CN115075821A - 一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，沿走向划分为矿块，矿块内划分为方形砌体结构采场，矿块之间留设间柱，在矿块下部布置矿块运输皮带道和采场运输皮带道，在矿块上部布置矿块联络道及采场联络道，采场采用自下盘向上盘的顺序进行回采，即先回采靠下盘位置条带内的采场，再回采靠上盘位置条带内的采场，同一条带内的采场自远离矿块运输皮带道的一侧向矿块运输皮带道一侧后退式回采，同时间柱两侧相对应条带内的采场交错进行回采与充填。本发明能够有效克服深部高地应力、高地温给采矿作业带来的不利影响，具有低碳环保、回采作业安全、采场作业机械化程度高，人工作业劳动强度低，采场生产能力大等优点。

Description

一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法
技术领域
本发明属于矿山开采技术领域，具体涉及一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，特别适用于深部“三高”条件下倾斜急倾斜厚大矿体的回采。
背景技术
地壳中蕴藏着大量宝贵的矿产资源，几十年持续的大规模资源开采使得我国浅部矿产资源已趋于枯竭，我国未来矿产资源开发将全面进入第二深度空间 (1000～2000m)范围内的深部矿床，金属矿深部开采将成为常态。据不完全统计，目前国外开采深度超千米的金属矿山百余个，分布在南非、加拿大、澳大利亚和欧盟等国家和地区，而世界上开采深度最深的在产矿井主要分布在南非和加拿大，其中前10位中7个都在南非，加拿大占2个。南非、加拿大、印度、美国和俄罗斯等是世界上金属矿采深井最大的国家，其绝大多数金矿的开采深度超过2000m，如南非Mponeng金矿采深目前己超过4000m(2.5英里)，矿体埋深更是超过7500m；加拿大LaRonde多金属矿开拓深度已达到3008m，矿体延伸至3700m；美国著名的有岩爆倾向多金属矿Lucky Friday最近也完成了2920m 的竖井开拓工程。同时据统计，世界上最深的矿山(2000m以上)主要为金、银、铂等贵重金属矿。
进入深部开采环境的矿山，都不可避免地面临“三高”(高地应力、高地温、高井深)带来的严峻挑战。首先将面临高地应力问题，若不采取与高应力环境相适应的采矿技术与工艺，势必发生较大的工程灾害，也会严重抑制矿山的规模化生产，进而对我国资源经济的发展产生很严重的冲击。大量文献资料显示，很多金属矿山在深部开采中都遇到了高能级岩爆与矿震、大面积采空区失稳、冒顶和片帮等动力灾害问题，且难以精准预测与有效防治。其次，岩层温度随深度以 (10～40)℃/km的速率增加，深井的高温环境条件严重影响工人的劳动生产率，而为有效降温，又必将大大增加采矿成本。再次，随开采深度的增加，矿石和各种物料的提升高度显著增加，从而大大增加提升成本，并对安全生产构成威胁。这说明当前的开采理论与技术已滞后于人类深地工程实践活动，难以进行有效、科学指导，亟待探索和开拓。这些技术问题如不能很好地解决，不仅给我国许多即将进入深部开采矿山的安全生产带来许多隐患，而且严重制约着深地资源的开采效率和效益。
因此，在深部资源开采成为常态的形势下，迫切需要思考与研究如下难题：进入深部以后，尤其在矿床埋藏深、岩温高、岩爆倾向大、开采强度大的条件下，如何实现安全、经济、高效、清洁生产？目前浅部传统的采矿方法及工艺已不再完全适用于深部矿体的开采。针对上述深部开采技术难题，本发明公布了一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，能够有效克服深部的高地应力、高地温给采矿作业带来的不利影响，实现深部矿体的安全高效经济回采。
发明内容
针对上述现有缓倾斜矿体开采存在的问题，本发明公布了一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，该采矿方法包括以下步骤：
(1)矿块及采场布置，沿走向将矿体划分为矿块，矿块内沿走向划分为条带，条带内划分为方形砌体结构的采场，矿块之间留设间柱；
(2)采准工程布置及施工，采准工程布置及施工，自本中段中段运输巷在间柱中水平施工矿块运输皮带道至矿体上盘边界，自矿块运输皮带道沿走向施工采场运输皮带道连接走向方向上同一条带上的采场；在上中段中段中段运输巷在间柱中水平施工矿块联络道，自矿块联络道沿走向施工采场联络道连接走向方向上同一条带上的采场，间柱两侧的矿块共用一条矿块运输皮带道和矿块联络道，矿块运输皮带道和矿块联络道端部通过人行通风天井连通，矿块运输皮带道与矿石溜井连通；
(3)矿块回采与充填，采场采用自下盘向上盘的顺序进行回采，即先回采靠下盘位置条带内的采场，再回采靠上盘位置条带内的采场，同一条带内的采场自远离矿块运输皮带道的一侧向矿块运输皮带道一侧后退式回采，同时间柱两侧相对应条带内的采场交错进行回采与充填；采场回采时，首先将回采采场范围内的采场联络道全断面扩刷形成上部作业硐室，采用反井钻机在上部作业硐室中心位置施工切割天井与采场下部采场运输皮带道贯通，采用潜孔钻机围绕切割天井施工下向中深孔，在切割天井底部安装放矿漏斗，在采场运输皮带道和矿块运输皮带道中安装运输皮带，运输皮带的受料端位于回采采场的放矿漏斗下部，运输皮带的出料端位于矿石溜井处，然后在采场上部作业硐室中向下向中深孔内装填雷管炸药，微差分段爆破落矿，崩落的矿石通过放矿漏斗下放至运输皮带上并通过运输皮带输送至矿石溜井，采场爆破出矿完毕后在采场运输皮带道和采场联络道端部砌筑充填挡墙并对采场进行充填，如此循环直至矿块内采场全部回采充填完毕。
优选地，所述矿块长度为50～60m，宽度为矿体厚度，所述采场的平面尺寸为6m×6m～10m×10m，所述间柱宽度为8～10m。
进一步地，所述放矿漏斗、运输皮带和矿石溜井的下部放矿设备采用智能联动闭环控制，采场出矿时同时开启、同时关停。
进一步地，所述下向中深孔的孔底以切割天井井底为中心呈倒锥形布置，自内向外孔底逐渐升高，爆破后在采场下部形成锥形漏斗底部结构。
进一步地，所述采场充填时，采用灰砂比≥1:8的充填体进行充填。
优选地，所述下向中深孔的孔底呈倒锥形布置，锥形斜面倾角为50°～55°。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)能够有效克服深部高地应力带来的不利影响，保证回采作业安全及采场结构的稳定。进入深部开采后，地应力将显著增大，传统的采场布置形式及结构参数已不再适用，本发明中提供的一种全新的深部采场布置形式及结构参数，通过方形砌体结构的采场布置形式及选取小断面的采场结构参数，能够有效避免深部高地应力条件下采场结构失稳及岩爆频发等问题，确保回采作业安全。
(2)采场作业机械化程度高，人工作业劳动强度低，采场生产能力大，效率高。采场采切作业均采用高度机械化的采矿设备，反井钻机施工切割天井、潜孔凿岩台车施工下向中深孔，底部放矿漏斗与运输皮带联动出矿，机械化程度高，各作业工序和环节连续性好，采场生产能力大，效率高，同时还有利于实现远程无人化或智能化采矿。
(3)井下作业通风条件好，作业环境好。在采场底部直接采用皮带运输的方式进行出矿，避免采用目前普遍采用的铲运机出矿。铲运机出矿会在井下产生大量的热量、粉尘或有毒有害尾气，在深部开采高地温的条件下降进一步恶化井下通风与采矿作业条件，本发明中采用皮带运输出矿具有产热，这对于改善深部井下作业环境也具有重大意义。
(4)本发明中采用尾砂对井下采空区进行充填，能够有效控制上覆岩层的移动和变形，避免地表产生大规模塌陷，保护地表农田村庄及构建筑物，同时井下采用皮带运输出矿方式能有效减少铲运机出矿排放二氧化碳等温室气体，对于我国实现“30/60”双碳目标也具有一定有益效果。
下面通过附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为实施例中的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法的主视图。
图2为实施例中的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法主视图的A-A线剖视图。
图3为实施例中的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法主视图的B-B线剖视图。
图4为实施例中的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法主视图的C-C线剖视图。
图中标号：1-间柱，2-矿块运输皮带道，3-采场运输皮带道，4-矿块联络道， 5-采场联络道，6-人行通风天井，7-矿石溜井，8-上部作业硐室，9-切割天井， 10-下向中深孔，11-放矿漏斗，12-运输皮带，13-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。
实施例一：
参见图1-图4，图示中的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法为本发明的优选方案，采用本发明提供的技术方案包括以下步骤：
(1)矿块及采场布置，沿走向将矿体划分为矿块，矿块长度为50m，宽度为矿体厚度，矿块内沿走向划分为条带，条带内划分为方形砌体结构的采场，采场的平面尺寸为8m×8m，矿块之间留设间柱1，间柱1宽度为8m。
(2)采准工程布置及施工，采准工程布置及施工，自本中段中段运输巷在间柱1中水平施工矿块运输皮带道2至矿体上盘边界，自矿块运输皮带道2沿走向施工采场运输皮带道3连接走向方向上同一条带上的采场；在上中段中段中段运输巷在间柱1中水平施工矿块联络道4，自矿块联络道4沿走向施工采场联络道5连接走向方向上同一条带上的采场，间柱1两侧的矿块共用一条矿块运输皮带道2和矿块联络道4，矿块运输皮带道2和矿块联络道4端部通过人行通风天井6连通，矿块运输皮带道2与矿石溜井7连通。
(3)矿块回采与充填，采场采用自下盘向上盘的顺序进行回采，即先回采靠下盘位置条带内的采场，再回采靠上盘位置条带内的采场，同一条带内的采场自远离矿块运输皮带道2的一侧向矿块运输皮带道2一侧后退式回采，同时间柱 1两侧相对应条带内的采场交错进行回采与充填。如图2和图3所示，将矿块内采场划分为条带1、条带2、条带3，条带1内划分为1-1采场、1-2采场、1-3 采场、1-4采场、1-5采场、1-6采场、1-7采场、1-8采场、1-9采场和1-10采场，条带2内划分为2-1采场、2-2采场、2-3采场、2-4采场、2-5采场、2-6采场、 2-7采场、2-8采场、2-9采场和2-10采场，条带3内划分为3-1采场、3-2采场、 3-3采场、3-4采场、3-5采场、3-6采场、3-7采场、3-8采场、3-9采场和3-10 采场，采场整体回采顺序依次为1-1采场、1-2采场、1-3采场、1-4采场、1-5 采场、1-6采场、1-7采场、1-8采场、1-9采场、1-10采场、2-1采场、2-2采场、 2-3采场、2-4采场、2-5采场、2-6采场、2-7采场、2-8采场、2-9采场、2-10 采场、3-1采场、3-2采场、3-3采场、3-4采场、3-5采场、3-6采场、3-7采场、3-8采场、3-9采场和3-10采场。采场回采时，首先将回采采场范围内的采场联络道5全断面扩刷形成上部作业硐室8，采用反井钻机在上部作业硐室8中心位置施工切割天井9与采场下部采场运输皮带道3贯通，采用潜孔钻机围绕切割天井9施工下向中深孔10，下向中深孔10的孔底以切割天井9井底为中心呈倒锥形布置，锥形斜面倾角为55°，自内向外孔底逐渐升高，爆破后在采场下部形成锥形漏斗底部结构。在切割天井9底部安装放矿漏斗11，在采场运输皮带道3和矿块运输皮带道2中安装运输皮带12，运输皮带12的受料端位于回采采场的放矿漏斗11下部，运输皮带12的出料端位于矿石溜井7处，所述放矿漏斗11、运输皮带12和矿石溜井7的下部放矿设备采用智能联动闭环控制，采场出矿时同时开启、同时关停。然后在采场上部作业硐室8中向下向中深孔10内装填雷管炸药，微差分段爆破落矿，崩落的矿石通过放矿漏斗11下放至运输皮带12上并通过运输皮带12输送至矿石溜井7，采场爆破出矿完毕后在采场运输皮带道3 和采场联络道5端部砌筑充填挡墙并对采场采用灰砂比1:8的充填体13进行充填，如此循环直至矿块内采场全部回采充填完毕。
实施例二：
参见图1-图4，图示中的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法为本发明的优选方案，采用本发明提供的技术方案包括以下步骤：
(1)矿块及采场布置，沿走向将矿体划分为矿块，矿块长度为50m，宽度为矿体厚度，矿块内沿走向划分为条带，条带内划分为方形砌体结构的采场，采场的平面尺寸为8m×8m，矿块之间留设间柱1，间柱1宽度为10m。
(2)采准工程布置及施工，采准工程布置及施工，自本中段中段运输巷在间柱1中水平施工矿块运输皮带道2至矿体上盘边界，自矿块运输皮带道2沿走向施工采场运输皮带道3连接走向方向上同一条带上的采场；在上中段中段中段运输巷在间柱1中水平施工矿块联络道4，自矿块联络道4沿走向施工采场联络道5连接走向方向上同一条带上的采场，间柱1两侧的矿块共用一条矿块运输皮带道和矿块联络道4，矿块运输皮带道2和矿块联络道4端部通过人行通风天井 6连通，矿块运输皮带道与矿石溜井7连通。
(3)矿块回采与充填，采场采用自下盘向上盘的顺序进行回采，即先回采靠下盘位置条带内的采场，再回采靠上盘位置条带内的采场，同一条带内的采场自远离矿块运输皮带道2的一侧向矿块运输皮带道2一侧后退式回采，同时间柱 1两侧相对应条带内的采场交错进行回采与充填；如图2和图3所示，将矿块内采场划分为条带1、条带2、条带3，条带1内划分为1-1采场、1-2采场、1-3 采场、1-4采场、1-5采场、1-6采场、1-7采场、1-8采场、1-9采场和1-10采场，条带2内划分为2-1采场、2-2采场、2-3采场、2-4采场、2-5采场、2-6采场、 2-7采场、2-8采场、2-9采场和2-10采场，条带3内划分为3-1采场、3-2采场、 3-3采场、3-4采场、3-5采场、3-6采场、3-7采场、3-8采场、3-9采场和3-10 采场，采场整体回采顺序依次为1-1采场、1-2采场、1-3采场、1-4采场、1-5 采场、1-6采场、1-7采场、1-8采场、1-9采场、1-10采场、2-1采场、2-2采场、 2-3采场、2-4采场、2-5采场、2-6采场、2-7采场、2-8采场、2-9采场、2-10 采场、3-1采场、3-2采场、3-3采场、3-4采场、3-5采场、3-6采场、3-7采场、 3-8采场、3-9采场和3-10采场。采场回采时，首先将回采采场范围内的采场联络道5全断面扩刷形成上部作业硐室8，采用反井钻机在上部作业硐室8中心位置施工切割天井9与采场下部采场运输皮带道3贯通，采用潜孔钻机围绕切割天井9施工下向中深孔10，下向中深孔10的孔底以切割天井9井底为中心呈倒锥形布置，锥形斜面倾角为50°，自内向外孔底逐渐升高，爆破后在采场下部形成锥形漏斗底部结构。在切割天井9底部安装放矿漏斗11，在采场运输皮带道3 和矿块运输皮带道2中安装运输皮带12，运输皮带12的受料端位于回采采场的放矿漏斗11下部，运输皮带12的出料端位于矿石溜井7处，所述放矿漏斗11、运输皮带12和矿石溜井7的下部放矿设备采用智能联动闭环控制，采场出矿时同时开启、同时关停。然后在采场上部作业硐室8中向下向中深孔10内装填雷管炸药，微差分段爆破落矿，崩落的矿石通过放矿漏斗11下放至运输皮带12上并通过运输皮带12输送至矿石溜井7，采场爆破出矿完毕后在采场运输皮带道3 和采场联络道5端部砌筑充填挡墙并对采场采用灰砂比1:6的充填体13进行充填，如此循环直至矿块内采场全部回采充填完毕。
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 (6)

1.一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)矿块及采场布置，沿走向将矿体划分为矿块，矿块内沿走向划分为条带，条带内划分为方形砌体结构的采场，矿块之间留设间柱；
(2)采准工程布置及施工，自本中段中段运输巷在间柱中水平施工矿块运输皮带道至矿体上盘边界，自矿块运输皮带道沿走向施工采场运输皮带道连接走向方向上同一条带上的采场；在上中段中段中段运输巷在间柱中水平施工矿块联络道，自矿块联络道沿走向施工采场联络道连接走向方向上同一条带上的采场，间柱两侧的矿块共用一条矿块运输皮带道和矿块联络道，矿块运输皮带道和矿块联络道端部通过人行通风天井连通，矿块运输皮带道与矿石溜井连通；
(3)矿块回采与充填，采场采用自下盘向上盘的顺序进行回采，即先回采靠下盘位置条带内的采场，再回采靠上盘位置条带内的采场，同一条带内的采场自远离矿块运输皮带道的一侧向矿块运输皮带道一侧后退式回采，同时间柱两侧相对应条带内的采场交错进行回采与充填；采场回采时，首先将回采采场范围内的采场联络道全断面扩刷形成上部作业硐室，采用反井钻机在上部作业硐室中心位置施工切割天井与采场下部采场运输皮带道贯通，采用潜孔钻机围绕切割天井施工下向中深孔，在切割天井底部安装放矿漏斗，在采场运输皮带道和矿块运输皮带道中安装运输皮带，运输皮带的受料端位于回采采场的放矿漏斗下部，运输皮带的出料端位于矿石溜井处，然后在采场上部作业硐室中向下向中深孔内装填雷管炸药，微差分段爆破落矿，崩落的矿石通过放矿漏斗下放至运输皮带上并通过运输皮带输送至矿石溜井，采场爆破出矿完毕后在采场运输皮带道和采场联络道端部砌筑充填挡墙并对采场进行充填，如此循环直至矿块内采场全部回采充填完毕。
2.根据权利要求1所述的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，其特征在于：所述矿块长度为50～60m，宽度为矿体厚度，所述采场的平面尺寸为6m×6m～10m×10m，所述间柱宽度为8～10m。
3.根据权利要求1所述的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，其特征在于：所述放矿漏斗、运输皮带和矿石溜井的下部放矿设备采用智能联动闭环控制，采场出矿时同时开启、同时关停。
4.根据权利要求1所述的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，其特征在于：所述下向中深孔的孔底以切割天井井底为中心呈倒锥形布置，自内向外孔底逐渐升高，爆破后在采场下部形成锥形漏斗底部结构。
5.根据权利要求1所述的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，其特征在于：所述采场充填时，采用灰砂比≥1:8的充填体进行充填。
6.根据权利要求4所述的一种深部矿体砌体结构连续采矿嗣后充填采矿方法，其特征在于：所述下向中深孔的孔底呈倒锥形布置，锥形斜面倾角为50°～55°。
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