CN110397439A - 基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法 - Google Patents
基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，包括如下步骤：首先计算并确定采场结构参数，然后进行采准、切割，回采，回采包括凿岩爆破、通风、矿石运搬，重复二到三次，形成原始的作业空间，然后用废石充填采空区并覆盖混凝土加固充填区，在加固作业完成后，重复以上步骤进行下一流程爆破作业的凿岩工作，采用平行炮孔，采场充填作业面与爆破工作面形成一定的跨度时，充填作业和凿岩作业同时进行，如此反复。本发明能够提高生产效率、降低作业成本、同时安全性好、机械化程度高，保证充填作业的经济、安全效益最大化。
Description
技术领域
本发明属于矿山采矿方法技术领域，尤其涉及一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法。
背景技术
开采稳固矿岩急倾斜矿体，国内外过去多用浅孔留矿法或普通上向分层充填法，机械化程度低，劳动条件差，经济效益不佳。浅孔留矿法在回采过程中，作业安全性差，工人直接在爆破后的矿岩暴露面下作业，矿体和顶板围岩容易冒落，安全威胁大。其次工人劳动强度大，局部放矿后，采场内需要对浮石进行处理，平整场地，并破碎大块，这些工作主要靠人力完成，致使工人的劳动强度大，采场生产能力低。机械化装备低，工人劳动强度大，采场采矿强度低，效率低，中段下降速度慢，且大部分采下矿石暂留在采场内，积压了资金。普通上向分层充填法具有矿石损失贫化小的突出优点，但存在充填成本高，充填系统复杂，阶段矿柱回采困难，效率低，劳动强度大等不足，如何有效地提高生产效率，降低生产成本，同时保证采空区的充填技术经济效果，成为一个急需解决的问题。
而在矿岩中等稳固到稳固的急倾斜厚矿体开采中，国内外广泛采用中深孔分段空场法，因为该法具有生产能力大、安全性好、生产成本低、机械化程度高等优点。如果能够将这种方法应用在急倾斜矿体开采中将解决以上技术存在的不足。在提倡现代化采矿的今天，需要一种具有安全性好、生产成本低、机械化程度高的新型采矿方法来开采急倾斜矿体，同时保证充填作业的经济、安全效益最大化。
因此，亟需研究一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，以满足上述需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，该采矿法主要应用于稳固矿岩急倾斜矿体，具有提高生产效率、降低作业成本、作业环境安全等优点。
一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：计算并确定采场结构参数；
步骤二：采准、切割；
确定分段高度，按合适的分段高度将阶段分为多个水平分段，在每个分段布置脉外分段巷道，沿分段沿脉平巷向矿体开凿出矿横巷，进行拉底作业，敞开矿体底部，脉外分段巷道每隔80～100m向矿体开凿出矿横巷，每隔一定距离沿矿体走向开凿放矿溜井。
步骤三：回采
(1)回采顺序
水平方向上，中段内采用自回风井方向后退式开采，竖直方向上，上向开采；
(2)凿岩爆破
在矿体靠近回风天井一端将矿房的切割天井掘出，连通上下分段，作为最初始的爆破自由空间，布置好炮孔后进行爆破；
(3)通风
风流由阶段运输巷道经斜坡道沿分段脉外巷道进入出矿横巷和分段拉底巷道，清洗工作面后，由上一分段拉底巷道经回风天井排至上阶段运输巷道，最后经矿山主回风井排出地表；
(4)矿石运搬
崩下的矿石靠自重堆积在采场中，由铲运机经出矿进路进入矿体底部铲运矿石至附近溜井卸矿，由阶段电机车沿脉装矿运送至竖井井底车场；
步骤四：重复步骤三2～3次，形成原始的作业空间；
步骤五：废石充填
在上一分段水平用废石充填，并覆盖混凝土加固充填区；
步骤六：重复步骤二和步骤五，依据步骤一计算的采场结构参数确定采场充填作业面与爆破工作面间最大无支护跨度，采用非上向炮孔，此时充填作业与凿岩作业同时进行。
所述步骤一是采用基于岩体质量RMR、Q、GSI和RMi等分级方法与采动应力互馈的采场极限跨度计算方法计算并确定采场充填作业面与爆破工作面间的最大无支护跨度。
所述步骤三中采用不耦合装药爆破技术进行爆破。
所述步骤三中矿石运搬的选择不仅限于溜井，也可使用沿脉无轨装车或辅助斜坡道运矿。
所述步骤五中废石充填过程同样可以用尾砂胶结或水力充填替换。
所述一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法主要应用于开采稳固矿岩急倾斜矿体，适应于矿岩中等稳固以上急倾斜矿脉。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种新型急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法主要应用于稳固矿岩急倾斜矿体，具有安全性好、生产成本低、机械化程度高的优点；采用基于岩体质量RMR、Q、GSI和RMi等分级方法与采动应力互馈的采场极限跨度计算方法计算并确定精准的采场充填作业面与爆破工作面间的最大无支护跨度，保证采矿过程顺利以及安全高效的进行并完成采矿作业；在爆破过程中，采用不耦合装药爆破技术使矿块边界规整，同时不耦合装药能有效降低爆炸应力波峰值压力，延长了应力波作用时间，提高了应力波作用于岩体的冲量，改善爆破效果；采场可以从两端进入，采场的前端用于出矿、钻孔、装药、爆破，采场的后端主要用于充填空区，从而达到提高生产效率，降低作业成本，安全高效地完成采矿作业的需求，同时保证充填作业的经济、安全效益最大化。
附图说明
图1为本发明中急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法施工工艺流程图；
图2为本发明中采场充填作业面与爆破工作面跨度示意图；
图3为本发明中采场纵剖面示意图；
图4为本发明中采场横剖面示意图；
图5为本发明中采场俯视图；
其中
1矿体，2人工假底，3废石充填，4崩落的矿石，5溜井，6脉外分段巷道，7炮孔，8出矿横巷，9拉底平巷
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。
本发明提供的一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法是对于连续开采矿体开采采用中深孔连续爆破后退式落矿，对出矿形成的空区进行连续充填，其施工工艺流程如图1所示，具体的工作流程是首先确定分段高度，拉开上下分段凿岩道，随后掘进切割天井作为崩矿自由面，利用凿岩机钻凿下向中深孔，爆破后进行矿石运搬，采场清空后，再次进行凿岩爆破，矿石运搬，重复该过程2～3次，即可形成原始的作业空间。随后在上一分段水平用废石充填采空区，并覆盖混凝土加固充填区。在加固作业完成后，便可进行下一流程爆破作业的凿岩工作。此时，采场充填作业面与爆破工作面形成一定的跨度，充填作业就可以和凿岩作业一同进行(若采用上向炮孔，则充填和凿岩作业不能同时进行)，如此反复。具体步骤如下：
步骤一：计算并确定采场结构参数；
依据充填作业面与爆破工作面之间跨度是非常重要的参数，如图2所示，如果矿岩质量等级差，采场跨度不合理，将造成上下盘围岩、矿体产生冒落，造成采场存放矿石严重贫化、损失，因此本发明中采用基于岩体质量RMR、Q、GSI和RMi等分级方法与采动应力互馈的采场极限跨度计算方法计算并确定精准的采场充填作业面与爆破工作面间最大无支护跨度，保证充填作业与凿岩作业能够同时安全高效进行，若矿岩稳定性较差，可根据实际情况布置少量间柱；矿块沿走向布置，阶段高度一般为3～4个凿岩分段，采矿方法原则也没有采场长度限制，按照国内外采场长度一般为200～300m，不留顶底柱；
步骤二：采准、切割；
如图3-4所示，根据矿体形态，按合适的分段高度将阶段划分为多个水平分段，在每个分段水平下盘距离矿体1附近5～10m左右沿矿体走向布置脉外分段巷道6。各分段采场底部采用无底结构，脉外分段巷道6每隔80～100m向矿体开凿出矿横巷8，与拉底平巷9连通。分段之间采用联络斜坡道，作为脉外分段巷道6的进路，可供人行、设备、材料的进出以及通风使用。
根据铲运机的设备技术参数，出矿进路8巷道尺寸为铲运机最小工作尺寸。由出矿进路8进入矿体底板后，开凿分段拉底平巷9，宽度为矿体水平厚度，即敞开矿体底部，高度为凿岩设备和出矿设备最大工作尺寸。
每隔一定距离沿矿体走向方向开凿放矿溜井5，与各个中段连通，溜井5距离为铲运机合理运距。
在采场边缘处掘进回风天井，连通各个分段拉底平巷9。
步骤三：回采
(1)回采顺序
水平方向上，中段内采用自回风井方向后退式开采，竖直方向上，上向开采，如图3所示，崩落的矿石4落在人工假底2上，避免底板充填废石的混入；
(2)凿岩爆破
如图3及图5所示，在矿体1靠近回风井一端将矿房的切割天井掘出，连通上下分段，作为最初始的爆破自由空间。在矿体内最初只需要掘进一个切割天井，形成垂直工作面后，沿走向连续推进。
炮孔7的布置一般采用下向平行布置，根据矿体倾角进行调整炮孔7角度，炮孔与下分段水平留0.5m不打透，如打透在下水平用木塞堵住，孔内垫1m厚岩粉或碴子，根据现场实际情况亦可采用YGZ-90凿岩机钻凿上向平行孔。
炮孔直径的选择工程实践表明，对于地下开采矿体来说，采用小炮孔直径不仅能较好的控制采幅、降低损失贫化，而且能保证较高凿岩生产效率，直径为50～70mm之间最好。
炮孔深度的设定一般来说，对于矿体厚度较薄、矿岩稳定、矿体形态不规则的矿体，炮孔深度应尽量取较小值，反之取较大值，对于分段空场采矿法来说，应考虑分段高度大小对炮孔深度的影响，炮孔深度的选择往往依据凿岩设备的钻孔效果，若炮孔偏斜过大则不便控制矿体边界，不便控制采幅。
根据工程类比经验，炮孔采用方形布置，爆破孔径为65mm时，最小抵抗线数值范围在0.9～1.3m之间最为合适，炮孔间距取0.7～0.8m，边孔距0.2～0.3m。
为使矿块边界规整，采用不耦合装药爆破技术，大量模型试验和矿山工程实践表明，不耦合装药能有效降低爆炸应力波峰值压力，延长了应力波作用时间，提高了应力波作用于岩体的冲量。起爆顺序及延期时间根据补偿空间及炮孔布置时孔间距和排距情况确定，原则上相邻炮孔爆破延期时间以25ms最佳。通过合理的时间组合，使炮孔由起爆点按顺序依次起爆；每个炮孔的起爆都是相对独立的，前炮孔为后炮孔创造了1个自由面；相邻炮孔间的矿岩在移动过程中发生相互碰撞挤压，使矿岩进一步破碎，从而保证较好的爆破块度。
(3)通风
风流由阶段运输巷道经斜坡道进入出矿和凿岩分段巷道，清洗工作面后，由上分段拉底巷道经回风天井排至上阶段运输巷道，最后经回风天井排出；
(4)矿石运搬
崩落的矿石4靠自重堆积在采场中，由铲运机经出矿进路8进入矿体底部铲运矿石至附近溜井5卸矿，由阶段电机车沿脉装矿运送至井底车场；
步骤四：重复步骤三2～3次，形成原始的作业空间；
步骤五：废石充填
采场清空后，在上一分段水平随即用废石充填3完成充填，并覆盖混凝土加固充填区。另外该种采矿方法需要大量的废石进行充填，如果井下没有足够的废石，需要从地表倒运废石到井下；
步骤六：重复步骤二和步骤五，依据步骤一计算的采场结构参数确定采场充填作业面与爆破工作面间最大无支护跨度，若采用上向炮孔，则充填和凿岩作业不能同时进行此时充填作业与凿岩作业同时进行；废石的回填要和回采作业相适应，避免二者工作冲突。
最后需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照以上实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而为脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：计算并确定采场结构参数；
步骤二：采准、切割；
确定分段高度，按合适的分段高度将阶段分为多个水平分段，在每个分段布置脉外分段巷道，沿分段沿脉平巷向矿体开凿出矿横巷，进行拉底作业，敞开矿体底部，脉外分段巷道每隔80～100m向矿体开凿出矿横巷，每隔一定距离沿矿体走向开凿放矿溜井；
步骤三：回采
(1)回采顺序
水平方向上，中段内采用自回风井方向后退式开采，竖直方向上，上向开采；
(2)凿岩爆破
在矿体靠近回风天井一端将矿房的切割天井掘出，连通上下分段，作为最初始的爆破自由空间，布置好炮孔后进行爆破；
(3)通风
风流由阶段运输巷道经斜坡道沿分段脉外巷道进入出矿横巷和分段拉底巷道，清洗工作面后，由上一分段拉底巷道经回风天井排至上阶段运输巷道，最后经矿山主回风井排出地表；
(4)矿石运搬
崩下的矿石靠自重堆积在采场中，由铲运机经出矿进路进入矿体底部铲运矿石至附近溜井卸矿，由阶段电机车沿脉装矿运送至竖井井底车场；
步骤四：重复步骤2～3次，形成原始的作业空间；
步骤五：废石充填
在上一分段水平用废石充填，并覆盖混凝土加固充填区；
步骤六：重复步骤二和步骤五，依据步骤一计算的采场结构参数确定采场充填作业面与爆破工作面间最大无支护跨度，采用非上向炮孔，此时充填作业与凿岩作业同时进行。
2.根据权利要求1所述的一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：所述步骤一是采用基于岩体质量RMR、Q、GSI和RMi等分级方法与采动应力互馈的采场极限跨度计算方法计算并确定采场充填作业面与爆破工作面间的最大无支护跨度。
3.根据权利要求1所述的一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：所述步骤三中采用不耦合装药爆破技术进行爆破。
4.根据权利要求1所述的一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：所述步骤三中矿石运搬的选择不仅限于溜井，也可使用沿脉无轨装车或辅助斜坡道运矿。
5.根据权利要求1所述的一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：所述步骤五中废石充填过程同样可以用尾砂胶结或水力充填替换。
6.根据权利要求1所述的一种基于急倾斜矿体垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法，其特征在于：主要应用于开采稳固矿岩急倾斜矿体，适应于矿岩中等稳固以上急倾斜矿脉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191101 |