CN114109388A - 一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，涉及地下深部金属矿开采技术领域。该方法首先根据深部厚大矿体赋存形态、地应力条件及开拓工程位置确定采场布置形式，划分矿块，并围绕矿块位置，布置采场凿岩道、出矿道；然后根据采场布置形式及采场凿岩道位置，确定切割井位置，开凿切割井；再以切割井为自由面，开凿下向中深孔，序次分段爆破施工切割槽，形成矿块爆破落矿的初始补偿空间；最后对矿块进行下向序次梯段式爆破落矿。该方法有效防控采动地压的同时，使爆破能量向下传递，减少侧向爆破能量，减弱爆破能量对充填体或围岩损害，实现安全、高效、连续、规模化生产的目的。

Description

一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法

技术领域

本发明涉及地下深部金属矿开采技术领域，尤其涉及一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法。

背景技术

深部采矿已经成为世界矿产资源开发的重要组成。随着矿床开采深度的增加，深部矿体赋存的地质环境严重劣化，深部采矿是处于“高井深、高应力、高岩温、强开采扰动”的特殊开采技术条件，仍采用浅部传统采矿方法及落矿方式，极易造成深部采场发生严重垮冒，导致损失贫化加剧，严重威胁井下作业人员及设备的安全，甚至造成深部矿体无法开采，极大造成资源浪费。针对1000m以深深部厚大矿体开采，亟需突破现有采场落矿方法，形成自适应于深部采动地压迁移响应的连续安全高效规模化落矿方式。

当前对于深部厚大矿体开采主要采用上向水平分层充填法、阶（分）段空场嗣后充填法，囿于深部采动地压大、采动应力集中，采准、切割工程均在采场内，应用水平孔或上向中深孔（炮孔直径为50~75mm，炮孔深度为5~15m）爆破落矿，常造成深部采场顶板垮塌，相邻采场两帮滑移及充填体混入矿石产生二次贫化，如图1所示。深部采场顶板产生的大面积垮塌诱发的地压灾害防控困难、安全性差，严重威胁作业人员和设备安全，如图2所示。

究其原因，深部厚大矿体采用上向中深孔爆破落矿未考虑与采动地压迁移响应及地压防控自适应的爆破落矿方式，且上向中深孔凿岩、装药和出矿直接在采场内作业，生产强度大、安全条件差、地压防控困难，严重制约深部厚大矿体的连续安全高效规模化开采。因此，为适应深部采动地压迁移响应，实现深部厚大矿体安全、高效、连续、规模化落矿，改善生产作业环境，亟需开发一种与采动地压迁移响应及地压防控自适应的下向序次梯段式采场落矿方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，采用下向中深孔爆破与地压防控相结合且与采动地压迁移响应自适应的下向序次梯段式采场落矿方法，实现深部厚大矿体安全、高效、连续、规模化开采，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，包括以下步骤：

步骤1：根据深部厚大矿体赋存形态、地应力条件及开拓工程位置确定采场布置形式，划分矿块并确定矿块结构，根据矿块结构，布置采场凿岩道、出矿道；

（1）依据深部厚大矿体赋存形态划分阶段，根据最大主应力方向，确定沿矿体走向或垂直矿体走向划分矿块，确定矿块结构；

（2）确定矿块结构后，在矿块上部沿矿块回采方向布置采场凿岩道，并采用支护维护采场凿岩道稳定；

（3）在矿块下部布置采场出矿道，并采用支护维护采场出矿道稳定；

步骤2：根据步骤1的采场布置形式及采场凿岩道位置，确定切割井位置，开凿切割井；

所述开凿切割井的方法采用中深孔爆破法或钻进法，其中，中深孔爆破法需开凿炮孔，炮孔的施工类别为下向平行炮孔；

步骤3：根据步骤2中确定的切割井位置，以切割井为自由面，开凿下向中深孔，由下至上，由内至外序次分段爆破施工切割槽，形成矿块爆破落矿的初始补偿空间；

所述下向中深孔施工类别为下向平行炮孔或下向扇形炮孔；

步骤4：结合步骤1布置的采场凿岩道、出矿道和步骤3形成的初始补偿空间，依据采动地压迁移响应，从下到上将矿块结构划分为若干分段，对矿块进行下向序次梯段式爆破落矿；

所述下向序次梯段式爆破落矿采用多阶段分区域爆破落矿方式进行其中：

第一阶段爆破落矿，以临近切割槽矿块下部区域为爆破落矿区域，以切割槽和采场出矿道为自由面，进行下向中深孔爆破落矿，爆破落矿高度，根据采场出矿道和步骤3所形成的初始补偿空间确定；第一阶段爆破落矿完成后，形成第二阶段爆破落矿的补偿空间；

第二阶段爆破落矿，以矿块第一阶段爆破落矿区域的上半部分矿块，及与第一阶段爆破落矿区域相邻的下部矿块组成的倒阶梯型区域为爆破落矿区域，以第一阶段爆破落矿形成的补偿空间和采场出矿道为自由面，进行下向中深孔爆破落矿，爆破落矿高度，根据爆破完的第一阶段爆破落矿区域和第一阶段爆破落矿形成的补偿空间以及采动地压迁移响应确定；第二阶段爆破落矿完成后，形成下一阶段即第三阶段爆破落矿的补偿空间；

其他阶段爆破落矿在第二阶段爆破落矿的基础上进行类推。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，突破传统上向中深孔采场爆破落矿（侧向2-3排距爆破）或水平爆破落矿等落矿方法，作业人员与设备均在采场内安全性差、生产效率低、地压难防难控的缺点，通过在矿块上部支护好的采场凿岩道内，开凿切割井，以切割井为自由面，围绕切割井采用下向平行炮孔或下向扇形炮孔爆破施工切割形成切割槽，解决切割槽形成困难，施工速度慢等难题。依据采动地压迁移响应，采用下向中深孔序次梯段式爆破落矿，在矿块底部支护好的采场出矿道内出矿，确保作业人员与设备安全；以切割槽和矿块底部采场出矿道为自由面，实施下向序次梯段式采场爆破落矿，依据采动地压迁移响应使采场分次爆破形成倒阶梯型，便于防控采动地压的同时使爆破能量向下传递，减少侧向爆破能量，减弱爆破能量对充填体或围岩损伤，先爆破区域为后爆破区域创造新的补偿空间，增强爆破效果，提高爆破效率，减小爆破震动，以达到安全、高效、连续、规模化生产的目的。

附图说明

图1为本发明背景技术提供的传统矿体开采方法的示意图；

图2为本发明背景技术提供的深部采动地压防控困难安全性差简易示意图；

图3为本发明施例提供的一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法的流程图；

图4为本发明施例提供的开凿切割井时炮孔的布置示意图；

图5为本发明施例提供的切割槽形成的示意图；

图6为本发明施例提供的下向序次梯段式爆破落矿的示意图，其中，（a）为凿采场岩道与矿块宽度相同情况下下向序次梯段式爆破落矿的炮孔布置形式，（b）为凿岩道小于矿块宽度情况下下向序次梯段式爆破落矿的炮孔布置形式；

图7为本发明施例提供的下向序次梯段式爆破落矿的回采落矿次序的示意图，其中，（a）为第一阶段爆破落矿，（b）为第二阶段爆破落矿，（c）为第三阶段爆破落矿，（d）为下向序次梯段式爆破落矿的整体过程。

图中，A1：切割井；A2：联络道；A3：采场凿岩道；A4：采场出矿道；A5：切割槽；A6：支护；A7：充填体；A8：矿块高度；A9：采场长度；A10：地压迁移方向；A11：炮孔；A12：炮孔装药段；S1：第一阶段爆破落矿区域；S2：第二阶段爆破落矿区域；S3：第三阶段爆破落矿区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，以某地下深部金属矿为例，采用本发明的深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法对矿块进行回采，如图3-7所示。

本实施例中，一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：根据深部厚大矿体赋存形态、地应力条件及开拓工程位置确定采场布置形式，划分矿块并确定矿块结构，根据矿块结构，布置采场凿岩道A3、出矿道A4；

（1）依据深部厚大矿体形态划分阶段，根据最大主应力方向，沿矿体走向方向或垂直矿体走向划分矿块，确定矿块形态；确保采场凿岩道A3和采场出矿道A4的稳定和安全。

（2）确定矿块形态后，在矿块上部沿矿块回采方向布置采场凿岩道A3，并采用支护A6维护采场凿岩道A3稳定，便于后续进一步的施工。

（3）在矿块下部布置采场出矿道A4，并对采场出矿道A4进行支护维护采场出矿道A4稳定；保证后续回采工作进行。

步骤2：根据步骤1的采场布置形式及采场凿岩道A3位置，确定切割井A1位置，开凿切割井A1；

所述开凿切割井A1的方法采用中深孔爆破法或钻进法，其中，中深孔爆破法需开凿炮孔A11，炮孔A11的施工类别为下向平行炮孔。

本实施例中，采用中深孔爆破法开凿切割井A1时，炮孔A11布置形式如图4所示。图中，大的空心圆圈表示空孔，小的实心圆圈表示装药孔，炮孔A11的施工类别为下向平行炮孔。

步骤3：根据步骤2中确定的切割井A1位置，以切割井A1为自由面，开凿下向中深孔，用数码雷管由下至上，由内至外序次分段爆破施工切割槽A5，形成矿块爆破落矿的初始补偿空间，如图5所示；其中，下向中深孔施工类别为下向平行炮孔或下向扇形炮孔，具体爆破时，下向中深孔施工类别和炮孔装药段A12可根据现场情况灵活调整。开凿的切割槽A5为矿块爆破落矿提供所需的初始补偿空间。

步骤4：结合步骤1布置的采场凿岩道A3、出矿道A4和步骤3形成的初始补偿空间，依据采动地压迁移响应，从下到上将矿块结构划分为若干分段，并对矿块进行下向序次梯段式爆破落矿，如图6所示，图中的联络道A2为开拓工程的一部分，是连通地表与矿体之间人员、设备、材料，以及运送矿石和废石的通道。

所述下向序次梯段式爆破落矿采用多阶段分区域爆破落矿方式进行其中：

第一阶段爆破落矿，以临近切割槽A5矿块下部区域为爆破落矿区域S1，以切割槽A5和采场出矿道A4为自由面，进行下向中深孔爆破落矿，爆破落矿高度，根据采场出矿道A4和步骤3所形成的初始补偿空间确定；第一阶段爆破落矿完成后，形成第二阶段爆破落矿的补偿空间；

第二阶段爆破落矿，以矿块第一阶段爆破落矿区域S1的上半部分矿块，及与第一阶段爆破落矿区域S1相邻的下部矿块组成的倒阶梯型区域为爆破落矿区域S2，以第一阶段爆破落矿形成的补偿空间和采场出矿道A4为自由面，进行下向中深孔爆破落矿，爆破落矿高度，根据爆破完的第一阶段爆破落矿区域S1和第一阶段爆破落矿形成的补偿空间以及采动地压迁移响应确定；第二阶段爆破落矿完成后，形成下一阶段即第三阶段爆破落矿的补偿空间；

其他阶段爆破落矿在第二阶段爆破落矿的基础上进行类推。

本实施例中，该地下深部金属矿位于地下-1200m深，矿岩稳固，矿体真厚度大于40m，开拓巷道布置在矿体下盘，最大主应力方向垂直于矿体走向，依据最大主应力方向，沿垂直矿体走向方向划分矿块，设计矿块高度A8为20m，矿块宽度为12.5m，矿块长度为10m，矿块回采顺序由矿体上盘向矿体下盘进行回采；在矿块上部开凿采场凿岩道A3，并采用支护A6维护采场凿岩道A3稳定；在矿块下部开凿采场出矿道A4，并对采场出矿道A4进行支护。

在采场凿岩道A3内采用中深孔爆破法形成切割井A1，以切割井A1为自由面，用数码雷管由下至上，由内至外采用孔内微差序次分段爆破，施工切割槽A5，切割槽A5位置可根据矿块实际情况及补偿空间需要灵活选取；

然后依据采动地压迁移响应，采用下向序次梯段式采场爆破落矿，沿矿块结构从下到上划分为两个分段，确定下向中深孔爆破落矿高度为矿块高度A8的一半，在本实施例中矿块爆破落矿采用三个阶段分区域爆破落矿方式进行，如图7所示，图中标注了该矿块侧的充填体A7、矿块所在采场长度A9以及地压迁移方向A10；

第一阶段爆破落矿，根据切割槽A5和步骤3所形成的初始补偿空间，确定首次下向中深孔爆破落矿高度为矿块高度A8的一半，爆破区域S1是临近切割槽A5下部分段的两排炮孔组成的区域，以切割槽A5及和矿块下部采场出矿道A4为自由面进行爆破落矿；第一阶段爆破落矿完成后，形成第二阶段爆破落矿的补偿空间；

第二阶段爆破落矿，以矿块第一阶段爆破落矿区域S1的上半部分矿块及与其相邻的两排炮孔组成的倒阶梯型区域为爆破落矿区域S2，以第一阶段爆破落矿形成的补偿空间和矿块下部采场出矿道A4为自由面进行下向中深孔爆破落矿；第二阶段爆破落矿完成后，形成第三阶段爆破落矿的补偿空间；

第三阶段爆破落矿，在第二阶段爆破落矿的基础上进行类推实现，以矿块未爆破的剩余的倒阶梯型区域为爆破落矿区域S3。根据采动地压迁移响应和第二阶段形成的补偿空间，以第二阶段爆破落矿形成的补偿空间和采场出矿道A4为自由面进行下向中深孔爆破落矿，完成矿块的爆破回采。

采用上述方法对矿块进行回采，能够有效提高落矿效率，并提高安全性。在支护好的采场凿岩道A3与采场出矿道A4中作业，确保作业人员和设备的安全；对切割槽A5进行施工时，以切割井A1为自由面进行孔内微差序次分段爆破，有效解决切割槽形成困难、施工速度慢的问题，大幅提高切割槽A5施工效率；根据采动地压迁移响应及补偿空间大小，采取下向序次梯段式爆破落矿方法对矿块进行爆破回采，有效防控采动地压的同时，使爆破能量向下传递，减少侧向爆破能量，减弱爆破能量对充填体或围岩损害，实现安全、高效、连续、规模化生产的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据深部厚大矿体赋存形态、地应力条件及开拓工程位置确定采场布置形式，划分矿块并确定矿块结构，根据矿块结构，布置采场凿岩道、出矿道；

步骤2：根据步骤1的采场布置形式及采场凿岩道位置，确定切割井位置，开凿切割井；

步骤3：根据步骤2中确定的切割井位置，以切割井为自由面，开凿下向中深孔，由下至上，由内至外序次分段爆破施工切割槽，形成矿块爆破落矿的初始补偿空间；

步骤4：结合步骤1布置的采场凿岩道、出矿道和步骤3形成的初始补偿空间，依据采动地压迁移响应，从下到上将矿块结构划分为若干分段，对矿块进行下向序次梯段式爆破落矿。

2.根据权利要求1所述的一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，其特征在于：所述步骤1确定矿块结构，布置采场凿岩道、出矿道的具体方法为：

（1）依据深部厚大矿体赋存形态划分阶段，根据最大主应力方向，确定沿矿体走向或垂直矿体走向方向划分矿块，确定矿块结构；

（2）确定矿块结构后，沿矿块回采方向在矿块上部布置采场凿岩道，并采用支护维护采场凿岩道稳定；

（3）在矿块下部布置采场出矿道，并采用支护维护采场出矿道稳定。

3.根据权利要求1所述的一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，其特征在于：步骤2所述开凿切割井采用中深孔爆破法或钻进法进行，其中，中深孔爆破法需开凿炮孔，炮孔的施工类别为下向平行炮孔。

4.根据权利要求1所述的一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，其特征在于：所述下向中深孔施工类别为下向平行炮孔或下向扇形炮孔。

5.根据权利要求1所述的一种深部厚大矿体下向序次梯段式采场落矿方法，其特征在于：步骤4所述下向序次梯段式爆破落矿采用多阶段分区域爆破落矿方式进行，其中：

第一阶段爆破落矿，以临近切割槽矿块下部区域为爆破落矿区域，以切割槽和采场出矿道为自由面，进行下向中深孔爆破落矿，爆破落矿高度，根据采场出矿道和步骤3所形成的初始补偿空间确定；第一阶段爆破落矿完成后，形成第二阶段爆破落矿的补偿空间；

第二阶段爆破落矿，以矿块第一阶段爆破落矿区域的上半部分矿块，及与第一阶段爆破落矿区域相邻的下部矿块组成的倒阶梯型区域为爆破落矿区域，以第一阶段爆破落矿形成的补偿空间和采场出矿道为自由面，进行下向中深孔爆破落矿，爆破落矿高度，根据爆破完的第一阶段爆破落矿区域和第一阶段爆破落矿形成的补偿空间以及采动地压迁移响应确定；第二阶段爆破落矿完成后，形成下一阶段即第三阶段爆破落矿的补偿空间；

其他阶段爆破落矿在第二阶段爆破落矿的基础上进行类推。

Images