CN114263465B - 矿房预制切割井的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿房预制切割井的形成方法，包括如下步骤：预制切割井；柔性模具的安装和柔性模具填充预制切割井；采空区充填；切割井的恢复。通过在矿房回采步骤预先形成矿柱回采步骤所需切割井，以柔性模具作为切割井的填充物，并在后续对采空区填充后将其除去，以使切割井恢复，缩短了切割槽的施工时间，提高了矿体回采效率；通过将柔性模具设计成内外两层，内外两层之间形成第一空腔，使用时向第一空腔内注入水，并借助于外界的冷媒供应设备使水凝固，增强其支护强度；通过在对采空区进行充填后将外界的冷媒供应移除，可将柔性模具从切割井内回收，使切割井恢复，该方法具有施工方便、成本低、能耗低以及实用性强的优势。

Description

矿房预制切割井的形成方法

技术领域

本发明涉及地下矿山开采方法技术领域，尤其涉及一种矿房预制切割井的形成方法。

背景技术

地下矿山开采大都采用钻爆法将矿体破碎至合适的块度后运输至选矿厂进行有用金属的选冶作业，钻爆法为打眼装药后，利用炸药爆炸产生的能量将周围岩体进行破碎。根据爆破使用的原理及实际使用经验，爆破作用需要具有足够的临空面才能取得好的效果，也就是单个矿房回采步骤作业前需要布置切割槽，切割槽可为矿房爆破作业提供初始的空间。通常，矿房内布置切割槽时先进行切割平巷和切割井的施工，在矿房底部水平掘进切割平巷后，选择靠近矿房边界的位置进行切割井的施工，切割井完成后，在切割平巷内进行凿岩装药爆破，以切割井为自由空间逐段爆破后形成切割槽。切割槽形成效率的关键在于切割井的掘进，当前常用的切割井掘进方法分为钻爆法(浅孔或中深孔凿岩爆破)、机械法(天井钻机)。

一般而言，考虑到安全、工艺技术的需要，将矿体沿水平方向或垂直方向划分为多个盘区，盘区内根据岩体条件划分为矿房和矿柱回采步骤。采用充填采矿法回采的矿山，一般先进行矿房回采步骤，待两侧的矿房回采步骤完毕并充填后再进行矿柱回采步骤，矿柱回采步骤仍需重新掘进切割井，以形成最初的爆破空间。不论是钻爆破或机械法掘进切割井，均面临无初始自由面、作业环境差、效率低、成本高等问题，制约矿柱回采步骤过程矿房的回采率的原因为，切割井的一侧为充填体，充填体虽具有自立性，但其强度很低，在掘进过程中可能会发生侧帮垮塌，具有一定的安全风险。

现有技术中，公开号为CN113756810A的发明专利中公开了一种预留切割井形成爆破补偿空间的成槽方法，其技术方案主要包括如下步骤：采用矿块划分；矿块采准施工；首采矿块切割槽施工；首采矿块回采；布设气囊预留切割井；首采矿块充填；回收气囊；次矿块回采；次矿块充填等步骤。上述技术方案中，在首采矿块内空区靠次采矿块一侧预留的气囊作为切割槽的爆破自由面，起到了切割井的作用，减少了施工切割井的工序，有效提高了矿块回采效率；同时，切割井在回收气囊后即形成，切割槽爆破自由面在充填体凝固后就能形成，大幅度缩短了切割槽的施工时间。然而，上述技术方案中，在对首采矿块的充填时，气囊可能难以抵抗来自充填体的压力，因而存在支护强度不高、安全隐患大的缺陷。

有鉴于此，有必要设计一种改进的矿房预制切割井的形成方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿房预制切割井的形成方法，在矿房回采时直接爆破形成矿柱回采步骤所需的矿房切割井，再采用柔性模具作为矿房回采完成后充填采空区的充填体，最后在矿柱回采步骤时撤除柔性模具，得到完整的切割井，为矿柱回采提供初始的爆破空间。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种矿房预制切割井的形成方法，包括以下步骤：

S1、预制切割井：

在矿房回采步骤的切割平巷内进行凿岩爆破形成切割槽，切割槽越界至矿柱回采步骤的矿房内，提前形成矿柱回采步骤的切割井；

S2、预制切割井的填充：

将柔性模具展开并固定在所述切割井内，接着，向所述柔性模具内注满水，通过外界的冷媒供应设备对所述柔性模具内的水进行制冷，使所述柔性模具达到预定的支护强度，并填充所述切割井；

S3、采空区充填：

当矿房回采步骤工作完成后，在矿房底部设置充填挡墙，利用充填回风平巷、充填回风穿脉巷及充填回风联络巷，在矿房回采步骤的矿房采空区内架设充填管道并进行充填；在采空区内的充填体终凝之前，持续向所述柔性模具内供应冷媒，使所述柔性模具维持其支护强度；当所述充填体终凝后，撤除所述冷媒供应设备；

S4、切割井的恢复：

当所述充填体达到预定的龄期及强度后，打开所述柔性模具的底部的出水口，排空所述柔性模具内的水，将所述柔性模具折叠收纳，从所述充填回风穿脉巷内回收；撤除所述柔性模具后，预留的所述切割井恢复，用于为矿柱回采步骤的采准切割作业提供爆破空间。

进一步地，所述柔性模具的尺寸与所述切割井的尺寸相同，所述柔性模具包括外层纤维、设置在所述外层纤维内的内层纤维、用于连接所述外层纤维和所述内层纤维的若干联结件以及设置在所述外层纤维和所述内层纤维之间的若干冷媒输送管。

进一步地，所述外层纤维的顶面和所述内层纤维的顶面共面，所述外层纤维与所述内层纤维的剩余壁面中两个相对的壁面之间的距离为20～40cm。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、柔性模具的安装：将可折叠的所述柔性模具由所述回风穿脉巷放入所述切割井中展开，在所述充填回风穿脉巷的巷道壁上采用锚杆或锚索的形式为所述柔性模具设置悬挂点，再将所述柔性模具上的悬挂耳与悬挂点对应连接，保证所述柔性模具展开成形；所述柔性模具上的冷媒输送管与放置在所述充填回风穿脉巷内的冷媒供应设备相连并待机；再进入切割平巷内，对柔性模具的底部进行展开和固定；

S22、柔性模具填充预制切割井：通过所述柔性模具的注水口向柔性模具的所述外层纤维和所述内层纤维之间的第一空腔内注入水，待所述第一空腔内注满水后，开启冷媒供应设备，持续对所述柔性模具进行制冷，使所述柔性模具中的水结冰，形成冰墙。

进一步地，所述步骤S2还包括以下步骤：

S23、向所述内层纤维内部的第二空腔中注水，使所述冰墙之间充满介质。

进一步地，所述外层纤维的顶部的边缘设有第一注水口，所述外层纤维的底部的边缘设有第一出水口。

进一步地，所述内层纤维的顶部设有第二注水口，所述内层纤维的底部设有第二出水口，所述第二出水口延伸至所述外层纤维的底部外侧与所述外层纤维的底部相连通，用于排出所述内层纤维中的水。

进一步地，所述冷媒输送管搭设于所述联结件上，所述联结件的宽度为所述外层纤维和所述内层纤维的两个相对的壁面之间的间距，所述联结件的长度为10～20cm。

进一步地，所述联结件等间距设置，任意两个相邻的所述联结件之间的距离为30～70cm。

进一步地，所述冷媒输送管的出口端和进口端分别与所述冷媒供应设备的输出端和输入端连接。

本发明的有益效果是：

本发明提出的矿房预制切割井的形成方法，通过在矿房回采步骤预先形成矿柱回采步骤所需切割井，并以柔性模具作为切割井的填充物，将矿房回采后留下的采空区与矿柱回采步骤中矿房内形成的采切工程进行阻隔，有效避免对矿房回采所成采空区进行填充时影响预留的切割井；通过将柔性模具设计成内外两层的高强度不透水纤维，使用时可向内外两层纤维之间的第一空腔和内层纤维内的第二空腔注入水，并借助于外界的冷媒供应设备使内外两层纤维之间的第一空腔中的水凝固，有效提高了柔性模具的支护强度，将其置于切割井内时可有效抵抗来自充填料浆的侧面压力；采用柔性模具填充预留的切割井，并在后续对采空区填充后将其除去，以使切割井恢复，缩短了切割槽的施工时间，提高了矿体回采效率；通过提前形成切割井，并使用柔性模具对切割井进行暂时填充，同时借助于外界的冷媒供应设备提高柔性模具的支护强度，在对采空区进行充填后将外界的冷媒供应移除，以将柔性模具从切割井内回收，使切割井恢复，该方法具有施工方便、成本低、能耗低以及实用性强的优势，可在矿山大规模使用，在实际应用中具有较高的应用价值。

附图说明

图1为应用本发明的矿房预制切割井的形成方法时，采场的II-II线剖面图；

图2为图1中A-A线剖面图；

图3为图2中I-I线剖面图；

图4为图2中III-III线剖面图；

图5为图1中B-B线剖面图；

图6为图1中C-C线剖面图；

图7为柔性模具的进出水口的结构示意图；

图8为图9中的柔性模具的D-D线剖面图；

图9为图8中的柔性模具的E-E线剖面图；

附图标记如下：

1、矿房顶柱；2、充填回风联络巷；3、充填回风穿脉巷；4、出矿巷；5、切割井；51、柔性模具；511、外层纤维；5111、第一注水口；5112、第一出水口；512、内层纤维；5121、第二注水口；5122、第二出水口；513、联结件；514、冷媒输送管；6、凿岩拉底巷；7、充填体；8、切割平巷；9、充填回风平巷；10、出矿进路；11、脉外运输巷；12、充填挡墙。

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至图8所示，本发明提供的矿房预制切割井的形成方法，具体包括以下步骤：

S1、预制切割井：

在I步骤(矿房回采步骤)的矿房掘进切割井后，矿房回采步骤和矿柱回采步骤的切割平巷8同时施工，在矿房回采步骤的切割平巷8内进行凿岩爆破形成切割槽，矿房回采步骤和II步骤(矿柱回采步骤)同时施工，切割槽越界至矿柱回采步骤的矿房内，提前形成矿柱回采步骤的切割井5；

S2、预制切割井的填充：

将柔性模具51展开并固定在切割井5内，接着，向柔性模具51内注满水，通过外界的冷媒供应设备(图中未示出)对柔性模具51内的水进行制冷，得到达到预定支护强度的柔性模具51，对切割井5进行填充；

S21、柔性模具的安装：将可折叠的柔性模具51由回风穿脉巷3放入切割井5中展开，在充填回风穿脉巷3的巷道壁上采用锚杆或锚索的形式为柔性模具51设置悬挂点，再将柔性模具51上的悬挂耳与悬挂点对应连接，保证柔性模具51展开成形；柔性模具51上的冷媒输送管514与放置在充填回风穿脉巷3内的冷媒供应设备相连并待机；工作人员通过矿柱回采步骤的矿房底部的脉外运输巷11、出矿巷4、出矿进路10以及凿岩拉底巷6进入切割平巷8内，对柔性模具51的底部进行展开和固定；

S22、柔性模具填充预制切割井：通过柔性模具51顶部的第一注水口5111向柔性模具51的外层纤维511与内层纤维512之间的第一空腔内注入水，使柔性模具51内的空气经出气口(图中未示出)排出，直至柔性模具51内部注满水，关闭出气口；然后，开启冷媒供应设备，对第一空腔内的水进行制冷，持续对柔性模具51进行制冷，使第一空腔中的水结冰，形成冰墙，以增强柔性模具51的支护强度；特别地，若需进一步提升柔性模具51的支护强度，还可通过内层纤维512顶部的第二注水口5121向内层纤维512的内部的第二空腔中注水，使所述冰墙之间充满介质，充分提高对充填料浆的侧向抵抗力，将达到预定支护强度的柔性模具51作为切割井5的填充物使用，可有效阻隔矿柱回采步骤的矿房内形成的采切工程与矿房回采步骤的采空区，确保对矿房回采步骤的采空区进行充填时充填料浆不会流入切割井5和切割平巷8内；

具体地，请参阅图7、图8以及图9所示，柔性模具51的外形尺寸与预留的切割井5的基本相同，由两层高强度不透水纤维材料制成，外层纤维511的尺寸与切割井5相同，外层纤维511的顶面和内层纤维512的顶面共面，外层纤维511和内层纤维512的其余壁面中的任意两个相对的壁面之间的间隔为20～40cm；外层纤维511的顶部边缘设有用于向内外两层纤维之间的第一空腔内注水的第一注水口5111，底部边缘设有第一出水口5112，用于排出上述第一空腔内的水；内层纤维512的顶部设有可向内层纤维512的第二空腔中注水的第二注水口5121，底部设有用于排出内层纤维512内的水的第二出水口5122，第二出水口5122延伸至外层纤维511的底部外侧与外层纤维511的底部相连通；外层和内层纤维之间通过若干高强度联结件513连成一体，联结件513的两端与内外两层纤维采用缝合或粘结的方式固定；联结件513的宽度为内外两层纤维的间距，长度为10～20cm，任意两个相邻的联结件之间的间距为50cm；联结件513上搭设有冷媒输送管514，冷媒输送管514上设有进口端和出口端，端口位于柔性模具外，冷媒输送管514与柔性模具51的连接处紧密相连，以确保柔性模具51内为封闭空间；冷媒输送管514的进口端和出口端与外界的冷媒供应设备连接，通过冷媒供应设备向柔性模具51的外层纤维511与内层纤维512之间的空腔输送冷媒，柔性模具通过其进口端和出口端与冷媒供应设备形成一个循环，可持续为柔性模具内的介质制冷；需要说明的是，柔性模具51上还设有悬挂耳，可在使用柔性模具51时对其进行固定；本领域技术人员应当理解，本发明中的柔性模具51的尺寸大小还可根据实际应用场景中的需要进行更改，此处不以此为限，只需根据需要填充的切割井的尺寸进行设置即可。

S3、采空区充填：

当矿房回采步骤工作完成后，在矿房底部相应区域设置充填挡墙12，利用充填回风平巷9、充填回风穿脉巷3及充填回风联络巷2，向矿房回采步骤的矿房采空区内架设充填管道进行充填；对矿房回采步骤形成的采空区进行充填，在采空区内的充填体7终凝之前，持续向柔性模具51内供应冷媒，使柔性模具51维持其支护强度；当充填体7终凝后，撤除冷媒供应设备，柔性模具51内所填充的水可以保持充填体不变形即可；

S4、切割井的恢复：

当充填体7达到预定的龄期及强度后，打开柔性模具51的底部的第一出水口5112，若内层纤维512内的第二空腔中也注有水，则同时打开第二出水口5122，排空柔性模具51内的水，将柔性模具51折叠收纳，从充填回风穿脉巷3内回收，实现模具的重复利用；撤除柔性模具51后预留的切割井5得以恢复，为矿柱回采提供初始的爆破空间。

综上所述，本发明提出的矿房预制切割井的形成方法，通过在矿房回采步骤中，预先形成矿柱回采步骤所需切割井5，并以柔性模具51作为切割井5的填充物，将矿房回采后留下的采空区与矿柱回采步骤中矿房内形成的采切工程进行阻隔，有效避免对矿房回采所成采空区进行填充时影响预留的切割井5；通过将柔性模具51设计成内外两层的高强度不透水纤维，使用时向内外两层纤维之间的第一空腔和内层纤维512内的第二空腔中注入水，并借助于外界的冷媒供应设备使内外两层纤维之间的第一空腔中的水凝固，可有效提升柔性模具51的支护强度，将其置于切割井5内时可有效抵抗来自充填料浆的侧面压力；采用柔性模具51填充预留的切割井5，并在后续对采空区填充后将其除去，以使切割井5恢复，缩短了切割槽的施工时间，进一步提高矿体回采效率；通过提前形成切割井5，并用柔性模具51对切割井进行暂时填充，同时借助于外界的冷媒供应设备提高柔性模具51的支护强度，在对采空区进行充填后将外界的冷媒供应移除，以将柔性模具51从切割井5内回收，使切割井5恢复，该方法具有施工方便、成本低、能耗低以及实用性强的优势，可在矿山大规模使用，在实际应用中的应用价值高。

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 (7)

1.一种矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、预制切割井：

在矿房回采步骤的切割平巷(8)内进行凿岩爆破形成切割槽，切割槽越界至矿柱回采步骤的矿房内，提前形成矿柱回采步骤的切割井(5)；

S2、预制切割井的填充：

将柔性模具(51)展开并固定在所述切割井(5)内，接着，向所述柔性模具(51)内注满水，通过外界的冷媒供应设备对所述柔性模具(51)内的水进行制冷，使所述柔性模具(51)达到预定的支护强度，并填充所述切割井(5)，所述柔性模具(51)的尺寸与所述切割井(5)的尺寸相同，所述柔性模具(51)包括外层纤维(511)、设置在所述外层纤维(511)内的内层纤维(512)、用于连接所述外层纤维(511)和所述内层纤维(512)的若干联结件(513)以及设置在所述外层纤维(511)和所述内层纤维(512)之间的若干冷媒输送管(514)；

步骤S2包括以下步骤：

S21、柔性模具的安装：将可折叠的所述柔性模具(51)由充填回风穿脉巷(3)放入所述切割井(5)中展开，在所述充填回风穿脉巷(3)的巷道壁上采用锚杆或锚索的形式为所述柔性模具(51)设置悬挂点，再将所述柔性模具(51)上的悬挂耳与悬挂点对应连接，保证所述柔性模具(51)展开成形；所述柔性模具(51)上的冷媒输送管(514)与放置在所述充填回风穿脉巷(3)内的冷媒供应设备相连并待机；再进入切割平巷(8)内，对柔性模具(51)的底部进行展开和固定；

S22、柔性模具填充预制切割井：通过所述柔性模具(51)的注水口向柔性模具(51)的所述外层纤维(511)和所述内层纤维(512)之间的第一空腔内注入水，待所述第一空腔内注满水后，开启冷媒供应设备，持续对所述柔性模具(51)进行制冷，使所述柔性模具(51)中的水结冰，形成冰墙；

S23、向所述内层纤维(512)内部的第二空腔中注水，使所述冰墙之间充满介质；

S3、采空区充填：

当矿房回采步骤工作完成后，在矿房底部设置充填挡墙(12)，利用充填回风平巷(9)、所述充填回风穿脉巷(3)及充填回风联络巷(2)，在矿房回采步骤的矿房采空区内架设充填管道并进行充填；在采空区内的充填体(7)终凝之前，持续向所述柔性模具(51)内供应冷媒，使所述柔性模具(51)维持其支护强度；当所述充填体(7)终凝后，撤除所述冷媒供应设备；

S4、切割井的恢复：

当所述充填体(7)达到预定的龄期及强度后，打开所述柔性模具(51)的底部的出水口，排空所述柔性模具(51)内的水，将所述柔性模具(51)折叠收纳，从所述充填回风穿脉巷(3)内回收；撤除所述柔性模具(51)后，预留的所述切割井(5)恢复，用于为矿柱回采步骤的采准切割作业提供爆破空间。

2.根据权利要求1所述的矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，所述外层纤维(511)的顶面和所述内层纤维(512)的顶面共面，所述外层纤维(511)与所述内层纤维(512)的剩余壁面中两个相对的壁面之间的距离为20～40cm。

3.根据权利要求2所述的矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，所述外层纤维(511)的顶部的边缘设有第一注水口(5111)，所述外层纤维(511)的底部的边缘设有第一出水口(5112)。

4.根据权利要求2所述的矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，所述内层纤维(512)的顶部设有第二注水口(5121)，所述内层纤维(512)的底部设有第二出水口(5122)，所述第二出水口(5122)延伸至所述外层纤维(511)的底部外侧与所述外层纤维(511)的底部相连通，用于排出所述内层纤维(512)中的水。

5.根据权利要求3所述的矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，所述冷媒输送管(514)搭设于所述联结件(513)上，所述联结件(513)的宽度为所述外层纤维(511)和所述内层纤维(512)的两个相对的壁面之间的间距，所述联结件(513)的长度为10～20cm。

6.根据权利要求5所述的矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，所述联结件(513)等间距设置，任意两个相邻的所述联结件(513)之间的距离为30～70cm。

7.根据权利要求5所述的矿房预制切割井的形成方法，其特征在于，所述冷媒输送管(514)的出口端和进口端分别与所述冷媒供应设备的输出端和输入端连接。

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