CN110331978A - 一种环境再造分段中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分段中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、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、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，最后采用阶段深孔空场嗣后充填法回采二步骤采场。本发明具有回采作业安全性好、采场生产能力大、生产成本低、对矿体产状变化及夹石适应性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及地下矿山采矿方法技术领域，为一种环境再造分段中深孔嗣 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。 但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，因此其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，但阶段深孔爆破采用人工装药的方式，装 药工序复杂，对爆破工艺特别是拉槽爆破的技术水平要求相当高，一般矿山在短时间内无法熟练掌握，同时该方法其对矿体产状规整性要求高，当矿体 产状规整性较差或含有大块夹石时无法有效控制贫化。相对于阶段深孔嗣后 充填采矿法而言，分段中深孔嗣后充填采矿法采用分段凿岩、阶段出矿的方 式进行回采，亦能有效保证采场生产能力，且其对矿体的产状变化和夹石的 适应性要好于阶段深孔嗣后充填采矿法，同时中深孔爆破落矿的方式在我国 大部分矿山均有应用，已熟练为广大矿山和工程技术人员掌握，但分段中深 孔嗣后充填采矿法应用的基本条件之一是矿岩稳固性中等以上。
因此，若能实现分段中深孔嗣后充填法在矿岩破碎、厚至极厚倾斜矿体 开采中的成功应用，将有效解决上述类型矿体充填法开采时存在的采场生产 能力小、效率低、作业工序复杂等问题。
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分段中深孔嗣后充填 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，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上盘矿岩边界处的脉内继续向两侧 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，再采用分段中 深孔空场嗣后充填法回采二步骤采场，在二步骤采场中按一定垂直高度布置 分段凿岩巷，在分段凿岩巷中采用中深孔凿岩设备施工上向扇形中深孔，装 药器或装药台车装填粉状炸药，非电导爆管雷管起爆，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。
所述环境再造分段中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)可同时进行。
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 胶结充填或膏体充填形成的高强度充填体，强度范围为(3.0～5.0)Mpa。
所述步骤(5)中所述上向扇形中深孔采用中深孔凿岩设备施工，钻孔直 径为(60～90)mm，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 (0.5～1.0)Mpa。
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(1.0～1.5)m采用 8根长(1.5～2.0)m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
本发明的有效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)对矿体产状变化及夹石适应性好
采用分段中深孔嗣后充填法回采二步骤采场，对矿体的产状变化和夹石 的适应性要好于阶段深孔嗣后充填采矿法，同时中深孔爆破落矿的方式在我 国大部分矿山均有应用，已熟练为广大矿山和工程技术人员掌握，易于推广。
(4)生产成本低
通过实施本发明，虽然增加了充填成本，但节约了支护成本，并从根本 上避免了地表塌陷的问题，减少了矿区征地及产生的其他环保成本，从整体 上来讲，降低了企业的生产成本。
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 穿脉；6-出矿联络道；7-高强度充填体；8-长锚索；9-上向扇形中深孔；10- 分段凿岩巷；11-崩下矿石；12-低强度充填体；13-中段上盘运输巷；14-矿体； 15-分段联络道；16-斜坡道；17-分层联络道；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分段中深孔 嗣后充填采矿法，包括以下步骤：
(1)将矿体14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施工穿脉的出矿穿脉5和集矿堑沟4与上盘运输巷13相连，后经斜坡 道16在各分段施工分段联络道15，从分段联络道15垂直矿体施工分层联络 道17直至矿体14上盘及分段凿岩巷10。
(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(40～42)mm，炮孔深度(3.0～3.5)m，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 2m3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(2.0～2.2)m，网度(1.0m×1.0m)～(1.5m×1.5m),喷射混凝土强度等 级≥C20，喷射厚度(500～800)mm。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8长度(10～15)m，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(3.0～5.0)MPa。
(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(40～42)mm，炮孔深度(3.0～3.5)m，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ST2D2.0m3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(3.0～5.0)MPa。
(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(40～42)mm，炮孔深度(3.0～3.5)m，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ST2D2.0m3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(12～15)m。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(1.0～1.5) m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8长度(10～15)m，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(3.0～5.0)MPa。
(5)当一步骤采场18回采充填完毕且充填体强度达到(3.0～5.0)MPa 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 中每隔(10～20)m分段高度施工一条分段凿岩巷10，在分段凿岩巷10中采 用SimbaH1354凿岩台车或YGZ-90钻机施工上向扇形中深孔，炮孔孔径 (65～90)mm，炮孔排距(1.2～1.5)m，孔底距(1.8～2.8)m，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，每次爆破2～3排炮 孔。爆破时采用装药台车或BQF-100装药器装填粉状硝铵炸药，非电毫秒导 爆管雷管配导爆索复式起爆网络起爆。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(0.5～1.0)MPa。
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底部矿体的回采可同时进行。
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)
1.一种环境再造分段中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，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上盘矿岩边界处的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，再采用分段中深孔空场嗣后充填法回采二步骤采场，在二步骤采场中按一定垂直高度布置分段凿岩巷，在分段凿岩巷中采用中深孔凿岩设备施工上向扇形中深孔，装药器或装药台车装填粉状炸药，非电导爆管雷管起爆，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分段中深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述环境再造分段中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分段中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分段中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)可同时进行。
5.根据权利要求1所述的一种环境再造分段中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分段中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分段中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或膏体充填形成的高强度充填体，强度范围为(3.0～5.0)Mpa。
8.根据权利要求1所述的一种环境再造分段中深孔嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤(5)中所述上向扇形中深孔采用中深孔凿岩设备施工，钻孔直径为(60～90)mm，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分段中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(0.5～1.0)Mpa。
10.根据权利要求1所述的一种环境再造分段中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分段中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(1.0～1.5)m采用8根长(1.5～2.0)m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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