CN111852473B - 薄矿脉的采矿方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种薄矿脉的采矿方法，包括以下步骤：a.在矿块(10)下方的底部巷道中布置砼底(20)，在砼底中布置溜口，砼底的下方形成放矿空间(31)，砼底与矿块之间形成操作空间(32)；b.从矿块的底部逐层爆破；b1.每次爆破后，累高与溜口位置对应的溜井(41)，将矿石(11)通过溜井放矿至放矿空间，使砼底的上方形成填充区域；b2.对溜井和矿块侧边的行人顺路(50)向上支护；b3.将泡沫混凝土(60)充填入填充区域。这样，在针对薄矿脉进行采矿时，对已开采的矿石区域选用泡沫混凝土进行充填，能够提升采场回采作业的安全性、提高采场的生产能力和回采效率、降低采矿损失率和矿石贫化率及提升经济效益。

Description

薄矿脉的采矿方法
技术领域
本公开涉及采矿技术领域，具体地，涉及一种薄矿脉的采矿方法。
背景技术
在非煤地下矿山开采领域，有许多矿床属于急倾斜薄矿脉开采，一般采用小分段空场法、浅孔留矿法、上向干式充填采矿法开采。小分段空场法开采急倾斜薄矿脉存在采切工程量大、回采过程采幅难于控制而导致矿石贫化率高、采场暴露面积大而导致上下盘围岩易垮落等问题，国内实际应用的矿山数量较少；浅孔留矿法开采急倾斜薄矿脉，每次崩落矿石需放出三分之一，回采完毕后再进行大量放矿，由于暂留在采场内的矿石为松散矿石并经常移动，从而导致无法控制采场地压，因此该方法具有一定的局限性，其仅适用于在矿石无结块性、矿岩非常稳固的条件下开采；上向干式充填采矿法开采急倾斜薄矿脉目前应用较多，其采用废石充填采场控制上下盘围岩移动，同时作为上采平台，废石充填工人劳动强度大、废石充填效率低，进而导致采场生产能力低，工效低，更为严重的是充填的废石为松散体，难以控制采场地压，因此工作面易发生上下盘垮落、顶板冒顶等事故，回采工作面的安全难以保证。
虽然许多研究学者和矿山工程技术人员进行了大量的技术优化和技术改造工作，但均未从本质上改变以上方法存在的问题。尽管尾砂胶结充填采矿方法可从本质上解决薄矿脉开采存在的技术问题，但薄矿脉开采采用尾砂胶结充填采矿方法，在充填系统建设方面需要高投资建设充填系统以及铺设长距离充填管路，在充填系统使用方面单采场充填量非常小，同时充填地点较多，使用过程需频换进行充填前准备、充填后洗管等工作，导致胶结充填成本急剧增加，胶结充填工艺非常复杂，胶结充填任务难以保证，因此急倾斜薄矿脉胶结充填采矿法难以实施。
发明内容
本公开的目的是提供一种薄矿脉的采矿方法，以解决相关技术中采矿时存在的安全风险大、回采效率低、矿粉贫化及损失大的问题。
为了实现上述目的，本公开提供一种薄矿脉的采矿方法，所述采矿方法包括以下步骤：
a.在矿块下方的底部巷道中布置砼底，在所述砼底中布置溜口，所述砼底的下方形成放矿空间，所述砼底与所述矿块之间形成操作空间；
b.从所述矿块的底部逐层爆破；
b1.每次爆破后，累高与所述溜口位置对应的溜井，将矿石通过所述溜井放矿至所述放矿空间，使所述砼底的上方形成填充区域；
b2.对所述溜井和所述矿块侧边的行人顺路向上支护；
b3.将泡沫混凝土充填入所述填充区域。
可选地，在步骤b，在对每层所述矿块进行爆破时，
首先从所述矿块的纵向中线向一侧将所述矿块爆破以形成第一填充区域，在所述第一填充区域中充填泡沫混凝土；
再从所述纵向中线向另一侧将所述矿块爆破以形成第二填充区域，在所述第二填充区域中充填泡沫混凝土。
可选地，在充填所述第一填充区域之前，在所述砼底上方的对应于所述纵向中线的位置处布置充填挡墙。
可选地，在步骤b，控制采幅不小于0.8m。
可选地，当所述矿块的厚度小于0.6m时，在步骤b3，在充填泡沫混凝土之前，对围岩削壁爆破。
可选地，在步骤b1，在每次爆破落矿后支护围岩以及采场顶板。
可选地，所述泡沫混凝土包括水泥、发泡剂，还选择性地包括尾砂，所述尾砂的重量份小于或等于所述水泥的重量份。
可选地，在步骤b3，通过泡沫混凝土充填设备将所述泡沫混凝土充填入所述填充区域，所述泡沫混凝土充填设备包括上料机、水泥搅拌机和发泡泵送一体机。
可选地，在步骤b，在每次爆破前，在采场空间底部铺设用于承载矿石的胶垫。
可选地，在步骤b1，在运出矿石时支护围岩。
通过上述技术方案，在针对薄矿脉进行采矿时，对已开采的矿石区域选用泡沫混凝土进行充填，具有以下有益效果：第一，泡沫混凝土充填体具有一定的整体强度，能够对上下盘形成良好的支撑作用，从而有效控制顶板冒落、上下盘移动、片帮和垮落，同时泡沫混凝土充填体具有一定的让压支撑作用，更有利于采场回采作业的安全，另一方面，采用泡沫混凝土充填，相比于采用废石充填，减少或取消了采场内掘进小硐、削壁等工序，从而可以提升采场回采作业的安全性；第二，采用泡沫混凝土充填替代废石充填，可以缩短充填工序作业时间，减少或取消的废石爆破工序所节省出的时间可以相应用于矿块爆破，从而能够大幅度提高采场生产能力，提升回采效率；第三，泡沫混凝土还可以在回采过程中控制上下盘围岩混入及粉矿流失，从而可以大大降低采矿损失率和矿石贫化率；第四，采用泡沫混凝土充填的成本基本与采用废石充填的成本一致，但采场生产能力增加，回采效率提升，大大提升了施工人员的工作效率，并且降低了其他工序的开采成本，因此综合经济效益大大提升。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开的一个实施方式的薄矿脉的采矿方法；
图2是根据本公开的一个实施方式提供的采矿方法中，开采过程中的采场空间的示意图；
图3是图2沿I-I面的剖视图；
图4是图2沿II-II面的剖视图。
附图标记说明
10-矿块；11-矿石；20-砼底；31-放矿空间；32-操作空间；41-溜井；42-中央天井；50-行人顺路；60-泡沫混凝土；61-充填挡墙；70-围岩；80-炮孔；90-上阶段底部巷道。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”是指采场实际方位的上和下，具体可参照图2的图面方向。
首先需要说明的是，在采矿时，参照图2，首先从矿块10的底部开设底部巷道，用于在开采后运输崩落的矿石11，矿块10的中间部位(即下述的纵向中线)开设竖向的中央天井42，用于通风且作为运输通道，中央天井42的底部与底部巷道连通。其中，底部巷道的开设包括在矿脉内沿矿体走向掘进脉内运输巷道(即下述的放矿空间31)以及在矿块10底部进行第一分层回采，以使底部巷道具有充足的施工空间。其中，第一分层回采可以以中央天井42为自由面，由采场中央向两端进行，第一分层回采包括爆破落矿、通风、撬毛以及出矿，第一分层的回采空间高度不小于1.8m，例如第一分层的回采高度可以为2m、采幅可以为1.5m，通风和撬毛为采矿领域常见的采矿工序，在此不做过多赘述。本公开提供的采矿方法应用在矿块10开设中央天井42，并且矿块10底部形成底部巷道之后，即开采准备工作完成后。另外需要说明的是，下述的采场空间指的是崩落前的矿块10、崩落后的泡沫混凝土60所处的整体空间，即砼底20和上阶段底部巷道90之间的区域，该空间包括下述的操作空间32等。其中，上阶段底部巷道90指的是矿块10上段的另一矿块所对应的底部巷道。
参照图1，本公开提供的薄矿脉的采矿方法包括以下步骤：
a.在矿块10下方的底部巷道中布置砼底20，在砼底20中布置用于与溜井41连通配合的溜口，使砼底20的下方形成放矿空间31，砼底20与矿块10之间形成操作空间32，见图2。其中，砼底20能够稳定地压，放矿空间31作为开采后运输矿石11的通道，其宽度与高度均不小于2m，操作空间32作为爆破前施工人员的活动区域。这里，前述的溜井41用于形成竖向的运输通道，能够与放矿空间31连通以运出矿石。需要说明的是，本公开涉及的溜井41指的是可移动的上下开口的筒状结构，例如由钢板卷制而成的铁溜井。其中，根据矿块10的长度，可以间隔地设置多个溜井41，例如可以每隔15-30m的距离设置一处溜井41，并且溜口上可以架设有放矿斗。
b.从矿块10的底部逐层爆破，直至整个矿块10爆破完成，见图2。即对矿块10自下而上进行分层回采，每层的回采高度可以不大于2m。在该步骤b，还包括如下子步骤：b1.每次爆破后，累高与溜口位置对应的溜井41，并将矿石11通过溜井41放矿至放矿空间31，使砼底20的上方形成填充区域；b2.对溜井41和矿块10侧边的行人顺路50向上支护；b3.将泡沫混凝土60充填入填充区域。具体地，在步骤b1，每次爆破出矿后，形成的填充区域的高度可以为爆破的矿块10的高度。爆破时，可以首先在矿块10的底部向上掏槽，以形成用于放置炸药的炮孔80，然后在炮孔80中放置炸药并插入引爆管，并将引爆管拉至采场空间外部，以便于引爆。爆破落矿完毕后，需要进行通风和撬毛作业。在步骤b2，每两层溜井41可以通过可拆卸的插接结构来实现连接，方便使用。溜井41一方面可以确保采场空间的通风，另一方面还可以作为运出矿石11的通道，同时也可以作为运入泡沫混凝土60的通道。行人顺路50可以分别设置在矿块10的两侧即采场空间的边缘，以用于通风并可以作为施工人员的工作通道。
通过上述技术方案，在针对薄矿脉进行采矿时，对已开采的矿石区域选用泡沫混凝土60进行充填，具有以下有益效果：
第一，泡沫混凝土充填体具有一定的整体强度，能够对上下盘形成良好的支撑作用，从而有效控制顶板冒落、上下盘移动、片帮和垮落，同时泡沫混凝土充填体具有一定的让压支撑作用，更有利于采场回采作业的安全，另一方面，采用泡沫混凝土60充填，相比于采用废石充填，减少或取消了采场内掘进小硐、削壁等工序，从而可以提升采场回采作业的安全性；
第二，采用泡沫混凝土60充填替代废石充填，可以缩短充填工序作业时间，减少或取消的废石爆破工序所节省出的时间可以相应用于矿块10爆破，从而能够大幅度提高采场生产能力，提升回采效率；
第三，泡沫混凝土60还可以在回采过程中控制上下盘围岩混入及粉矿流失，从而可以大大降低采矿损失率和矿石贫化率；
第四，采用泡沫混凝土60充填的成本基本与采用废石充填的成本一致，但采场生产能力增加，回采效率提升，大大提升了施工人员的工作效率，并且降低了其他工序的开采成本，因此综合经济效益大大提升。
根据一些实施例，在步骤b，参照图2，在对每层矿块10进行爆破时，可以首先从矿块10的纵向中线向一侧将矿块10爆破以形成第一填充区域，在第一填充区域中充填泡沫混凝土60之后再从纵向中线向另一侧将矿块10爆破以形成第二填充区域，最后在第二填充区域中充填泡沫混凝土60。即在对矿块10进行分层回采时，分层回采的每一层可划分为左右两个回采单元，回采时，可以选择两个回采单元中的任意一个先进行爆破。其中，施工人员每次爆破的矿块10的长度有限，在对任一个回采单元爆破时，可以在将相应的回采单元全部爆破出矿完毕后再充填入泡沫混凝土60，从而进一步提升回采效率。此处的“左右”指的是图2的图面方向的左和右。
进一步地，参照图2，在充填第一填充区域之前，可以在砼底20上方的对应于纵向中线的位置处布置充填挡墙61，以防止泡沫混凝土60充填时进入另一侧的第二充填区域。具体地，在第一次充填泡沫混凝土60之前，可以在砼底20的对应于纵向中线的位置布置充填挡墙61，之后再进行泡沫混凝土60充填时，可以在已充填的泡沫混凝土60的对应于纵向中线的位置布置充填挡墙61。
根据一些实施例，在步骤b，为充分保证采场的作业安全，可以控制采幅不小于0.8m。
具体地，当矿块10的厚度小于0.6m时，在步骤b3，可以在充填泡沫混凝土60之前，对围岩70进行削壁爆破，以能够满足采场采幅需求。即在将矿块10爆破出矿以及溜井41、行人顺路50支护完毕后，可以在上盘围岩或下盘围岩实施削壁炮孔爆破，削落的废石可以相应留存在采场内，削壁后可以控制采场的采幅在0.8-1m之间，削壁完成之后可以相应再进行泡沫混凝土60的充填。当矿块10的厚度在0.6-0.8m之间时，可以控制采场的采幅为0.8m；当矿块10的厚度大于0.8m时，可以控制采场的采幅为矿块10的厚度。
根据一些实施例，在步骤b1，可以在每次爆破落矿后支护围岩70以及采场顶板。这里需要说明的是，采场顶板指的是未爆破的矿块10的下表面，例如图2中A线所示部位。由于爆破时产生的冲击会影响周围的围岩70，采场顶板也较为松散，每次爆破后，可以对旁边的围岩70以及采场顶板进行支护，以稳定围岩70和矿块10，保证采场的安全。其中，支护方式可以为横撑支护、立柱支护、砼支护等任意适当的形式。
根据一些实施例，泡沫混凝土60可以包括水泥、发泡剂，还可以选择性地包括尾砂，其中，尾砂的重量份可以小于或者等于水泥的重量份。
根据一些实施例，在步骤b3，可以通过泡沫混凝土充填设备将泡沫混凝土60充填入填充区域。其中，泡沫混凝土充填设备可以包括上料机、水泥搅拌机和发泡泵送一体机。泡沫混凝土充填设备需要满足可制备干容重350-1200kg/m3泡沫混凝土、生产能力大于10m3/h、水平输送距离大于100m、垂直输送距离大于50m等要求。其中，当泡沫混凝土60的充填高度为0-2m时，充填料浆泡沫不塌落、不浮泡、不离析，泡沫混凝土充填体各期强度均可达到上向充填采矿要求。此外，泡沫混凝土60充填施工时，泡沫混凝土充填设备可以采用自动上料、自动搅拌、自动泵送的方式，从而可以使得施工周期大幅缩短，工人劳动强度大幅降低。
根据一些实施例，在步骤b，在每次爆破前，在采场空间底部可以铺设用于承载矿石11的胶垫。具体地，在第一次爆破矿块10前，在砼底20上铺设胶垫，在后续爆破时，在相应的已填充的泡沫混凝土60上铺设胶垫。胶垫可以设置有多块，相邻胶垫之间搭接，且胶垫边缘折边以形成收纳效果。通过设置胶垫，一方面可以在落矿时起缓冲作用，减少矿粉损失；另一方面，在运出矿石11时，可以提取胶垫将矿石11整体运出，提高效率。
根据一些实施例，在步骤b1，在运出矿石11时可以支护围岩70，即，边出矿边支护。这样，使得每次施工后，均对围岩70进行支护，以稳定围岩70。
根据本公开提供的薄矿脉的采矿方法，可以应用于下述实施例的矿脉。其中，参照图2至图4，采场沿矿体走向布置，采场中段高度为40m，采场长度为80m，自下而上对矿块10进行分层回采，每层的回采高度为1m。放矿空间31的尺寸为2.2×2.3m，中央天井42和行人顺路50的尺寸均可以为1.5×1.5m。分层回采时，可以以矿块10的纵向中线为自由面，先回采左侧的回采单元，后回采右侧的回采单元，如此循环直至采场回采完毕。现场泡沫混凝土充填设备的生产能力可以为12m3/h，水平输送距离可以为200m，垂直输送距离可以为100m。现场制备的泡沫混凝土60的干容重可以为500-700kg/m3，其一天的抗压强度可达1MPa，两天的抗压强度可达2MPa，28天的抗压强度可达2.7MPa。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种薄矿脉的采矿方法，其特征在于，所述采矿方法包括以下步骤：
a. 在矿块（10）下方的底部巷道中布置砼底（20），在所述砼底（20）中布置溜口，所述砼底（20）的下方形成放矿空间（31），所述砼底（20）与所述矿块（10）之间形成操作空间（32）；
b. 从所述矿块（10）的底部逐层爆破；
b1. 每次爆破后，垒高与所述溜口位置对应的溜井（41），并将崩落的矿石（11）全部通过所述溜井（41）放矿至所述放矿空间（31），使所述砼底（20）的上方形成填充区域；
b2. 对所述溜井（41）和所述矿块（10）侧边的行人顺路（50）向上支护；
b3. 将泡沫混凝土（60）充填入所述填充区域，
其中，在步骤b，在对每层所述矿块（10）进行爆破时，
首先从所述矿块（10）的纵向中线向一侧将所述矿块（10）爆破以形成第一填充区域，在所述第一填充区域中充填泡沫混凝土（60）；
再从所述纵向中线向另一侧将所述矿块（10）爆破以形成第二填充区域，在所述第二填充区域中充填泡沫混凝土（60），
其中，在充填所述第一填充区域之前，在所述砼底（20）上方的对应于所述纵向中线的位置处布置充填挡墙（61）。
2.根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于，在步骤b，控制采幅不小于0.8m。
3.根据权利要求2所述的采矿方法，其特征在于，当所述矿块（10）的厚度小于0.6m时，在步骤b3，在充填泡沫混凝土（60）之前，对围岩（70）削壁爆破。
4.根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于，在步骤b1，在每次爆破落矿后支护围岩（70）以及采场顶板。
5.根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于，所述泡沫混凝土（60）包括水泥、发泡剂。
6.根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于，在步骤b3，通过泡沫混凝土充填设备将所述泡沫混凝土（60）充填入所述填充区域，所述泡沫混凝土充填设备包括上料机、水泥搅拌机和发泡泵送一体机。
7.根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于，在步骤b，在每次爆破前，在采场空间底部铺设用于承载矿石（11）的胶垫。
8.根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于，在步骤b1，在运出矿石（11）时支护围岩（70）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Title
尾砂泡沫混凝土在地下矿山工程中的应用探析;刘文波等;《黄金》;20120115(第1期);第24-27页 *

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