CN111456735B - 一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法 - Google Patents

一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，涉及采矿工程技术领域。其步骤包括：采用下向进路分层无分段巷道充填采矿方法回采矿房，开采矿房的分层后立即进行人工平场。垂直矿体走向对上、下盘围岩施工超长预应力锚杆，通过锚‑网‑喷的方式进行支护。靠近底板的锚杆外露端通过钢筋焊接固定，铺设碎矿垫层和隔离层。钢筋网的纵筋悬挂在上一分层预留的钢筋钩上，其下端与本分层底部水平钢筋焊接。对采空区进行胶结充填，充填体稳定后开采下分层，直至完成全部分层开采。重复上述步骤至采完全部矿房。该方法借助上下盘围岩内的超长锚杆以及采空区内的经纬状钢筋网维持充填假顶的稳定性，并且无需留设间柱，降低了矿石的损失。

Description

一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法
技术领域
本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是一种无间柱条件下维护维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法。
背景技术
下向进路分层充填采矿法适用于开采矿岩极不稳固，但价值又很高的矿体时，尤其是当矿体厚度小于20m时，进路沿走向布置；矿体厚度大于20m时，进路垂直走向布置。为了使采场内各分层上覆充填假顶保持自身稳定性而不垮塌，需要在充填假顶内事先铺设钢筋网，并在相邻两间柱内打入一定间排距的超长锚杆。通过将钢筋网与超长锚杆焊接牢固，使下分层开采过程中维持上覆充填假顶始终处于嵌固梁式结构，从而确保单一进路上覆充填顶板的稳定性。现有技术中，专利文献(CN103628878B)公开了下向进路分层无分段巷道充填采矿方法，实现了倾斜薄矿体的开采。但是，该方法主要是依靠依靠间柱的长锚杆来形成矿房内充填假顶的嵌固梁式结构，进而维持矿房各分层充填假顶的稳定性，这导致了间柱内的矿体无法回收，矿量损失较大。所以需要对现有的采矿方法做进一步的改进，在不留间柱，也不需要构建嵌固梁的条件下，还要确保单一进路充填假顶的稳定性。
发明内容
为了最大限度的回收矿体资源，确保充填假顶的稳定性，实现破碎围岩极倾斜薄矿体开采过程的安全与高效，本发明提供了一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，具体技术方案如下。
一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1.采用下向进路分层无分段巷道充填采矿方法回采矿体，矿房的一个分层开采完成后，立即进行人工平场；
步骤2.垂直矿体走向对上盘围岩和下盘围岩施工超长预应力锚杆，分别沿上盘围岩和下盘围岩铺设金属网，利用锚-网-喷的方式进行支护；
步骤3.将靠近底板的超长预应力锚杆外露端通过钢筋焊接固定，在底板预留0.1-0.3m的碎矿垫层，碎矿垫层覆盖在靠近底板钢筋上，然后在碎矿垫层上铺设隔离层；
步骤4.通过钢筋焊接固定全部的超长预应力锚杆，形成水平的钢筋网，通过纵筋把钢筋网悬挂在上一分层预留的钢筋钩上，并将钢筋钩下端与本分层底部水平钢筋焊接固定；
步骤5.对矿房开采后的采空区进行胶结充填，充填体稳定后开采下分层矿体；
步骤6.重复上述步骤1-5，直至完成矿房内全部分层的开采；
步骤7.重复上述步骤1-6，直至采完全部的矿房。
优选的是，各个所述矿房相邻布置，无须保留间柱，即不需依靠在间柱内施工超长锚杆以形成采场内充填假顶的嵌固梁式结构。
还优选的是，超长预应力锚杆为拼接式注浆锚杆，拼接式注浆锚杆的总长度为4-8m。
还优选的是，靠近底板的超长预应力锚杆为靠近底板的1排超长预应力锚杆，所述靠近底板钢筋是指为靠近底板的1排钢筋，碎矿垫层上铺设1层或多层隔离层。
还优选的是，隔离层为塑料薄膜、隔水篷布或防水尼龙布等材料。
还优选的是，钢筋网包括水平钢筋和纵筋，水平钢筋和纵筋共同形成经纬状钢筋网。
还优选的是，胶结充填的过程中在充填材料内添加早凝剂。
本发明提供的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法有益效果包括：
(1)该方法借助于上下盘围岩内的预应力超长锚杆以及采空区内的经纬状钢筋网来维持充填假顶的稳定性，使上下盘围岩-超长锚杆、经纬状钢筋网、充填体成为一个整体，保证了开采安全，并且大大提高了经济效益；另外该方法无需在间柱内施工超长锚杆以形成矿房内嵌固梁式充填假顶，因此无须留设间柱，降低了矿石的损失，简化了施工工序，具有施工简便、开采灵活、工艺简单等优点。
(2)底板预留碎矿垫层可以覆盖在钢筋，待下一分层回采结束后，纵筋可以悬挂在上以一分层的钢筋网上；铺设隔离层可以防止充填浆液渗入到碎矿垫层，使其胶结，在下分层回采时碎矿可以实现全部回收，降低了矿石损失，同时还可以避免对进路底板残留矿石的清理，降低了施工难度，保证了安全高效的回采。
(3)该方法通过上下盘围岩内的超长锚杆与采空区内的经纬状钢筋网焊接牢固，使“锚杆-钢筋-上下盘围岩-充填假顶”成为一个整体，确保了各分层充填假顶的稳定性，实现了安全开采。
附图说明
图1是无间柱采矿的矿房布置俯视示意图；
图2是矿房布置的侧视图；
图中：1-水平钢筋，2-超长预应力锚杆，3-充填体，4-矿房，5-上盘围岩，6-下盘围岩，7-碎矿垫层；8-本分层进路巷道，9-隔离层，10-采空区，11-纵筋。
具体实施方式
结合图1至图2所示，对本发明提供的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法具体实施方式进行说明。
通常采用下向进路分层无分段巷道充填采矿方法时，为了使矿房内各分层上覆充填假顶保持自身稳定性而不垮塌，需要在充填假顶内事先铺设钢筋网，并在相邻两间柱内打入一定间排距的超长锚杆以形成嵌固梁式结构，通过该结构来确保各分层充填假顶的稳定性。以矿房长度40m为例，超长锚杆在7m左右。通过将钢筋网与超长锚杆焊接牢固，使下分层开采过程中维持上覆充填假顶始终处于嵌固梁式结构，避免充填假顶出现悬臂梁式垮塌或下沉，从而确保单一进路上覆充填顶板的稳定性。然而采用此种方法时，主要依靠两侧间柱来维持矿房各分层充填假顶的稳定性，从而导致间柱内的矿体无法回收，矿量损失较大。
本发明提供的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，无需在两侧间柱内打超长锚杆以使“锚杆—钢筋-两侧间柱—充填假顶”形成整体，而是直接在矿房内向上下盘围岩施工超长锚杆，即通过“锚杆-钢筋-上下盘围岩-充填假顶”的形式以使上覆充填假顶在下分层回采时始终处于稳定状态，避免出现整体垮塌或滑移。
实施例1
一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，具体的步骤包括：
步骤1.在回采破碎围岩倾斜薄矿体时，采用下向进路分层无分段巷道充填采矿方法回采矿房，分层内一个矿房开采完成后，立即进行人工平场。
回采前矿石溜井、溜井联络道、人行通风天井、穿脉进风道、穿脉运输道、切割平巷和装矿进路均布置在矿体的下盘。人行通风天井布置在距离矿体中央下盘接触带2m处，在下盘中央靠近矿体处掘进矿石溜井与溜井联络道；回采工作自上而下进行，回采时由人行通风天井向矿体掘进切割平巷，在切割平巷内布置回采进路。
步骤2.垂直矿体走向立即对上盘围岩、下盘围岩施工一定间排距的超长预应力锚杆，并通过注浆使锚杆与围岩紧密粘结。在安装过程中需对围岩施加预应力，以使围岩处于受压状态而非受拉状态，进而提高围岩稳定性。分别沿上盘围岩、下盘围岩铺设金属网，利用锚-网-喷的方式进行支护。
在保证充填体稳定的前提之下，上、下盘围岩锚杆的间排距可以适当增加，以节约成本和减少施工环节，提高生产效率。由于巷道断面大小有限，所以超长锚杆需要适应巷道断面的尺寸。因此，超长预应力锚杆应为拼接式注浆锚杆，拼接式注浆锚杆的总长度为4-8m。
在上下盘围岩安装完超长预应力锚杆以后，还需对围岩进行注浆，以使上下盘围岩与锚杆粘结更加牢固，以保证该处充填体的稳定性，因为此处充填体还要承受后续充填假顶较大的力。另外铺设金属网的目的是为了避免围岩碎石混入矿石之中增加矿石的贫化率。
步骤3.将靠近底板的1排超长预应力锚杆外露端通过钢筋焊接固定，在底板预留0.1-0.3m的碎矿垫层，优选的为0.2m。碎矿垫层覆盖在钢筋上，水平钢筋埋设在碎矿垫层中。然后再在碎矿垫层上铺设隔离层，碎矿垫层上可以铺设1层或多层塑料薄膜、隔水篷布或防水尼龙布等材料。铺设隔离层后，在下分层回采时，碎矿可做到全部回收，避免矿石损失，尤其是避免了高品位矿粉的损失，同时还不需要对进路底板残留矿石清理，简化了出矿工作。
步骤4.通过钢筋焊接固定全部的超长预应力锚杆，形成钢筋网，通过纵筋把钢筋网悬挂在上一分层预留的钢筋钩上并将其下端焊接固定，加强上下层充填体之间的联系。
其中钢筋网包括水平钢筋和纵筋，水平钢筋和纵筋共同形成经纬状的钢筋网。同一分层内的充填体之间还可以通过锚杆连接加强充填假顶整体的联系。纵筋悬挂在上分层的最下一排水平钢筋之上，并将其下端与本分层底部水平钢筋焊接牢固，使采空区内的钢筋呈经纬状布置形式，以协助充填体不至于发生较大的挠曲和下沉，确保充填体始终处于稳定状态。
步骤5.对矿房开采后的采空区进行胶结充填，充填体稳定后开采下一分层。在矿房采空区内进行胶结充填作业时，可以在充填材料中加入早凝剂，缩短养护时间，提高生产效率。
步骤6.重复上述步骤1-5，直至完成矿房内全部分层的开采。其中各个矿房相邻布置，每个矿房包括多个分层，矿房之间无须保留间柱，也不需依靠在间柱内施工超长锚杆以形成采场内充填假顶的嵌固梁式结构。
步骤7.重复上述步骤1-6，直至完成其余矿房的开采。其中上一分层的碎矿垫层在下分层回采时可以掉落至本分层底板，连同本分层矿石一并回收，不存在矿石损失。
该方法在利用单一下向进路方式回采矿体时，借助于上下盘围岩内的超长锚杆以及采空区内的经纬状钢筋网来维持充填假顶的稳定性，相比于原有下向进路分层无分段巷道充填采矿方法采用“嵌固梁”式充填体结构而言，该方法无需留设间柱，减小了矿石损失率。在尽可能回收矿体资源的同时，确保充填假顶始终处于稳定状态，实现破碎围岩倾斜薄矿体开采过程的安全与高效生产。
实施例2
在实施例1的基础上，为了进一步说明一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法的有益效果，以某金矿的实际开采为例进行详细说明。
根据地质资料和开采技术条件可知，该矿体距地表150～200m，平均厚度5.0m，采场矿房的平均长度40m，相邻采场矿房间柱平均长度15m，高度50m，倾角约75°，矿石平均品位3.98g/t，矿体自身极其破碎。矿石岩性为黄铁绢英岩，自然塌落现象严重；矿体围岩为绢英岩化花岗岩，矿体上盘极其破碎，下盘稳固性一般，厚度均在2m以上，局部塌方严重，无法控制。矿石普氏系数为6～8，岩石普氏系数为4～6，矿石密度为2.68t/m3。
采用下向进路分层无分段巷道充填采矿方法对采场内矿体和相邻间柱进行回采。每分层高度3m(首采层2m)，共分为17个分层。本次仅计算采用原有“嵌固梁”式结构时而造成间柱无法回收的损失量，具体计算如下：
1、当采场矿房平均长度为40m时，在一侧间柱内需安装7m左右的超长锚杆，因此两侧间柱的长度应大于等于14m。每个矿房两侧间柱总和以14m长度为例，一个矿房内间柱内的矿石体积约为3500m3，矿石总量为14m×50m×5m×2.68t/m3＝9380t。按照矿石平均品位3.98g/t计算，可多回采黄金37332.4克，按照市场价370元/克计算，可实现总收益13812988元。
2、充填成本包括充填材料和充填工艺两部分。采用胶结充填的方式进行充填，胶结材料为425#普通硅酸盐水泥，充填骨料为该矿尾矿库尾砂以及从井下运出的碎石，充填用水为井下矿坑废水。采用1:4的灰砂比，即水泥含量为200kg/m3。以每吨300元价格计算，每立方米所需水泥成本60元。考虑尾砂、碎石、水以及早强剂等材料成本，预计为65元/m3。充填工艺包括通风、料浆制备、输送、设备损耗、供电、供水、排水等因素，由于原有采矿方法中也包含了充填工艺的成本，因此这部分成本可以不考虑。以一个矿房两侧间柱体积为14×5×50＝3500m3计算，充填所需成本227500元。
3、考虑钢筋铺设，施工超长预应力锚杆、注浆、挂网等环节，每立方米所需成本约120元。以一个矿房两侧间柱体积为14×5×50＝3500m3计算，支护、铺设钢筋所需成本约为420000元。
4、选矿成本按照50元/吨计算，间柱矿石选矿成本约为50×9380＝469000元。
因此，一个间柱的支护、充填、选矿成本合计1116500元。采用无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法后实施例中的间柱矿石量可以多回收9380吨，总利润额为13812988-1116500＝12696488元，从而极大提升了矿山效益。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1.采用下向进路分层无分段巷道充填采矿方法回采矿体，矿房的一个分层开采完成后，立即进行人工平场；
步骤2.垂直矿体走向对上盘围岩和下盘围岩施工超长预应力锚杆，分别沿上盘围岩和下盘围岩铺设金属网，利用锚-网-喷的方式进行支护；
步骤3.将靠近底板的超长预应力锚杆外露端通过钢筋焊接固定，在底板预留0.1-0.3m的碎矿垫层，碎矿垫层覆盖在靠近底板钢筋上，然后在碎矿垫层上铺设隔离层；
步骤4.通过钢筋焊接固定全部的超长预应力锚杆，形成水平的钢筋网，通过纵筋把钢筋网悬挂在上一分层预留的钢筋钩上，并将钢筋钩下端与本分层底部水平钢筋焊接固定；
步骤5.对矿房开采后的采空区进行胶结充填，充填体稳定后开采下分层矿体；
步骤6.重复上述步骤1-5，直至完成矿房内全部分层的开采；
步骤7.重复上述步骤1-6，直至采完全部的矿房。
2.根据权利要求1所述的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，各个所述矿房相邻布置。
3.根据权利要求1所述的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，所述超长预应力锚杆为拼接式注浆锚杆，拼接式注浆锚杆的总长度为4-8m。
4.根据权利要求1所述的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，所述靠近底板的超长预应力锚杆为靠近底板的1排超长预应力锚杆，所述靠近底板钢筋是指为靠近底板的1排钢筋，碎矿垫层上铺设1层或多层隔离层。
5.根据权利要求1所述的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，所述隔离层为塑料薄膜、隔水篷布或防水尼龙布。
6.根据权利要求1所述的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，所述钢筋网包括水平钢筋和纵筋，水平钢筋和纵筋共同形成经纬状钢筋网。
7.根据权利要求1所述的一种无间柱并维护下向单一进路充填假顶稳定性的方法，其特征在于，所述胶结充填的过程中在充填材料内添加早凝剂。
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