CN115539041B - 一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法，矿房沿矿体走向布置，矿房间预留矿柱，矿体下盘脉外布置中分段巷，由中分段巷垂直矿体走向施工联络道至矿体下盘，凿岩巷及出矿巷分别布置于相邻的两个矿柱内，矿房在垂直方向呈倾斜状态，由凿岩巷施工一系列平行于矿房的爆破孔，由下部向上部分段爆破回采，由出矿巷进行出矿，矿房回采结束后底板敷设柔性格栅网，分两步骤采用不同强度充填体进行充填，充填接顶后后回采矿房在上部充填体保护下安全回采。本发明通过优化矿房布置，优化回采顺序，优化充填工艺，先回采矿房为后回采矿房提供安全作业环境，实现急倾斜薄至中厚破碎矿体的安全开采。
Description
技术领域
本发明属于采矿技术领域，特别涉及一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法。所述的急倾斜薄至中厚破碎矿体是指倾角大于55°、厚度3-10m的矿体。
背景技术
急倾斜薄至中厚破碎矿体属于不稳固矿体，该种矿体揭露后易垮塌冒落。矿体上下盘围岩相对稳固，可为矿体开采提供一定的支撑作用。对于急倾斜薄至中厚破碎矿体开采一般采用浅孔留矿法或分层充填采矿法。该类矿体厚度较小，加之矿体比较破碎，一则不利于高强度回采，二则不利于长时间回采。按照常规采用浅孔留矿法时，矿房顶板长时间大面积暴露，在高地应力作用下，加之岩体本身比较破碎、整体性较差，极易发生各种不可预见的顶板、两帮垮塌、冒落等情况。该种采矿法作业人员长时间暴露在不稳定的顶板下方，安全性不能保障，且一旦局部发生冒落、垮塌，必须耗费大量时间及精力处理，加之采矿法本身不利于采用更加有效的支护方式，安全隐患巨大，生产效率极低。按照常规采用水平分层充填采矿法时，因矿体厚度较小，矿房一般沿矿体走向布置，采用水平孔进行爆破，该种作业方式支护成本太大，即使采取下向回采方式，假顶质量仍难以保证。一则由于充填过程中泄水不充分，充填水对充填体强度影响一直存在；二则因矿房水平布置，充填接顶一致是该种采矿法面临的难题，一旦矿房充填不接顶，充填体与上部岩体或假顶间存在一定间隙，充填体对上部岩体或假顶支撑能力较差，一旦上部岩体或假顶失稳，对下部待回采矿房回采将造成较大影响；三者在回采过程中，随着作业面向前推进，上部假顶逐渐揭露，由于已揭露假顶下部无承载结构，假顶难以保证矿房回采结束，安全隐患较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法，用以克服常规浅孔留矿法、水平分层采矿法等现有采矿技术在回采急倾斜薄至中厚破碎矿体时存在的技术缺点，有效解决急倾斜薄至中厚破碎矿体开采安全问题。
本发明技术方案如下：
一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法，其特征在于步骤为：
步骤1、沿竖向将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段间矿体由多个沿矿体走向倾斜布置的矿房及垂直布置的矿柱构成；
步骤2、阶段间的矿房采用自上而下顺序进行回采；下阶段的矿房在对应的上阶段矿房的充填基础上进行回采，后回采的矿房在对应先回采矿房的充填基础上进行回采；
其中步骤2中矿房的开采方式为：
步骤2-1、在矿房一侧的矿柱内垂直矿体走向布置凿岩巷，在另一侧的矿柱内垂直矿体走向布置出矿巷；
所述的矿房的凿岩巷及出矿巷分别布置于不同的矿柱内，同一矿柱内全部布置凿岩巷或全部布置出矿巷，同一矿柱内凿岩巷在高度方向上从上到下交错布置，同一矿柱内出矿巷在高度方向上从上到下对齐布置、在水平方向上平行布置；
步骤2-2、由凿岩巷向出矿巷施工中深孔，中深孔平行于矿房走向，中深孔贯通凿岩巷及出矿巷，通过在中深孔内装填炸药以出矿巷为自由面在竖直方向上由下部向上部分段进行爆破；矿房爆破产生的矿石经出矿巷运输出去；
所述的的矿房在竖向方向与水平面呈55°~75°夹角，所述的中深孔施工方向与矿房走向在竖直方向上保持一致；
步骤2-3、矿房回采结束后由凿岩巷敷设柔性格栅网，柔性格栅网覆盖矿房底板及出矿巷底板，柔性格栅网敷设完毕后对回采空区进行充填；
步骤2-4、矿房回采空区下部为强度不低于4MPa、灰砂比不低于1:8的常规强度充填体，上部为强度不低于6MPa、灰砂比不低于1:5的高强度充填体,所述高强度充填体、常规强度充填体与柔性格栅网一起形成充填体假顶；
步骤2-5、矿房充填体强度养护达标后，重复步骤2-1至步骤2-4顺序完成后续各矿房回采。
按照1#至6#矿房步骤顺序回采时，先回采矿房充填后形成的充填体假顶，为后回采矿房提供稳定的侧向支撑条件，1#矿房与2#矿房充填体假顶通过矿房上端进行连接，使后续3#至4#待回采矿房回采始终处于稳定充填体假顶结构保护下；3#矿房与4#矿房充填体假顶通过矿房上端进行连接，与1#矿房与2#矿房充填体假顶共同确保5#至6#待回采矿房回采回采始终处于稳定充填体假顶结构保护下。
两个同时回采的矿房对称布置，两个对称的1#矿房充填体假顶通过矿房下端进行连接，两个对称的3#矿房、两个对称的5#充填体假顶均通过矿房下端进行连接，从而使沿矿体走向的多个矿房充填体假顶相互连接，并在竖直方向上形成多道沿矿体走向相互连接的充填体假顶，为后续待回采矿体提供安全的开采环境。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过优化矿房布置，优化回采顺序，优化充填工艺，先回采矿房为后回采矿房提供安全作业环境，实现急倾斜薄至中厚破碎矿体的安全开采。具体如下：
（1）矿房在竖向方向上与水平面呈一定夹角（夹角一般取55°-75°），沿矿体走向倾斜布置，凿岩巷、出矿巷分别布置于矿房上端、下端，在平面范围内出矿巷与矿房不重叠，矿房矿房顶底板对出矿作业无影响，安全更有保障。
（2）矿房充填前假底敷设柔性格栅网，并与先回采矿房及对称同步骤矿房柔性格栅网有效连接，形成整体，增强了假顶整体性。
（3）矿房采用两步骤充填，下部可采用常规强度充填体，能有效降低充填成本；上部采用高强度充填，该部分高强度充填体为后续回采矿房凿岩巷施工提供安全作业环境，作业安全性得到更好保障。
（4）出矿巷采用可靠支护方式进行支护后，后续相邻出矿巷可以合并施工，形成一个出矿巷服务两个对称矿房回采的格局，生产效率得到极大提升。
（5）矿房沿矿体走向倾斜布置，充填过程中充填体内多余水在重力作用下通过出矿巷泄水，充填滤水、泄水问题得到解决，充填体强度得到保证；凿岩巷布置于矿房上端，能够可靠保证矿房充填接顶，多矿房充填体呈多道叠加“梁板”效果，充填失稳问题不易发生。
（6）对称的多个首采矿房及次顺序回采矿房充填结束后，在水平方向连同已支护矿柱为后回采矿房提供“全覆盖”假顶结构；此外，在竖向方向充填体假顶呈多道“三角形顶部”结构，因该种结构的存在，对上部地应力进行重新分布，使待回采矿房始终处于更低的地应力环境中，更有利用矿房实现安全回采。
附图说明
图1为本发明方法实施时的纵投影图。
图2为本发明方法方法实施时俯视方向的投影图,同时为图1的B-B向视图。
图3为本发明方法实施时的侧视图，同时为图1的A-A向视图。
图4为图1的C部放大图。
图5为图1的1#矿房柔性格栅网敷设示意图。
1—矿柱；2—凿岩巷；3—出矿巷；4—矿体；5—联络道；6—中分段巷；7—常规强度充填体；8—高强度充填体；9—柔性格栅网；1#-6#—矿房回采顺序。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1、图3及图5，一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法的实施例，其核心思路为：沿竖向将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段间矿体由多个沿矿体走向倾斜布置的矿房及垂直布置的矿柱1构成。
阶段间的矿房采用自上而下顺序（图1所示，矿房回采顺序为1#、2#、3#、4#、5#、6#，以此类推）进行开采，下阶段的矿房在对应的上阶段矿房的充填基础上进行回采。矿房上端布置凿岩巷2，下端布置出矿巷3，凿岩巷2与出矿巷3分别布置在不同的矿柱1内，以确保矿房与出矿巷3在空间上不重叠。矿房回采前对出矿巷3及凿岩巷2进行可靠支护，矿房回采时由凿岩巷2施工一系列平行于矿房走向的爆破孔，在竖直方向上由下向上分段爆破回采，由出矿巷3进行出矿，矿房回采结束后底板敷设柔性格栅网9，分两步骤进行充填：第一步骤：采用常规强度充填体7充填空区至凿岩巷2下部，第二步骤：采用高强度充填体8充填空区直至接顶。1#、2#矿房顺序回采并充填接顶后，1#矿房与2#矿房充填体假顶在竖直方向上构筑稳固的“正三角”结构，确保3#矿房及其凿岩巷2、出矿巷3在竖直方向上始终位于1#、2#矿房的由常规强度充填体7、高强度充填体8及下方柔性格栅网9构成的充填体假顶下方，实现3#矿房安全回采；以此类推，3#矿房与4#矿房充填体假顶再次在竖直方向上构筑稳固的“正三角”结构，同理，5#矿房与6#矿房充填体假顶再次在竖直方向上构筑稳固的“正三角”结构，继而在竖直方向上呈现多道稳固的“正三角”结构，确保后续回采各矿房回采安全。
如图4，2#矿房凿岩巷2在1#矿房高强度充填体8保护下，作业安全得到有效保障。
如图5，1#矿房内敷设的柔性格栅网9涵盖整个矿房及出矿巷3底板，柔性格栅网9包裹于常规强度充填体7及高强度充填体8内，提高了假顶整体性，从而确保图1中1#矿房为2#矿房提供了稳定的侧向及上方假顶结构，使得后续矿房（2#-6#）回采越来越安全。
以1#、2#矿房为例说明具体回采步骤：
一、1#矿房回采
1.由中分段巷6施工联络道5到达矿体4下盘，垂直矿体4走向施工凿岩巷2及出矿巷3；
2.凿岩巷2及出矿巷3掘进过程中根据需要对顶板及两帮不稳固矿岩采用长锚索等方式进行可靠支护，保障矿房回采期间矿岩稳定；
3.由凿岩巷2施工一系列平行于矿房走向的爆破孔，以出矿巷3为爆破自由面，在竖直方向上由下向上分段爆破回采，由出矿巷3进行出矿，直至矿房回采结束；
4.矿房回采结束后，由凿岩巷2敷设柔性格栅网9，柔性格栅网9覆盖矿房及出矿巷3底板；
5.柔性格栅网9敷设完毕后，对矿房空区进行充填，下部采用强度不低于4MPa、灰砂比不低于1:8形成常规强度充填体7，上部采用强度不低于6MPa、灰砂比不低于1:5形成高强度充填体8,在竖直方向上高强度充填体8位于常规强度充填体7上部。
二、2#矿房回采
1.1#矿房充填体强度养护达标后，对2#矿房进行回采；
2.由中分段巷6施工联络道5到达矿体4下盘，垂直矿体4走向施工凿岩巷2及出矿巷3，凿岩巷2位于1#矿房高强度充填体8保护下，出矿巷3位于1#矿房常规强度充填体7保护下；
3.由凿岩巷2施工一系列平行于矿房走向的爆破孔，以出矿巷3为爆破自由面，在竖直方向上由下向上分段爆破回采，由出矿巷3进行出矿，直至矿房回采结束；
4.矿房回采结束后，由凿岩巷2敷设柔性格栅网9，柔性格栅网9覆盖矿房及出矿巷3底板，并通过凿岩巷2与揭露的包裹于1#矿房充填体假顶内的柔性格栅网9进行连接，从而在竖直方向形成稳固的“正三角”结构；
5.柔性格栅网9敷设完毕后，对矿房空区进行充填，下部形成常规强度充填体7，上部采用形成高强度充填体8,在竖直方向上高强度充填体8位于常规强度充填体7上部。
按照2#矿房回采步骤顺序完成3#、4#、5#、6#矿房回采，以此类推。
本发明实施例所述常规强度充填体7的强度不低于4MPa、灰砂比不低于1:8。所述高强度充填体8的强度不低于6MPa、灰砂比不低于1:5。
Claims (2)
1.一种急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法，其特征在于步骤为：
步骤1、沿竖向将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段间矿体由多个沿矿体走向倾斜布置的矿房及垂直布置的矿柱构成；
步骤2、阶段间的矿房采用自上而下顺序进行回采；下阶段的矿房在对应的上阶段矿房的充填基础上进行回采，后回采的矿房在对应先回采矿房的充填基础上进行回采；
其中步骤2中矿房的开采方式为：
步骤2-1、在矿房一侧的矿柱内垂直矿体走向布置凿岩巷，在另一侧的矿柱内垂直矿体走向布置出矿巷；矿房上端布置凿岩巷，下端布置出矿巷；
所述的矿房的凿岩巷及出矿巷分别布置于不同的矿柱内，同一矿柱内全部布置凿岩巷或全部布置出矿巷，同一矿柱内凿岩巷在高度方向上从上到下交错布置，同一矿柱内出矿巷在高度方向上从上到下对齐布置、在水平方向上平行布置；
步骤2-2、由凿岩巷向出矿巷施工中深孔，中深孔平行于矿房走向，中深孔贯通凿岩巷及出矿巷，通过在中深孔内装填炸药以出矿巷为自由面在竖直方向上由下部向上部分段进行爆破；矿房爆破产生的矿石经出矿巷运输出去；
所述的的矿房在竖向方向与水平面呈55°~75°夹角，所述的中深孔施工方向与矿房走向在竖直方向上保持一致；
步骤2-3、矿房回采结束后由凿岩巷敷设柔性格栅网，柔性格栅网覆盖矿房底板及出矿巷底板，柔性格栅网敷设完毕后对回采空区进行充填；
步骤2-4、矿房回采空区下部为强度不低于4MPa、灰砂比不低于1:8的常规强度充填体，上部为强度不低于6MPa、灰砂比不低于1:5的高强度充填体,所述高强度充填体、常规强度充填体与柔性格栅网一起形成充填体假顶；
步骤2-5、矿房充填体强度养护达标后，重复步骤2-1至步骤2-4顺序完成后续各矿房回采；
对称的多个首采矿房及次顺序回采矿房充填结束后，在水平方向连同已支护矿柱为后回采矿房提供“全覆盖”假顶结构，在竖向方向充填体假顶呈多道“三角形顶部”结构。
2.如权利要求1所述的急倾斜薄至中厚破碎矿体安全开采方法，其特征在于：按照1#至6#矿房步骤顺序回采时，先回采矿房充填后形成的充填体假顶，为后回采矿房提供稳定的侧向支撑条件，1#矿房与2#矿房充填体假顶通过矿房上端进行连接，使后续3#至4#待回采矿房回采始终处于稳定充填体假顶结构保护下；3#矿房与4#矿房充填体假顶通过矿房上端进行连接，与1#矿房与2#矿房充填体假顶共同确保5#至6#待回采矿房回采回采始终处于稳定充填体假顶结构保护下。
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