CN112796758B - 高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，采矿法包括如下步骤：步骤S1，将矿块垂直于矿体的走向连续布置，矿块的长度为矿体的厚度；步骤S2，将矿块划分为矿房和矿柱；步骤S3，在矿块对应的分层内布置采场凿岩硐室、凿岩硐室联络道、进矿平巷、出矿平巷、装矿进路、回风平巷；步骤S4，在凿岩硐室内下向凿岩，凿出掏槽孔和回采正常排孔；步骤S5，掏槽孔和回采正常排孔装药；步骤S6，依次爆破掏槽孔和回采正常排孔；步骤S7，矿房出矿；步骤S8，采用全尾砂胶结充填工艺，直至充填体养护达28天以上；步骤S9，重复步骤S4‑步骤S6；步骤S10，矿柱出矿。本法高效率、低成本、大产量、高回采率、安全经济。
Description
技术领域
本发明属于采矿方法技术领域，具体涉及一种高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法。
背景技术
非煤矿山，指金属矿石、放射性矿石以及作为石油化工原料、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其它非金属矿物(煤炭除外)的矿山。非煤采矿工程从建设到产出分为四个步骤：开拓、采准、切割和回采。
1)开拓：从地表开挖一系列的井巷工程(如平硐、斜井、坚井、斜坡道中的一种或几种联合)通达矿体，使地表与井下待开采的块段间建立联络通道，以形成提升、运输、通风、排水、供水、供电、供风、充填八大系统，借此把人员、材料、设备、充填料、动力和新鲜空气送到井下，同时将井下的矿石、废石、井下涌水和污浊空气提升和排到地表。
2)采准：在己完成开拓工程的矿段，按选定的采矿方法划分回采单元，再掘进必要的井巷工程(如穿脉、天井、溜井、凿岩硐室、出矿巷道)，将开拓八大系统与拟回采区段建立联系，满足拟回采区段的人行、凿岩爆破、通风、运搬、充填等工作的需要。
3)切割：在己完成采准工作的区段，施工切割天井(天井为两端都有出口的井下垂直或倾斜井筒)和切割巷道，如切割沿脉和切割穿脉；切割巷道作用是为作业人员提供作业空间和加采爆破提供补偿空间，为大量回采提供爆破补偿空间。
4)回采：在完成采准、切割工作的回采单元中，进行采矿作业的工程称为回采，包括凿岩(即用凿岩机具施工钻孔，俗称打炮眼)、爆破、通风、矿石搬运、地压管理，这里地压管理是指撬浮石，对局部不稳固段进行加固，以及采矿结束后空场采矿法的采场封闭，崩落采矿法的放顶，充填法采场进行充填等工序。
矿山进行超前拉底采矿后经常会面临着采掘接替紧张、备采矿量不足等问题，特别针对矿床埋藏深、矿石品位低、资源丰富的大型现代化矿山，超前拉底采矿后的采矿方法既要考虑深井开采的安全性，又要考虑矿山生产的经济效益，针对这一特殊的开采技术及经济条件，如何合理设计一种高效率、低成本、大产量、高回采率、安全经济的采矿方法尤为重要。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，所述采矿法包括如下步骤：
步骤S1，将矿块垂直于矿体的走向连续布置，矿块的长度为矿体的厚度；
步骤S2，将矿块划分为矿房和矿柱；
步骤S3，在矿块的对应的分层内布置采场凿岩硐室、凿岩硐室联络道、进矿平巷、出矿平巷、装矿进路、回风平巷；
步骤S4，在凿岩硐室内下向凿岩，凿出掏槽孔和回采正常排孔；
步骤S5，掏槽孔和回采正常排孔装药；
步骤S6，依次爆破掏槽孔和回采正常排孔；
步骤S7，矿房出矿；
步骤S8，采用全尾砂胶结充填工艺，直至充填体养护达28天以上；
步骤S9，重复步骤S4-步骤S6；
步骤S10，矿柱出矿。
进一步的，所述步骤S4中，凿岩硐室的宽度大于矿房和矿柱，方便矿房和矿柱两边边孔的凿岩施工；
优选的，凿岩硐室的宽度大于矿房和矿柱1m，即宽度方向上，凿岩硐室的两侧边界超出对应矿房或矿柱的两侧边界0.5m。
进一步的，所述步骤S2中，所述矿房与矿柱的宽度相同、阶段高相同；
优选的，所述矿房与矿柱的宽度均为15m，所述矿房与矿柱的阶段高为60m。
进一步的，所述步骤S4中，掏槽采用小区掏槽法，掏槽区域位于采场中部；
掏槽孔和回采正常排孔的孔口安装长0.8m的孔口管，孔口管为薄壁钢管，孔口管的外径与对应掏槽孔和回采正常排孔的直径匹配；
优选的，所述掏槽孔和回采正常排孔的深度为45m直径为
进一步的，所述步骤S3中，所述凿岩硐室的中央预留宽度为2.5m的支撑柱。
进一步的，所述S4中，所述回采正常排孔的孔(排)间距可按下式计算：
式中：B——孔(排)间距(m)；
Rj——最佳比例半径(m.kg-1/3)，取值0.71；
Q——分层装药量(kg)，取值30；
优选的，所述掏槽孔的孔(排)间距可按下式计算：
式中：B——孔(排)间距(m)；
Rj——最佳比例半径(m.kg-1/3)，取值0.71；
Q——分层装药量(kg)，取值30。
进一步的，所述步骤S5中，掏槽孔装入乳化油球状药包，采用单分层爆破，分层装药量为30～35kg，药包长径比为(7～8)：1，药包中心埋置深度为1.6～2.0m；
药包下部采用岩粉堵塞，堵塞长度0.5～0.8m；
药包上部采用细粒岩粉、河砂与水封联合堵塞技术：细粒岩粉、河砂堵塞长度0.5～0.8m，水封长度1.2～2.0m，水封通过水封袋实现；
优选的，所述步骤S5中，回采正常排孔采用多层球状药包空气间隔装药结构，分层装药量为30～40kg，最下层药包进置深度1.6～2.0m，最下层药包下部堵塞料为岩粉，堵塞长度0.5～0.8m，层间空气间隔长度1.2m，最上层药包上堵塞料为岩粉或河砂，堵塞长度1.2～1.4m。
进一步的，所述步骤S6，掏槽孔采用双发长脚线非电毫秒雷管孔内延时起爆方式，掏槽孔间微差间隔时间为25～100ms；
回采正常排孔采用孔内双根导爆索、孔口非电毫秒雷管延时起爆方式，采用大孔距小抵抗线爆破技术，段间延时25～50ms，边孔采用同段起爆。
进一步的，所述步骤S6，所述矿房、矿柱爆破时采用小梯段侧向崩矿；小区掏槽16～20m高后，即可开始小梯段侧向崩矿，相邻分区在高度上错落布置形成台阶型；
优选的，所述侧向崩矿一次爆破5排孔，崩矿步距15m，最大单响药量控制在500kg以内，一次炸药单耗控制在0.4kg/t以内。
进一步的，所述步骤S6，破顶层划分为掏槽区和侧崩区两个区域；
掏槽区采用长脚线非电毫秒雷管实行分层起爆，侧崩区采用孔内双导爆索孔口非电毫秒雷管延时起爆。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1)提出一种超前拉底采矿后的采矿法，高效率、低成本、大产量、高回采率、安全经济。
2)VCR法小区掏槽爆破采用水封堵塞爆破技术，可从根本上解决掏槽爆破后炮孔堵塞与孔口反冲的技术难题，保证掏槽爆破质量，提高采场掏槽效率。
3)采用空气间隔装药结构时，由于空气层的气垫作用使得爆破的初始峰值压力降低，药包近区矿岩的粉碎作用因而减小，但由于爆破作用时间的延长，反而使爆破冲击量比密集装药结构的爆破冲击量更大。
4)空气间隔长度取值1.2m，采场爆破大块率与粉矿率均较低。
5)采切比：37.54m3/kt，采场生产能力：1000t/d，贫化率：10％，损失率：10％，各项指数较好。
附图说明
图1为本发明中的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法的实施例中采切工程量的统计图；
图2为本发明中的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法的实施例中的结构示意图(图4中I-I处的剖视图)；
图3为图2中II-II处的剖视图；
图4为图2中III-III处的剖视图；
图5为图2中IV-IV处的剖视图；
图6为本发明中的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法的实施例中的掏槽孔的装药结构示意图；
图7为本发明中的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法的实施例中的回采正常排孔的装药结构示意图；
图中：1、凿岩硐室；2、出矿平巷；3、出矿进路；4、支撑柱；5、第二下填塞；6、矿房；7、炮孔；8、矿柱；9、水封袋；10、第一上填塞；11、非电毫秒雷管；12、普通乳化油球状药包；13、第一下填塞；14、导爆索；15、空气间隔；16、第二上填塞。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明是针对前期超前拉底采矿后的矿房上部矿体的回采设计的：采矿步骤整体分三步骤进行，第一步回采拉底层(已完成并形成本采矿法的实施基础，此处不再赘述)，第二步回采矿房6，第三步回采矿柱8。
高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法包括如下步骤：
步骤S1，矿块垂直矿体的走向连续布置，矿块长为矿体厚度(以草楼铁矿为例，矿块长为80m)，宽30m，阶段高60m，底部结构高15m。
步骤S2，将矿块划分为矿房6和矿柱8；矿房6与矿柱8的宽度相同、阶段高相同，具体的：矿房6与矿柱8的宽度均为15m，矿房6与矿柱8的阶段高为60m。
步骤S3，采准工程：在矿块的对应的分层内布置采场凿岩硐室1、凿岩硐室联络道、进矿平巷、出矿平巷2、装矿进路、回风平巷，出矿进路3在拉底采矿时已施工完毕。
凿岩硐室1的宽度大于矿房6和矿柱8，方便矿房6和矿柱8两边边孔的凿岩施工，具体的：凿岩硐室1的宽度大于对应的矿房6和矿柱8一m，即宽度方向上，凿岩硐室1的两侧边界超出对应矿房6或矿柱8的两侧边界0.5m。
切割工程：堑沟拉底在前期采矿已完成，即本采矿法不涉及切割工程。
采准工程中需注意的是：在斜坡道未形成之前，通过采区天井、溜井使其与上中段、下中段连通，人员、设备、材料从天井上下；掘进废石(矿石)通过溜井下放到下中段。在上中段巷道向采场凿岩硐室1掘联络道，采场顶部掘凿岩硐室1。凿岩硐室1长为矿体厚度，高3.2m，宽为16m(比矿房6宽1m)，即宽度方向上，凿岩硐室1的两侧边界超出对应矿房6或矿柱8的两侧边界0.5m，方便对应矿房6和矿柱8两边边孔的凿岩施工。
为了减少凿岩硐室1的跨度和暴露面积，在凿岩硐室1中央预留一条宽2.5m的支撑柱4，将凿岩硐室1的跨度由16m转变为两个6.75m，暴露面积由1280m2转变为两个540m2。另外，为了作业安全，凿岩硐室1的顶板应进行锚喷支护。
底部结构在前期拉底采矿时已施工完毕，实施本采矿法时，不需要进行底部结构的施工。
采区斜坡道形成后，人员、设备、材料通过采区斜坡道进出。其它采准工程施工同采区斜坡道形成前。
步骤S4，在凿岩硐室1内下向凿岩，凿出掏槽孔和回采正常排孔，具体的：采用T-150或simba261在凿岩硐室1内钻凿下向深孔(具体的选用何种型号的钻机，由施工单位决定)，孔深按照45m，钻孔直径Φ165mm施工。原则上尽量多打垂直的炮孔7，炮孔7具体布置由施工单位来确定。
在凿岩过程中，每个钻孔的孔口安装长0.8m的孔口管，孔口管为薄壁钢管，孔口管的外径与对应掏槽孔和回采正常排孔的直径匹配。
利用掏槽孔，采用VCR法切槽；掏槽采用小区掏槽法，掏槽区域位于采场中部。
回采正常排孔的孔(排)间距可按下式计算：
式中：B——孔(排)间距(m)；
Rj——最佳比例半径(m.kg-1/3)，取值0.71；
Q——分层装药量(kg)，取值30；
计算得出B＝2.7～3.1(m)。
矿房6宽度为15m，考虑布孔施工的方便，排距取值为3.0m，矿房6共布置六排炮孔7。孔距取值2.8m，按矿房6长80m考虑，则每排60个炮孔7。
掏槽孔的孔(排)间距可按下式计算：
式中：B——孔(排)间距(m)；
Rj——最佳比例半径(m.kg-1/3)，取值0.71；
Q——分层装药量(kg)，取值30。
计算得出B＝2.7～3.1(m)
掏槽孔网参数与回采正常排孔网参数相同，为排距3.0m，孔距2.8m。采用12孔掏槽，掏槽面积50.4m2。
步骤S5，掏槽孔和回采正常排孔装药：装药结构是调节炸药能量分布与控制爆破效果的重要因素之一。掏槽孔装入普通乳化油球状药包12，分层装药量为30～35kg，药包长径比为(7～8)：1，药包中心埋置深度为1.6～2.0m；采用人工间隔装药。药包下部设有第一下填塞13，第一下填塞13采用岩粉堵塞，堵塞长度0.5～0.8m。药包上部设有第一上填塞10与水封联合堵塞，第一上填塞10采用细粒岩粉、河砂堵塞，第一上填塞10长度0.5～0.8m。水封长度1.2～2.0m，水封通过水封袋9实现(即吊装0.5m长的水封袋9三或四个)。
采场院采用侧向崩矿，回采正常排孔采用多层普通乳化油球状药包12结合空气间隔的装药结构，分层装药量为30～40kg，最下层药包进置深度1.6～2.0m，最下层药包下部设有第二下填塞5，第二下填塞5的堵塞料为岩粉，堵塞长度0.5～0.8m。层间空气间隔15长度1.2m。最上层药包上部设有第二上填塞16，第二上填塞16的堵塞料为岩粉或河砂，堵塞长度1.2～1.4m。
步骤S6，依次爆破掏槽孔和回采正常排孔：掏槽孔采用单分层爆破，双发长脚线、非电毫秒雷管11的孔内延时起爆方式，掏槽孔间微差间隔时间为25～100ms，分层平均崩矿高度3.0m。各次掏槽爆破的装药总量为300～400kg，其一次崩矿量600～800t。VCR法小区掏槽爆破炮孔7少、掏槽断面小，爆破夹制性较大，因而要确保区内炮孔7的质量。
矿房6、矿柱8爆破时采用小梯段侧向崩矿；小区掏槽16～20m高后，即可开始小梯段侧向崩矿，侧向崩矿以掏槽区域为中心向采场四周推进，相邻分区在高度上错落布置形成台阶型。回采正常排孔采用孔内双根导爆索14、孔口非电毫秒雷管11延时起爆方式，采用大孔距小抵抗线爆破技术，尽量减少其动态抵抗线，从而改善爆破效果，段间延时25～50ms，边孔采用同段起爆。
侧向崩矿一次爆破5排孔，崩矿步距15m，最大单响药量控制在500kg以内，一次炸药单耗控制在0.4kg/t以内，崩矿高度16～18m，一次崩矿量1.5～2.0万吨。
采场破顶爆破：破顶层的厚度一般为8～14m。采场破顶爆破有两种方式，其一为全断面破顶爆破；其二为局部破顶爆破。两种方式在技术上均可行，都有成功的先例。本实施例采用全断面破顶爆破的方式。采场全断面破顶爆破按孔内不同起爆方式来分，可划分为掏槽区和侧崩区两个区域。掏槽区采用长脚线非电毫秒雷管11实行分层起爆，侧崩区采用孔内双导爆索14孔口非电毫秒雷管11延时起爆。其他实施例中，也可以采用局部破顶爆破的形式。
步骤S7，矿房出矿：爆下的矿石采用Toro400E型铲运机集中在采场底部出矿，矿石运输有两种方式选择，其一，通过采区溜井下放；其二，采用铲运机装梭式矿车或铲运机装EQ3092F19D型自卸汽车(或采用实际载重5t的农用车)运输。在铲运机未到货前，可采用ZL-30C装载机临时替代。大规模出矿时必须采用铲运机。
步骤S8，全尾砂胶结充填，充填体养护达达28天以上：采场矿石出完后，集中充填，充填采用全尾矿膏体胶结充填，利用重力，充填料管道自流输送到采场，多点下料，分次充填，以利充填接顶，采场不需脱水。
步骤S9，重复步骤S4-S6；
步骤S10，矿柱8出矿。
另外，采场通风如下：新鲜风流由中段石门到下盘主运输巷，对于矿房6和矿柱8的回采，上中段回风必须形成，此时，新鲜风流经装矿平巷冲洗工作面，或经过中段斜坡道进入工作面，污风由采场空区经上中段回风道回到风井排出地表。
综上所述，相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1)提出一种超前拉底采矿后的采矿法，高效率、低成本、大产量、高回采率、安全经济。
2)VCR法小区掏槽爆破采用水封堵塞爆破技术，可从根本上解决掏槽爆破后炮孔堵塞与孔口反冲的技术难题，保证掏槽爆破质量，提高采场掏槽效率。
3)采用空气间隔装药结构时，由于空气层的气垫作用使得爆破的初始峰值压力降低，药包近区矿岩的粉碎作用因而减小，但由于爆破作用时间的延长，反而使爆破冲击量比密集装药结构的爆破冲击量更大。
4)空气间隔长度取值1.2m，采场爆破大块率与粉矿率均较低。
5)采切比：37.54m3/kt，采场生产能力：1000t/d，贫化率：10％，损失率：10％，各项指数较好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于，所述采矿法包括如下步骤：
步骤S1，将矿块垂直于矿体的走向连续布置，矿块的长度为矿体的厚度；
步骤S2，将矿块划分为矿房和矿柱；
步骤S3，在矿块的对应的分层内布置采场凿岩硐室、凿岩硐室联络道、进矿平巷、出矿平巷、装矿进路、回风平巷；
步骤S4，在凿岩硐室内下向凿岩，凿出掏槽孔和回采正常排孔；
步骤S5，掏槽孔和回采正常排孔装药；
步骤S6，依次爆破掏槽孔和回采正常排孔；
步骤S7，矿房出矿；
步骤S8，采用全尾砂胶结充填工艺，直至充填体养护达28天以上；
步骤S9，重复步骤S4-步骤S6；
步骤S10，矿柱出矿；
所述步骤S4中，掏槽采用小区掏槽法，掏槽区域位于采场中部；
掏槽孔和回采正常排孔的孔口安装长0.8m的孔口管，孔口管为薄壁钢管，孔口管的外径与对应掏槽孔和回采正常排孔的直径匹配；
所述掏槽孔和回采正常排孔的深度为45m直径为φ165mm；
所述步骤S6，掏槽孔采用双发长脚线非电毫秒雷管孔内延时起爆方式，掏槽孔间微差间隔时间为25～100ms；
回采正常排孔采用孔内双根导爆索、孔口非电毫秒雷管延时起爆方式，采用大孔距小抵抗线爆破技术，段间延时25～50ms，边孔采用同段起爆；
所述步骤S6，所述矿房、矿柱爆破时采用小梯段侧向崩矿；小区掏槽16～20m高后，即开始小梯段侧向崩矿，侧向崩矿以掏槽区域为中心向采场四周推进，相邻分区在高度上错落布置形成台阶型；
所述侧向崩矿一次爆破5排孔，崩矿步距15m，最大单响药量控制在500kg以内，一次炸药单耗控制在0.4kg/t以内；
所述S4中，所述回采正常排孔的孔间距按下式计算：
，
式中：B——孔间距，m；
Rj——最佳比例半径，m.kg-1/3，取值0.71；
Q——分层装药量，kg，取值30；
所述掏槽孔的孔间距按下式计算：
，
式中：B——孔间距，m；
Rj——最佳比例半径，m.kg-1/3，取值0.71；
Q——分层装药量，kg，取值30。
2.根据权利要求1所述的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤S4中，凿岩硐室的宽度大于矿房和矿柱，方便矿房和矿柱两边边孔的凿岩施工；
凿岩硐室的宽度大于矿房和矿柱1m，即宽度方向上，凿岩硐室的两侧边界超出对应矿房或矿柱的两侧边界0.5m。
3.根据权利要求1所述的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤S2中，所述矿房与矿柱的宽度相同、阶段高相同；
所述矿房与矿柱的宽度均为15m，所述矿房与矿柱的阶段高为60m。
4.根据权利要求3所述的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤S3中，所述凿岩硐室的中央预留宽度为2.5m的支撑柱。
5.根据权利要求1所述的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤S5中，掏槽孔装入乳化油球状药包，采用单分层爆破，分层装药量为30～35kg，药包长径比为（7～8）：1，药包中心埋置深度为1.6～2.0m；
药包下部采用岩粉堵塞，堵塞长度0.5～0.8m；
药包上部采用细粒岩粉、河砂与水封联合堵塞技术：细粒岩粉、河砂堵塞长度0.5～0.8m，水封长度1.2～2.0m，水封通过水封袋实现；
所述步骤S5中，回采正常排孔采用多层球状药包空气间隔装药结构，分层装药量为30～40kg，最下层药包进置深度1.6～2.0m，最下层药包下部堵塞料为岩粉，堵塞长度0.5～0.8m，层间空气间隔长度1.2m，最上层药包上堵塞料为岩粉或河砂，堵塞长度1.2～1.4m。
6.根据权利要求1所述的高分段无切割天井拉槽中深孔阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述步骤S6，破顶层划分为掏槽区和侧崩区两个区域；
掏槽区采用长脚线非电毫秒雷管实行分层起爆，侧崩区采用孔内双导爆索孔口非电毫秒雷管延时起爆。
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