CN111663945A - 一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法。采场沿走向布置，长度60m，矿体宽度即为矿体水平厚度，中段高度为45m，分段高度15m，无顶底柱及间柱。沿矿体走向将中段矿体划分成采场，在垂直方向上将中段又划分成数个分段，采用下盘脉外无轨采准方式；垂直中段巷或分段巷向矿体下盘施工采场联络道，到达矿体后，沿矿体下盘施工分层联络道；采场内垂直走向布置条形进路；条形进路采用两步骤间隔回采。充填结束后，无论一步采或二步采条形进路均沿全长预留宽度为3m、高度为1m的空顶切割巷。采用该采矿方法极大地提高了单采场生产能力，降低了采矿作业成本，还具有工艺简单、安全、高效的突出特点。

Description

一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法

技术领域

本发明属于采矿技术领域，涉及一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法。该方法主要适用于地下黄金开采的富水且围岩破碎、倾斜中厚矿体的回采。所述富水且围岩破碎是指在岩体中开挖巷道后，工作面涌水达到40m³/h以上，且围岩的类型按RQD分类属于稳定性较差的Ⅳ、Ⅴ类岩体，该岩体揭露后由于自稳时间短，极易出现坍塌冒落现象。

背景技术

在开采水平厚度为20m至25m的倾斜中厚矿体时，由于矿体水平厚度相对较厚大，在采矿过程中，为确保顶板安全，必须预留保安矿柱，从而造成矿石损失。如果采用一般上向进路采矿法，进路采矿生产能力又相对较低，不能满足生产需要。这一矛盾长期制约该采矿领域的发展。特别是在工程地质条件较差，富水且围岩破碎区域，施工中、分段巷时，极大地降低了掘进工程施工速度，影响了生产采场形成时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法，在对水平厚度为20m至25m的倾斜中厚矿体回采时，提供一种上向宽进路采矿方法，实现对倾斜中厚矿体的安全、高效、低贫损开采；并实现在不良地质富水且围岩破碎条件下快速掘进。

本发明的技术方案如下：

一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：

1）、采场沿走向布置，长度60m，矿体宽度即为矿体水平厚度，中段高度为45m，分段高度15m，无顶底柱及间柱；

2）、采场内垂直走向布置条形进路，进路宽度均为6m，进路采用两步骤间隔回采方式；首层回采时，一步采进路首先沿条形进路全长施工切割巷，规格为3m×4m（宽×高）；然后再采用后退式扩帮压顶方式回采切割巷两侧矿体，每侧扩帮压顶规格均为1.5m×3m；最后对一步采条形进路浇筑钢筋混凝土假底，再充填胶结充填体，充填完毕后，条形进路沿全长剩余规格为3m×1m的空顶切割巷；二步采条形进路回采工艺与一步采条形进路相同；

3）、除首层外的其他层回采时，一步采进路首先沿条形进路全长对空顶切割巷进行压顶，压顶规格为3m×3m（宽×高），压顶后断面规格为3m×4m；然后再采用后退式扩帮压顶方式回采切割巷两侧矿体，每侧扩帮压顶规格均为1.5m×3m；最后对一步采条形进路充填3m高的胶结充填体，充填完毕后，条形进路沿全长剩余规格为3m×1m的空顶切割巷；除了充填外，二步采条形进路回采工艺与一步采条形进路一样；在充填方面，二步采条形进路先充填2.6m高的尾砂充填体，之后再充填0.4m高的胶结充填体作为胶结面；

在富水及破碎岩体区域，空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法主要采准工程中，中段运输巷和分段巷均采用预注浆超前支护方法。

步骤1）中，矿体宽度即为矿体水平厚度，矿体宽度一般为20m至25m。

所述预注浆超前支护方法是指在富水及破碎岩体区域，施工中段运输巷和分段巷时，采用无缝钢管沿巷道周边轮廓进行预注浆超前支护；巷道开挖后再对巷道顶板采用喷锚加钢筋穿带联合支护，其中，锚杆采用注浆锚杆，并利用注浆锚杆进行环向注浆支护。

优选地，施工中段运输巷和分段巷时分别采用如下步骤的采准工程超前支护方法：

1）、在距稳固岩层前3-5m时，施工预注浆硐室；预注浆硐室断面轮廓线超过设计巷道轮廓线0.5m以上；

2）、距设计巷道轮廓线外侧15cm左右，首先从巷道顶板对称施工四个注浆孔，泄水；泄水完毕后，在注浆孔中安装间隔开设有注浆孔的无缝钢管进行工作面预注浆；再向下依次对称施工其他注浆孔并进行工作面注浆；工作面宽孔距预注浆结束后，进行加密注浆；

3）、注浆完毕后，进行巷道开挖，先施工导硐，然后再进行扩帮压顶至设计断面轮廓；

4）、每开挖一个循环至设计断面后，先进行喷射混凝土支护，初喷厚度30-50mm，然后采用注浆锚杆加钢筋穿带进行全断面支护；

5）、每施工10m左右，利用已支护的注浆锚杆进行环向水泥－水玻璃双液浆支护；

6）、每施工20m后，进行下一循环的注浆支护，注浆无缝钢管重合段长度不小于3 m；

7）、每施工30m，对巷道全长进行喷射混凝土支护，复喷厚度50-70mm，喷射混凝土支护，总厚度为100mm左右；

8）、巷道掘进，按照上述2）～7）作业顺序循环，直至施工完毕。

本发明的积极效果在于：

第一、采用进路与分层联合采矿法，采场生产能力大，采矿效率高。采场内条形进路采用半空顶，能够快速形成切割巷；后对切割巷进行扩帮压顶，采矿效率高；采用6m宽的条形进路，生产能力大。

第二、采场内条形进路采用半空顶形式，采矿作业采用压顶及扩帮方式，对充填体的破坏小，贫化率低，损失率低。

第三、提前进行预支护，作业安全性高。采场内条形进路在切割巷压顶时，能够及时对未回采的两帮进行锚杆支护；当切割巷后退式扩帮回采时，由于锚杆提前对两帮进行了预支护，因此，确保了扩帮作业安全。

第四、充填效率高。采场划分成宽度为6m的进路，一次充填量大，有效减少了进路采场的频繁充填，充填效率高。

第五、采用预埋钢管加工作面预注浆，能够提高围岩强度。通过工作面预注浆，能够及时加固破碎围岩，利用预埋钢管的钢度与围岩一起共同提高应力破坏，极大地提高了支护强度。采用喷锚加钢筋穿带支护，能够及时封闭围岩，增大了锚杆组的整体支护能力。巷道开挖后，采用临时喷射混凝土支护，能够及时封闭围岩，提高围岩强度。锚杆采用注浆锚杆，且支护锚杆尾部通过钢筋穿带连接在一起，形成锚杆组支护，能够承载更大的应力，支护强度高。利用注浆锚杆再对环向围岩进行二次注浆加固，有效增大了注浆加固层厚度，提高了围岩整体支护强度。

附图说明

图1为本发明的采场纵投影图；

图2为图1的Ⅱ—Ⅱ剖面图；

图3为采图1的Ⅲ—Ⅲ剖面图；

图4为采用本发明采准巷道纵向投影示意图；

图5为图4的B—B剖面图；

图6为图4的C—C剖面图；

图7为图6中的D向展开示意图。

图中：1—中（分）段联络道；2—分段巷；3—溜矿井；4—采场联络道；5—钢筒泄水井；6—分层联络道；7—一步采进路；8—二步采进路；9—充填挡墙；10—空顶切割巷；11—胶结充填体；12—矿堆；13—切割巷；14—矿体；15—尾砂充填体；16—钢筋混凝土假底；17—中段运输巷；18—中段出矿横巷；19—回风天井；20—回风井联络巷；21—上中段运输巷；22—预注浆硐室；23—注浆孔；24—无缝钢管；25—注浆锚杆；26—导硐；27—喷射混凝土支护；28—钢筋穿带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明针对一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法的实施例，其包括以下步骤：

一、主要回采工艺

1、采场沿走向布置，长度60m，矿体14宽度即为矿体14水平厚度，中段高度为45m，分段高度15m，无顶底柱及间柱；采场内垂直走向布置条形进路；条形进路宽度均为6m。条形进路采用两步骤间隔回采，首先回采一步采进路7，再回采二步采进路8；一步采进路7采用胶结充填体11充填，二步采进路8除胶结面采用胶结充填外，剩余部分采用尾砂充填体15充填。

2、在矿体14下盘布置无轨采准系统，参见图1、图2和图3。

首先通过中（分）段巷联络道1施工中段运输巷17，然后在中段运输巷17的下盘施工中段出矿横巷18。在中段出矿横巷18中向上施工溜矿井3，溜矿井3倾角55°左右，并与后期施工的各分段巷2贯通。

在采场中央位置，垂直中段运输巷17向矿体下盘施工采场联络道4。到达矿体14下盘边界后，在采场内沿矿体14走向施工分层联络道6至采场边界。在靠近矿体14下盘位置，在采场联络道4一侧，向上施工回风天井19，并与从上中段运输巷21施工的回风井联络巷20贯通。

3、采场首层回采。

在采场分层联络道6内，开始进行进路回采。首先回采一步采进路7，一步采进路7先沿条形进路全长施工切割巷13，规格为3m×4m（宽×高）；然后再采用后退式扩帮压顶方式进行回采切割巷13两侧矿体14，每侧扩帮压顶规格均为1.5m×3m；最后对一步采进路7浇筑钢筋混凝土假底16，钢筋网度为250mm×250mm，主筋φ12mm，垂直矿体走向铺设；副筋φ8mm，沿走向铺设；浇筑混凝土厚度0.4m，强度等级为C20；钢筋混凝土假底16施工结束后，自然养护7天，即可进行胶结充填工作，胶结充填体11总高度为2.6m。充填完毕后，一步采进路7沿全长剩余规格为3m×1m的空顶切割巷10；

一步采进路7充填养护完毕后，再进行回采二步采进路8。二步采进路8的回采工艺、充填作业均与一步采进路7一样。

4、采场其他层回采。

采场首层回采、充填结束后，对采场联络道4按照设计坡度进行顶板压顶，转入上分层回采。采场联络道4压顶结束后，在采场内，沿矿体14下盘施工规格3m*3m的分层联络道6至采场边界。分层联络道6施工完毕后，开始进行采场回采作业。

首先回采一步采进路7，一步采进路7先沿条形进路全长对空顶切割巷10进行压顶，压顶规格为3m×3m（宽×高），压顶后规格为3m×4m；然后，再采用后退式扩帮压顶方式进行回采切割巷13两侧矿体14，每侧扩帮压顶规格均为1.5m×3m，采场落矿后的矿堆12采用坑内柴油铲运机铲运至溜矿井3卸载。一步采进路7回采完毕后， 及时焊接钢筒泄水井5、架设充填挡墙9进行充填，一步采进路7充填3m高的胶结充填体11，充填完毕后，一步采进路7沿全长剩余规格为3m×1m的空顶切割巷10；

二步采进路8除了采用尾砂充填2.6 m高、胶结面采用胶结充填0.4 m厚外，其他回采工艺与一步采进路7一样。

后续分层回采采用上述作业方式进行循环作业。

二、主要采准工程超前支护

在施工空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法主要采准工程的中段运输巷17和分段巷2时，当工程地质条件较差，富水且围岩破碎时，为加快工程施工进度，采取了以下超前支护方法。

1、如图4和图5，在距富水及破碎岩体的稳固岩层前3-5m时，施工预注浆硐室22；预注浆硐室22断面轮廓线超过设计巷道轮廓线0.5m以上。

2、距设计巷道轮廓线外侧15cm左右，首先从巷道顶板对称施工4个φ100注浆孔23，孔长25m，外插角3°，孔距2.4m。先进行泄水，泄水完毕后，及时安装φ89、壁厚3mm、长25m的无缝钢管24，无缝钢管24上间隔开设注浆孔，进行工作面预注浆，注浆采用水泥－水玻璃双液浆。接着再向下依次对称施工其他注浆孔23，孔距2.4m，安装φ89的无缝钢管24进行工作面双液注浆。

3、工作面宽孔距预注浆结束后，再进行加密注浆。从已注浆结束的两孔之间再施工注浆孔23，安装安装φ89的无缝钢管24进行工作面双液注浆。注浆顺序，从上向下，采用两侧对称注浆，确保了围岩受力平衡，注浆充分。

4、如图6，注浆完毕后，进行巷道开挖，先施工断面规格2m×2m的导硐26，爆破进尺2m，然后再进行扩帮压顶至设计断面轮廓，扩帮压顶时，对周边眼实施光面爆破控制技术，光面孔孔距0.6m，光面层厚度0.7m，有效降低对围岩扰动。

5、每开挖一个循环至设计断面后，先进行喷射混凝土支护27，初喷厚度30-50mm；然后采用注浆锚杆25加钢筋穿带28进行全断面支护，提高支护强度，顶板注浆锚杆25支护网度为1m×1.5m，边帮注浆锚杆25支护网度为1.5m×1.5m，如图7。

6、每施工10m左右，利用已支护的注浆锚杆25，进行环向水泥－水玻璃双液浆支护，进一步加固注浆层。

7、每施工20m后，进行下一循环的注浆支护，注浆无缝钢管24重合段长度不小于3m。

8、每施工30m，对巷道全长进行喷射混凝土支护27，复喷厚度50-70mm，喷射混凝土支护27最终厚度为100mm。

9、富水及破碎岩体巷道掘进，按照上述2～8作业顺序循环，直至施工完毕。

Claims (4)

1.一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：

1）、采场沿走向布置，长度60m，矿体宽度即为矿体水平厚度，中段高度为45m，分段高度15m，无顶底柱及间柱；

2）、采场内垂直走向布置条形进路，进路宽度均为6m，进路采用两步骤间隔回采方式；首层回采时，一步采进路首先沿条形进路全长施工切割巷，规格为3m×4m（宽×高）；然后再采用后退式扩帮压顶方式回采切割巷两侧矿体，每侧扩帮压顶规格均为1.5m×3m；最后对一步采条形进路浇筑钢筋混凝土假底，再充填胶结充填体，充填完毕后，条形进路沿全长剩余规格为3m×1m的空顶切割巷；二步采条形进路回采工艺与一步采条形进路相同；

3）、除首层外的其他层回采时，一步采进路首先沿条形进路全长对空顶切割巷进行压顶，压顶规格为3m×3m（宽×高），压顶后断面规格为3m×4m；然后再采用后退式扩帮压顶方式回采切割巷两侧矿体，每侧扩帮压顶规格均为1.5m×3m；最后对一步采条形进路充填3m高的胶结充填体，充填完毕后，条形进路沿全长剩余规格为3m×1m的空顶切割巷；除了充填外，二步采条形进路回采工艺与一步采条形进路一样；在充填方面，二步采条形进路先充填2.6m高的尾砂充填体，之后再充填0.4m高的胶结充填体作为胶结面；

在富水及破碎岩体区域，空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法主要采准工程中，中段运输巷和分段巷均采用预注浆超前支护方法。

2.根据权利要求1所述的一种空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法，其特征在于：步骤1）中，矿体宽度即为矿体水平厚度，矿体宽度一般为20m至25m。

3.根据权利要求1或2所述的空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法，其特征在于所述预注浆超前支护方法是指在富水及破碎岩体区域，施工中段运输巷和分段巷时，采用无缝钢管沿巷道周边轮廓进行预注浆超前支护；巷道开挖后再对巷道顶板采用喷锚加钢筋穿带联合支护，其中，锚杆采用注浆锚杆，并利用注浆锚杆进行环向注浆支护。

4.根据权利要求3所述的空顶切割巷式上向宽进路充填采矿法，其特征在于施工中段运输巷和分段巷时分别采用如下步骤的采准工程超前支护方法：

1）、在距稳固岩层前3-5m时，施工预注浆硐室；预注浆硐室断面轮廓线超过设计巷道轮廓线0.5m以上；

2）、距设计巷道轮廓线外侧15cm左右，首先从巷道顶板对称施工四个注浆孔，泄水；泄水完毕后，在注浆孔中安装间隔开设有注浆孔的无缝钢管进行工作面预注浆；再向下依次对称施工其他注浆孔并进行工作面注浆；工作面宽孔距预注浆结束后，进行加密注浆；

3）、注浆完毕后，进行巷道开挖，先施工导硐，然后再进行扩帮压顶至设计断面轮廓；

4）、每开挖一个循环至设计断面后，先进行喷射混凝土支护，初喷厚度30-50mm，然后采用注浆锚杆加钢筋穿带进行全断面支护；

5）、每施工10m左右，利用已支护的注浆锚杆进行环向水泥－水玻璃双液浆支护；

6）、每施工20m后，进行下一循环的注浆支护，注浆无缝钢管重合段长度不小于3 m；

7）、每施工30m，对巷道全长进行喷射混凝土支护，复喷厚度50-70mm，喷射混凝土支护，总厚度为100mm左右；

8）、巷道掘进，按照上述2）～7）作业顺序循环，直至施工完毕。

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