CN114427463A - 深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法。该回采方法总体为自上而下逐层进行，盘区内回采顺序为先利用卸荷巷道与脉内巷道将盘区划分为多个分区，卸荷巷道内布置下向超前两个分层的卸荷炮孔，上下分层之间的进路垂直。应用于深部金属矿高应力矿床，采用的是下向预裂爆破，其目的是对深部金属矿高应力矿岩的上下盘应力进行切割，使得下分层区域应力环境得到改善，有助于下部回采的安全高效推进。通过卸荷巷道对盘区进行预先分区，多个分区形成独立回采环境，在水平上卸荷巷道阻断了应力传导作用，保证了分区内回采的安全稳定。

Description

深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法。

背景技术

近年来随着国民经济对矿产资源的不断加大，加之全球经济大规模复苏，对大宗商品量需求大幅增加。但长期高强度开采，导致浅部资源逐渐枯竭，大规模深部矿床资源开发已成为我国采矿工业发展的必然趋势。根据当前我国矿产资源开采情况，预计在10～20年内，几乎国内全部金属矿山都将进入1000～2000m的深部开采阶段。但是当前随着各大矿山相继进入深部资源开采，遇到了相同的共性问题—“三高一扰动”，受高应力开采环境影响，深部开采面临低效率、不安全和高成本等难题，传统采矿模式难以适应深部矿床开采。

针对金属矿山深部矿产开采高应力作用为主导的开采环境，超高的地应力环境，增加了回采难度，深部工程围岩应力随开采活动的推进不断发生转移演变，高地应力环境将促使巷道和采场围岩产生大变形、垮塌或岩爆等重大安全风险，严重威胁井下作业人员及设备安全，降低井下作业生产效率及增加维护返修工程量，直接影响深井矿山的开采效益。

当前盘区中正常的回采方式是在矿体内部率先形成穿沿脉巷道，通过穿沿脉巷道形成运输通风行人环境，并未进行相应的应力调节工序，该种方式在浅部应力环境下，能够实现矿体的安全回采，然而随着深度的增加，应力水平急剧增大，工程破坏情况越发频繁。

通过数值模拟与理论分析可知，下向进路式回采过程中，应力集中状态主要发生在临近开挖区上下盘以及下部未开挖分层矿体，开挖上部为充填体，作为软弱材质(相对岩体而言)，能够有效地吸收传到而来开挖能量，故应力集中形态总体形成U型包围区，应力集中强度远大于矿岩强度，故在实际生产过程中，多出现巷道工程的损坏。

申请号为CN103410514A的发明专利公开了一种深部受压矿体卸压回采方法，其包括下分段回采巷道的掘进滞后回采作业的掘进作业、布置扇形中深孔时的卸压凿岩作业，上分段在覆盖岩层下进行超前于掘进的回采出矿作业。上分段回采作业面需要超前下分段回采巷道的掘进作业面20-30m，使下分段掘进作业面的进度与上分段回采作业面的进度一致，其它各分段不进行回采巷道的掘进施工；以回采巷道顶板上帮角处向上做与水平面呈90-95度的一条卸压直线，上分段进行回采作业时，下分段回采巷道布置在卸压线与矿体下盘的范围内；中深孔边孔深度到卸压直线的位置；回采巷道紧靠矿体下盘布置。但是，该方法主要应对的是上覆岩石对下部未开采矿体的附加压力，通过合理规划上下分段的回采顺序使得上部完整矿岩变为虚渣覆盖下分层矿体，但是该种技术只限于崩落法采矿中，且会导致区域内出现较大塌陷，在不允许出现地表变形塌陷矿山并不适用。

申请号为CN112814679A的发明专利公开了一种缓倾斜厚煤层分层俯斜综采直覆坚硬顶板的预裂爆破方法。该方法按照如下步骤进行：初采前切眼超前预裂爆破：回采过程中的深浅孔预裂爆破：探测出煤层工作面开采范围内直覆坚硬顶板分布，在工作面过断层前对断层进行超前注浆加固，根据直覆坚硬顶板厚度，确定出钻孔的间距，然后进行深浅孔预裂爆破，作面回风顺槽和胶带机顺槽里根据工作面前方直覆坚硬顶板进行区域性超前预裂爆破。但是，该方法主要是坚硬顶板弱化控制方法，通过强制放顶技术，减弱来压强度，并不能适应金属矿深部开采的高应力回采环境的技术缺陷。

有鉴于此，有必要设计一种改进的适用于高应力深部大面积回采方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，总体回采方法为自上而下逐层进行，盘区内回采顺序为先利用卸荷巷道与脉内巷道将盘区划分为多个分区，卸荷巷道内布置下向超前两个分层的卸荷炮孔，上下分层之间的进路垂直设置，具体包括如下步骤：

S1，矿体开采中段高度设置为100～150m，每个中段又划分为4～6个分段，每个分段按4～6个分层回采；每个分段水平掘进脉外沿脉平巷，从分段平巷掘联络道通达各分层水平；

S2，在保证盘区内顺畅的前提下，依据上分层穿沿脉以及充填进路前述已有工况条件，设计错开布置下分层穿沿脉，以其将盘区进行分区处理；

S3，沿着穿沿脉边缘位置，设计卸荷巷道；

S4，卸荷巷道回采完毕后，在卸荷巷道底板处设计布置预裂爆破松动炮孔，炮孔采用下向垂直深孔，设计单排松动炮孔，位于卸荷巷道中部位置；依据卸荷巷道长度划分爆破次数，后退式爆破，每10～20m一次爆破，爆破完毕后，利用铲运机将部分松动矿石运出，并进行平底，同时确保与分层设计高度一致；

S5，卸荷巷道平底完毕后，对其进行封堵，养护充填挡墙达到设计强度后，通过充填管路对采空区进行回填作业，根据墙体设计强度与充填料浆容重计算单次充填高度，进行多次充填确保充填接顶；

S6，根据盘区产量规划，对不同分区进行进路回采规划，同时不同分区矿体厚度存在差异，由于对分区进行了卸压，提高分区进路回采尺寸至预定尺寸；依据可布进路数量对分区进行差异回采安排；；

S7，各个分区回采完毕后，后退式对穿脉脉巷道进行充填处理，最后后退至分层联络道处，盘区分层回采完毕。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，每个中段之间进行分段和分层处理的具体过程为：中段之间在高度上每隔20～25m高度划分为1个分段，分段之间在高度上每隔4～5m划分为一个分层。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，穿沿脉的尺寸设置为4～4.5m(宽)×4～5m(高)；开挖过程中，对必要区域进行相应支护处理，以保证其能够顺利服务于整个回采周期。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述卸荷巷道的尺寸相较于正常回采进路，可适当缩小断面宽度至3.5～4m(宽)×4～5m(高)，以保证回采时所面临的采动效应较小，确保工程的正常实施。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中，炮孔的孔深为两个分层深度为8～10m，孔径为大于φ70mm，孔距为0.8～1.2m，采用不耦合装药结构。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中，在设置预裂爆破松动炮孔的同时，可在松动炮孔两侧辅助布置两排预裂孔，炮孔参数与松动炮孔一致，视矿岩条件采用不耦合装药结构或不装药。

作为本发明的进一步改进，步骤S6中，提高分区进路回采尺寸至5～6m(宽)×4～5m(高)。

作为本发明的进一步改进，步骤S6中，依据可布进路数量对分区进行差异回采安排的具体过程为：进路条数小于6条的分区采用隔一采一回采顺序，或者，进路条数在6～10条采用隔二采一回采顺序，或者，进路条数大于11条采用隔二采一或隔三采一回采顺序。

作为本发明的进一步改进，所述深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法适用于倾斜或极倾斜深部高应力金属矿床开采。

为实现上述发明目的，本发明还提供了上述深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法在金属矿山深部矿产开采高应力作用为主导的开采环境中的应用。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，通过卸荷巷道对盘区进行预先分区，多个分区形成独立回采环境，在水平上卸荷巷道阻断了应力传导作用，保证了分区内回采的安全稳定。同时在卸荷巷道中进行超前预裂松动爆破，由于矿区回采进路为网状结构(即上分层进路方向为沿着矿体走向，则下分层进路方向为垂直矿体走向)，为方便后续采掘工作的工程摆布，设计松动深度为两个分层高度。通过事先预裂爆破松动下部矿岩，能够有效的切断回采范围内的应力传导，同时松动区域能够有效吸收来自矿房采动而引起的突发能量。松动的底板不存在大的安全隐患，在后续的回采过程中，最后进行矿石回收与空区充填，保证了矿区深部开采时回采分区内处于相对低应力状态，施工难度较低。上述组成一个完整的回采方法，各步骤之间相互协同共同作用，显著提升回采作业的安全性。

2、本发明提供的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，总体回采步骤为自上而下逐层进行，盘区内回采顺序为先利用卸荷巷道与脉内巷道将盘区划分为多个分区，卸荷巷道内布置下向超前两个分层的卸荷炮孔，上下分层之间的进路垂直(若上分层沿矿体走向布置进路，则下分层垂直矿体走向布置进路)；应用于深部金属矿高应力矿床，采用的是下向预裂爆破，其目的是对深部金属矿高应力矿岩的上下盘应力进行切割，使得下分层区域应力环境得到改善，有助于下部回采的安全高效推进。

附图说明

图1为本发明提供的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法纵剖面示意图。

图2为图1的B-B^’纵剖面图。

图3为图1的C-C’水平剖面图。

附图标记

1-分斜坡道；2-分段联络道；3-分段道；4-溜井；5-溜井联络道；6-分层联络道；7-穿沿脉；8-超前两分层炮孔；9-回风充填小井；10-进路；11-穿脉充填回风道；12-下盘沿脉充填回风道；13-上中段穿脉运输道；14-穿脉出矿道；15-上、下盘沿脉运输道；16-下盘凿岩欲裂巷道；17-上盘凿岩欲裂巷道；18-盘区之间卸荷欲裂巷道(左侧)；19-盘区之间卸荷欲裂巷道(右侧)。

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所示，本发明提供了一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，总体回采步骤为自上而下逐层进行，盘区内回采顺序为先利用卸荷巷道与脉内巷道将盘区划分为多个分区，卸荷巷道内布置下向超前两个分层的卸荷炮孔，上下分层之间的进路垂直(若上分层沿矿体走向布置进路，则下分层垂直矿体走向布置进路)，具体按照如下步骤进行：

S1，请参阅图1所示，矿体开采中段高度设置为100～150m，每个中段又划分为4～6个分段，每个分段按4～6个分层回采，具体为：中段之间在高度上每隔20～25m高度划分为1个分段，分段之间在高度上每隔4～5m划分为一个分层。每个分段水平掘进脉外沿脉平巷，从分段平巷掘联络道通达各分层水平。

S2，在保证盘区内行人、通风、运料、凿岩、放矿等顺畅的前提下，依据上分层穿沿脉以及充填进路等已有工况条件，设计错开布置下分层穿沿脉，以其将盘区进行分区处理。穿沿脉尺寸为4～4.5m(宽)×4～5m(高)，开挖过程中，对必要区域进行相应支护处理，以保证其能够顺利服务于整个回采周期。

S3，沿着穿沿脉边缘位置，设计卸荷巷道，其尺寸相较于正常回采进路，可适当缩小断面宽度3.5～4m(宽)×4～5m(高)，以保证回采时所面临的采动效应较小，确保工程的正常实施。

S4，请参阅图1-3所示，卸荷巷道回采完毕后，在卸荷巷道底板处设计布置预裂爆破松动炮孔，炮孔采用下向垂直深孔，设计单排松动炮孔，位于卸荷巷道中部位置，孔深为两个分层深度(8～10m)，孔径为大于φ70mm，孔距0.8～1.2m，采用不耦合装药结构。同时可在松动炮孔两侧辅助布置两排预裂孔，炮孔参数与松动炮孔一致，视矿岩条件采用不耦合装药结构或不装药。依据卸荷巷道长度划分爆破次数，后退式爆破，每10～20m一次爆破，爆破完毕后，利用铲运机将部分松动矿石运出，并进行平底，同时确保与分层设计高度一致。

S5，卸荷巷道平底完毕后，对其进行封堵，养护充填挡墙达到设计强度后，通过充填管路对采空区进行回填作业，根据墙体设计强度与充填料浆容重计算单次充填高度，进行多次充填确保充填接顶。

S6，根据盘区产量规划，对不同分区进行进路回采规划，同时不同分区矿体厚度存在差异，由于对分区进行了卸压，可提高分区进路回采尺寸至5～6m(宽)×4～5m(高)。依据可布进路数量对分区进行差异回采安排，进路条数小于6条的分区采用隔一采一回采顺序，进路条数在6～10条采用隔二采一回采顺序，进路条数大于11条采用隔二采一或隔三采一回采顺序。

S7，各个分区回采完毕后，后退式对穿脉脉巷道进行充填处理，最后后退至分层联络道处，盘区分层回采完毕。

请参阅图1-3所示，从系统工程分斜坡道1按照分段高度布置运输行人分段联络道2，首先依据矿体走向施工分段道3；且在每个盘区的分段道上布置溜井联络道5，在巷道5内向下钻凿溜井4，整个中段的矿体集中于穿脉出矿道14，通过上下盘沿脉运输道15运输至指定出矿区域；根据盘区划分情况于盘区中部位置掘进分层联络道6通达矿体；依据上分层工程布置情况，对回采分层进穿沿脉巷道7掘进，穿沿脉7作为行人通风运输通道，进行相应相应支护处理；由中段首层下盘沿脉充填回风道12处接施工穿脉充填回风道11至矿体内部，将充填管路由回风充填小井9接入采场进路10进行充填。通过上下盘欲裂巷道16与17以及盘区之间卸荷欲裂巷道18、19将盘区划分为多个独立回采分区，超前两个分层的欲裂炮孔8置于欲裂巷道底板处。

综上所述，本发明提供了一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法。该回采方法总体为自上而下逐层进行，盘区内回采顺序为先利用卸荷巷道与脉内巷道将盘区划分为多个分区，卸荷巷道内布置下向超前两个分层的卸荷炮孔，上下分层之间的进路垂直。应用于深部金属矿高应力矿床，采用的是下向预裂爆破，其目的是对深部金属矿高应力矿岩的上下盘应力进行切割，使得下分层区域应力环境得到改善，有助于下部回采的安全高效推进。通过卸荷巷道对盘区进行预先分区，多个分区形成独立回采环境，在水平上卸荷巷道阻断了应力传导作用，保证了分区内回采的安全稳定。同时在卸荷巷道中进行超前预裂松动爆破，由于矿区回采进路为网状结构(即上分层进路方向为沿着矿体走向，则下分层进路方向为垂直矿体走向)，为方便后续采掘工作的工程摆布，设计松动深度为两个分层高度。通过事先预裂爆破松动下部矿岩，能够有效的切断回采范围内的应力传导，同时松动区域能够有效吸收来自矿房采动而引起的突发能量。松动的底板不存在大的安全隐患，在后续的回采过程中，最后进行矿石回收与空区充填，保证了矿区深部开采时回采分区内处于相对低应力状态，施工难度较低。

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)

1.一种深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：所述回采方法总体为自上而下逐层进行，盘区内回采顺序为先利用卸荷巷道与脉内巷道将盘区划分为多个分区，卸荷巷道内布置下向超前两个分层的卸荷炮孔，上下分层之间的进路垂直设置，具体包括如下步骤：

S1，矿体开采中段高度设置为100～150m，每个中段又划分为4～6个分段，每个分段按4～6个分层回采；每个分段水平掘进脉外沿脉平巷，从分段平巷掘联络道通达各分层水平；

S2，在保证盘区内顺畅的前提下，依据上分层穿沿脉以及充填进路前述已有工况条件，设计错开布置下分层穿沿脉，以其将盘区进行分区处理；

S3，沿着穿沿脉边缘位置，设计卸荷巷道；

S4，卸荷巷道回采完毕后，在卸荷巷道底板处设计布置预裂爆破松动炮孔，炮孔采用下向垂直深孔，设计单排松动炮孔，位于卸荷巷道中部位置；依据卸荷巷道长度划分爆破次数，后退式爆破，每10～20m一次爆破，爆破完毕后，利用铲运机将部分松动矿石运出，并进行平底，同时确保与分层设计高度一致；

S5，卸荷巷道平底完毕后，对其进行封堵，养护充填挡墙达到设计强度后，通过充填管路对采空区进行回填作业，根据墙体设计强度与充填料浆容重计算单次充填高度，进行多次充填确保充填接顶；

S6，根据盘区产量规划，对不同分区进行进路回采规划，同时不同分区矿体厚度存在差异，由于对分区进行了卸压，提高分区进路回采尺寸至预定尺寸；依据可布进路数量对分区进行差异回采安排；；

S7，各个分区回采完毕后，后退式对穿脉脉巷道进行充填处理，最后后退至分层联络道处，盘区分层回采完毕。

2.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S1中，中段之间在高度上每隔20～25m高度划分为1个分段，分段之间在高度上每隔4～5m划分为一个分层。

3.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S2中，穿沿脉的尺寸设置为4～4.5m(宽)×4～5m(高)；开挖过程中，对必要区域进行相应支护处理，以保证其能够顺利服务于整个回采周期。

4.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S3中，所述卸荷巷道的尺寸相较于正常回采进路，适当缩小断面宽度至3.5～4m(宽)×4～5m(高)，以保证回采时所面临的采动效应较小，确保工程的正常实施。

5.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S4中，炮孔的孔深为两个分层深度为8～10m，孔径为大于φ70mm，孔距为0.8～1.2m，采用不耦合装药结构。

6.根据权利要求5所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S4中，在设置预裂爆破松动炮孔的同时，在松动炮孔两侧辅助布置两排预裂孔，炮孔参数与松动炮孔一致，视矿岩条件采用不耦合装药结构或不装药。

7.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S6中，提高分区进路回采尺寸至5～6m(宽)×4～5m(高)。

8.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：步骤S6中，依据可布进路数量对分区进行差异回采安排的具体过程为：进路条数小于6条的分区采用隔一采一回采顺序，或者，进路条数在6～10条采用隔二采一回采顺序，或者，进路条数大于11条采用隔二采一或隔三采一回采顺序。

9.根据权利要求1所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法，其特征在于：所述深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法适用于倾斜或极倾斜深部高应力金属矿床开采。

10.一种权利要求1至9中任一项权利要求所述的深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法的应用，其特征在于：所述深部矿床下向进路式盘区分区卸荷分层超前卸压回采方法在金属矿山深部矿产开采高应力作用为主导的开采环境中的应用。

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