CN114687740A - 一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，采场沿矿体走向布置，采场内留设间柱将采场划分为多个回采分区，采准切割工程施工完毕后开始回采，采场自下而上分层进行充填回采，采用悬臂式掘进机切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕。本发明采用非爆机械切割落矿方式进行回采，具有回采作业安全、效率高、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明属于地下采矿领域，涉及一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，特别适用于矿岩硬度低的矿体回采。
背景技术
上向水平分层充填法是一种高度机动灵活的采矿方法，适用于矿体中等稳固以上的矿体回采，特别是上下盘围岩不稳固的矿体回采，因此在我国地下矿山中有着广泛的应用。
传统的上向水平分层充填法落矿主要采用钻爆法的方式落矿，采用凿岩设备施工各类型炮孔，向炮孔中装填雷管及炸药爆破落矿。实践表明，传统的钻爆法主要存在以下缺点：(1)安全风险大，同时爆破震动对周边岩体造成不可逆转的损伤，增大采场支护工作量。(2)钻爆法各个作业环节分散不连续，生产管理复杂，效率低，不利于实现自动化、智能化。(3)钻爆法采矿工人作业劳动强度较大，作业环境差。
非爆机械开采煤炭等软岩矿山已大规模应用，已实现工业化生产。与传统钻爆法相比较，非爆机械破岩开采在安全、成本及效率等方面均有显著优势。目前，随着材料及装备的进步，非爆机械破岩设备已基本具备在非煤硬岩矿山推广应用的条件。该回采作业方式将从本质上降低金属地下矿山作业安全风险，有利于实现机械化减人、智能化换人的行业发展目标。
结合地下金属矿山实际开采技术条件，非爆机械破岩设备中的悬臂式掘进机较为适合用于采矿作业。但悬臂式掘进设备尺寸及重量较目前金属地下矿山采用的铲运机、凿岩台车等设备更大更重，且行走方式更为“笨拙”，如何创造条件让悬臂式掘进机在回采作业过程中更加高效的运行是发挥其效率的关键所在。
为此，本发明提供了一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，旨在解决硬岩金属矿山传统钻爆法回采中存在的安全性差、作业连续性差、劳动强度大、作业环境差等问题，同时通过工程布置方面的创新，充分发挥悬臂式掘进机的效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法：
一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采场沿矿体走向布置，采场内留设间柱将采场划分为多个回采分区；
(2)施工采准切割工程，在矿体下盘施工形成中段运输巷、斜坡道、分段运输巷、矿石溜井、采场联络道，在矿体内施工形成充填回风天井；
(3)采准切割工程施工完毕后开始回采，采场自下而上分层进行充填回采，采用悬臂式掘进机切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕；
(4)采场回采时，悬臂式掘进机经采场联络道进入采场前进式切割落矿至矿体上盘边界，操作悬臂式掘进机在上盘岩体中旋转切割形成设备姿态调整辅助空间，满足悬臂式掘进机左右旋转掉头的要求，然后操作悬臂式掘进机转弯并朝采场一侧前进式全断面切割落矿，至间柱位置时在间柱下盘位置掘进形成设备通道，通过间柱后以楔形方式逐步将采幅扩大至上下盘边界并继续全断面切割落矿至采场边界，此时在间柱的一侧遗留一个三角矿带，回采至采场边界后利用悬臂式掘进机在一侧围岩内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，将悬臂式掘进机掉头并向采场另一侧前进式切割落矿，前进过程中将本侧遗留的三角矿带切割回采，同理，至间柱位置时在间柱下盘位置掘进形成设备通道，通过间柱后以楔形方式逐步将采幅扩大至上下盘边界并继续全断面切割落矿至采场边界，此时在间柱的一侧遗留一个三角矿带，回采至采场另一侧边界后利用悬臂式掘进机在一侧围岩内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，将悬臂式掘进机掉头并向采场联络道前进，前进过程中将本侧遗留的三角矿带切割回采，然后悬臂式掘进机通过采场联络道驶出采场。
进一步地，所述采场沿走向长度根据矿山生产能力确定，采场宽度为矿体厚度，所述间柱尺寸根据矿岩岩体质量确定，所述分层高度根据矿岩岩体质量及悬臂式掘进机切割高度确定，所述设备通道尺寸根据悬臂式掘进机及无轨矿用运输设备的尺寸确定。
进一步地，所述无轨矿用运输设备为矿卡或铲运机。
进一步地，所述采场充填时，充填管道经上中段充填回风巷、充填回风天井进入采场进行充填，分层顶部采用高强度充填体充填，分层下部采用低强度充填体充填。
进一步地，所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入围岩帮壁的弧形通道，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场宽度及悬臂式掘进机设备尺寸确定。
进一步地，采场回采时，新鲜风流经分段运输巷、采场联络道流入采场，洗刷采场的污风经充填回风天井汇入上中段充填回风巷，同时配备通风除尘风机进行回采作业面的除尘。
进一步地，采场回采时，顶板及上下盘围岩采用锚索、锚杆、挂网、喷浆单一或联合支护方式进行顶板管理和支护。
进一步地，所述设备姿态调整辅助空间布置在上下盘围岩中岩石硬度系数低的一侧。
有益效果
与现有技术和方法相比，本发明提供的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法具有以下有益效果：
(1)非爆机械破岩采用机械切割落矿，生产作业过程中不采用炸药等火工品，不产生有毒有害气体，机械切割时对周边岩体的损伤小，整体作业安全程度较钻爆法大大提高。
(2)非爆机械破岩综合回采成本较传统钻爆法低。
(3)非爆机械破岩回采作业流程简单连续，机械化程度高，有利于实现自动化和智能化，因此在生产能力和效率方面较钻爆法也有优势。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明提供的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法的正视图；
图2为本发明提供的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法正视图的俯视图；
图3为本发明提供的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法正视图的侧视图；
图4为本发明提供的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法的回采作业示意图；
图中：1-中段运输巷；2-分段运输巷；3-采场联络道；4-设备姿态调整辅助空间；5-悬臂式掘进机；6-充填回风天井；7-矿石溜井；8-间柱；9-矿体；10-充填体。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
如图1-图4所示，一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采场沿矿体9走向布置，采场沿走向长度根据矿山生产能力确定，采场宽度为矿体9厚度，所述间柱尺寸根据矿岩岩体质量确定，所述分层高度根据矿岩岩体质量及悬臂式掘进机5切割高度确定，所述设备通道尺寸根据悬臂式掘进机5及无轨矿用运输设备的尺寸确定。采场内留设间柱8将采场划分为多个回采分区。
(2)施工采准切割工程，在矿体9下盘施工形成中段运输巷1、斜坡道、分段运输巷2、矿石溜井7、采场联络道3，在矿体9内施工形成充填回风天井6。
(3)采准切割工程施工完毕后开始回采，采场自下而上分层进行充填回采，采用悬臂式掘进机5切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕。所述无轨矿用运输设备为矿卡或铲运机。所述采场充填时，充填管道经上中段充填回风巷、充填回风天井6进入采场进行充填，分层顶部采用高强度充填体充填，分层下部采用低强度充填体充填。采场回采时，新鲜风流经分段运输巷2、采场联络道3流入采场，洗刷采场的污风经充填回风天井6汇入上中段充填回风巷，同时配备通风除尘风机进行回采作业面的除尘。采场回采时，顶板及上下盘围岩采用锚索、锚杆、挂网、喷浆单一或联合支护方式进行顶板管理和支护。
(4)采场回采时，悬臂式掘进机5经采场联络道3进入采场前进式切割落矿至矿体9上盘边界，操作悬臂式掘进机5在上盘岩体中旋转切割形成设备姿态调整辅助空间，满足悬臂式掘进机5左右旋转掉头的要求，所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入围岩帮壁的弧形通道位于在上下盘围岩中岩石硬度系数低的一侧，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场宽度及悬臂式掘进机5设备尺寸确定。然后操作悬臂式掘进机5转弯并朝采场一侧前进式全断面切割落矿，至间柱8位置时在间柱8下盘位置掘进形成设备通道，通过间柱8后以楔形方式逐步将采幅扩大至上下盘边界并继续全断面切割落矿至采场边界，此时在间柱8的一侧遗留一个三角矿带，回采至采场边界后利用悬臂式掘进机5在一侧围岩内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，将悬臂式掘进机5掉头并向采场另一侧前进式切割落矿，前进过程中将本侧遗留的三角矿带切割回采，同理，至间柱8位置时在间柱8下盘位置掘进形成设备通道，通过间柱8后以楔形方式逐步将采幅扩大至上下盘边界并继续全断面切割落矿至采场边界，此时在间柱8的一侧遗留一个三角矿带，回采至采场另一侧边界后利用悬臂式掘进机5在一侧围岩内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，将悬臂式掘进机5掉头并向采场联络道3前进，前进过程中将本侧遗留的三角矿带切割回采，然后悬臂式掘进机5通过采场联络道3驶出采场。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采场沿矿体走向布置，采场内留设间柱将采场划分为多个回采分区；
(2)施工采准切割工程，在矿体下盘施工形成中段运输巷、斜坡道、分段运输巷、矿石溜井、采场联络道，在矿体内施工形成充填回风天井；
(3)采准切割工程施工完毕后开始回采，采场自下而上分层进行充填回采，采用悬臂式掘进机切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕；
(4)采场回采时，悬臂式掘进机经采场联络道进入采场前进式切割落矿至矿体上盘边界，操作悬臂式掘进机在上盘岩体中旋转切割形成设备姿态调整辅助空间，满足悬臂式掘进机左右旋转掉头的要求，然后操作悬臂式掘进机转弯并朝采场一侧前进式全断面切割落矿，至间柱位置时在间柱下盘位置掘进形成设备通道，通过间柱后以楔形方式逐步将采幅扩大至上下盘边界并继续全断面切割落矿至采场边界，此时在间柱的一侧遗留一个三角矿带，回采至采场边界后利用悬臂式掘进机在一侧围岩内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，将悬臂式掘进机掉头并向采场另一侧前进式切割落矿，前进过程中将本侧遗留的三角矿带切割回采，同理，至间柱位置时在间柱下盘位置掘进形成设备通道，通过间柱后以楔形方式逐步将采幅扩大至上下盘边界并继续全断面切割落矿至采场边界，此时在间柱的一侧遗留一个三角矿带，回采至采场另一侧边界后利用悬臂式掘进机在一侧围岩内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，将悬臂式掘进机掉头并向采场联络道前进，前进过程中将本侧遗留的三角矿带切割回采，然后悬臂式掘进机通过采场联络道驶出采场。
2.根据权利要求1所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述采场沿走向长度根据矿山生产能力确定，采场宽度为矿体厚度，所述间柱尺寸根据矿岩岩体质量确定，所述分层高度根据矿岩岩体质量及悬臂式掘进机切割高度确定，所述设备通道尺寸根据悬臂式掘进机及无轨矿用运输设备的尺寸确定。
3.根据权利要求1所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述无轨矿用运输设备为矿卡或铲运机。
4.根据权利要求1所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述采场充填时，充填管道经上中段充填回风巷、充填回风天井进入采场进行充填，分层顶部采用高强度充填体充填，分层下部采用低强度充填体充填。
5.根据权利要求1所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入围岩帮壁的弧形通道，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场宽度及悬臂式掘进机设备尺寸确定。
6.根据权利要求1所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：采场回采时，新鲜风流经分段运输巷、采场联络道流入采场，洗刷采场的污风经充填回风天井汇入上中段充填回风巷，同时配备通风除尘风机进行回采作业面的除尘。
7.根据权利要求1所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：采场回采时，顶板及上下盘围岩采用锚索、锚杆、挂网、喷浆单一或联合支护方式进行顶板管理和支护。
8.根据权利要求1或5所述的一种沿走向非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述设备姿态调整辅助空间布置在上下盘围岩中岩石硬度系数低的一侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lin Weixing Inventor after: Zhou Li Inventor after: Ou Renze Inventor after: Zeng Lingyi Inventor after: Gong Yongchao Inventor after: Lu Jintao Inventor before: Zhou Li Inventor before: Lin Weixing Inventor before: Ou Renze Inventor before: Zeng Lingyi Inventor before: Gong Yongchao Inventor before: Lu Jintao |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230426 Address after: 410000 No. 343, Lushan South Road, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Applicant after: Changsha Institute of Mining Research Co.,Ltd. Applicant after: CENTRAL SOUTH University Address before: Yuelu District City, Hunan province 410012 Changsha Lushan Road No. 343 Applicant before: Changsha Institute of Mining Research Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |