CN114592868B - 极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法 - Google Patents

极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法，用于与极破碎矿体走向彼此交叉的矿区，包括位于极破碎矿体上方并沿水平方向设置的假顶进路、以及分设于假顶进路的上下两侧的上部矿体与下部矿体，假顶进路的位于极破碎矿体的正上方的区域内设置有人工假巷，人工假巷内设置有人工假顶，人工假顶包括设置于人工假巷的顶端与内周壁的支撑结构、设置于人工假巷的底端的钢筋网、以及充填于人工假巷内的充填体。通过上述方式，本发明通过在极破碎矿体上方布置人工假顶，并在人工假顶处设置支撑结构与钢筋网两种支撑体系，能够对人工假顶上层的矿岩起到很好的支撑作用，保证人工假顶下方的极破碎矿体的顺利开采。

Description

极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法
技术领域
本发明涉及极破碎矿体条件下矿石开采技术领域，特别是涉及一种极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法。
背景技术
在地下矿山工程中，极破碎矿体条件下矿石资源的回收一直是采矿领域的行业难题。这种极破碎矿体条件下矿石资源一经揭露就会自然垮落，垮落下来的矿石呈碎粒状。并且，这种极破碎矿石区域难以进行钻孔施工与装药，无法采用常规的爆破方式回采这部分矿石资源，很容易造成资源浪费，不利于矿山行业的长远生产规划和可持续发展，也会造成巨大的经济损失。
现有技术提供了一种中厚急倾斜破碎矿体框架式人工假顶下向分段胶结充填法，这种方法沿矿体走向划分矿房矿柱，并在分段凿岩巷内预先构筑高强度钢筋混凝土人工假顶，随后采用自上而下的回采顺序，矿体由位于底部的分段凿岩巷进行凿岩爆破出矿，并在矿房与矿柱采完后进行充填。随后在混凝土人工假顶保护下回采完框架内矿房后，开始回采本分段相邻矿柱，同时回采下分段框架内对应矿房，之后再回采下分段对应矿柱，并在中段内房柱采完后即转向下中段回采。这种技术虽然能够对破碎矿体资源进行回收，但是其只适用于中厚急倾斜状态下的破碎矿体，对于极破碎矿体的适用性不强，且这种方法施工繁琐，成本较高，破碎矿体回采效率低。
因此，设计一种结构简单、操作方便、避免人工在危险环境下作业、提高处理悬斗安全性和效率、保证矿山安全生产的极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法就很有必要。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法，通过在极破碎矿体上方布置人工假顶，并在人工假顶处设置支撑结构与钢筋网两种支撑体系，能够对人工假顶上层的矿岩起到很好的支撑作用，保证人工假顶下方的极破碎矿体的顺利开采。
为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是：
一种极破碎矿体条件下矿石开采结构，用于与极破碎矿体走向彼此交叉的矿区；包括位于所述极破碎矿体上方并沿水平方向设置的假顶进路、以及分设于所述假顶进路的上下两侧的上部矿体与下部矿体，所述假顶进路的位于所述极破碎矿体的正上方的区域内设置有人工假巷，所述人工假巷内设置有人工假顶，所述人工假顶包括设置于所述人工假巷的顶端与内周壁的支撑结构、设置于所述人工假巷的底端的钢筋网、以及充填于所述人工假巷内的充填体。
进一步的，所述人工假巷的掘进断面上设置有超前管棚注浆支护结构，所述超前管棚注浆支护结构超前所述支撑结构设置，所述人工假巷的左右两端均位于稳固矿岩内。
进一步的，所述人工假巷呈圆拱形结构设置，所述支撑结构与所述人工假巷的形状相适配，并包括铺设于所述人工假巷的内周壁的支撑板、以及沿环向设置于所述支撑板的远离所述人工假巷一侧的支撑钢。
进一步的，所述钢筋网全长铺设于所述人工假巷的底端，并包括沿所述人工假巷的长度方向设置的若干主钢筋、以及沿所述人工假巷的宽度方向设置的若干副钢筋。
进一步的，所述人工假巷设置为多组，并并排设置于所述上部矿体与所述下部矿体之间，设置于各组所述人工假巷内的所述钢筋网彼此焊接。
进一步的，所述下部矿体包括分别设置于所述极破碎矿体左右两侧的两组边侧矿段，两组所述边侧矿段均包括自上而下依次设置的若干矿层，相邻两个所述矿层之间设置有与所述极破碎矿体连通的凿岩巷道。
进一步的，任意一组所述凿岩巷道均设置为多组，并并排设置于同一水平面内。
进一步的，所述充填体的左右两端均设置有充填挡墙。
一种极破碎矿体条件下矿石开采方法，采用所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，包括以下步骤：
S1、在极破碎矿体上方沿水平方向凿进假顶进路，并在凿进至极破碎矿体正上方时设置超前管棚注浆支护结构对矿体提前进行注浆护顶；
S2、对注浆护顶后的人工假巷开采出矿，并在出矿完成后的人工假巷的顶端与内周壁铺设支撑板，随后在支撑板的外侧设置支撑钢；
S3、在各组人工假巷的底端铺设钢筋网，并将各组钢筋网焊接；
S4、在人工假巷的左右两端安装充填挡墙，随后对人工假巷进行充填，直至充填后人工假顶的强度能够支撑其上方的岩体；
S5、对位于假顶进路下方的下部矿体分区分层，并在位于最上方矿层的底端凿进凿岩巷道至揭露极破碎矿体，随后对极破碎矿体出矿并充填；
S6、对刚充填完成后的凿岩巷道的下一层矿层的底端凿进凿岩巷道至揭露极破碎矿体，随后对极破碎矿体出矿并充填；
S7、重复步骤S6，直至对整个极破碎矿体完成出矿。
进一步的，在步骤S5中，将下部矿体划分为位于极破碎矿体左右两侧的两组边侧矿段，并将每组边侧矿段自上而下依次划分为若干矿层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法，通过在极破碎矿体上方布置人工假顶，并在人工假顶处设置支撑结构与钢筋网两种支撑体系，能够对人工假顶上层的矿岩起到很好的支撑作用；此外，对极破碎矿体两侧的矿体分层，并在每个矿层的底端凿进凿岩巷道至揭露极破碎矿体，从而对极破碎矿体直接出矿，保证人工假顶下方的极破碎矿体的顺利开采，大大提高了矿石开采率，避免资源浪费。
2.本发明的极破碎矿体条件下矿石开采结构及其方法，通过在各组人工假巷的底端铺设钢筋网，并将各组钢筋网彼此焊接，从而使得全部人工假巷的钢筋网构成一个整体底部网架体系，加强整个人工假巷的底部的支撑强度，保证人工假顶对其上方的矿石的支撑强度。
附图说明
图1是本发明的极破碎矿体条件下矿石开采结构的结构示意图；
图2是本发明的极破碎矿体条件下矿石开采结构的人工假顶的竖向剖视示意图；
图3是本发明的极破碎矿体条件下矿石开采结构的人工假顶的底部的横向剖视示意图；
图4是本发明的极破碎矿体条件下矿石开采方法的流程示意图；
附图中各部件的标记如下：10、假顶进路；20、人工假巷；30、人工假顶；31、支撑结构；311、支撑板；312、支撑钢；32、钢筋网；321、主钢筋；322、副钢筋；33、充填体；330、充填挡墙；40、矿层；50、凿岩巷道；60、极破碎矿体。
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。
实施例
如图1所示，一种极破碎矿体条件下矿石开采结构100，用于与极破碎矿体60走向彼此交叉的矿区。极破碎矿体60为某矿山极破碎区域赋存现状为一条长度为200m、平均宽度为15m、高度为40m的矿带。该矿带与现有采场规划尚不知情况的矿山采场处于垂直状态，矿山采场长度为50m、宽度为15m、高度为20m。在此基础上，井下机械设备施工的巷道断面设置为4m*4m。
极破碎矿体条件下矿石开采结构包括位于极破碎矿体60上方并沿水平方向设置的假顶进路10、以及分设于假顶进路10的上下两侧的上部矿体与下部矿体。假顶进路10于极破碎矿体60上方垂直距离5m处开始施工，并将其断面尺寸设置为4m*4m。假顶进路10的位于极破碎矿体60的正上方的区域内设置有长度为25m的人工假巷20，人工假巷20为假顶进路10的部分区域，其尺寸与假顶进路10的尺寸相同，并在人工假巷20内设置有人工假顶30，从而对上部矿体起到很好的支撑作用。特别的，人工假巷20的左右两端均位于稳固矿岩内，以保证人工假巷20施工时的稳定性。人工假顶30包括设置于人工假巷20的顶端与内周壁的支撑结构31、设置于人工假巷20的底端的钢筋网32、以及充填于人工假巷20内的充填体33。充填体33采用C30标号的混泥土，并在其左右两端均设置有充填挡墙330。
如此设置，通过在极破碎矿体60上方布置人工假顶30，并在人工假顶30处设置支撑结构31与钢筋网32两种支撑体系，能够对人工假顶30上层的矿岩起到很好的支撑作用，保证人工假顶30下方的极破碎矿体60的顺利开采，大大提高了矿石开采率，避免资源浪费。
如图1所示，在一些实施例中，人工假巷20的掘进断面上设置有超前管棚注浆支护结构。超前管棚注浆支护结构超前支撑结构31设置，在掘进人工假巷20时，先在人工假巷20的断面上安装注浆管棚，从而向人工假巷20的边界岩体注浆，加强人工假巷20的边界岩体的稳定性，从而起到提前护顶的作用。当护顶完成后，将人工假巷20内的矿石出空后安装支撑结构31。
如图2所示，在一些实施例中，人工假巷20呈圆拱形结构设置，支撑结构31与人工假巷20的形状相适配，从而贴合于人工假巷20的内周壁，对人工假巷20起到更好的支撑作用，防止人工假巷20变形。支撑结构31包括铺设于人工假巷20的内周壁的支撑板311、以及沿环向设置于支撑板311的远离人工假巷20一侧的支撑钢312，从而形成移动式的支撑钢312外加支撑板311形成的支撑结构31。支撑板311紧贴人工假巷20的内周壁铺设，整体呈圆拱形，能够有效防止极破碎矿石垮落，支撑钢312弯曲成圆拱形结构，对支撑板311起固定支撑作用。
如图3所示，在一些实施例中，钢筋网32全长铺设于人工假巷20的底端，并包括沿人工假巷20的长度方向设置的若干主钢筋321、以及沿人工假巷20的宽度方向设置的若干副钢筋322。主钢筋321的长度与人工假顶30的长度相同，均为25m，且相邻两个主钢筋321之间的间距均为15cm。副钢筋322的长度为4m，且相邻两个副钢筋322之间的间距均为20cm。
特别的，人工假巷20设置为多组，并并排设置于上部矿体与下部矿体之间，相邻两个人工假巷20之间的间距为1.5m。此外，设置于各组人工假巷20内的钢筋网32彼此焊接，从而使得全部人工假巷20的钢筋网32构成一个整体底部网架体系，加强整个人工假巷20的底部的支撑强度，保证人工假顶30对其上方的矿石的支撑强度。
在一些实施例中，具体如图1所示，下部矿体包括分别设置于极破碎矿体60左右两侧的两组边侧矿段，两组边侧矿段均包括自上而下依次设置的若干矿层40，相邻两个矿层40之间设置有与极破碎矿体60连通的凿岩巷道50。位于不同的矿段的相同矿层40底端的凿岩巷道50均沿同一水平方向设置，从而能够从极破碎矿体60的两侧同时对其进行出矿。
特别的，任意一组凿岩巷道50均设置为多组，并并排设置于同一水平面内，相邻两组凿岩巷道50之间的间距为1.5m。
如图4所示，一种极破碎矿体条件下矿石开采方法，采用的极破碎矿体条件下矿石开采结构，包括以下步骤：
S1、在极破碎矿体60上方沿水平方向凿进假顶进路10，并在凿进至极破碎矿体60正上方时设置超前管棚注浆支护结构对矿体提前进行注浆护顶。
在本步骤中，假顶进路10于极破碎矿体60上方垂直距离5m处开始施工，并将其于同一水平面内并排掘进多组，并将其断面尺寸设置为4m*4m。在掘进人工假巷20时，先在人工假巷20的断面上安装注浆管棚，从而向人工假巷20的边界岩体注浆。
S2、对注浆护顶后的人工假巷20开采出矿，并在出矿完成后的人工假巷20的顶端与内周壁铺设支撑板311，随后在支撑板311的外侧设置支撑钢312。
在本步骤中，支撑板311紧贴人工假巷20的内周壁铺设，整体呈圆拱形，能够有效防止极破碎矿石垮落，支撑钢312弯曲成圆拱形结构，对支撑板311起固定支撑作用。
S3、在各组人工假巷20的底端铺设钢筋网32，并将各组钢筋网32焊接。
在本步骤中，主钢筋321的长度与人工假顶30的长度相同，均为25m，且相邻两个主钢筋321之间的间距均为15cm。副钢筋322的长度为4m，且相邻两个副钢筋322之间的间距均为20cm。
S4、在人工假巷20的左右两端安装充填挡墙330，随后对人工假巷20进行充填，直至充填后人工假顶30的强度能够支撑其上方的岩体。
在本步骤中，充填体33采用C30标号的混泥土。充填挡墙330能够堵住人工假巷20内充填的料浆，避免其四处溢流，使料浆静置一段时间后固化形成具有强度的充填体。
S5、对位于假顶进路10下方的下部矿体分区分层，并在位于最上方矿层40的底端凿进凿岩巷道50至揭露极破碎矿体60，随后对极破碎矿体60出矿并充填。
在本步骤中，将下部矿体划分为位于极破碎矿体60左右两侧的两组边侧矿段，并将每组边侧矿段自上而下依次划分为若干矿层40。位于不同的矿段的相同矿层40底端的凿岩巷道50均沿同一水平方向设置，从而能够从极破碎矿体60的两侧同时对其进行出矿。
S6、对刚充填完成后的凿岩巷道50的下一层矿层40的底端凿进凿岩巷道50至揭露极破碎矿体60，随后对极破碎矿体60出矿并充填。
S7、重复步骤S6，直至对整个极破碎矿体60完成出矿。
在步骤S6至步骤S7中，按照自上向下的顺序依次对各个矿层40的底端掘进凿岩巷道50，以依次对极破碎矿体60自上而下的不同区域进行出矿，并在当前区域出矿完成后，对当前区域进行充填后才能对下一区域进行开采。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；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；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种极破碎矿体条件下矿石开采结构，用于与极破碎矿体(60)走向彼此交叉的矿区；其特征在于，包括位于所述极破碎矿体(60)上方并沿水平方向设置的假顶进路(10)、以及分设于所述假顶进路(10)的上下两侧的上部矿体与下部矿体，所述假顶进路(10)的位于所述极破碎矿体(60)的正上方的区域内设置有人工假巷(20)，所述人工假巷(20)内设置有人工假顶(30)，所述人工假顶(30)包括设置于所述人工假巷(20)的顶端与内周壁的支撑结构(31)、设置于所述人工假巷(20)的底端的钢筋网(32)、以及充填于所述人工假巷(20)内的充填体(33)；所述人工假巷(20)设置为多组，并并排设置于所述上部矿体与所述下部矿体之间，设置于各组所述人工假巷(20)内的所述钢筋网(32)彼此焊接；所述下部矿体包括分别设置于所述极破碎矿体(60)左右两侧的两组边侧矿段，两组所述边侧矿段均包括自上而下依次设置的若干矿层(40)，相邻两个所述矿层(40)之间设置有与所述极破碎矿体(60)连通的凿岩巷道(50)。
2.根据权利要求1所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，其特征在于，所述人工假巷(20)的掘进断面上设置有超前管棚注浆支护结构，所述超前管棚注浆支护结构超前所述支撑结构(31)设置，所述人工假巷(20)的左右两端均位于稳固矿岩内。
3.根据权利要求1所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，其特征在于，所述人工假巷(20)呈圆拱形结构设置，所述支撑结构(31)与所述人工假巷(20)的形状相适配，并包括铺设于所述人工假巷(20)的内周壁的支撑板(311)、以及沿环向设置于所述支撑板(311)的远离所述人工假巷(20)一侧的支撑钢(312)。
4.根据权利要求1所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，其特征在于，所述钢筋网(32)全长铺设于所述人工假巷(20)的底端，并包括沿所述人工假巷(20)的长度方向设置的若干主钢筋(321)、以及沿所述人工假巷(20)的宽度方向设置的若干副钢筋(322)。
5.根据权利要求1所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，其特征在于，任意一组所述凿岩巷道(50)均设置为多组，并并排设置于同一水平面内。
6.根据权利要求1所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，其特征在于，所述充填体(33)的左右两端均设置有充填挡墙(330)。
7.一种极破碎矿体条件下矿石开采方法，采用权利要求1至6任意一项所述的极破碎矿体条件下矿石开采结构，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在极破碎矿体(60)上方沿水平方向凿进假顶进路(10)，并在凿进至极破碎矿体(60)正上方时设置超前管棚注浆支护结构对矿体提前进行注浆护顶；
S2、对注浆护顶后的人工假巷(20)开采出矿，并在出矿完成后的人工假巷(20)的顶端与内周壁铺设支撑板(311)，随后在支撑板(311)的外侧设置支撑钢(312)；
S3、在各组人工假巷(20)的底端铺设钢筋网(32)，并将各组钢筋网(32)焊接；
S4、在人工假巷(20)的左右两端安装充填挡墙(330)，随后对人工假巷(20)进行充填，直至充填后人工假顶(30)的强度能够支撑其上方的岩体；
S5、对位于假顶进路(10)下方的下部矿体分区分层，并在位于最上方矿层(40)的底端凿进凿岩巷道(50)至揭露极破碎矿体(60)，随后对极破碎矿体(60)出矿并充填；
S6、对刚充填完成后的凿岩巷道(50)的下一层矿层(40)的底端凿进凿岩巷道(50)至揭露极破碎矿体(60)，随后对极破碎矿体(60)出矿并充填；
S7、重复步骤S6，直至对整个极破碎矿体(60)完成出矿。
8.根据权利要求7所述的极破碎矿体条件下矿石开采方法，其特征在于，在步骤S5中，将下部矿体划分为位于极破碎矿体(60)左右两侧的两组边侧矿段，并将每组边侧矿段自上而下依次划分为若干矿层(40)。
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