CN111852478B - 留设h形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法：将待采矿体划分为多个阶段，每个阶段内划分为矿块，矿块分为先行回采的一步骤矿块和滞后回采的二步骤矿块，相邻矿块之间留设矿块间柱；一步骤矿块作为一个采场回采，回采后充填空区；二步骤矿块划分为上盘采场和下盘采场分别回采，上盘采场和下盘采场之间留设上下盘采场间柱；二步骤矿块中的上盘采场和下盘采场，先回采一侧采场，回采并充填其空区后，再回采并充填另一侧采场；一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块中，其同时回采的上盘采场和下盘采场对角布置。适用于矿石品位较低的岩体稳固的厚大金属非金属矿体安全经济高效开采，具有采场生产能力大、回采效率高、充填成本低等特点。

Description

留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法

技术领域

本发明涉及一种充填开采方法，具有采场生产能力大、回采效率高、充填成本低的优势，特别适用于矿石品位一般至较低的岩体稳固至极稳固的地下金属非金属厚大至极厚大矿体的安全经济高效充填开采。

背景技术

地下金属非金属矿开采时，需要根据待采矿体的岩体质量、矿岩品位价值及其产状等开采技术条件，选取与之合理匹配的开采方法。由于地下金属非金属矿体的地质赋存条件的差异性，所以其没有最好的开采方法、只有最合适的开采方法。

我国近年来对地下金属非金属矿山进行了大规模的全面开发利用，大多数已探明的矿岩品位价值较好的、开采技术条件较好的矿体基本都得到了有效开采，这支撑了社会经济快速发展。但是我国的大宗矿产品仍然是供不应求，每年还需进口大量铜铁等矿石。而在我国已探明的地下金属非金属矿中，仍有大部分矿岩品位价值一般或较低的、临界于工业品位的矿体尚未得到全面开采。

针对矿石品位一般至较低的地下金属非金属矿体开采，我国以往主要根据岩体质量和开采技术条件参数等，探索采用了崩落法、原位浸出法等，实现了相应矿产资源的有效开发利用，但是崩落法会导致矿区地表塌陷、原位浸出法存在浸出液污染地下水环境等环保问题。近年来，随着国家对矿山开采环境问题的重视，大力推广使用充填采矿法，但是井下采场充填势必大幅地增加采矿成本，进一步削弱了矿石品位一般至较低的矿体开采的经济性。

因此，针对上述矿石品位一般至较低的地下金属非金属矿体开采，特别是针对中低品位的厚大稳固矿体的开采，发明一种采场生产能力大、回采效率高、充填开采成本低的开采方法，确保此类矿体的安全、经济、高效的充填开采，同时减小地下矿体开采对地表沉降、地下水等环境影响，对于有效开发我国大量的矿岩品位价值一般至较低的矿产资源具有重要推广利用价值。为此，本发明提出了一种留设H形间柱的厚大稳固矿体充填开采方法。

发明内容

本发明提供一种留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法，能够安全提高单个采场的设计尺寸，进而提高采场的综合生产能力和回采效率，降低每吨矿石平均采矿成本，与此同时，留设的H形间柱结构与采场非胶结充填体或微胶结充填体共同控制地压，有效降低胶结充填成本，提高中低品位矿体的开采经济效益。

本发明的技术方案，其具体特征为：

留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法，其步骤包括：

A、将待采矿体在竖直方向上划分为多个阶段，每个阶段内划分为矿块，矿块分为先行回采的一步骤矿块和相对滞后回采的二步骤矿块，相邻矿块之间留设矿块间柱；

B、一步骤矿块作为一个采场回采，回采完成之后充填其空区；

C、二步骤矿块划分为上盘采场和下盘采场分别回采，上盘采场和下盘采场之间留设上下盘采场间柱；

D、二步骤矿块中的上盘采场和下盘采场，先回采一侧采场，回采完毕并充填其采场空区后，再回采并充填另一侧采场；

E、一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块，其同时回采的上盘采场和下盘采场对角布置；

F、留设的矿岩间柱结构，其周边各采场回采完毕并充填后，根据矿石品位价值和开采经济性，作为残矿进行回采。

作为优选，进一步地，所述步骤A中：

竖直方向上，待采矿体划分的单个阶段高度为30～70米。

对于中厚至厚大矿体，任一阶段内划分矿块时，垂直于矿体走向布置一步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～50米；垂直矿体走向布置二步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～120米；

对于特别厚大的矿体，在任一阶段内划分矿块时，先将矿体划分为多个盘区，然后在每个盘区内，垂直于盘区走向布置一步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～50米；垂直盘区走向布置二步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为 15～120米。

任一阶段内的相邻矿块之间留设的矿块间柱，其高度等于阶段的高度，其长度等于一步骤矿块的长度，其宽度为3～10米。

作为优选，进一步地，所述步骤B中：

所述的一步骤矿块作为一个采场回采，其回采方法或是大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，或是中深孔落矿的分段空场嗣后充填采矿法，或是采用双阶段合并后的空场嗣后充填采矿法；

所述的一步骤矿块作为一个采场回采时，预先在其底部开挖形成堑沟出矿结构，包括靠近采场宽度中部、贯穿采场长度方向的集矿巷道，并在一步骤矿块的两侧矿块间柱的底部开挖形成贯穿采场长度方向的运输巷道，运输巷道与联络巷道联通，并在运输巷道和集矿巷道之间开挖多条与之斜交的出矿进路；

所述一步骤矿块回采完成之后充填其空区，包括预先在采场底部出矿进路和集矿巷道中构筑充填挡墙，其空区底面向上4～12米高的区域采用强度不低于1.0MPa的高强度胶结充填，空区剩余高度部分或直接采用非胶结充填、或采用强度0.1～0.5MPa的微胶结充填、或是所述非胶结充填体和微胶结充填体的组合。

作为优选，进一步地，所述步骤C中：

所述的将二步骤矿块划分为上盘采场和下盘采场，上盘采场和下盘采场的尺寸相同，其高度等于所在阶段的高度，其长度等于二步骤矿块的宽度，其宽度不大于相邻一步骤矿块长度的一半；

所述的上盘采场和下盘采场之间留设的矿块间柱，其长度方向是沿着所述矿体走向或沿着所述盘区走向，其高度等于阶段的高度，其长度等于二步骤矿块的宽度，其宽度为3～10米。

作为优选，进一步地，所述步骤D中：

所述的二步骤矿块划分的上盘采场和下盘采场，其先回采的一侧采场，或是先回采上盘采场，或是先回采下盘采场；

所述的二步骤矿块中，上盘采场或下盘采场的回采方法，或是采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，或是采用中深孔落矿的分段空场嗣后充填采矿法；

所述的二步骤矿块中划分的上盘采场或下盘采场在进行分别回采时，应分别在其采场底部预先开挖形成堑沟出矿结构，该结构包括：

当二步骤矿块的宽度小于等于一步骤矿块长度的一半时，垂直于矿体走向或盘区走向方向布置集矿巷道，并重复利用其相邻一步骤矿块之间的矿块间柱底部的运输巷道，运输巷道及集矿巷道之间开挖多条与之斜交的出矿进路，出矿进路的斜交方向是开口朝向其相邻近的联络巷道；

当二步骤矿块的宽度大于一步骤矿块长度的一半时，沿着矿体走向或盘区走向方向布置集矿巷道，在上下盘采场间柱的底部开挖一条运输巷道，在该运输巷道与集矿巷道之间开挖多条出矿进路，并在集矿巷道与相邻近的联络巷道之间开挖多条出矿进路；

所述的二步骤矿块中，上盘采场或下盘采场在回采完成之后，及时充填相应的采场空区，包括预先在上盘采场或下盘采场底部的出矿进路和集矿巷道中构筑充填挡墙，其空区底面向上4～12米高的区域采用强度不低于1.0MPa的高强度胶结充填，空区剩余高度部分或直接采用非胶结充填、或采用强度0.1～0.5MPa的微胶结充填、或是所述非胶结充填体和微胶结充填体的组合。

作为优选，进一步地，所述步骤E中：

所述的同时回采的上盘采场和下盘采场对角布置，是要求一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块中，不能同时回采两个上盘采场或同时回采两个下盘采场，不能引起一步骤矿块充填体及矿块间柱向两侧相邻的上盘采场空区或两侧相邻的下盘采场空区同时侧向暴露；

针对任意一个回采完毕并充填完成后的一步骤矿块：

或是同时回采其相邻一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场以及相邻另一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场，回采完毕并充填空区后，再同时回采其相邻一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场以及相邻另一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场；

也或是先回采并充填其相邻一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场，再回采并充填其相邻同一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场，然后再回采并充填其相邻另一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场。

作为优选，进一步地，所述步骤F中：

所述的留设的矿岩间柱结构，包括相邻一步骤矿块和二步骤矿块之间的矿块间柱以及二步骤矿块中相邻上盘采场和下盘采场之间的上下盘采场间柱，在该矿岩间柱结构的周边各采场回采完毕并充填后，将形成充填体包围的呈H形分布的矿岩间柱结构；

所述的留设的矿岩间柱结构作为残矿进行回采，根据矿岩的回采成本和矿石价值进行回采，回采方法选用上向水平分层充填采矿法、上向进路充填采矿法；也或不回采所述留设的矿岩间柱结构。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的留设H形间柱的厚大稳固矿体充填开采方法，适合于矿石品位一般至较低的岩体稳固至极稳固的地下金属非金属厚大至极厚大矿体的安全经济高效充填开采，采场设计尺寸大、利于选用机械化高效率的大型采掘设备，具有采场综合生产能力大、回采效率高、充填成本低等优势。

本发明的有益效果如下：

(1)解决此类中低品位矿体开采时，如果采用崩落法可能引发矿区地表沉降、采用原位浸出法可能污染地下水环境等环保问题，利用本发明的充填开采方法，能确保地下金属非金属矿山的中低品位矿体开采的经济效益和环境保护的可行性；

(2)解决此类中低品位厚大稳固矿体开采时，如果采用传统两步骤阶段或分段空场嗣后充填采矿法时，一步骤采场胶结充填体侧面全部暴露，胶结充填体强度需求较高，进而增加胶结充填成本，不利于确保此类中低品位矿体开采的经济效益。本发明的充填开采方法，实现低品位稳固矿岩间柱与充填体共同发挥地压管控作用，可使一步骤采场充填体的侧面暴露面积相对于传统两步骤阶段或分段空场嗣后充填采矿法降低一倍以上，能够实现全部采场空区的非胶结充填或微胶结充填，大幅降低胶结充填成本，实现此类中低品位矿体开采的经济可行性。

(3)解决此类中低品位厚大稳固矿体开采时，如果采用房柱法、全面法等空场法，将留设大量矿柱支撑采场空区，矿产资源回收率较低的问题。本发明的充填开采方法，实现留设相对少量的H形矿岩间柱与充填体共同发挥地压管控作用，提高了矿体回收率，增加了矿产资源开采的企业经济效益。

(4)解决此类中低品位厚大稳固矿体开采时，如果采用上向水平分层或上向进路充填采矿法，单个采场开采效率低，综合生产能力差，平均采出每吨矿石的采矿成本高的问题，难以实现此类中低品位矿体的开采经济性。本发明的充填开采方法，能采用较大采场尺寸设计，一步骤矿块还可双阶段合并开采，大幅增加采场回采单元的开采规模，便于使用高效机械化的大型采掘装备，提高采场综合生产能力，最终平均采出每吨矿石的开采成本较低，可确保此类中低品位厚大稳固矿体的安全经济开采可行性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对发明方案中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的典型方案过程，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明方案示意图中，第一开采时步的一步骤矿块回采完成后的单个阶段采场正视图、采场高度中部剖面俯视图、采场底部结构剖面俯视图。

图2为本发明方案中示意图，第二开采时步的二步骤矿块的上盘采场和下盘采场对角布置回采完成后的单个阶段采场正视图、采场高度中部剖面俯视图、采场底部结构剖面俯视图(堑沟出矿结构的集矿巷道垂直于矿体走向或盘区走向布置的情况)。

图3为本发明方案示意图中，第二开采时步的二步骤矿块的上盘采场和下盘采场对角布置回采完成后的单个阶段采场底部结构剖面俯视图(堑沟出矿结构的集矿巷道沿着矿体走向或盘区走向布置的情况)。

图4为本发明方案示意图中，第三开采时步的二步骤矿块的上盘采场和下盘采场对角布置回采完成后的单个阶段采场正视图、采场高度中部剖面俯视图、采场底部结构剖面俯视图(堑沟出矿结构的集矿巷道垂直于矿体走向或盘区走向布置的情况)。

图5为本发明方案示意图中，第三开采时步的二步骤矿块的上盘采场和下盘采场对角布置回采完成后的单个阶段采场底部结构剖面俯视图(堑沟出矿结构的集矿巷道沿着矿体走向或盘区走向布置的情况)。

图6为本发明方案示意图中，留设的矿块间柱的周边各采场回采完毕并充填完成后，单个阶段采场正视图、采场高度中部剖面俯视图、采场底部结构剖面俯视图。

图7为本发明方案示意图中，留设的矿块间柱的周边各采场回采完毕并充填完成后，单个阶段采场正视图、采场高度中部剖面俯视图。

图中标注：1充填体，2空区，3矿块间柱，4矿块间柱底部的运输巷道，5集矿巷道， 6上下盘采场间柱底部的运输巷道，7出矿进路，8上下盘采场间柱，9联络巷道，10堑沟出矿结构，11充填挡墙，W1一步骤矿块宽度，W2二步骤矿块宽度，H阶段高度，L 矿块长度。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图6所示，本发明的留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法，其较佳的具体实施方式和过程为：

首先将待采矿体在竖直方向上划分为若干个阶段，如图1的正视图，是划分的某一个典型开采阶段，竖直方向上单个阶段高度H为30～70米。进而在每个阶段内划分为矿块，矿块分为先行回采的一步骤矿块和相对滞后回采的二步骤矿块。对于中厚至厚大矿体，任一阶段内划分矿块时，垂直于矿体走向布置一步骤矿块，其矿块长度L为40～120 米，矿块宽度W1为15～50米；垂直矿体走向布置二步骤矿块，其矿块长度L为40～120 米，矿块宽度W2为15～120米。对于特别厚大的矿体，在任一阶段内划分矿块时，先将矿体划分为若干盘区，然后在每个盘区内，垂直于盘区走向布置一步骤矿块，其矿块长度L为40～120米，矿块宽度W1为15～50米；垂直盘区走向布置二步骤矿块，其矿块长度L为40～120米，矿块宽度W2为15～120米。任一阶段内的相邻矿块之间留设的矿块间柱3，其高度等于阶段的高度H，其长度等于一步骤矿块的长度L，其宽度为3～10米。

如图1正视图，一步骤矿块作为一个采场回采，其回采方法可以是大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，可以是中深孔落矿的分段空场嗣后充填采矿法，也可以是采用双阶段合并后的空场嗣后充填采矿法。如图1底部结构剖面俯视图A2-A2，一步骤矿块回采时，预先在采场底部开挖形成堑沟出矿结构10，包括靠近采场宽度中部、贯穿采场长度方向的集矿巷道5，并在一步骤矿块的两侧矿块间柱3的底部开挖形成贯穿采场长度方向矿块间柱底部的运输巷道4，矿块间柱底部的运输巷道4与联络巷道9联通，并在矿块间柱底部的运输巷道4和集矿巷道5之间开挖若干条与之斜交的出矿进路7。

如图2，一步骤矿块回采完成之后充填其采空区，形成充填体1。所述充填之前，预先在其采场底部出矿进路7和集矿巷道5中构筑充填挡墙11，其空区底面向上4～12米高的区域采用强度不低于1.0MPa的高强度胶结充填，空区剩余高度区域可以直接采用非胶结充填、可以采用强度0.1～0.5MPa的微胶结充填、也可以是所述非胶结充填体和微胶结充填体的组合。

如图1和图2的采场高度中部剖面俯视图A1-A1和B1-B1，二步骤矿块划分为上盘采场和下盘采场分别回采，上盘采场和下盘采场的尺寸相同，其高度等于所在阶段的高度 H，其长度等于二步骤矿块的宽度W2，其宽度不大于相邻一步骤矿块长度L的一半。上盘采场和下盘采场之间留设上下盘采场间柱8，所述上下盘采场间柱8的长度方向是沿着所述矿体走向或沿着所述盘区走向，其高度等于阶段的高度H，其长度等于二步骤矿块的宽度W2，其宽度为3～10米。

如图2和图3，任意二步骤矿块中的上盘采场和下盘采场，应先回采一侧采场，回采完毕并充填其采场空区后，再回采并充填另一侧采场。其先回采的一侧采场，可以是先回采上盘采场，也可以是先回采下盘采场；所述的二步骤矿块中，上盘采场或下盘采场的回采方法，可以是采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，也可以是采用中深孔落矿的分段空场嗣后充填采矿法；二步骤矿块中的采场一般不得采用双阶段合并开采方法。

所述的二步骤矿块中划分的上盘采场或下盘采场在进行分别回采时，应分别在其采场底部预先开挖形成堑沟出矿结构10，该结构包括：

如图2和图4的采场底部结构剖面俯视图B2-B2和C2-C2，当二步骤矿块的宽度W2小于等于一步骤矿块长度L的一半时，垂直于矿体走向或盘区走向方向布置集矿巷道5，并重复利用其相邻一步骤矿块之间的矿块间柱3底部的运输巷道4，且在运输巷道4及集矿巷道5之间开挖若干条与之斜交的出矿进路7，出矿进路7的斜交方向是开口朝向其相邻近的联络巷道9；

如图3和图5的采场底部结构剖面俯视图，当二步骤矿块的宽度W2大于一步骤矿块长度L的一半时，则在二步骤矿块的上盘采场和下盘采场底部，分别沿着矿体走向或盘区走向方向布置集矿巷道5，并在上下盘采场间柱8的底部开挖一条上下盘采场间柱底部的运输巷道6，在该上下盘采场间柱底部的运输巷道6与集矿巷道5之间开挖若干条出矿进路7，并在集矿巷道5与相邻近的联络巷道9之间开挖若干条出矿进路7。

如图4和图6，所述的二步骤矿块中，上盘采场或下盘采场在回采完成之后，及时充填相应的采场空区，包括预先在上盘采场或下盘采场底部的出矿进路7和集矿巷道5 中构筑充填挡墙11。所述上盘采场和下盘采场空区中的充填体，具体包括其空区底面向上4～12米高的区域采用强度不低于1.0MPa的高强度胶结充填，空区剩余高度区域可以直接采用非胶结充填、可以采用强度0.1～0.5MPa的微胶结充填、也可以是所述非胶结充填体和微胶结充填体的组合。

如图2和图4的采场中部剖面俯视图B1-B1和C1-C1，一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块，其同时回采的上盘采场和下盘采场对角布置，所述的对角布置，是要求一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块中，不能同时回采两个上盘采场或同时回采两个下盘采场，不能引起一步骤矿块充填体及矿块间柱向两侧相邻的上盘采场空区或两侧相邻的下盘采场空区同时侧向暴露；针对任意一个回采完毕并充填完成后的一步骤矿块：或是同时回采其相邻一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场以及相邻另一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场，回采完毕并充填空区后，再同时回采其相邻一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场以及相邻另一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场；也或是先回采并充填其相邻一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场，再回采并充填其相邻同一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场，然后再回采并充填其相邻另一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场。

如图6所示，所述的留设的矿岩间柱结构，包括相邻一步骤矿块和二步骤矿块之间的矿块间柱3以及二步骤矿块中相邻上盘采场和下盘采场之间的上下盘采场间柱8，在该矿岩间柱结构的周边各采场回采完毕并充填后，将形成充填体包围的呈H形分布的矿岩间柱结构。所述的留设的矿岩间柱结构作为残矿进行回采，可以根据矿岩的回采成本和矿石价值进行回采，其回采方法可选用上向水平分层充填采矿法、上向进路充填采矿法；也可以是不回采所述留设的矿岩间柱结构。

本发明的留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法，针对地下金属/非金属矿山的矿石品位一般至较低的岩体稳固至极稳固的厚大至极厚大矿体的充填法开采，旨在通过留设H形矿岩间柱结构与采场非胶结充填体或微胶结充填体共同管控地压，实现大规模高效率的空场嗣后充填采矿，降低采场胶结充填强度需求，减小胶结充填体积，最大限度地降低胶结充填成本，同时提高此类矿体中的单个采场的设计尺寸，增加采场回采单元开采规模，为使用高效机械化的大型采掘装备提供基础条件，进而提升采场的综合生产能力，最终降低每吨矿石的充填开采成本，实现中低品位厚大稳固矿体的安全、经济、高效开采。

具体实施例

作为一种实地使用本发明的例子，例如某大型地下矿山主矿体沿走向长约1000米，垂直于走向厚度约200～300米，矿体的分布规模大，整体厚大。主矿体倾斜至急倾斜，其倾角约60～80°。主矿体的岩石坚硬，岩体质量好，矿岩稳固，工程地质条件和水文地质条件均较简单。但是，矿体品位低，矿石品位基本处于边界工业品位的临界线。为确保矿山主矿体开采经济性，矿石年产量须大于300万吨。

根据此矿体的开采技术条件，其属于低品位厚大稳固矿体，矿山开采设计时，由于崩落法可能引发矿区地表沉降、原位浸出法可能污染地下水环境等环保问题，没有采用此类开采方法。由于全面法或房柱法等空场法要留设大量永久矿柱作为开采过程的空区支撑，所以从矿产资源回采率的角度没有选用此类方法。进一步考虑到需大力提高采场综合生产能力和回采效率，也没有选用上向水平分层或上向进路式充填采矿法。最终，矿山原来设计选用了传统的两步骤阶段空场嗣后充填采矿法，矿体划分成盘区后，在每个盘区内连续布置采场，一步骤采场胶结充填、二步骤采场非胶结充填。但是其二步骤采场回采后，一步骤采场的胶结充填体全部侧面将侧向暴露，为此设计选用胶结充填体强度需求时，考虑了整个阶段采场高度和采场长度暴露面积，导致一步骤采场的胶结充填成本偏高，矿山胶结充填采矿成本高，不能满足该低品位厚大稳固矿体的开采经济效益，导致矿山企业的营运能力弱。

该矿山主矿体开采技术条件和充填开采模式，在我国已探明的地下金属非金属矿山普遍存在，特别是针对矿石品位一般至较低的岩体稳固至极稳固的厚大至极厚大的矿体开采，如何充分发挥空场嗣后充填采矿法在安全和环保方面的优势，同时最大限度降低采场胶结充填成本，是矿山企业评估此类矿体是否具备充填开采经济可行性时必须面临的共性关键问题。

利用本发明方法，示例矿山在其低品位厚大稳固矿体充填开采时，采用了如图1至图6示意的留设H形间柱的厚大稳固矿体充填开采方法，实现了生产能力大、回采效率高、充填成本低的采场设计，达到了安全经济高效采矿的目标，其具体包括如下示例步骤与开采参数：

(1)参照图1，首先将待采矿体在竖直方向上划分为若干个阶段，单个典型阶段的高度H为60米。进而在矿体厚度方向划分成2～3个盘区，每个盘区长度为矿体走向长度约1000米，每个盘区的宽度80～100米，盘区之间留设20米厚的盘区隔离柱。

每个盘区内，垂直于盘区走向布置一步骤矿块，其长度L等于盘区长度80～100米，其宽度W1约30米。每个盘区内，垂直于盘区走向布置二步骤矿块，其长度L等于盘区长度80～100米，其宽度W2约60米。

相邻的一步骤矿块和二步骤矿块之间留设8～10米宽的矿块间柱3，其长度等于一步骤矿块的长度L。

每个二步骤矿块进一步划分为上盘采场和下盘采场，上盘采场和下盘采场长度方向均沿着盘区走向，上盘采场和下盘采场的长度等于二步骤矿块宽度W2约60米，上盘采场和下盘采场的宽度小于一步骤矿块长度L的一半，约为35～40米。

上盘采场和下盘采场之间留设8～10米厚的上下盘采场间柱8，其长度等于二步骤矿块的宽度W2约60米。

(2)一步骤矿块作为一个采场回采，其回采方法是双阶段合并后的大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，凿岩水平分别布置在两个合并开采阶段的顶部凿岩硐室中，主要钻凿下向垂直深孔，孔径165毫米，孔深约50～60米。

在靠下的阶段底部，开挖形成堑沟出矿结构10，双阶段合并开采时爆破的矿石统一在此靠下阶段的底部堑沟出矿。堑沟出矿结构高12米，堑沟结构的集矿巷道5断面为宽5米×高5米，集矿巷道5贯穿一步骤矿块长度L约为80～100米。

在一步骤矿块的相邻两侧矿块间柱3的底部开挖矿块间柱底部的运输巷道4，其断面为宽5米×高5米，运输巷道4两段与该盘区两侧的联络巷道9相通。矿块间柱底部的运输巷道4和集矿巷道5之间，分别开挖布置若干条与之斜交的出矿进路7，其断面为宽 5米×高5米，其斜交角度约40～60°。

一步骤矿块的双阶段合并回采完成后，在出矿进路7和集矿巷道5中构筑充填挡墙11，其空区底面向上至约12米高的区域内进行高强度胶结充填，该区域胶结充填体的充填骨料为选厂全尾砂，其灰砂比为1:6～1:8，其单轴抗压强度不低于2.0MPa。剩余采场空区高度内，全部采用微胶结充填，其灰砂比为1:15～1:20，其单轴抗压强度约为 0.3～0.5MPa。

(3)如图2和图3所示，一步骤矿块回采完毕并充填完成后，在此一步骤矿块的两侧相邻的两个二步骤矿块中，同时回采其一侧的二步骤矿块的上盘采场、以及其另一侧的二步骤矿块的下盘采场。

二步骤矿块的上盘采场和下盘采场均采用单阶段回采的大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，凿岩水平布置在该开采阶段的顶部凿岩硐室中，钻凿下向垂直深孔，孔径165毫米，孔深约50～60米。

上盘采场和下盘采场的底部，分别采准形成其堑沟出矿结构10，堑沟出矿结构高12米，堑沟出矿结构10的集矿巷道5沿着盘区走向布置，其断面为宽5米×高5米，集矿巷道5的长度为上盘采场或下盘采场的长度W2约60米。重复利用与相邻一步骤矿块之间的矿块间柱3底部的矿块间柱底部的运输巷道4，同时在上下盘采场间柱8底部开挖其上下盘采场间柱底部的运输巷道6，在此上下盘采场间柱底部的运输巷道6与集矿巷道5 之间、以及相邻近的盘区的联络巷道9与集矿巷道5之间，开挖若干条斜交的出矿进路7。

二步骤矿块的上盘采场或下盘采场开挖后，相邻一步骤矿块充填体与矿块间柱3组合体的侧向暴露长度低于一步骤矿块总长度L的一半，相对于连续平行布置一步骤和二步骤矿块的开采方式而言，一步骤矿块充填体与矿块间柱3的侧向暴露面积至少减半，有利于确保一步骤矿块主体部分微胶结充填体与矿块间柱3组合体的侧向暴露的安全稳定性。

任意一步骤矿块的两侧相邻二步骤矿块中的上盘采场或下盘采场同时回采完成后，分别在两个二步骤矿块的上盘采场或下盘采场的出矿进路7和集矿巷道5中构筑充填挡墙11，分别充填相应采场空区。其空区底面向上至约12米高的区域内进行高强度胶结充填，该区域胶结充填体的充填骨料为选厂全尾砂，其灰砂比为1:6～1:8，其单轴抗压强度不低于2.0MPa。剩余采场空区高度内，全部采用微胶结充填，其灰砂比为 1:15～1:20，其单轴抗压强度约为0.3～0.5MPa。

(4)如图4和图5所示，在一步骤矿块的两侧相邻的二步骤矿块中，上盘采场和下盘采场同时回采完毕并充填后，进而再同时回采该两个二步骤矿块对应的下盘采场和上盘采场。同样的，采用单阶段的大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，并分别开挖形成相应的堑沟出矿结构10、集矿巷道5和出矿进路7。采场回采完毕后，相应地构筑充填挡墙11，并进行采场空区充填。其空区底面向上至约12米高的区域内进行高强度胶结充填，该胶结充填骨料为全尾砂，其灰砂比为1:6～1:8，其单轴抗压强度不低于2.0MPa。剩余采场空区高度内，可以全部采用骨料为选厂分级尾砂的非胶结充填，也可以采用骨料为选厂全尾砂的灰砂比为1:15～1:20的微胶结充填，微胶结充填体的单轴抗压强度约为0.3～0.5MPa，也可以是所述非胶结充填和微胶结充填的组合。

(5)如图6所示，留设的矿岩间柱结构，包括相邻一步骤矿块和二步骤矿块之间的矿块间柱3以及二步骤矿块中相邻上盘采场和下盘采场之间的上下盘采场间柱8，在该矿岩间柱结构的周边各采场回采完毕并充填后，该典型阶段内将形成充填体包围的呈 H形分布的矿岩间柱结构。相邻一步骤矿块和二步骤矿块之间的矿块间柱3、以及二步骤矿块上盘采场和下盘采场之间的上下盘采场间柱8，后期均作为残矿进行回采，该残矿回采方法选用上向水平分层充填采矿法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

需要说明的是，本发明中未详细阐述部分属于本领域公知技术，或可直接从市场上采购获得，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得，其具体的连接方式在本领域或日常生活中有着极其广泛的应用，此处不再详述。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.留设H形间柱结构的厚大稳固矿体充填开采方法，其特征在于包括以下步骤：

A、将待采矿体在竖直方向上划分为多个阶段，每个阶段内划分为矿块，矿块分为先行回采的一步骤矿块和相对滞后回采的二步骤矿块，相邻矿块之间留设矿块间柱；

B、一步骤矿块作为一个采场回采，回采完成之后充填其空区；

C、二步骤矿块划分为上盘采场和下盘采场分别回采，上盘采场和下盘采场之间留设上下盘采场间柱；

D、二步骤矿块中的上盘采场和下盘采场，先回采一侧采场，回采完毕并充填其采场空区后，再回采并充填另一侧采场；

E、一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块，其同时回采的上盘采场和下盘采场对角布置；

F、留设的矿岩间柱结构，其周边各采场回采完毕并充填后，根据矿石品位价值和开采经济性，作为残矿进行回采。

2.根据权利要求1所述的矿体充填开采方法，其特征在于，所述步骤A中：

竖直方向上，待采矿体划分的单个阶段高度为30～70米；

对于中厚至厚大矿体，任一阶段内划分矿块时，垂直于矿体走向布置一步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～50米；垂直矿体走向布置二步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～120米；

对于特别厚大的矿体，在任一阶段内划分矿块时，先将矿体划分为多个盘区，然后在每个盘区内，垂直于盘区走向布置一步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～50米；垂直盘区走向布置二步骤矿块，其矿块长度为40～120米，矿块宽度为15～120米；

任一阶段内的相邻矿块之间留设的矿块间柱，其高度等于阶段的高度，其长度等于一步骤矿块的长度，其宽度为3～10米。

3.根据权利要求1所述的矿体充填开采方法，其特征在于，所述步骤B中：

所述的一步骤矿块作为一个采场回采，其回采方法或是大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，或是中深孔落矿的分段空场嗣后充填采矿法，或是采用双阶段合并后的空场嗣后充填采矿法；

所述的一步骤矿块作为一个采场回采时，预先在其底部开挖形成堑沟出矿结构，包括靠近采场宽度中部、贯穿采场长度方向的集矿巷道，并在一步骤矿块的两侧矿块间柱的底部开挖形成贯穿采场长度方向的运输巷道，运输巷道与联络巷道联通，并在运输巷道和集矿巷道之间开挖多条与之斜交的出矿进路；

所述一步骤矿块回采完成之后充填其空区，包括预先在采场底部出矿进路和集矿巷道中构筑充填挡墙，其空区底面向上4～12米高的区域采用强度不低于1.0MPa的高强度胶结充填，空区剩余高度部分或直接采用非胶结充填、或采用强度0.1～0.5MPa的微胶结充填、或是所述非胶结充填体和微胶结充填体的组合。

4.根据权利要求1所述的矿体充填开采方法，其特征在于，所述步骤C中：

所述的将二步骤矿块划分为上盘采场和下盘采场，上盘采场和下盘采场的尺寸相同，其高度等于所在阶段的高度，其长度等于二步骤矿块的宽度，其宽度不大于相邻一步骤矿块长度的一半；

所述的上盘采场和下盘采场之间留设的矿块间柱，其长度方向是沿着所述矿体走向或沿着所述盘区走向，其高度等于阶段的高度，其长度等于二步骤矿块的宽度，其宽度为3～10米。

5.根据权利要求1所述的矿体充填开采方法，其特征在于，所述步骤D中：

所述的二步骤矿块划分的上盘采场和下盘采场，其先回采的一侧采场，或是先回采上盘采场，或是先回采下盘采场；

所述的二步骤矿块中，上盘采场或下盘采场的回采方法，或是采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，或是采用中深孔落矿的分段空场嗣后充填采矿法；

所述的二步骤矿块中划分的上盘采场或下盘采场在进行分别回采时，应分别在其采场底部预先开挖形成堑沟出矿结构，该结构包括：

当二步骤矿块的宽度小于等于一步骤矿块长度的一半时，垂直于矿体走向或盘区走向方向布置集矿巷道，并重复利用其相邻一步骤矿块之间的矿块间柱底部的运输巷道，运输巷道及集矿巷道之间开挖多条与之斜交的出矿进路，出矿进路的斜交方向是开口朝向其相邻近的联络巷道；

当二步骤矿块的宽度大于一步骤矿块长度的一半时，沿着矿体走向或盘区走向方向布置集矿巷道，在上下盘采场间柱的底部开挖一条运输巷道，在该运输巷道与集矿巷道之间开挖多条出矿进路，并在集矿巷道与相邻近的联络巷道之间开挖多条出矿进路；

所述的二步骤矿块中，上盘采场或下盘采场在回采完成之后，及时充填相应的采场空区，包括预先在上盘采场或下盘采场底部的出矿进路和集矿巷道中构筑充填挡墙，其空区底面向上4～12米高的区域采用强度不低于1.0MPa的高强度胶结充填，空区剩余高度部分或直接采用非胶结充填、或采用强度0.1～0.5MPa的微胶结充填、或是所述非胶结充填体和微胶结充填体的组合。

6.根据权利要求1所述的矿体充填开采方法，其特征在于，所述步骤E中：

所述的同时回采的上盘采场和下盘采场对角布置，是要求一步骤矿块相邻的两个二步骤矿块中，不能同时回采两个上盘采场或同时回采两个下盘采场，不能引起一步骤矿块充填体及矿块间柱向两侧相邻的上盘采场空区或两侧相邻的下盘采场空区同时侧向暴露；

针对任意一个回采完毕并充填完成后的一步骤矿块：

或是同时回采其相邻一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场以及相邻另一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场，回采完毕并充填空区后，再同时回采其相邻一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场以及相邻另一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场；

也或是先回采并充填其相邻一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场，再回采并充填其相邻同一侧的二步骤矿块的下盘采场或上盘采场，然后再回采并充填其相邻另一侧的二步骤矿块的上盘采场或下盘采场。

7.根据权利要求1所述的矿体充填开采方法，其特征在于，所述步骤F中：

所述的留设的矿岩间柱结构，包括相邻一步骤矿块和二步骤矿块之间的矿块间柱以及二步骤矿块中相邻上盘采场和下盘采场之间的上下盘采场间柱，在该矿岩间柱结构的周边各采场回采完毕并充填后，将形成充填体包围的呈H形分布的矿岩间柱结构；

所述的留设的矿岩间柱结构作为残矿进行回采，根据矿岩的回采成本和矿石价值进行回采，回采方法选用上向水平分层充填采矿法、上向进路充填采矿法；也或不回采所述留设的矿岩间柱结构。

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