CN111894667B - 破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法 - Google Patents

破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法。沿矿体走向从分层下部开始掘进回采，随着回采工作面的推进架设掩护支架；回采到采场边界后，在掩护支架顶部的间隙向上开凿上向炮孔，装药后拆卸并回收炮孔下方的掩护支架，然后侧向崩矿后退式回采上一分层，待两个分层回采完毕后，再进行胶结充填。如此操作，本发明由上向单进路回采充填改为上向双分层进路回采充填，一方面减少了充填养护时间，加快了采场整体回收效率；另一方面采用了可拆卸的掩护支架，以保证上向双分层进路回采充填的顺利实施。每两层仅底部分层进行支护，降低了支护作业时间，并且支架能够实现可后退式回收，大幅降低了支护成本。

Description

破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法
技术领域
本发明属于采矿技术领域，尤其涉及一种破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法。
背景技术
在进行软弱破碎、稳定性差的矿体开采时，普遍采用下向进路充填采矿法。矿山为保证下向进路充填回采的安全，通常在每个进路采用木架密集支护，顶部需采用高强度充填体。但是，木架密集支护条件下，会导致机械化设备作业空间小，坑木腐朽散热通风困难，并且进路两帮坑木密集支护，导致充填体胶结效果降低，底部回采作业空间受到顶部充填体压力大，高强度充填体所需成本较高。
如何在安全回采作业条件下，降低采矿作业成本是回采软弱破碎矿脉的关键。专利CN 103628878 B公开了一种破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法，采取不设置分层联络巷、分段巷道及脉外斜坡道的采矿方式，矿石溜矿井及人行通风井布置在脉外，进路上下盘采用锚网支护。该方法具有作业条件安全、损失贫化率低的优点，适用于急倾斜破碎薄矿脉，但是该方案存在支护成本高、施工工艺困难等问题。专利CN 103206215B公开了一种预控顶上向进路充填采矿法，将两个分层作为一个回采单元，首先进路回采上分层，采用措施加固顶板后，回采下分层，两层回采完毕后进行充填。该方式相较于传统上向进路胶结充填工艺具有生产能力高、支护成本低的特点，但是由于下分层回采时暴露面积大，矿体上下盘软弱破碎严重，导致作业环境安全性低。专利CN 109458181 A公开了一种金属矿沿走向一次采全高的充填采矿方法，通过在矿体上下盘掘进脉内沿脉联络巷，一次性回采一个分层。该方法大大加快了采场作业效率，但是该方法主要适用于较厚大矿体，并且由于矿体破碎情况严重，该方法会产生安全隐患。
因此，亟待提供一种针对破碎矿体的采矿方法，以解决支护和充填成本高、施工工艺困难、机械化设备作业空间不足等问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，沿矿体走向掘进回采，随着回采工作面的推进架设掩护支架；回采到采场边界后，在掩护支架间隙凿上向炮孔，装药后拆卸并回收炮孔下方的掩护支架，再通过侧向崩矿后退式回采上一分层。本发明在满足回采出矿在支护条件下安全作业的同时，大幅降低了支护成本，简化了施工工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，包括以下步骤：
S1.采切工程布置：采场沿矿体走向布置，分为若干分层，每个所述分层的分层进路宽度根据矿体厚度确定，高度根据矿体破碎程度确定；在布置采场时不留顶底柱，从采场中央偏一侧布置下盘人行通风充填井；由下盘人行通风充填井施工分层联络巷，每两个所述分层掘进一次分层联络巷，并联络至所述分层进路；
设计布置中段脉外运输巷，从中段脉外运输巷的中央部位开凿装矿穿脉巷至上盘，在装矿穿脉巷的中段与矿体交汇处构筑人工矿柱，在人工矿柱处布置顺路溜井；以保证顺路溜井的架设和装矿的安全；
S2.回采出矿：人行通风充填井及装矿穿脉巷施工后，由下至上开始回采底柱分层，沿底柱分层的矿体走向掘进水平炮孔进行爆破回采，随着回采工作面的推进架设掩护支架，在掩护支架下作业；
回采到采场边界后，在掩护支架的间隙向上开凿上向炮孔，装药后拆卸并回收炮孔下方的掩护支架，然后侧向崩矿后退式回采上一分层，再遥控出矿至矿车，然后卸到顺路溜井；
S3.胶结充填：采用两采一充模式，即上一分层回采到矿体中央的顺路溜井后，再对两个分层的回采空区进行胶结充填；
S4.待所述两个分层的充填体达到稳定状态后，重复步骤S2和S3，直至矿体采矿结束。
进一步的，在步骤S2中，所述掩护支架包括与所述回采工作面顶面相适配的拱顶钢拱架、与所述回采工作面侧面相适配的直边钢拱架以及连接相邻两拱顶钢拱架或相邻两直边钢拱架的纵向连接件；所述拱顶钢拱架或直边钢拱架的两个横向侧面开设有纵向连接卡槽，所述纵向连接件的两端分别卡设于相邻两拱顶钢拱架或相邻两直边钢拱架的纵向连接卡槽内，实现拱顶钢拱架或直边钢拱架的可拆卸式固定。
进一步的，所述纵向连接件为长度为0.1～1.5m的纵向连接钢筋。
进一步的，在步骤S1中，所述采场的长度为40m，中段高度为40m；所述分层进路的宽度为2.0～2.5m，高度为2.2～2.5m。
进一步的，所述分层进路的宽度和高度均为2.2m。
进一步的，在步骤S1中，所述人行通风充填井的直径为1.4m，采用天井钻机进行施工。
进一步的，在步骤S1中，所述装矿穿脉巷的宽度和高度均为2.2m。
进一步的，在步骤S2中，所述通过侧向崩矿后退式回采上一分层时，每次崩落1或2排炮孔。
进一步的，在步骤S3中，在采场底部，采用灰砂比为1:4的底部胶结充填体进行充填，得到高度为2.4m的充填体，作为中段的人工假底，为下中段回采提供条件。
进一步的，下部分层采用灰砂比为1:4或1:6的充填料浆进行胶面充填；上部分层采用灰砂比为1:10～1:15的充填料浆进行充填；充填至待采矿体后，进行接顶或局部接顶。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法具有如下有益效果：
(1)本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，通过水平炮孔爆破回采下部第一分层，然后在掩护支架的支撑作用下，从其顶部预留的间隙向上开凿上向炮孔，通过侧向崩矿后退式回采上一分层，待两个分层回采完毕后，再进行胶结充填。如此操作，本发明由上向单进路回采充填改为上向双分层进路回采充填，一方面减少了充填养护时间，加快了采场整体回收效率；另一方面采用了适宜的掩护支架，以保证上向双分层进路回采充填的顺利实施。每两层仅底部分层进行支护，降低了支护作业时间，并且支架能够实现可后退式回收，大幅降低了支护成本。
(2)本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，使用的掩护支架是通过将纵向连接件的两端分别卡设于相邻两拱顶钢拱架或相邻两直边钢拱架的纵向连接卡槽内，实现拱顶钢拱架和直边钢拱架的可拆卸式固定。如此设置，一方面掩护支架方便分段式安装和拆卸，能够回收再利用，降低支护成本；另一方面，能够很好地适用于上向双分层进路充填采矿的支护。由于掩护支架顶部由拱顶钢拱架和纵向连接件组成，因此包含较多格栅间隙，首先在钢拱架支护结构主体顶部的间隙开凿上向炮孔；上向炮孔开凿完成并装药后，拆卸并回收即将进行爆破的上向炮孔下方的支护结构；然后进行爆破，实现侧向崩矿后退式回采上一分层；如此往复，能够实现边回收支护结构，边进行后退式回采上一分层。因此，本发明在满足回采出矿在支护条件下安全作业的同时，大幅降低了支护成本。
(3)本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，采用上向分层进路回采不需要构筑人工充填假底，降低了充填成本；后退式回采上部分层时，可将底部分层作为补偿空间，提高了爆破效果。通过顺路布置溜矿井，增加了安全出口，提高了采场通风效果。
(4)本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，本发明在满足回采出矿在支护条件下安全作业的同时，大幅降低了支护成本，简化了施工工艺，其具有支护成本低、充填成本低、施工工艺简单、机械化设备作业空间大等特点。
附图说明
图1是本发明破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿的采场结构示意图；
图2是图1中沿Ⅱ-Ⅱ方向的侧视图；
图3是图1中沿Ⅲ-Ⅲ方向的侧视图；
图4为本发明掩护支架的立体图；
图5为本发明掩护支架的正视图；
图6为本发明掩护支架的局部侧视图；
图7为本发明掩护支架的纵向连接卡槽局部侧视图。
图中：1-中段脉外运输巷；2-装矿穿脉巷；3-行人通风充填井；4-天井硐室；5-分层联络巷；6-顺路溜井；7-人工矿柱；8-掩护支架；9-水平炮孔；10-上向炮孔；11-矿堆；12-底部胶结充填体；13-分层下部充填体；14-分层上部充填体；15-待采矿体；80-拱顶钢拱架；81-直边钢拱架；82-纵向连接件；83-纵向连接卡槽。
具体实施方式
以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1至图3所示，本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法对应的破碎矿体采场布置情况如下：
采场包括中段脉外运输巷1，从中段脉外运输巷的中央部位开凿的装矿穿脉巷2；从采场中央偏一侧布置下盘行人通风充填井3，下盘人行通风充填井的一端与顶部的天井硐室4相通，由下盘人行通风充填井施工分层联络巷5；在装矿穿脉巷2的中段与矿体交汇处构筑人工矿柱7，在两个人工矿柱7之间布置顺路溜井6；以保证顺路溜井6的架设和装矿的安全。采矿时，随着下层回采工作面的推进架设掩护支架8，从掩护支架8顶部的间隙向上开凿上向炮孔，通过侧向崩矿后退式回采上一分层。
请参阅图4至图7所示，所述掩护支架8包括与所述回采工作面顶面相适配的拱顶钢拱架80、与所述回采工作面侧面相适配的直边钢拱架81以及连接相邻两拱顶钢拱架80或相邻两直边钢拱架81的纵向连接件82；所述拱顶钢拱架80或直边钢拱架81的两个横向侧面开设有纵向连接卡槽83，所述纵向连接件82的两端分别卡设于相邻两拱顶钢拱架80或相邻两直边钢拱架81的纵向连接卡槽83内，实现拱顶钢拱架80或直边钢拱架81的可拆卸式固定。
所述纵向连接件为长度为0.1～1.5m的纵向连接钢筋。
本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法采用上述采场布局进行充填采矿，采场结构参数为：采场沿矿体走向布置采场，采场长度40m，中段高度40m，根据矿体厚度确定进路宽度，一般进路宽度为2.0～2.5m，由矿体破碎程度确定进路高度，一般进路高度为2.2～2.5m，本发明优选分层进路尺寸为2.2×2.2m。包括如下步骤：
S1.采切工程布置：采场沿矿体走向布置，分为若干分层，每个分层的分层进路尺寸为2.2×2.2m；在布置采场时不留顶底柱，采用天井钻机从采场中央偏一侧进行施工布置下盘人行通风充填井3(直径为1.4m)；由下盘人行通风充填井3向矿体内施工分层联络巷5，每两个分层掘进一次分层联络巷5，并联络至所述分层进路。如此布设，能够减少分层进路的掘进次数，从而降低采矿成本，提高采矿效率。
设计布置中段脉外运输巷1，从中段脉外运输巷1的中央部位开凿装矿穿脉巷2至上盘(装矿穿脉巷2的断面尺寸为2.2m(宽)×2.2m(高))在装矿穿脉巷2的中段与矿体交汇处构筑人工矿柱7，在人工矿柱7处布置顺路溜井6，以保证顺路溜6井的架设和装矿的安全；顺路溜井6与分层联络巷5及分层进路的回采空位连通，以方便矿石的搬运。如此布置，通过顺路布置溜矿井，增加了安全出口，提高了采场通风效果。
S2.回采出矿：以两个分层为一个回采单元，在人行通风充填井3及装矿穿脉巷2施工后，由下至上开始首先回采底柱分层，沿底柱分层的矿体走向掘进水平炮孔9进行爆破回采，随着回采工作面的推进架设掩护支架8，人员和设备都要在掩护支架8下作业。
采用图4至7所示的掩护支架，通过将纵向连接件82的两端分别卡设于相邻两拱顶钢拱架80或相邻两直边钢拱架81的纵向连接卡槽83内，实现拱顶钢拱架80和直边钢拱架81的可拆卸式固定。如此设置，安装方便快捷、效率高，连接牢固可靠，且易拆卸。在满足回采出矿在支护条件下安全作业的同时，大幅降低了支护成本。
掘进回采到采场边界后，采用凿岩机在掩护支架8顶部的间隙向上开凿上向炮孔10，装药后拆卸并回收炮孔下方的掩护支架，然后侧向崩矿后退式回采上一分层，每次崩落两排炮孔；崩落矿石后遥控出矿至矿车，然后卸到顺路溜井6。如此操作，通过水平炮孔9爆破回采下部第一分层，然后在掩护支架的支撑作用下，从其顶部预留的间隙向上开凿上向炮孔10，通过侧向崩矿后退式回采上一分层。上向炮孔开凿并装药后，将预进行崩落的上下炮孔下方的掩护支架拆卸回收，然后再侧向崩矿，待运出崩落的矿石后，再后退式拆卸回收下一排预进行崩落的上下炮孔下方的掩护支架8，然后继续进行侧向崩矿，如此往复，实现上一分层的侧向崩落后退式回采。其中，可根据实际崩落炮孔的宽度，选择掩护支架8的纵向连接件82的长度，可调性较优，使用极为便利。待两个分层回采完毕后，再进行胶结充填，一方面减少了充填养护时间，加快了采场整体回收效率；另一方面降低了支护作业时间，并且支架可后退式回收，大幅降低了支护成本。此外，上向分层进路回采不需要构筑人工充填假底，降低了充填成本；后退式回采上部分层时，可将底部分层作为补偿空间，提高了爆破效果。
S3.胶结充填：采用两采一充模式，即上一分层回采到矿体中央的顺路溜井6后，再对两个分层的回采空区进行胶结充填；
请参阅图1所示，在采场底部，采用灰砂比为1:4的底部胶结充填体进行充填，得到高度为2.4m的底部胶结充填体12，作为中段的人工假底，为下中段回采提供条件。
下部分层采用灰砂比为1:4或1:6的充填料浆进行胶面充填，得到分层下部充填体13；上部分层采用灰砂比为1:10～1:15的充填料浆进行充填，得到分层上部充填体14；充填至待采矿体15后，进行接顶或局部接顶。
S4.待所述两个分层的充填体达到稳定状态后，重复步骤S2和S3，直至待采矿体15采矿结束。
如此操作，本发明由上向单进路回采充填改为上向双分层进路回采充填，减少了充填养护时间，加快了采场整体回收效率。与此同时，采用了适宜的掩护支架8，以保证上向双分层进路回采充填的顺利实施。每两层仅底部分层进行支护，降低了支护作业时间，并且支架能够实现可后退式回收，大幅降低了支护成本。
综上所述，本发明提供的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，沿矿体走向从分层下部开始掘进回采，随着回采工作面的推进架设掩护支架；回采到采场边界后，在掩护支架顶部的间隙向上开凿上向炮孔，装药后拆卸并回收炮孔下方的掩护支架，然后侧向崩矿后退式回采上一分层，待两个分层回采完毕后，再进行胶结充填。一方面减少了充填养护时间，加快了采场整体回收效率；另一方面采用了适宜的掩护支架，以保证上向双分层进路回采充填的顺利实施。每两层仅底部分层进行支护，降低了支护作业时间，并且支架能够实现可后退式回收，大幅降低了支护成本。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采切工程布置：采场沿矿体走向布置，分为若干分层，每个所述分层的分层进路宽度根据矿体厚度确定，高度根据矿体破碎程度确定；在布置采场时不留顶底柱，从采场中央偏一侧布置下盘人行通风充填井；由下盘人行通风充填井施工分层联络巷，每两个所述分层掘进一次分层联络巷，并联络至所述分层进路；
设计布置中段脉外运输巷，从中段脉外运输巷的中央部位开凿装矿穿脉巷至上盘，在装矿穿脉巷的中段与矿体交汇处构筑人工矿柱，在人工矿柱处布置顺路溜井；
S2.回采出矿：人行通风充填井及装矿穿脉巷施工后，由下至上开始回采底柱分层，沿底柱分层的矿体走向掘进水平炮孔进行爆破回采，随着回采工作面的推进架设掩护支架，在掩护支架下作业；
回采到采场边界后，在掩护支架的间隙向上开凿上向炮孔，装药后拆卸并回收炮孔下方的掩护支架，然后侧向崩矿后退式回采上一分层；再遥控出矿至矿车，然后卸到顺路溜井；
S3.胶结充填：采用两采一充模式，即上一分层回采到矿体中央的顺路溜井后，再对两个分层的回采空区进行胶结充填；
S4.待所述两个分层的充填体达到稳定状态后，重复步骤S2和S3，直至矿体采矿结束。
2.根据权利要求1所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，在步骤S2中，所述掩护支架包括与所述回采工作面顶面相适配的拱顶钢拱架、与所述回采工作面侧面相适配的直边钢拱架以及连接相邻两拱顶钢拱架或相邻两直边钢拱架的纵向连接件；每根所述拱顶钢拱架或直边钢拱架的两个相对的侧面开设有若干个纵向连接卡槽，所述纵向连接件的两端分别卡设于相邻两拱顶钢拱架或相邻两直边钢拱架的纵向连接卡槽内，实现拱顶钢拱架或直边钢拱架的可拆卸式固定。
3.根据权利要求2所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，所述纵向连接件为长度为0.1～1.5m的纵向连接钢筋。
4.根据权利要求1或2所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，在步骤S1中，所述采场的长度为40m，中段高度为40m；所述分层进路的宽度为2.0～2.5m，高度为2.2～2.5m。
5.根据权利要求4所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，所述分层进路的宽度和高度均为2.2m。
6.根据权利要求1所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，在步骤S1中，所述人行通风充填井的直径为1.4m，采用天井钻机进行施工。
7.根据权利要求1所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，在步骤S1中，所述装矿穿脉巷的宽度和高度均为2.2m。
8.根据权利要求1所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，在步骤S2中，通过所述侧向崩矿后退式回采上一分层时，每次崩落1或2排炮孔。
9.根据权利要求1所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，在步骤S3中，在采场底部，采用灰砂比为1:4的底部胶结充填体进行充填，得到高度为2.4m的充填体，作为中段的人工假底，为下中段回采提供条件。
10.根据权利要求1所述的破碎矿体可回收支架掩护上向双分层进路充填采矿法，其特征在于，下部分层采用灰砂比为1:4或1:6的充填料浆进行胶面充填；上部分层采用灰砂比为1:10～1:15的充填料浆进行充填；充填至待采矿体后，进行接顶或局部接顶。
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