CN111810156A - 一种改进的分段矿房采矿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种改进的分段矿房采矿方法，属于地下矿山开采领域。本发明每个矿块设有矿房和矿柱，矿房垂直矿体走向布置，矿房采用小跨度、高分段布置，采用设装矿巷道和出矿巷道的采场底部出矿结构，铲运机在装矿巷道中出矿。本发明通过控制矿房跨度，解决了传统分段矿房法用于厚矿体、矿房沿走向布置跨度大，采场稳定性差难题，采矿强度高，可实现多分段同时回采；简化了底部结构，便于发挥铲运机出矿效率，提高了劳动生产率。适用于非煤矿山倾斜、急倾斜中等稳固以上、厚度大于20米矿体的开采。

Description

一种改进的分段矿房采矿方法
技术领域
本发明涉及一种改进的分段矿房采矿方法，尤其是涉及一种地下采矿方法，属于地下采矿技术领域，
背景技术
分段空场采矿法是矿岩稳固至中等稳固的中厚及中厚以上倾斜、急倾斜矿体的高效开采方法，具有开采强度大，劳动生产率高，通风条件好，管理简单等突出优点，在国内外矿山得到广泛的应用。分段矿房法在划分阶段的基础上，再将阶段划分为分段，每个分段形成独立的出矿和通风系统。传统的分段矿房法矿房沿走向布置，分段中每隔一定距离留临时间柱，将其划分为若干矿块，先采矿房，后回采与矿房相邻的间柱和顶柱，并同时处理采空区。
目前，传统的分段矿房法用于倾角≥50°的倾斜～急倾斜、厚度≤20m、稳固～稳固性稍差的矿岩，矿房沿矿体走向布置，矿房跨度为矿体水平厚度；而对于厚度>20m的矿体，矿房长轴沿矿体走向布置时，矿房跨度将大于允许的跨度，顶板稳定性差，难以控制顶板冒落。因此，传统的分段矿房法难以适用于20m以上的厚矿体。随着无轨设备在我国的推广应用，分段矿房法的应用范围正不断扩大，因此，不断改进分段矿房法，对提高矿山开采安全条件和经济效益具有重要的意义。
《长沙矿山研究院季刊》杂志，1992年12卷增刊中“赤马山铜矿分段矿房法试验研究”一文中介绍了一种分段矿房法，以中深孔低分段凿岩，堑沟漏斗底部结构，高分段电耙出矿。全高50m划为两个出矿分段，矿房沿走向布置，不留间柱或仅在中部留一个间柱。电耙道及堑沟巷置矿体下盘，设分段斜顶柱，倾角55°。采场沿矿体走向布置。分段高度25m，矿房长30～60m，矿房宽≤20m，分段斜顶柱高度6～8m。基于矿岩中等稳固至稳固的条件，按工程类比法，采场暴露面积控制400～800m2以内，为避免上盘围岩片落，斜顶柱上部扩大，以减少顶板暴露面积，且使矿房呈菱形，待崩矿后则形成自然平衡拱的直接顶板。其不足之处是矿房沿走向布置，仅适用于20m厚以下矿体，而对于20m以上厚矿体，存在矿房水平跨度大，采场暴露面积大，上盘围岩、顶柱稳定性差，矿石损失贫化大，安全条件差等问题；采用电耙出矿，电耙道布置难以适应矿体下盘产状多变的情况，采准工程量较大，且会增加一次贫化率，装备落后，机械化程度低，劳动生产效率低等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种改进的分段矿房采矿方法，矿房长轴垂直矿体走向布置，分段高度15～40米、矿房跨度≤20米，分段底部出矿结构设装矿巷道和出矿巷道，采用铲运机出矿。
本发明采用的技术方案是：一种改进的分段矿房采矿方法，包括：分段凿岩、分段出矿，留分段顶柱，先采矿房，后回采与矿房相邻的间柱和顶柱，每个矿块设有矿房和矿柱，矿房垂直矿体走向布置，分段高度15～40米、矿房跨度≤20米，采空区(矿房)顶板呈长条形，采用设装矿巷道和出矿巷道的采场底部出矿结构，铲运机在装矿巷道中出矿。
具体地，所述矿柱包括顶柱、间柱和底柱，矿块由矿房、间柱、顶柱和底柱组成一个回采单元，矿房的长轴垂直矿体走向布置。
具体地，所述矿房跨度小于矿石和岩石允许的跨度，顶柱和上盘岩石顶板的极限跨度按下式计算确定：
Figure BDA0002628428120000021
式中：B—极限跨度，单位为m；h—开采空间高度，单位为m；Rc—矿石、岩石的抗压强度，单位为104Pa；γ—上部覆岩平均容重，单位为104N/m3；H—开采深度，单位为m。
具体地，根据矿岩稳定性和岩体质量指数，按下式计算矿房允许的分段高度，确定顶柱和上盘岩石顶板的极限暴露面积：
Figure BDA0002628428120000022
h1＝Ysinα
S＝XY
式中，h1——分段高度，单位为m，S——采场暴露面积，HR——水力半径，X——上盘岩石、顶柱沿走向长度，单位为m；α——矿体倾角，Y——上盘岩石顶板、顶柱倾斜长度，单位为m。
优选地，所述矿房为2～3个分段留分段顶柱，高分段侧向崩矿。
优选地，所述采场底部出矿结构采用铲运底部结构。
本发明的有益效果是：(1)每个矿块设矿房、矿柱，能保证矿房回采期间的稳定性；(2)厚矿体矿房垂直矿体走向布置，矿房采用小跨度、高分段布置，采空区顶板呈长条形，解决了分段矿房法用于厚矿体存在的矿房水平跨度大、顶板稳固性等难题，扩大了分段矿房法对矿体厚度的适用范围；(3)高分段生产能力大，采矿强度高，可实现多分段同时回采；(4)2～3个分段留一个分段顶柱，矿石损失贫化低；(5)简化了底部结构，堑沟或平底出矿底部结构加装运巷道，采用铲运机在装矿巷道中出矿，提高了劳动生产率。
附图说明
图1是本实施例的采矿结构的示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是图1的B-B向剖视图；
图4的C-C向剖视图；
图5的D-D向剖视图。
图中各标号为：1—下盘阶段运输巷道，2—集矿堑沟，3—分段平巷，4—溜井，5—切割天井，6—出矿巷道，7—装矿巷道，8—凿岩巷道，9—矿房，10—间柱，11—顶柱，12—间柱凿岩硐室，13—间柱回采深孔，14—矿体边界。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：图1～图5中云南某铁矿的矿体结构，平均水平厚度25米，平均倾角60°，阶段高度60米，图中1为下盘阶段运输巷道，2为集矿堑沟，3为分段平巷，4为溜井，5为切割天井，6为出矿巷道，7为装矿巷道，8为凿岩巷道，9为矿房，10为间柱，11为顶柱，12为间柱凿岩硐室，13为间柱回采深孔，14为矿体边界。该铁矿体为一急倾斜厚矿体，矿岩中等稳固，采用分段矿房法，矿房垂直矿体走向布置。
一种改进的分段矿房采矿方法，包括：分段凿岩、分段出矿，留分段顶柱，先采矿房，后回采与矿房相邻的间柱和顶柱，每个矿块设有矿房和矿柱，矿房垂直矿体走向布置，分段高度15～40米、矿房跨度≤20米，采空区(矿房)顶板呈长条形，采用设装矿巷道和出矿巷道的采场底部出矿结构，铲运机在装矿巷道中出矿。
进一步地，所述矿柱包括顶柱、间柱和底柱，矿块由矿房、间柱、顶柱和底柱组成一个回采单元，分段矿房垂直矿体走向布置，矿房的长轴垂直矿体走向布置，可保证矿房回采期间的稳定性。
进一步地，矿房跨度≤20米，根据岩体质量指标定量计算矿房允许的极限跨度，顶柱和上盘岩石顶板的极限跨度按下式计算确定：
该铁矿1430～1480m中段，埋深570m，开采空间高度，h＝24m；上盘岩石顶板覆岩的抗压强度，Rcy＝2408×104Pa；顶柱覆岩的抗压强度，Rck＝4280×104Pa；上部覆岩平均容重，γ＝2.62×104N/m3；开采深度，H＝570m。
上盘岩石顶板的极限跨度(单位：m)为：
Figure BDA0002628428120000031
顶柱的极限跨度(单位：m)为：
Figure BDA0002628428120000032
结合矿石顶柱和岩石顶板的极限跨度，矿房的极限跨度取两者中的小值，为17.6米。
进一步地，根据矿岩稳定性和岩体质量指数，按下式计算允许的矿房高度、顶柱和上盘岩石顶板的极限暴露面积，确定分段高度。
1363m中段，上盘岩石顶板水力半径HRY＝6.0，顶柱水力半径HRK＝8.0
上盘岩石顶板：
Figure BDA0002628428120000041
h2＝Y1sinα＝42sin60°＝36.37
S1＝XY1＝16.8×42＝705.6
顶柱：
Figure BDA0002628428120000042
h3＝Y2sinα＝336sin60°＝290.97
S2＝XY2＝16.8×336＝5644.8
式中，Y1——上盘岩石顶板倾斜长度，h2——上盘岩石顶板分段高度，单位为m，S1——上盘岩石顶板采场暴露面积，X——上盘岩石、顶柱沿走向长度，单位为m；α——矿体倾角，Y2——顶柱倾斜长度，h3——顶柱分段高度，单位为m，S2——顶柱采场暴露面积。
矿房允许的高度为36.37米，加顶柱厚度，允许的分段高度42米，矿山阶段高度60米，阶段划分为2个分段，确定分段高度30米。
进一步地，分段高度15～40米，凿岩分段高10米、设2～3个分段，留一个分段顶柱，侧向崩矿。
进一步地，采场底部出矿结构采用铲运底部结构，分段底部设堑沟漏斗(或平底结构)加装矿巷道和出矿巷道，用铲运机铲运矿石。
本发明提供了一种厚矿体矿房垂直矿体走向布置，分段高度15～40米、矿房跨度≤20米，回采矿房时依靠顶柱、间柱和矿岩的强度进行维护，铲运机分段底部出矿的分段矿房采矿方法。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种改进的分段矿房采矿方法，包括：分段凿岩、分段出矿，留分段顶柱，先采矿房，后回采与矿房相邻的间柱和顶柱，其特征在于：每个矿块设有矿房和矿柱，矿房垂直矿体走向布置，分段高度15～40米、矿房跨度≤20米，采空区顶板呈长条形，采用设装矿巷道和出矿巷道的采场底部出矿结构，铲运机在装矿巷道中出矿。
2.根据权利要求1所述的改进的分段矿房采矿方法，其特征在于：所述矿柱包括顶柱、间柱和底柱，矿块由矿房、间柱、顶柱和底柱组成一个回采单元，矿房的长轴垂直矿体走向布置。
3.根据权利要求1所述的改进的分段矿房采矿方法，其特征在于：所述矿房跨度小于矿石和岩石允许的跨度，顶柱和上盘岩石顶板的极限跨度按下式计算确定：
Figure FDA0002628428110000011
式中：B-极限跨度，单位为m；h-开采空间高度，单位为m；Rc-矿石、岩石的抗压强度，单位为104Pa；γ-上部覆岩平均容重，单位为104N/m3；H-开采深度，单位为m。
4.根据权利要求1所述的改进的分段矿房采矿方法，其特征在于：根据矿岩稳定性和岩体质量指数，按下式计算矿房允许的分段高度，确定顶柱和上盘岩石顶板的极限暴露面积：
Figure FDA0002628428110000012
h1＝Y sinα
S＝XY
式中，h1——分段高度，单位为m，S——采场暴露面积，HR——水力半径，X——上盘岩石、顶柱沿走向长度，单位为m；α——矿体倾角，Y——上盘岩石顶板、顶柱倾斜长度，单位为m。
5.根据权利要求1所述的改进的分段矿房采矿方法，其特征在于：所述矿房为2～3个分段留分段顶柱，高分段侧向崩矿。
6.根据权利要求1所述的改进的分段矿房采矿方法，其特征在于：所述采场底部出矿结构采用铲运底部结构。
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