CN114439477A - 一种利用3d打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法 - Google Patents

一种利用3d打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，采矿方法包括：在矿体的上中段，沿着矿体走向在矿体内部施工出上巷道，在矿体的下中段，沿着水平方向在矿体下盘施工出下巷道；先利用低矮大扭矩反井钻机在矿体中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿体内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下巷道内，矿体内形成采空区；回采完成后，将3D打印高强度树脂网状构件置于采空区内，在3D打印高强度树脂网状构件内充填废石，采矿结束。本采矿方法实现了非爆采矿，减小了落矿过程中对上下盘围岩扰动，减少了围岩混入矿石中情况，降低了矿石贫化率，保证了矿石开采的安全性，成本低，效率高。

Description

一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，特别是指一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法。
背景技术
急倾斜薄矿体在我国金属矿产资源中占有相当一部分比例。该类矿体的开采难度和矿体稳定性、上下盘围岩稳定性等因素密切关联。若上下盘围岩稳定性较好，则无论矿体稳定性情况如何，其开采难度就会大幅降低，例如专利CN110985114A、CN110952982A和CN110905509A所述的中深孔分段充填法、中深孔预裂爆破法和深孔留矿采矿法等。上述方法虽在一定程度上提高了回采效率，但所造成的矿石贫化率高和开采成本高的技术问题也不能忽视。而若上下盘围岩稳定性较差，则该类矿体的开采难度与安全隐患则大幅度提高。该类矿体开采往往存在生产效率低（主要以削壁充填法和浅孔留矿法为主）、贫化指标大等问题。工程师和研究人员常采用锚杆（索）进行加固上下盘或采用下向进路式充填法进行开采。
上述急倾斜薄矿体在开采过程中，均以爆破为手段对矿体进行落矿，爆破震动对上下盘围岩与矿体的稳定性都有显著影响，极易诱发采场矿体坍塌、上下盘围岩垮冒等安全风险。此外，现有技术采用的充填法充填材料主要以尾砂胶结充填体为主，而添加胶凝材料的胶结充填成本居高不下的现状也显著增加了地下开采的综合成本。
专利公告号为CN112963147A的发明专利提出了一种急倾斜薄矿体的中深孔爆破开采工艺。该专利中深孔爆破落矿对上下盘围岩扰动较大，容易诱发威严冒落，威胁工人生命安全。专利公告号为CN113188390A的发明专利提出一种用于急倾斜薄矿体的水压爆破施工方法，该专利采用水压爆破技术进行落矿，仍属于爆破落矿，对上下盘围岩存在爆破扰动。专利公告号为CN114183142A的发明专利提出了一种开采倾斜及急倾斜薄矿体的方法，采用由采场一侧向另一侧前进式、由下向上的回采顺序，钻凿炮孔，一次多孔多排爆破方式进行回采，该方法中爆破易对围岩造成扰动，同时，该方法出矿完毕后留有采空区，仅进行简单封堵，对后续矿石安全开采存在威胁。
发明内容
本发明提供了一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，现有的采矿方法具有以下问题，采用爆破落矿，开采过程中爆破诱发上下盘围岩垮冒的问题，进而导致矿石贫化率高的问题，开采成本高，开采效率低。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
本发明实施例提供一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，所述采矿方法包括：
施工巷道，在矿体的上中段，沿着矿体走向在矿体内部施工出上巷道，在矿体的下中段，沿着水平方向在矿体下盘施工出下巷道；
矿体采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机在矿体中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿体内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下巷道内，矿体内形成采空区；
废石充填采空区，回采完成后，将3D打印高强度树脂网状构件置于采空区内，在3D打印高强度树脂网状构件内充填废石，采矿结束。
优选地，在施工巷道之前，先进行矿体划分，再进行采矿与废石充填；
所述矿体划分包括：将矿体沿矿体走向划分出矿房和矿柱，所述矿房和所述矿柱依次间隔顺序分布。
优选地，在施工巷道过程中，在矿体的上中段，沿着矿体走向在矿房内部施工出上脉内运输巷、在矿体内部施工出上穿脉巷；在矿体的下中段，沿着水平方向在矿房下盘施工出下脉内运输巷、在矿柱下盘施工出下穿脉巷。
优选地，在所述采矿方法中，先同时对两个所述矿房进行矿房采矿，矿房采矿完成后，对所述矿房内形成的矿房采空区进行废石充填；再对位于两个所述矿房之间的矿柱进行矿柱采矿，矿柱采矿完成后，对所述矿柱内形成的矿柱采空区进行废石充填。
优选地，对所述矿房进行采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机在矿房中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿房内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下脉内运输巷内，矿房内形成矿房采空区。
优选地，废石充填所述矿房采空区，将3D打印高强度树脂网状构件置于矿房采空区内，在3D打印高强度树脂网状构件内充填废石，矿房采矿结束。
优选地，在对矿柱进行采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机在矿柱中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿柱内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下穿脉巷内，矿柱内形成矿柱采空区。
优选地，废石充填所述矿柱采空区，在所述下穿脉巷内位于所述矿柱采空区的底部修筑挡墙，挡墙修筑完成后，在矿柱采空区内充填废石，矿柱采矿结束。
优选地，在施工巷道过程中，在矿体的上中段，施工出连通所述上脉内运输巷与所述上穿脉巷的上脉外运输巷；在矿体的下中段，施工出连通所述下脉内运输巷与所述下穿脉巷的下脉外运输巷。
优选地，在所述废石充填过程中，填充的废石为开拓工程产生的废石。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
上述方案中，采矿方法，利用低矮大扭矩反井钻机替代传统采矿方法中爆破落矿，实现了非爆采矿，极大地减小了落矿过程中对上下盘围岩扰动，减少了围岩混入矿石中情况，有效降低了矿石贫化率，保证了矿石开采的安全性；3D打印高强度树脂网状构件防止松散的围岩垮冒，约束其内部废石，防止矿柱回采过程中废石混入；利用3D打印高强度树脂网状构件配合废石充填矿石采空区替代了传统胶结充填方式，一方面降低了充填成本，另一方面避免了井下废石提升，降低了提升成本，同时减少了地表固废堆存；本实施例的采矿方法实现了非爆破、低扰动和废石充分利用的绿色开采模式，效率高，解决了围岩与矿体均破碎的急倾斜薄矿体安全、高效与低扰动开采困难的技术难题。
附图说明
图1为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的矿体的结构示意图；
图2为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的矿房采矿的结构示意图；
图3为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的3D打印高强度树脂网状构件置于矿房采空区内的结构示意图；
图4为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的在3D打印高强度树脂网状构件内充填废石的结构示意图；
图5为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的矿柱采矿的结构示意图；
图6为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的废石充填矿柱采空区的结构示意图；
图7为本发明的实施例三中的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的矿房采矿的结构示意图；
图8为图7的A-A剖视图；
图9为本发明的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法中的3D打印高强度树脂网状构件的结构示意图；
图10为本发明的实施例一的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法的流程图；
图11为本发明的实施例二的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法的流程图二；
图12为本发明的实施例二的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法的流程图三。
附图标记：
1、脉内运输巷；11、上脉内运输巷；12、下脉内运输巷；2、穿脉巷；21、上穿脉巷；22、下穿脉巷；3、矿体；31、矿房；32、矿柱；4、钻孔；5、低矮大扭矩反井钻机；6、粉状矿体；7、采空区；71、矿房采空区；72、矿柱采空区；8、3D打印高强度树脂网状构件；9、废石；10、挡墙；20、围岩；30、上脉外运输巷；40、下脉外运输巷。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员。
实施例一
如图1~图6、图9和图10所示的，本实施例提供了一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，采矿方法包括：
S110、施工巷道，在矿体3的上中段，沿着矿体3走向在矿体3内部施工出上巷道，在矿体3的下中段，沿着水平方向在矿体3下盘施工出下巷道；
S120、矿体3采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机5在矿体3中间施工钻孔4，再利用低矮大扭矩反井钻机5的刀盘自下向上切割矿体3内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体6，粉状矿体6落入下巷道内，矿体3内形成采空区7；进一步地，粉状矿体6运输至矿石溜井。
S130、废石9充填采空区7，回采完成后，将3D打印高强度树脂网状构件8置于采空区7内，在3D打印高强度树脂网状构件8内充填废石9，采矿结束。
在步骤S120中，在上巷道中，利用低矮大扭矩反井钻机5施工钻孔4及切割矿体3内的破碎矿体。
本发明的采矿方法，利用低矮大扭矩反井钻机5替代传统采矿方法中爆破落矿，实现了非爆采矿，极大地减小了落矿过程中对上下盘围岩20扰动，减少了围岩20混入矿石中情况，有效降低了矿石贫化率，保证了矿石开采的安全性，同时，采用非爆采矿，避免了爆采矿所需的炸药、导爆管、到爆索、电雷管等火工和凿岩人工成本和材料成本，减小了投入大量的人力和物力；3D打印高强度树脂网状构件8防止松散的围岩20垮冒，约束其内部废石9，防止矿柱32回采过程中废石9混入；利用3D打印高强度树脂网状构件8配合废石9充填矿石采空区7替代了传统胶结充填方式，一方面降低了充填成本，另一方面避免了井下废石9提升，降低了提升成本，同时减少了地表固废堆存，其中，废石为不在矿体内施工的斜坡道、中段脉外沿脉巷、穿脉巷等开拓掘进工程所崩落的岩体，统称为废石；本实施例的采矿方法实现了非爆破、低扰动和废石9充分利用的绿色开采模式，效率高，解决了围岩20与矿体3均破碎的急倾斜薄矿体3安全、高效与低扰动开采困难的技术难题。
实施例二
如图1~图6、图9、图11和图12所示的，本实施例提供了一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，采矿方法包括：
S210、矿体3划分，将矿体3沿矿体3走向划分出矿房31和矿柱32，矿房31和矿柱32依次间隔顺序分布。
S220、施工巷道，在矿体3的上中段，沿着矿体3走向在矿房31内部施工出上脉内运输巷11、在矿体3内部施工出上穿脉巷21；在矿体3的下中段，沿着水平方向在矿房31下盘施工出下脉内运输巷12、在矿柱32下盘施工出下穿脉巷22。
S230、矿体3采矿及废石9充填采空区7，先同时对两个矿房31进行矿房31采矿，矿房31采矿完成后，对矿房31内形成的矿房采空区71进行废石9充填；再对位于两个矿房31之间的矿柱32进行矿柱32采矿，矿柱32采矿完成后，对矿柱32内形成的矿柱采空区72进行废石9充填。
S231、矿房31采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机5在矿房31中间施工钻孔4，再利用低矮大扭矩反井钻机5的刀盘自下向上切割矿房31内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体6，粉状矿体6落入下脉内运输巷12内，矿房31内形成矿房采空区71。
S232、废石9充填矿房采空区71，将3D打印高强度树脂网状构件8置于矿房采空区71内，在3D打印高强度树脂网状构件8内充填废石9，矿房31采矿结束。
S233、矿柱32采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机5在矿柱32中间施工钻孔4，再利用低矮大扭矩反井钻机5的刀盘自下向上切割矿柱32内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体6，粉状矿体6落入下穿脉巷22内，矿柱32内形成矿柱采空区72；
S234、废石9充填矿柱采空区72，在下穿脉巷22内位于矿柱采空区72的底部修筑挡墙10，挡墙10修筑完成后，在矿柱采空区72内充填废石9，矿柱32采矿结束。
在步骤S231中，粉状矿体6落入下脉内运输巷12内后，粉状矿体6从下穿脉巷22运输至矿石溜井；在步骤S233中，粉状矿体6落入下穿脉巷22内，运输至矿石溜井，形成一条下穿脉巷22可以为两个矿房31和一个矿柱32服务的形式。
在步骤S120、S231和S233中，施工钻孔4的直径为30-50cm。
在步骤S220中，下脉内运输巷12设在距离矿房31下盘边界3-5m处，下穿脉巷22设在距离矿房31下盘边界3-5m处。在矿体的上中段，施工出连通上脉内运输巷11与上穿脉巷21的上脉外运输巷30；在矿体的下中段，施工出连通下脉内运输巷12与下穿脉巷22的下脉外运输巷40。
在步骤S231中，在上脉内运输巷11内，利用低矮大扭矩反井钻机5施工钻孔4及切割放矿内的破碎矿体。在步骤S233中，在上穿脉巷21内，利用低矮大扭矩反井钻机5施工钻孔4及切割放矿内的破碎矿体。
在本发明的采矿方法中，在废石9充填过程中，填充的废石9为开拓工程产生的废石9。
在本发明的采矿方法中，矿体3的两侧为围岩20。
实施例三
如图7和图8所示的，本实施例提供了一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，在实施例二提供的采矿方法的基础上，本实施的采矿方法在矿体3采矿及废石9充填采空区7过程中，先对一个矿房31进行矿房31采矿，矿房31采矿完成后，对矿房31内形成的矿柱采空区72进行废石9充填；再对与矿房31相邻的矿柱32进行矿柱32采矿，矿柱32采矿完成后，对矿柱32内形成的矿柱采空区72进行废石9充填。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，所述采矿方法包括：
施工巷道，在矿体的上中段，沿着矿体走向在矿体内部施工出上巷道，在矿体的下中段，沿着水平方向在矿体下盘施工出下巷道；
矿体采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机在矿体中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿体内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下巷道内，矿体内形成采空区；
废石充填采空区，回采完成后，将3D打印高强度树脂网状构件置于采空区内，在3D打印高强度树脂网状构件内充填废石，采矿结束。
2.根据权利要求1所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，在施工巷道之前，先进行矿体划分，再进行采矿与废石充填；
所述矿体划分包括：将矿体沿矿体走向划分出矿房和矿柱，所述矿房和所述矿柱依次间隔顺序分布。
3.根据权利要求2所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，在施工巷道过程中，在矿体的上中段，沿着矿体走向在矿房内部施工出上脉内运输巷、在矿体内部施工出上穿脉巷；在矿体的下中段，沿着水平方向在矿房下盘施工出下脉内运输巷、在矿柱下盘施工出下穿脉巷。
4.根据权利要求3所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，在所述采矿方法中，先同时对两个所述矿房进行矿房采矿，矿房采矿完成后，对所述矿房内形成的矿房采空区进行废石充填；再对位于两个所述矿房之间的矿柱进行矿柱采矿，矿柱采矿完成后，对所述矿柱内形成的矿柱采空区进行废石充填。
5.根据权利要求4所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，对所述矿房进行采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机在矿房中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿房内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下脉内运输巷内，矿房内形成矿房采空区。
6.根据权利要求5所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，废石充填所述矿房采空区，将3D打印高强度树脂网状构件置于矿房采空区内，在3D打印高强度树脂网状构件内充填废石，矿房采矿结束。
7.根据权利要求4所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，在对矿柱进行采矿，先利用低矮大扭矩反井钻机在矿柱中间施工钻孔，再利用低矮大扭矩反井钻机的刀盘自下向上切割矿柱内的破碎矿体，破碎矿体被切割成粉状矿体，所述粉状矿体落入下穿脉巷内，矿柱内形成矿柱采空区。
8.根据权利要求7所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，废石充填所述矿柱采空区，在所述下穿脉巷内位于所述矿柱采空区的底部修筑挡墙，挡墙修筑完成后，在矿柱采空区内充填废石，矿柱采矿结束。
9.根据权利要求3所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，在施工巷道过程中，在矿体的上中段，施工出连通所述上脉内运输巷与所述上穿脉巷的上脉外运输巷；在矿体的下中段，施工出连通所述下脉内运输巷与所述下穿脉巷的下脉外运输巷。
10.根据权利要求1所述的利用3D打印网状构件与废石进行填充的非爆采矿方法，其特征在于，在所述废石充填过程中，填充的废石为开拓工程产生的废石。
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