CN112177612B - 一种下向高分层胶结充填采矿法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种下向高分层胶结充填采矿法，包括布置采场、采准切割、回采与充填。在回采过程中，本发明通过采用下向进路与上向分层回采协同作用的方式，将预定数量的分层划分为回采分区，并在每一个回采分区内利用进路法对分区下部分层的矿体进行回采，然后采用上向挑采的方式后退式回采分区上部分层的矿体。通过上述方式，本发明能够有效提升整体回采的强度和机械化程度，从而大幅提高出矿效率，并提高采场整体的生产能力。同时，基于本发明中回采分区的划分，能够将原本多个分层需要的多条分层连巷减少至一条，从而大幅降低采准工程量，进一步提高采矿效率，并降低吨矿回采成本，具有工艺简单、安全性高、生产能力高、吨矿成本低等特点。

Description

一种下向高分层胶结充填采矿法

技术领域

本发明涉及极软破碎矿体开采技术领域，尤其涉及一种下向高分层胶结充填采矿法。

背景技术

进路式胶结充填采矿法是将巷道掘进工艺应用于矿体回采的一种充填采矿法，具有暴露面积小、安全性高、回收率高、贫化率低等优点，适用于矿岩条件极不稳定的矿体，因而被广泛应用于极软破碎矿体的开采。其中，又以下向进路胶结充填采矿法最为常用。然而，在实际应用过程中，由于进路法回采的特点，其单个作业面的产能有限，且不利于机械化程度的提升，回采效率较低，进而导致吨矿回采成本过高。因此，有必要对现有的下向进路胶结充填采矿法进行改进，以提高回采效率，降低吨矿回采成本。

公开号为CN109577984A的专利提供了一种近水平极薄矿脉的盘区化开采方法，其通过盘区化布置，采用柔性箱体替代人工矿柱，利用电耙及小型铲运机联合出矿，达到提高回采效率的目的。然而，该专利提供的方法仅适用于水平矿体，对于常见的倾斜矿体却并不适合，实际应用范围过窄，应用价值不高。

公开号为CN108756885A的专利提供了一种矿岩极破碎的急倾斜矿体的下向或上向胶结充填机械化采矿方法，通过脉外施工斜坡道，采用悬臂式掘进机破岩、铲运机出矿，并采用单体液压支柱+π型梁+铺设的塑料网进行支护，以实现机械化开采。然而，该专利提供的方法需要施工的采切工程量大，需要的断面也较大，进而导致整体工程量投入较大，难以得到广泛应用。

有鉴于此，有必要设计一种改进的下向进路胶结充填回采方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种下向高分层胶结充填采矿法。通过采用下向进路与上向分层回采协同作用的方式，在每一个回采分区内利用进路法对分区下部分层的矿体进行回采，并采用上向挑采的方式后退式回采分区上部分层的矿体，从而有效提升整体回采的强度，且便于机械化出矿，大幅提升了出矿效率，进而提高采场整体的生产能力，以满足实际应用的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种下向高分层胶结充填采矿法，包括如下步骤：

S1、布置采场：沿矿体走向布置采场，所述采场的宽度为矿体厚度，高度为中段高度，不预留顶柱、底柱和间柱；

S2、采准切割：由上中段主运输巷和下中段主运输巷分别沿垂直矿房的方向施工至矿体，形成上中段连巷和出矿连巷；再沿矿体走向分别施工上中段沿脉巷和下中段沿脉巷；在所述上中段连巷靠近矿体的一侧开掘天井硐室，经所述天井硐室在采场中央施工与所述出矿连巷连通的采准天井；

S3、回采与充填：沿高度方向将所述采场划分为顶层和若干个分层，并将预定数量的分层作为一个回采分区，在每个所述回采分区内由所述采准天井向垂直矿体的方向施工一条分区连巷；先对所述顶层的矿体进行回采与充填，再按照自上而下的顺序依次对每个所述回采分区的矿体进行回采与充填；

采用进路法对所述顶层的矿体进行回采，回采结束后在矿体边界用预制钢板拼接成通风井，再充填至所述上中段沿脉巷底板，构筑钢筋混凝土假顶；

回采所述回采分区的矿体时，先采用进路法回采所述回采分区的下部分层，并构筑人工假底；再采用上向挑采的方式，由矿体边界后退式回采所述回采分区的上部分层，经凿岩、爆破后出矿，并通过所述通风井下放用于拼接通风井的预制钢板和充填管，用于延长所述通风井并对空区进行充填。

作为本发明的进一步改进，所述采场的长度为40～50m，高度为40～60m。

作为本发明的进一步改进，所述顶层的高度为2～3m，所述分层的高度为2.5～3m。

作为本发明的进一步改进，将每2～4个分层作为一个回采分区；所述回采分区内所述分层的数量由矿体的稳定性决定。

作为本发明的进一步改进，所述钢筋混凝土假顶和所述人工假底的构筑均包括如下步骤：在进路两侧施工锚杆，底部铺设钢筋网，采用吊筋将所述钢筋网与所述锚杆连接，再采用充填体进行充填。

作为本发明的进一步改进，用于构筑所述钢筋混凝土假顶的充填体为标号为C25以上的混凝土；用于构筑所述人工假底的充填体为灰砂比为1:3或1:4的高配比充填体；用于充填所述空区的充填体为灰砂比为1:6～1:10的胶结充填体。

作为本发明的进一步改进，所述人工假底的高度为0.3～0.5m。

作为本发明的进一步改进，所述采场内的工作面均采用全断面锚网支护，局部采用钢架与锚网共支护的方式；用于支护的所述钢架在所述后退式回采过程中进行回收。

作为本发明的进一步改进，所述凿岩过程采用YT28或YSP45钻机，单次回采长度为6～8m。

作为本发明的进一步改进，所述出矿过程采用遥控装岩机和电动三轮车进行机械化出矿；所述装岩机为轮胎式，所述电动三轮车加装有防护装置。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的下向高分层胶结充填采矿法将预定数量的分层划分为回采分区，并在每一个回采分区内利用进路法对分区下部分层的矿体进行回采，然后采用上向挑采的方式后退式回采分区上部分层的矿体。基于这样的回采方式，本发明不仅能够结合上向回采和下向回采的优点，有效提升整体回采的强度；还能够有效提升机械化程度，以便利用轮胎式遥控装岩机和电动三轮车进行机械化出矿，大幅提高出矿效率，进而提高采场整体的生产能力。同时，基于本发明中回采分区的划分，能够将原本2～4个分层需要的2～4条分层连巷减少至1条分区连巷，从而大幅降低采准工程量，进一步提高采矿效率，并降低吨矿回采成本，以满足实际应用的需求。

(2)本发明提供的下向高分层胶结充填采矿法在采准切割工程中，通过将采准天井划分为通风段和出矿段，与传统方式相比，能够减少一条天井工程，从而进一步减少采准工程量，提高整体回采效率，降低吨矿回采成本，实现对极软破碎矿体的高效开采。同时，本发明在回采过程中，通过提前预筑人工假底，保证整体回采的贫化损失率；并通过预制通风井，能够在保证采场通风的条件下使充填过程顺利完成，并使单个采场具有两个安全出口，以提高开采过程的安全性。

(3)基于现有技术中采用下向进路胶结充填采矿法开采极软破碎矿体时存在的生产能力低、机械化程度低、吨矿生产成本过高等问题，本发明提供的下向高分层胶结充填采矿法通过采用下向进路回采与上向分层回采协同作用的方式，有效提升了整体回采强度及机械化程度，且具有工艺简单、安全性高、生产能力高、吨矿成本低等特点，能够实现对极软破碎矿体的高效开采，具有较高的应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的下向高分层胶结充填采矿法中矿体巷道分布示意图。

图2为图1的B-B剖面图。

图3为图1的C-C剖面图。

附图标记

1、胶结充填体；2、钢筋混凝土假顶；3、上中段连巷；4、采准天井；5、上中段沿脉巷；6、通风井；7、崩落矿体；8、人工假底；9、矿体；10、出矿连巷；11、下中段沿脉巷；12、天井硐室；13、上中段主运输巷；14、下中段主运输巷；15、回采分区；16、分区连巷。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1～3，本发明提供了一种下向高分层胶结充填采矿法，具体包括如下步骤：

S1、布置采场

沿矿体9走向布置采场，根据矿体9产状及倾角，以矿体9厚度为采场宽度，采场倾角与矿体9倾角一致，不预留顶柱、底柱和间柱。

在本发明的一个实施例中，设置采场的长度为40～50m，高度为中段高度，范围为40～60m；在本发明的其他实施例中，采场的长度及高度可以根据矿体9的实际情况进行调整。

S2、采准切割工程

由上中段主运输巷13和下中段主运输巷14分别沿垂直矿房的方向施工至矿体9，形成上中段连巷3和出矿连巷10；再沿矿体9走向分别施工上中段沿脉巷5和下中段沿脉巷11；在所述上中段连巷3靠近矿体9的一侧开掘天井硐室12，经所述天井硐室12在采场中央施工与所述出矿连巷10连通的采准天井4。

基于上述施工方式，采准天井4能够被划分为通风段和出矿段，与传统方式相比，能够减少一条天井工程，从而减少采准工程量，提高整体回采效率，并降低吨矿回采成本，以便对极软破碎矿体9的高效开采。

S3、回采与充填

沿高度方向将所述采场划分为顶层和若干个分层，再根据矿体9的稳定性将一定数量的分层划分为一个回采分区15。在本发明的一个实施例中，按照顶层高度2m、分层高度2.5m的方式对采场进行划分；当矿体9稳定性较差时，将两个分层作为一个回采分区15；当矿体9稳固性较好时，将四个分层作为一个回采分区15。

在顶层及每个回采分区15内，由所述采准天井4向垂直矿体9的方向分别施工一条分区连巷16；从而将原本2～4个分层需要的2～4条分层连巷减少至1条分区连巷16，从而大幅降低采准工程量，提高采矿效率，并进一步降低吨矿回采成本。

在进行回采与充填时，按照自上而下的顺序，先对所述顶层的矿体9进行回采与充填，再依次对每个回采分区15的矿体9进行回采与充填。

具体地，对所述顶层的矿体9进行回采时，采用进路法进行回采，回采结束后先在矿体9边界用预制钢板拼接成通风井6，然后再进行充填，以便在保证采场通风的同时使充填过程顺利完成，并使单个采场具有两个安全出口，提高开采过程的安全性。在进行充填时，先在进路两侧施工锚杆，并在进路底部铺设钢筋网，采用吊筋将所述钢筋网与所述锚杆连接后，再采用标号为C25以上的混凝土充填至上中段沿脉巷5的底板，构筑钢筋混凝土假顶2。

待混凝土凝固后，下行至回采分区15，先采用进路法对回采分区15内位于下部的分层进行回采，由采场中央进路式向矿体9两侧回采，回采高度为2.5m；待回采结束后，在进路两侧施工锚杆，并在进路底部铺设钢筋网，采用吊筋将所述钢筋网与所述锚杆连接后，采用灰砂比为1:3或1:4的高配比充填体进行充填，构筑高度为0.3～0.5m的人工假底8，以保证整体回采的贫化损失率。

待充填体胶结后，再采用上向挑采的方式，由矿体9边界后退式回采所述回采分区15的上部分层。基于下向进路回采与上向分层回采协同作用带来的机械化程度提高，可以采用型号为YT28或YSP45的钻机进行凿岩，单次回采长度为6～8m；在爆破后，还可以采用轮胎式遥控装岩机和加装了防护装置的电动三轮车对崩落矿体7进行出矿，从而大幅提高出矿效率，进而提高采场整体的生产能力，并降低吨矿回采成本。

在上述采矿过程中，采场内的工作面均采用全断面锚网支护，在矿体9较为薄弱的局部则采用钢架与锚网共支护的方式；用于支护的钢架可以在上述后退式回采的过程中进行回收，以提高资源的利用率，降低开采成本。

待回采分区15回采结束后，在分区连巷16内进行分度，并通过上中段沿脉巷5和预留的通风井6下放用于拼接通风井6的预制钢板和充填管，通过拼接预制钢板延长通风井6，以便在开采过程持续保证采场通风，并确保采场内始终具有两个安全出口，以提高开采过程的安全性；同时，利用该通风井6下放的充填管，能够使用灰砂比为1:6～1:10的胶结充填体1对空区进行充填，从而完成对该回采分区15的回采与充填。

在完成一个回采分区15的回采与充填后，再下行一个回采分区15，按照同样的步骤对回采分区15进行回采与充填，直至完成采场的开采。

通过上述方式，本发明提供的下向高分层胶结充填采矿法能够解决现有技术中采用下向进路胶结充填采矿法开采时存在的生产能力低、机械化程度低、吨矿生产成本过高等问题，有效提升整体回采强度及机械化程度，且具有工艺简单、安全性高、生产能力高、吨矿成本低等特点，能够实现对极软破碎矿体的高效开采，具有较高的应用价值。

综上所述，本发明提供了一种下向高分层胶结充填采矿法，包括布置采场、采准切割、回采与充填。在回采过程中，本发明通过采用下向进路与上向分层回采协同作用的方式，将预定数量的分层划分为回采分区，并在每一个回采分区内利用进路法对分区下部分层的矿体进行回采，然后采用上向挑采的方式后退式回采分区上部分层的矿体。通过上述方式，本发明能够有效提升整体回采的强度和机械化程度，从而大幅提高出矿效率，并提高采场整体的生产能力。同时，基于本发明中回采分区的划分，能够将原本多个分层需要的多条分层连巷减少至一条，从而大幅降低采准工程量，进一步提高采矿效率，并降低吨矿回采成本，具有工艺简单、安全性高、生产能力高、吨矿成本低等特点。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、布置采场：沿矿体走向布置采场，所述采场的宽度为矿体厚度，高度为中段高度，不预留顶柱、底柱和间柱；

S2、采准切割：由上中段主运输巷和下中段主运输巷分别沿垂直矿房的方向施工至矿体，形成上中段连巷和出矿连巷；再沿矿体走向分别施工上中段沿脉巷和下中段沿脉巷；在所述上中段连巷靠近矿体的一侧开掘天井硐室，经所述天井硐室在采场中央施工与所述出矿连巷连通的采准天井；

S3、回采与充填：沿高度方向将所述采场划分为顶层和若干个分层，并将预定数量的分层作为一个回采分区，在每个所述回采分区内由所述采准天井向垂直矿体的方向施工一条分区连巷；先对所述顶层的矿体进行回采与充填，再按照自上而下的顺序依次对每个所述回采分区的矿体进行回采与充填；

采用进路法对所述顶层的矿体进行回采，回采结束后在矿体边界用预制钢板拼接成通风井，再充填至所述上中段沿脉巷底板，构筑钢筋混凝土假顶；

回采所述回采分区的矿体时，先采用进路法回采所述回采分区的下部分层，并构筑人工假底；再采用上向挑采的方式，由矿体边界后退式回采所述回采分区的上部分层，经凿岩、爆破后出矿，并通过所述通风井下放用于拼接通风井的预制钢板和充填管，用于延长所述通风井并对空区进行充填。

2.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述采场的长度为40～50m，高度为40～60m。

3.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述顶层的高度为2～3m，所述分层的高度为2.5～3m。

4.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：将每2～4个分层作为一个回采分区；所述回采分区内所述分层的数量由矿体的稳定性决定。

5.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述钢筋混凝土假顶和所述人工假底的构筑均包括如下步骤：在进路两侧施工锚杆，底部铺设钢筋网，采用吊筋将所述钢筋网与所述锚杆连接，再采用充填体进行充填。

6.根据权利要求5所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：用于构筑所述钢筋混凝土假顶的充填体为标号为C25以上的混凝土；用于构筑所述人工假底的充填体为灰砂比为1:3或1:4的高配比充填体；用于充填所述空区的充填体为灰砂比为1:6～1:10的胶结充填体。

7.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述人工假底的高度为0.3～0.5m。

8.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述采场内的工作面均采用全断面锚网支护，局部采用钢架与锚网共支护的方式；用于支护的所述钢架在所述后退式回采过程中进行回收。

9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述凿岩过程采用YT28或YSP45钻机，单次回采长度为6～8m。

10.根据权利要求1所述的一种下向高分层胶结充填采矿法，其特征在于：所述出矿过程采用遥控装岩机和电动三轮车进行机械化出矿；所述装岩机为轮胎式，所述电动三轮车加装有防护装置。

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