚度小于30m时，盘区沿矿体走向布置，当矿体厚度大于30m时，岩区也可垂直矿体走向布置。盘区宽72～90m，长50～60m。单个盘区内划分为间隔布置的3个一步骤采场和3个二步骤采场，一步骤采场宽12～15m，二步骤采场宽12～15m。由中段平巷1施工穿脉的出矿巷5和集矿堑沟4与上盘运输巷16相连，后经斜坡道17在各分段施工分段平巷13，从分段平巷13垂直矿体施工分层联络道14直至矿体15上盘。
(2)采用进路式充填法对一步骤采场18与二步骤采场19上部顶柱范围内矿体进行回采，进路顶板采用喷锚网支护，进路底板铺设钢筋网，钢筋网采用长锚索8悬吊在上部原岩中并采用高强度充填体7充填，形成高强度人工假顶。
进路回采时，断面规格3m×3m～6m×6m，当矿岩稳固性较好时取大值，当矿岩稳固性较差时取小值。进路回采时，采用Boomer 281凿岩台车凿岩，炮孔直径40～42mm，炮孔深度3.0～3.5m，炮孔个数36～60个。炮孔施工完毕后清洗炮孔，然后装填卷状岩石硝铵炸药或乳化炸药，非电毫秒导爆管雷管起爆，崩落矿石采用阿特拉斯ST2D 2.0m3铲运机出矿，铲出矿石卸入溜矿井2中。进路顶板采用喷锚网支护，锚杆采用管缝式锚杆，锚杆长度2.0～2.2m，网度1.0m×1.0m～1.5m×1.5m,喷射混凝土强度等级≥C20，喷射厚度500～800mm。进路底板铺设钢筋网，钢筋网纵筋为
钢筋，间隔间距500mm，横筋为
钢筋，间距为200mm，纵筋与横筋交叉点采用8#铁丝捆绑牢固。进路底板钢筋网采用
的长锚索8悬吊在上部原岩中，长锚索长度10～15m，网度2.0m×2.0m～3.0m×3.0m。然后采用高强度充填体7对进路进行充填，充填体强度3.0～5.0MPa。
(3)采用进路式充填法对二步骤采场19底部的矿体进行回采，并采用高强度充填体充填7，形成高强度人工底部出矿结构。
进路回采时，断面规格3m×3m～6m×6m，当矿岩稳固性较好时取大值，当矿岩稳固性较差时取小值。进路回采时，采用Boomer 281凿岩台车凿岩，炮孔直径40～42mm，炮孔深度3.0～3.5m，炮孔个数36～60个。炮孔施工完毕后清洗炮孔，然后装填卷状岩石硝铵炸药或乳化炸药，非电毫秒导爆管雷管起爆，崩落矿石采用阿特拉斯ST2D 2.0m3铲运机出矿，铲出矿石卸入溜矿井2中。然后采用高强度充填体7对进路进行充填，充填体强度3.0～5.0MPa。
(4)采用进路式充填法回采一步骤采场18，回采时分一期进路与二期进路间隔式回采充填。其中，一期进路的首条进路回采工作面推进至矿体上盘边界后，再以相同断面的进路沿矿体走向在脉内继续向两侧回采，直至回采工作面推进至两侧二步骤采场19外侧边界，且充填前须在矿体上盘沿走向的进路内铺设钢筋笼并采用长锚索8悬吊在上盘围岩中，充填需采用高强度充填体7。
进路回采时，断面规格3m×3m～6m×6m，当矿岩稳固性较好时取大值，当矿岩稳固性较差时取小值。进路回采时，采用Boomer 281凿岩台车凿岩，炮孔直径40～42mm，炮孔深度3.0～3.5m，炮孔个数36～60个。炮孔施工完毕后清洗炮孔，然后装填卷状岩石硝铵炸药或乳化炸药，非电毫秒导爆管雷管起爆，崩落矿石采用阿特拉斯ST2D 2.0m3铲运机出矿，铲出矿石卸入溜矿井2中。当一期进路的首条进路回采至矿体上盘边界后，再以相同断面的进路沿矿体走向在脉内继续向两侧回采，直至回采工作面推进至相邻两侧二步骤采场外侧边界，回采长度12～15m。矿体上盘沿走向进路充填前，须在进路内架设钢筋笼，钢筋笼纵筋为
钢筋，间隔间距500mm，横筋为
钢筋，间距为200mm，纵筋与横筋交叉点采用8#铁丝捆绑牢固。钢筋笼断面大小为2.8m×2.8m～5.8m×5.8m，并每隔1.0～1.5m采用8根
螺纹钢固定在进路四周帮壁上，螺纹钢采用树脂锚固剂锚固在进路四周帮壁的钻孔内。然后采用长锚索8将钢筋笼悬吊在上盘围岩中，长锚索长度10～15m，网度2.0m×2.0m～3.0m×3.0m。然后采用高强度充填体7对进路进行充填，充填体强度3.0～5.0MPa。
(5)当一步骤采场18回采充填完毕且充填体强度达到3.0～5.0MPa后，即可采用阶段深孔嗣后充填采矿法回采二步骤采场19。在二步骤采场19上部施工形成凿岩硐室10，硐室断面6.0～8.0m×3.8m(宽×高)，硐室之间留设2.0～2.5m的条形矿柱。然后采用SimbaE7C钻机或T100钻机在凿岩硐室10中施工下向大直径深孔9，炮孔孔径90～110mm，炮孔排距一般为2.5～3.0m，孔距3.0～4.0m，具体孔网参数根据爆破漏斗试验确定。炮孔施工完毕后，采用普通法、天井钻机法或深孔爆破成井法形成切割天井，以切割天井为自由面和补偿空间进行拉槽爆破，形成全断面切割槽。切割槽形成后，即可进行正排爆破，正排爆破采用侧向爆破，可采用两种方式，一种是分段侧向爆破，每次侧向爆破分段高度8～15m，另一种是阶段全孔侧向爆破，每次侧向爆破高度为阶段全长炮孔。爆破时，首先将炮孔底部采用木塞或水泥塞吊孔，并装填1.0～1.5m细沙堵孔，然后装填起爆弹、粉状硝铵炸药或乳化炸药至设计装药高度，再采用细沙将孔口堵塞，堵塞高度≥4.0m。爆破后，崩落矿石采用4m3或6m3电动铲运机出矿，铲出矿石卸入溜矿井2中。出矿完毕后，在二步骤采场19各出入口砌筑充填挡墙，并采用低强度充填体12充填，充填体强度0.5～1.0MPa。
为加快采场回采作业进度，增大采场综合生产能力，所述步骤(2)顶柱矿体的回采与所述步骤(3)二步骤采场19底部矿体的回采同时进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将矿体划分为盘区，盘区内划分矿块，以矿块为单元组织回采，矿块内划分为一步骤采场和二步骤采场；
(2)采用进路式充填法对一步骤采场与二步骤采场上部顶柱范围内矿体进行回采，进路顶板采用喷锚网支护，进路底板铺设钢筋网，钢筋网采用长锚索悬吊在上部原岩中并采用高强度充填体充填，形成高强度人工假顶；
(3)采用进路式充填法对二步骤采场底部的矿体进行回采，并采用高强度充填体充填，形成高强度人工底部出矿结构；
(4)采用进路式充填法回采一步骤采场，一步骤采场回采时分一期进路与二期进路间隔式回采充填，其中，一期进路的首条进路回采工作面推进至矿体上盘边界后，再以相同断面的进路沿矿体走向在脉内继续向两侧回采，直至回采工作面推进至相邻两侧二步骤采场外侧边界，且充填前须在矿体上盘沿走向的进路内铺设钢筋笼并采用锚杆、长锚索悬吊在上盘围岩中，然后采用高强度充填体充填；
(5)一步骤采场回采充填完毕且充填体达到设计强度后，再采用阶段深孔嗣后充填法回采二步骤采场，在二步骤采场上部凿岩硐室施工阶段下向大直径深孔，人工装药爆破，崩落矿石经下部高强度人工底部出矿结构铲运机出矿，空区嗣后充填，充填采用低强度充填体。
2.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法适合用于矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体的开采。
3.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：步骤(1)中所述的采场方向根据矿体厚度确定，当矿体厚度小于30m时，垂直于矿体走向布置，当矿体厚度大于30m时，垂直或沿矿体走向布置皆可。
4.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：为加快采场回采作业进度，增大采场综合生产能力，所述步骤(2)与所述步骤(3)同时进行。
5.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(2)、所述步骤(3)及所述步骤(4)中所述进路式充填法回采进路尺寸根据矿岩实际情况及矿区产能要求确定，一般为3m×3m～6m×6m。
6.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(2)、所述步骤(4)中的锚索、锚杆支护参数及钢筋网、钢筋笼网度根据矿岩实际条件确定，以保证工作过程的安全为准。
7.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(2)、所述步骤(3)及所述步骤(4)中所述充填体为全尾砂胶结充填形成的高强度充填体，强度范围为3.0～5.0Mpa。
8.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(5)中所述下向大直径深孔采用深孔凿岩台车施工，钻孔直径为90～110mm，排间距根据爆破漏斗试验确定。
9.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(5)中所述充填采用低强度充填体充填，充填体强度一般为0.5～1.0Mpa。
10.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(2)、所述步骤(3)及所述步骤(4)中进路式充填法回采时采场出矿采用1.5m3或2.0m3柴油铲运机出矿，所述步骤(5)中二步骤采场回采时采场出矿采用4.0m3或6.0m3电动铲运机出矿。
11.根据权利要求1所述的一种环境再造阶段深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(4)中所述钢筋笼纵筋为
钢筋，间隔间距500mm，横筋为
钢筋，间距为200mm，纵筋与横筋交叉点采用8#铁丝捆绑牢固，钢筋笼断面大小为2.8m×2.8m～5.8m×5.8m，并每隔1.0～1.5m采用8根长1.5～2.0m的
螺纹钢固定在进路四周帮壁上，所述螺纹钢采用树脂锚固剂锚固在进路四周帮壁的钻孔内。
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