CN111852476B - 一种深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采方法 - Google Patents
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Abstract
一种深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采方法，其步骤包括：在阶段内沿矿体走向以一定跨度的分区条带为回采单元，从一侧向另一侧连续开采；在分区条带上部形成“V”形工作面，按自上而下顺倾斜推进；开采一定空间后架设预应力膨胀支柱支撑顶板，在分区条带边界构筑充填帷幕，用尾砂或低强度胶结充填体充填采空区形成复合支护体；利用预应力膨胀支柱安装压力传感器、红外线位移监测器和地压变形数据采集器，监测采场地压演化和顶板下沉。该方法的优点是：采场间不留间柱和原岩柱，可减少矿石损失；可有效控制和均衡区域采场地压，提高作业安全条件；采取“V”形工作面可减少矿石运搬工作量；能够实现地压灾害精确预警。
Description
技术领域
本发明属于采矿工程技术领域，特别是涉及一种深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采新型采矿方法。
背景技术
缓倾斜薄矿脉在贵金属和有色金属矿产资源储量中占有非常大的比重，受矿体赋存条件制约，矿山主要采用房柱法开采。该类采矿方法主要通过矿石间柱和采场矿石点柱来保证采场顶板稳定。进入深井开采后，为维持采场的稳定性势必要减小采场跨度、增加留设矿石点柱的数量。在高应力条件下，采场内的原岩矿柱应力集中现象突出，极易产生脆性破坏乃至发生岩爆，严重危及采场作业人员和设备的安全；且矿石损失严重(损失率高达20-30％)，生产能力低(采场生产能力30-50t/d)。
针对缓倾斜薄矿脉矿体的开采，公开号为CN108590747A的专利披露了一种壁式全面回采液压柱临时支护嗣后充填法。该方法是沿矿体走向划分矿块，矿块间留设矿石间柱，矿块内沿条带进行开采，开采过程中用液压支柱临时支撑顶板，采场回采结束后回收液压支柱，砌筑挡墙并用尾砂充填空区。该方法存在两个缺陷：①液压支柱作为临时支护设备，虽然确保了采场在回采作业期的安全条件，但回收时作业危险，同时最终空区内仅采用尾砂充填体维护采场地压，由于充填体接顶效果差，不能有效控制采场地压，导致邻近采场易产生应力集中而影响正常生产，尤其在多采场回采结束后区域地压控制效果差、甚至造成顶板大面积沉降垮塌；②矿块间留设有矿石间柱，导致矿石损失率增高，影响企业经济效益。公开号为CN110905513A的专利披露了一种缓倾斜薄矿体开采方法。该方法沿矿体走向布置盘区，盘区间留设矿石间柱，盘区内沿走向划分伪倾斜分条，工作面与走向呈一定夹角倾斜布置(目的是降低了凿岩台车和铲运机等无轨设备的爬坡角度)，对伪倾斜分条自下而上进行回采，回采期间留设矿石点柱以支撑顶板，回采完毕后构筑封堵墙并对空区进行块石胶结充填。该方法存在三个缺陷：①用于控制采场地压的矿石点柱和盘区间留设的矿石间柱属于永久损失，矿石回收率低；②采取自下而上的顺序回采分条，回采作业至盘区上部区域时，围岩易产生高应力而地压显现，威胁作业人员的安全；③回采区采取倾斜工作面仅能降低凿岩台车和铲运机等无轨设备的爬坡角度，实际崩落矿石在采场处于散落状态而非集中聚集，利用无轨铲运机进入采场对散落矿石进行出矿作业，费工费时，崩落矿石运搬效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采方法，以克服上述现有技术存在的缺陷。
本发明提供的深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采方法，包括以下步骤：
(1)采场布置
在阶段内沿矿体走向每40m划分为一个分区条带，分区条带间不再设置矿石间柱，以分区条带为回采单元沿矿体走向从一侧向另一侧连续开采，在采场底部留设3～5m底柱；
(2)采准与切割
在矿体下盘脉外掘进阶段运输平巷，沿阶段运输平巷每隔40m掘进人行通风天井至采场内，用于行人通风；沿阶段运输平巷每隔8m掘进矿石溜井至矿体底部，用于放矿；在分区条带下部边界掘进切割平巷；在分区条带一侧掘进人行通风上山，供人员设备进入采场，并作为回采时的自由面；
(3)采场回采
从分区条带一侧沿矿体走向开始回采，用凿岩机在分区条带的上部矿体施工水平炮孔，自上而下呈“V”形工作面推进，实现崩落矿石的高效集聚运搬和采场顶板卸压；单次爆破落矿后，用电耙将矿石从工作面耙至矿石溜井后装车运出；当矿体倾角小于15°时，可采用铲运机出矿，以提高采场采矿效率和简化底部结构；
(4)采场地压控制
为了减少矿石损失，同时避免原岩矿柱劈裂、岩爆地压灾害发生后无法长久控制顶板稳定性，采场内不留设矿石点柱，开采一定空间后，架设预应力膨胀支柱(系指CN209908539U号专利公开的一种井下支护用人工矿柱，下同)主动支撑采场顶板，且预应力膨胀支柱在生产末期不予回收；预应力膨胀支柱的支护参数需根据现场矿岩条件进行设计；分区条带回采结束后，在分区条带边界沿斜长方向构筑充填帷幕，利用尾砂或低强度胶结充填体充填采空区，形成预应力膨胀支柱和尾砂或低强度胶结充填体的复合支护体；
(5)采场通风
新鲜风流由阶段运输平巷经人行通风天井进入分区条带工作面，污风由采场经上部充填井排入上一阶段运输平巷，进入通风井排至地表；
(6)采场地压演化和顶板下沉监测
在预应力膨胀支柱的底部安装压力传感器；在预应力膨胀支柱的底部一侧安装红外线位移监测器；压力传感器和红外线位移监测器分别通过数据传输线与地压变形数据采集器相接；实时动态监测预应力膨胀支柱的承载压力和变形，以分析采场的地压演化和顶板下沉规律。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
(1)本发明在阶段内沿矿体走向以一定跨度的分区条带为回采单元连续开采，不再划分矿房和间柱，采场间不留设矿石间柱，可减少矿石损失；
(2)采用预应力膨胀支柱-尾砂或低强度胶结充填体复合支护体，可有效控制和均衡区域采场地压，提高采场的作业安全条件，解决原岩矿柱失稳破坏后不能长久支护采场顶板问题；采场内不留设矿石点柱，可进一步减小矿石损失，实现矿体的经济开采。
(3)本发明采场内采取“V”形工作面，可使矿石集中崩落顺流于“V”形槽内，配合电耙出矿后聚集于矿石溜井流出，可减少矿石的运搬工作量，实现崩落矿石的高效运搬；采取下行式顺序开采(条带内自上而下顺倾斜推进)，有利于采场区域地压均衡，可避免分区条带上部矿体开采出现应力集中现象，提高采场作业人员的安全作业条件，实现矿体的安全开采。
(4)本发明利用预应力膨胀支柱设计的采场地压及顶板下沉监测装置，能够实现地压灾害的精确预警，为及时采取有效控制地压的措施提供依据。
附图说明
图1为本发明深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采采场俯视图；
图2为图1的Ⅰ-Ⅰ剖面图；
图3为图1的Ⅱ-Ⅱ剖面图；
图4为本发明中采场地压演化及顶板下沉监测示意图。
图中符号：1-顶柱，2-充填帷幕，3-上一阶段运输平巷，4-充填井，5-炮孔，6-待采矿体，7-切割平巷，8-耙矿硐室，9-阶段运输平巷，10-底柱，11-人行通风天井，12-矿石溜井，13-预应力膨胀支柱，14-尾砂或低强度胶结充填体，15-顶板，16-底板，17-接顶钢板，18-地压变形数据采集器，19-数据传输线，20-压力传感器，21-红外线位移监测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
结合图1至图4，本发明深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采方法，包括以下步骤：
1、采场布置：在阶段内沿矿体走向每40m划分为一个分区条带，不再划分矿房和间柱，以分区条带为回采单元从一侧向另一侧连续开采，采场底部留设3～5m底柱10，亦为下阶段开采的顶柱1。
2、采准与切割：在矿体下盘脉外掘进阶段运输平巷9，沿阶段运输平巷9每隔40m掘进人行通风天井11至采场内，用于行人通风；沿阶段运输平巷9每隔8m掘进矿石溜井12至矿体底部，用于放矿，矿石溜井12下侧开凿耙矿硐室8，用于布置电耙设备；分区条带下部边界掘进切割平巷7；在分区条带一侧掘进人行通风上山，供人员设备进入采场，并作为回采时的自由面。
3、采场回采：从分区条带一侧沿走向开始推进，用凿岩机在分区条带上部矿体施工水平炮孔5，对待采矿体6自上而下呈“V”形工作面推进，实现崩落矿石的高效集聚运搬和采场顶板卸压；单次爆破落矿后，用电耙将矿石从工作面耙至矿石溜井12后装车运出；当矿体倾角小于15°时，可采用铲运机出矿，以提高采场采矿效率和简化底部结构。
4、采场地压控制：为了减少矿石损失，同时避免原岩矿柱劈裂、岩爆等地压灾害发生后无法长久控制顶板15的稳定性，采场内不留设矿石点柱，开采一定空间后，在顶板15和底板16之间架设预应力膨胀支柱13主动支撑采场顶板15，且预应力膨胀支柱13在生产末期不予回收；预应力膨胀支柱13的支护参数需根据现场矿岩条件进行设计；分区条带回采结束后，在分区条带边界沿斜长方向构筑充填帷幕2，利用尾砂或低强度胶结充填体14充填采空区，形成预应力膨胀支柱13和尾砂或低强度胶结充填体14的复合支护体。
5、采场通风：新鲜风流由阶段运输平巷9经人行通风天井11进入分区条带工作面，污风经采场上部充填井4排入上一阶段运输平巷3，进入通风井排至地表。
6、采场地压演化和顶板下沉监测：在预应力膨胀支柱13的底部安装压力传感器20，用于监测预应力膨胀支柱13的承载压力(即地压)；在预应力膨胀支柱13底部一侧安装红外线位移监测器21，用于监测预应力膨胀支柱13的变形(即顶板下沉量)；压力传感器20和红外线位移监测器21分别通过数据传输线19与地压变形数据采集器18相接，实时动态监测预应力膨胀支柱13的承载压力和变形，以分析采场的地压演化和顶板下沉规律。
Claims (1)
1.一种深部缓倾斜薄矿脉无矿柱连续开采方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采场布置
在阶段内沿矿体走向每40m划分为一个分区条带，分区条带间不再设置矿石间柱，以分区条带为回采单元沿矿体走向从一侧向另一侧连续开采，在采场底部留设3～5m底柱；
(2)采准与切割
在矿体下盘脉外掘进阶段运输平巷，沿阶段运输平巷每隔40m掘进人行通风天井至采场内，用于行人通风；沿阶段运输平巷每隔8m掘进矿石溜井至矿体底部，用于放矿；在分区条带下部边界掘进切割平巷；在分区条带一侧掘进人行通风上山，供人员设备进入采场，并作为回采时的自由面；
(3)采场回采
从分区条带一侧沿矿体走向开始回采，用凿岩机在分区条带的上部矿体施工水平炮孔，自上而下呈“V”形工作面推进，实现崩落矿石的高效集聚运搬和采场顶板卸压；单次爆破落矿后，用电耙将矿石从工作面耙至矿石溜井后装车运出；当矿体倾角小于15°时，可采用铲运机出矿，以提高采场采矿效率和简化底部结构；
(4)采场地压控制
为了减少矿石损失，同时避免原岩矿柱劈裂、岩爆地压灾害发生后无法长久控制顶板稳定性，采场内不留设矿石点柱，开采一定空间后，架设预应力膨胀支柱主动支撑采场顶板，且预应力膨胀支柱在生产末期不予回收；预应力膨胀支柱的支护参数需根据现场矿岩条件进行设计；分区条带回采结束后，在分区条带边界沿斜长方向构筑充填帷幕，利用尾砂或低强度胶结充填体充填采空区，形成预应力膨胀支柱和尾砂或低强度胶结充填体的复合支护体；
(5)采场通风
新鲜风流由阶段运输平巷经人行通风天井进入分区条带工作面，污风由采场经上部充填井排入上一阶段运输平巷，进入通风井排至地表；
(6)采场地压演化和顶板下沉监测
在预应力膨胀支柱的底部安装压力传感器；在预应力膨胀支柱的底部一侧安装红外线位移监测器；压力传感器和红外线位移监测器分别通过数据传输线与地压变形数据采集器相接；实时动态监测预应力膨胀支柱的承载压力和变形，以分析采场的地压演化和顶板下沉规律。
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