CN110644997B - 分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，回采上、下阶段矿房共用下阶段矿房的底部出矿结构，上阶段矿房和下阶段矿房之间不需要布置顶柱和底柱；在上阶段矿房的凿岩硐室和下阶段矿房的凿岩硐室平行作业钻凿垂直深孔；先逐排崩落下阶段矿房，在装矿巷道内将崩落的矿石铲装后经装矿联络巷卸入脉外溜井或脉内溜井，并预留一部分矿石作为崩落上阶段矿房的缓冲垫层；待上、下阶段矿房崩落的矿石全部出矿结束后采用封闭挡墙封闭凿岩联络巷和出矿联络巷并充填采空区，充填体达到规定养护强度后采用同样方法进行二步骤矿柱的回采，实现连续大规模回采，减少了采准切割工作量，提高了矿石回采率和采场生产效率，降低了采矿生产成本。
Description
技术领域
本发明属于矿山开发技术领域，具体涉及一种金属矿床地下开采的采矿方法，特别适用于地下开采矿岩稳固的中厚及以上急倾斜矿体。
背景技术
阶段矿房嗣后充填采矿法是一种以拉底空间或切割天井为自由面逐排爆破回采并充填采空区的采矿方法。该方法具有回采效率高、生产成本低等特点，主要适用于：①矿岩均较为稳固的矿床；②矿体厚度中厚及以上的急倾斜矿床；③矿体形态较为规整，厚度变化均匀及不含夹石的矿床；④平行急倾斜的多矿体矿床；⑤矿石价值不高，地表不允许崩落的矿床。
该采矿方法目前分水平深孔阶段矿房法、垂直深孔阶段矿房法和垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法三种。前两种方法均需在矿房两侧布置各布置一条凿岩天井或通风人行天井，沿分段布置若干凿岩联络巷、分段凿岩巷道或凿岩硐室等工程，受采场布置和现场作业条件限制，使得采场凿岩爆破效率较低，生产工艺复杂，无法实现机械化生产。垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法是在矿房上部水平开掘凿岩硐室或凿岩巷道，打下乡大直径深孔，然后自炮孔下端开始以自下而上的顺序逐层向矿房下部预先开掘的拉底空间崩矿，崩落的矿石由铲运机在矿房底部装矿巷道运走，该采矿方法改进了前述两种采矿方法切割工程量大、作业环境差、工艺复杂的缺点，具有矿石破碎质量好，采场生产效率高、采矿成本低等优点，但该采矿方法目前仍存在一定的局限性，如：在矿房底部留设底柱，在矿房顶部留设若干米厚度的护顶矿柱，使得矿石损失较为严重，造成了资源浪费，一定程度上增加了采矿成本。
例如，《现代矿业》2016年3月第3期刊登的“阶段矿房嗣后充填采矿法在坝头钼矿的应用”中介绍了坝头钼矿矿区内主要矿体采用阶段矿房嗣后充填采矿法进行回采，从采场构成要素、采准切割工程、矿房回采、采场出矿及采空区充填处理方面对该采矿工艺进行改进，并最终使钼矿的生产能力达到了设计要求。实践证明，该方法具有作业安全、生产效率高、采矿成本低等特点，但也存在如下问题：(1)所有阶段矿房均需留设底部结构和预留永久护顶矿柱，后期无法回收，造成矿石回采率较低；(2)由于上、下两个阶段相邻矿房依次顺序进行回采作业，上、下两个阶段无法实现连续大规模开采。
发明内容
本发明的目的就是针对现阶段矿房嗣后充填法采准切割工程量大、工艺复杂、灵活性差、矿石损失与贫化率大、生产效率受限等问题，而提供了一种安全可靠、生产效率高、工艺简单的适合于矿岩稳固的垂直下向深孔分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿方法，旨在实现高效连续大规模开采，提高矿石回采率，降低矿山生产成本。
为实现本发明的上述目的，本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，具体包括如下步骤：
(1)沿垂直方向，在矿体下盘每隔40～70m布置阶段运输巷道，将矿体划分为数个阶段；沿矿体走向，每隔20～90m将矿体划分为数个矿块或盘区；
根据矿块结构参数布置，垂直走向布置矿块时，矿块长度为矿体水平真厚度，矿块宽度为20～40m，宽度以30～40m为优，矿块高度为阶段高度，高度以50～60m为优。
(2)将矿块或盘区划分为交替分布的矿房和矿柱；
其结构参数分别为：矿房长度为矿体水平真厚度，矿房宽度为15～20m，以15m为优，矿房高度与阶段高度相同，60m为优；矿柱长度为矿体水平真厚度，矿柱长度、宽度、高度与矿房相同。
(3)自出矿水平阶段运输巷道向矿房和矿柱底部掘进出矿联络巷道通达矿体上盘边界，在出矿联络巷端部位置(处于下盘围岩一端)布置下盘脉外溜井，在出矿联络巷靠近矿体下盘附近布置脉内溜井。
(4)在出矿联络巷一侧或两侧掘进数条装矿巷道通达矿房和矿柱底部中央位置，连通装矿巷道端部形成集矿堑沟，在集矿堑沟内钻凿上向扇形中深孔，通过后退式爆破形成集矿堑沟拉底空间，拉底空间高度为10～15m；
(5)自阶段运输巷道沿矿房和矿柱顶部中央位置掘进采场凿岩联络巷通达矿体上盘，在凿岩联络巷两侧开掘凿岩硐室(位于矿块顶柱下面)。
视凿岩设备作业需要使凿岩硐室长、宽略大于矿房长、宽1～3m，以2m为宜，凿岩硐室高度为3～5m。
(6)在集矿堑沟靠近矿体上盘位置利用VCR法上向后退式爆破形成垂直切割槽，或通过在凿岩硐室靠近矿体上盘位置钻凿垂直下向深孔逐排分段爆破形成垂直切割槽。
垂直切割槽高度为40～60m。
(7)矿房和矿柱分两步骤采用隔一采一或隔二采一方式进行回采，一步骤回采矿房，在凿岩硐室内钻凿数排下向垂直深孔，并以拉底空间和垂直切割槽为自由面逐排爆破，直至该矿房全部矿石崩落完毕；崩落的矿石靠自重落到集矿堑沟上，然后在装矿巷道内利用铲运机将崩落矿石铲装后经出矿联络巷卸入溜井，最后运至地表。
矿房回采时，上、下阶段矿房同时凿岩，凿岩结束后第一步先崩落下阶段矿房，第二步崩落上阶段矿房。以拉底空间和垂直切割槽为自由面逐排爆破，每次爆破2～4排，直至矿房全部矿石崩落完毕；崩落的矿石靠自重落到集矿堑沟上，然后在装矿巷道内利用铲运机将崩落矿石铲装后经出矿联络巷卸入溜井，最后运至地表。下阶段矿房出矿时留15～30m高度矿石作为上阶段矿房崩落矿石的缓冲垫层。
(7)待上、下阶段矿房全部出矿结束后，及时充填采空区和进行二步骤回采矿柱，二步骤回采矿柱按照一步骤回采矿房同样方法进行。
相比于传统阶段矿房采矿法，本发明的突出技术特点在于：
(1)视矿岩稳固性，沿矿体走向选择隔一采一或者隔二采一方式进行回采，沿矿体倾斜方向，上阶段矿房不留设底柱、下阶段矿房不留设顶住，从而将在上阶段矿房、下阶段矿房合并为一个矿房，上、下阶段矿房同时凿岩，凿岩结束后第一步先崩落下阶段矿房，出矿末期预留一部分矿石作为第二步崩落上阶段矿房的缓冲垫层，第二步崩落上阶段矿房矿石，全部矿石出矿结束后，再行充填采空区，待充填体达到规定养护强度后，立即回采二步骤矿块，可实现连续高强度大规模开采。
(2)上、下阶段矿房合并后，只需布置两个凿岩硐室，并且共用一个底部出矿结构，上下阶段矿房同时凿岩、分步爆破、依次落矿、顺序出矿、大大减少了采准和切割工作量，提高了凿岩、爆破和出矿效率，消除了不同回采工艺间相互影响，提升了矿块的回采强度和施工效率；同时，由于上、下阶段矿房合并后全部在下阶段矿房底部出矿，少布置一个顶柱和一个底部结构，可提高矿石回采率和充填效率，降低采矿生产成本。
(3)施工封闭墙时，只需在凿岩联络巷道和出矿联络巷道处安装挡墙即可，减小了充填挡墙原材料消耗，降低了充填挡墙施工成本，有效提升了封闭挡墙施工效率。
附图说明
图1是本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法正视图。
图2是本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法俯视图。
图3是本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法侧视图。
图中标记为：1-上阶段凿岩硐室；2-垂直深孔；3-阶段运输巷道；4-凿岩联络巷；5-下阶段凿岩硐室；6-垂直切割槽；7-脉外溜井；8-出矿联络巷；9-装矿巷道；10-集矿堑沟；11-拉底空间；12-脉内溜井；13-矿体；F1-上阶段矿房；F2-下阶段矿房；Z-矿柱。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图，对本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法作进一步详细说明。
由图1所示的本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法正视图并结合图2和图3，本发明分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法采用采场结构和回采工艺步骤分别如下：
1)沿垂直方向，在矿体下盘位置每隔40～70m掘进阶段运输巷道3将矿体13划分为数个阶段，沿矿体走向，每隔20～90m将矿体13划分为数个矿块或盘区，再将矿块或盘区划分为交替分布的矿房(如图中上阶段矿房F1、下阶段矿房F2)和矿柱Z。矿房和矿柱分两步骤采用隔一采一方式回采，一步骤回采矿房，二步骤回采矿柱。矿房和矿柱采用相同的规格尺寸，长度为矿体水平真厚度，宽度为15～20m，高度同阶段高度，为40～70m。
2)自出矿水平阶段运输巷道3向矿房和矿柱底部掘进出矿联络巷8通达矿体13上盘边界，在出矿联络巷8端部位置(处于下盘围岩一端)布置下盘脉外溜井7，在出矿联络巷8靠近矿体下盘附近布置脉内溜井12；在出矿联络巷8一侧或两侧掘进3～6条装矿巷道9通达下阶段矿房F2或矿柱底部中央位置，连通装矿巷道9端部形成集矿堑沟10(此集矿堑沟位于出矿水平)。
3)在集矿堑沟10内利用钻机钻凿以矿房和矿柱接触面为边界的上向扇形中深孔，通过逐排后退式爆破形成拉底空间11；用铲运机将拉底爆破矿石运出后，在集矿堑沟10靠近矿体13上盘位置采用VCR法上向后退式爆破2～3排形成下阶段矿房F2的垂直切割槽6作为爆破补偿空间；
4)自阶段运输巷道3向上阶段矿房F1和下阶段矿房F2顶部位置掘进凿岩联络巷4通达矿体上盘，在凿岩联络巷4内向两侧钻凿平行炮孔逐排爆破后形成凿岩硐室1和5，视凿岩设备工作需要，使凿岩硐室长大于矿体真厚度1～3m，宽度大于矿房宽度1～3m，高度为3～5m。
5)在凿岩硐室1靠近上盘位置用凿岩设备钻凿2～3排下向平行垂直炮孔2，采用VCR法爆破形成上阶段矿房F1的垂直切割槽6作为爆破补偿空间。
6)回采时，在凿岩硐室1和5内利用凿岩设备钻凿下向平行垂直深孔2，爆破时首先以垂直切割槽6和拉底空间11为补偿空间逐排爆破下阶段矿房F2，崩落矿石落到集矿堑沟10上，利用铲运机将矿石从装矿巷道9铲装后经出矿联络巷8卸入脉外溜井7或脉内溜井12，最后运至地表。
7)回采上阶段矿房F1时重复步骤(6)即可，但需要注意的是，在上阶段矿房F1落矿前，需要在集矿堑沟10内预留部分崩落的矿石作为崩落上阶段矿房F1的缓冲垫层，防止底部结构或隔离矿柱被崩落矿石破坏，预留崩落矿石厚度为15～30m左右矿石。
8)待上阶段矿房F1和下阶段矿房F2崩落的矿石全部出矿结束后，采用封闭挡墙封闭凿岩联络巷4和出矿联络巷8并充填采空区，按照回采矿房同样方法进行二步骤回采矿柱，上下阶段矿柱同时凿岩、分步爆破、依次落矿、顺序出矿。
Claims (10)
1.分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于包括如下步骤：
(1)沿垂直方向，在矿体下盘每隔40～70m布置阶段运输巷道，将矿体划分为数个阶段；沿矿体走向，每隔20～90m将矿体划分为数个矿块或盘区；
(2)将矿块或盘区划分为交替分布的矿房和矿柱；
(3)自出矿水平阶段运输巷道向矿房和矿柱底部掘进出矿联络巷通达矿体上盘边界，在出矿联络巷端部位置布置下盘脉外溜井，在出矿联络巷靠近矿体下盘附近布置脉内溜井；
(4)在出矿联络巷一侧或两侧掘进数条装矿巷道通达矿房和矿柱底部中央位置，连通装矿巷道端部形成集矿堑沟，在集矿堑沟上方形成拉底空间；
(5)自阶段运输巷道向矿房和矿柱顶部中央位置掘进采场凿岩联络巷道通达矿体上盘，在凿岩联络巷两侧开掘凿岩硐室；
(6)在集矿堑沟靠近矿体上盘位置垂直向上形成垂直切割槽，或在凿岩硐室靠近矿体上盘位置垂直向下形成垂直切割槽；
(7)矿房和矿柱分两步骤采用隔一采一或隔二采一方式进行回采，一步骤回采矿房，在凿岩硐室内钻凿数排下向垂直深孔，并以拉底空间和垂直切割槽为自由面逐排爆破，直至该矿房全部矿石崩落完毕；崩落的矿石靠自重落到集矿堑沟上，然后在装矿巷道内利用铲运机将崩落矿石铲装后经出矿联络巷卸入溜井，最后运至地表；
(8)待矿房全部出矿结束后，及时充填采空区和进行二步骤回采矿柱，二步骤回采矿柱按照一步骤回采矿房同样方法进行。
2.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：垂直走向布置矿块时，矿块长度为矿体水平真厚度，矿块宽度为20～40m，矿块高度为阶段高度。
3.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：矿房长度为矿体水平真厚度，矿房宽度为15～20m，矿房高度与阶段高度相同，矿柱长度、宽度、高度与矿房相同。
4.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：凿岩硐室长度大于矿房长度1～3m，凿岩硐室宽度大于矿房宽度1～3m，凿岩硐室高度为3～5m。
5.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：拉底空间高度为10～15m，垂直切割槽高度为40～60m，宽度均与矿房宽度相同。
6.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：每个矿房中布置的出矿联络巷的数量为2～3条，每条出矿联络巷一侧的装矿巷道数量为3～6条。
7.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：上、下阶段矿房或矿柱共用下阶段矿房或矿柱的底部出矿结构，上阶段矿房和下阶段矿房之间、上阶段矿柱和下阶段矿柱之间不布置顶柱和底柱。
8.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：待矿房全部出矿结束后，在凿岩联络巷道和出矿联络巷道处安装封闭挡墙。
9.如权利要求1所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：上、下阶段矿房或矿柱同时凿岩，凿岩结束后第一步先崩落下阶段矿房或矿柱，第二步崩落上阶段矿房或矿柱，下阶段矿房或矿柱出矿末期预留一部分矿石作为上阶段矿房或矿柱崩落矿石的缓冲垫层。
10.如权利要求9所述的分阶段凿岩并阶段开采嗣后充填采矿法，其特征在于：缓冲垫层高度为15～30m。
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2019
- 2019-10-10 CN CN201910958588.4A patent/CN110644997B/zh active Active
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