CN115875035A - 下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属、非金属矿的开采技术领域，具体地说是一种适合于回采急倾斜及倾斜矿体的下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。本发明采矿方法适用于矿体水平厚度大于20m，走向长、矿石流动性较好，矿石下盘移动角为30～55°的倾斜矿的开采。本方法在矿体内设置一个分段和两个中段，在拉底分段布置矿石回收的底部结构，相较于传统采矿方法，少布置一个或者两个凿岩分段，减少了大量的采切工程量，并在矿房及矿块之间留设间柱作为支撑矿柱，以确保回采安全，采用低灰砂比或全尾砂充填，降低了充填成本，相邻矿房回采时不揭露充填体，降低了贫化，同时兼顾效率、安全、成本、贫化和损失。

Description

下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法

技术领域

本发明涉及金属、非金属矿的开采技术领域，具体地说是一种适合于回采急倾斜及倾斜矿体的下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。

背景技术

在传统的三种采矿方法“崩落法、空场法、充填法”中，崩落法是采切比和采矿成本最低、生产效率最高的采矿方法，但是该法容易引起地表塌陷等环境问题，而地表为耕地、道路等不允许塌落，则必须严格进行地表保护，类似于“三下”开采就无法采用崩落法实现矿体的安全高效低成本开采，而且崩落法采矿还存在矿石损失贫化大的缺陷。

目前，不少矿山采用分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法或者房柱法以及下向平行深孔凿岩嗣后充填采矿法开采。但“分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”一般应用于矿体稳固，矿体赋存状态为急倾斜矿体，即矿体倾角大于55°，便于从最下面一个分段集中出矿，其他辅助分段只负责凿岩、装药爆破，松动出矿；而在矿体倾角在30°～55°的矿体中应用“分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”存在矿体下盘损失和贫化的问题，同时还存在采准工程量大、采准准备时间长，采充循环时间长、回采矿房顶板容易抽冒、安全风险高等问题；房柱法采空区采用矿柱支撑，后期容易导致顶板冒落，地压显现后加大其他矿房的开采难度，且存在回采率低、影响地表环境等问题。下向平行深孔凿岩嗣后充填采矿法存在矿房顶板需要开凿的凿岩巷断面较大，采准工程量比较多，导致采准费用高，矿块准备时间长。对于厚矿体及极厚矿体、矿体下盘边界和底板围岩接触面摩擦力比较小、矿石流动性较好、矿石下盘移动角在30°以上的急倾斜及倾斜矿体的开采，利用上述采矿方法难以兼顾效率、安全、成本、贫化和损失等。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种适合于回采急倾斜及倾斜矿体的下向深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法优化方案，此采矿方法适用于厚矿体及极厚矿体、矿体下盘边界和底板围岩接触面摩擦力比较小、矿石流动性较好、矿石下盘移动角在30°以上的急倾斜及倾斜金属和非金属矿体的开采。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法：

适用于矿体水平厚度大于20m，走向长，倾角大于55°的急倾斜矿体，以及矿体下盘边界和底板围岩接触面摩擦力比较小，矿石流动性较好，矿石下盘移动角在30°以上的倾角为30～55°的倾斜矿体中金属和非金属矿体的开采；

首先通过矿岩力学性质进行矿体回采模型数值模拟计算，确定回采矿房内回采单元的宽度、长度、高度和采空区顶板允许暴露的最大面积，划分出回采矿块、间柱的位置，在矿块内布置采准工程；

矿块沿矿体走向布置；设置回采中段高度45～60m，长60～90m，宽为矿体水平厚度；每个回采中段设置一个分段和一个中段，从上往下分别为上向扇形深孔凿岩拉底分段、拉矿运输中段；

在顶部回采中段的上方设置下向深孔凿岩中段，并在其内部布置下向深孔凿岩中段凿岩巷、下向深孔凿岩中段切割井联巷、下向深孔凿岩中段下盘联巷、下向深孔凿岩中段上盘巷，该下向深孔凿岩中段的上部至矿体基岩面留作矿房的顶柱，不再回采；

所述的下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段及拉矿运输中段均以斜坡道相连，用于设备和人员出入调度兼做安全出口；

每个矿块根据勘探线间距划分，沿矿体走向划分为4个矿房和3条间柱，各矿房均垂直矿体走向布置，相邻的矿房间布置有矿房间柱，相邻矿块间布置有矿块间柱，且矿块间柱宽度大于矿房间柱宽度；

在下向深孔凿岩中段内，每个矿房顶部对应布置一条下向深孔凿岩中段凿岩巷，所述的下向深孔凿岩中段凿岩巷通过设置于矿体上盘侧的下向深孔凿岩中段上盘巷、位于下盘矿体边界处的下向深孔凿岩中段下盘联巷、以及下向深孔凿岩中段切割井联巷连通；下向深孔凿岩中段上盘巷内布置有风、水管路、供电设施；

所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段内布置上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷、上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷、出矿进路、拉槽联巷、切割井、矿块之间出矿联络道、溜井；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段的矿体上盘沿矿体走向布置上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷，并在上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷内布置风水管路、供电设施；

所述上向扇形深孔凿岩拉底分段的下盘矿体边界位置沿矿体走向布置拉槽联巷，各矿房施工切割井，并利用切割井使拉槽联巷与其上方的下向深孔凿岩中段切割井联巷连通；

在每个矿房的下部布设一条上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷，上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷从拉槽联巷垂直矿体走向往上盘方向至上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷布置，并与下向深孔凿岩中段凿岩巷平行；所有上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷均与上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷及拉槽联巷连通；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段矿块之间的矿块间柱内、自拉槽联巷垂直矿体走向至上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷布置矿块之间出矿联络道，矿块之间出矿联络道与矿块内的各上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷间均通过沿矿体走向布设的出矿进路连通，用于铲车从矿块之间出矿联络道进入各条出矿进路从侧面对各条矿房进行出矿，以增加出矿点；

回采时，从矿体下盘方向利用切割井 和拉槽联巷进行拉槽爆破，形成自由面后往上盘方向逐步爆破进行回采；前期利用上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷进行凿岩爆破，待上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷和下向深孔凿岩中段凿岩巷全部爆破结束后，矿石集中到上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷内集中出矿；

在拉矿运输中段内布置拉矿运输中段穿脉，并在拉矿运输中段的上盘侧布设拉矿运输中段上盘沿脉运输巷、拉矿运输中段的下盘侧布设拉矿运输中段下盘沿脉运输巷，铺设轨道、架线，运送矿石；拉矿运输中段穿脉、拉矿运输中段上盘沿脉运输巷及拉矿运输中段下盘沿脉运输巷连通；拉矿运输中段底板至上向扇形深孔凿岩拉底分段底板之间矿体作为矿块底柱；

每个矿块从拉矿运输中段穿脉内向上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段分别施工一条溜井，溜井分别通过溜井联巷与矿块之间出矿联络道及下向深孔凿岩中段上盘巷连通；每条溜井下部安装振动放矿机一台，上向扇形深孔凿岩拉底分段的溜井用于施工采准工程出渣及后期采矿时出矿使用；下向深孔凿岩中段的溜井前期用作开拓及采切工程掘进出渣，后期也用于采矿时出矿使用；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段切割井周围、沿矿房施工拉底分段上向扇形深孔，在下向深孔凿岩中段切割井周围、沿矿房布置下向扇形深孔，且拉底分段上向扇形深孔与下向扇形深孔的相邻端部上下交错；

每个矿房回采时以切割井为自由面，上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段分别开始拉槽爆破，等拉槽拉够矿房宽度时，再依次从下向深孔凿岩中段切割井联巷向上盘和下盘方向回采，爆破时，上向扇形深孔凿岩拉底分段应超前下向深孔凿岩中段1～2个步距；

矿房每次爆破完，根据空区大小及崩矿量，按比例出矿，确保采场能够形成挤压爆破；等一个矿房的上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段全部爆破结束，便可从出矿进路和上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷开始大量出矿至矿房内矿石全部出完；

待矿房内的矿石全部回收干净后，进行矿房充填；首先将充填管路从地表充填站下放至下向深孔凿岩中段石门巷，然后通过水平管路接到矿房的下向深孔凿岩中段上盘巷，再从下向深孔凿岩中段上盘巷连接至下向深孔凿岩中段切割井联巷和下向深孔凿岩中段下盘联巷；在上向扇形深孔凿岩拉底分段的上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷、出矿进路及拉槽联巷靠近采空区位置4～6米处分别制作充填挡墙，待充填挡墙全部制作完毕后，开始从下向深孔凿岩中段上盘巷、下向深孔凿岩中段切割井联巷和下向深孔凿岩中段下盘联巷作为三个充填落浆点对矿房进行充填，直至和下向深孔凿岩中段底板充平；

矿房充填结束后，便可施工第二个矿房炮孔，以此类推，进入下一个矿房的采充循环；矿房间以及矿块间的间柱，作为支撑矿柱不再回采；

当上一回采中段的矿房全部回采结束，转到下方的中段回采时，上一回采中段的拉矿运输中段转为下一个回采中段的下向深孔凿岩中段；上一回采中段的拉矿运输中段下盘沿脉运输巷转为下向深孔凿岩中段的下向深孔凿岩中段下盘联巷；拉矿运输中段上盘沿脉运输巷转为下向深孔凿岩中段上盘巷；上一回采中段的拉矿运输中段穿脉作为下一回采中段的其中一条下向深孔凿岩中段凿岩巷，进行下一中段的回采。

进一步，所述的矿房宽度均分；所述的矿房间柱宽度为3～5m；矿块间柱宽度为8米。

进一步，自上向扇形深孔凿岩拉底分段施工拉底分段上向扇形深孔，回采高度为14～24m；自下向深孔凿岩中段施工下向扇形深孔，回采高度为25～30m；所述的拉底分段上向扇形深孔与所述的下向扇形深孔端部上下交错1～2m。

进一步，所述的拉矿运输中段高度为7～8m。

进一步，所述的底柱高度为7～8m。

进一步，所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段的出矿进路之间、以及出矿进路与拉槽联巷之间设置5m的矿柱，方便后期回收矿石；相邻的出矿进路中心线之间距离8～10米。

进一步，所述的下向深孔凿岩中段上盘巷布置在下向深孔凿岩中段矿体的上盘方向、且位于上向扇形深孔凿岩拉底分段最后一排上向扇形深孔崩矿移动范围之外；所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷位于距最后一排上向扇形深孔40～45米处。

进一步，在下向深孔凿岩中段、矿块间柱内布置一条矿块之间装药、充填通道；下向深孔凿岩中段凿岩巷以及矿块之间装药、充填通道通过下向深孔凿岩中段切割井联巷、下向深孔凿岩中段下盘联巷以及下向深孔凿岩中段上盘巷连通。

进一步，在每个矿块的端部从上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷往下向深孔凿岩中段施工一条通风行人井，通风行人井与斜坡道连通，用于通风、行人并作为安全出口。

进一步，所述的矿房充填采用1︰20低灰砂比或者全尾砂。

本发明的有益效果是：

本发明采矿方法回采矿石，在矿房与矿房之间留设3～5m的间柱，其作用：一是作为矿房之间的支撑矿柱，矿房的两邦均为稳固的矿石，不容易跨帮，保证矿房之间采空区即使充填接顶率低，也有矿柱支撑，能确保回采的安全；二是矿房充填时可以采用1︰20低灰砂比或者全尾砂充填，降低充填成本；三是相邻矿房回采时不揭露充填体，降低贫化。

本方法在矿体内设置一个分段和两个中段，即下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段和拉矿运输中段；在拉底分段布置矿石回收的底部结构，既能在拉底分段凿岩巷内施工上向扇形深孔进行凿岩爆破，又能够利用凿岩巷和出矿进路很好的回收干净崩落的矿石；在下向深孔凿岩中段布置凿岩巷和切割井联巷，用于施工下向扇形深孔进行凿岩爆破。这样的设计方式相比分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法，少布置一个或者两个凿岩分段，减少了大量的采切工程量，节省了工程费用，还缩短的采准工程工期。

本发明的采矿方法，由于在每个矿房之间都留有3～5m的间柱，因此，在矿房回采结束后，采用低灰沙比或者全尾砂进行矿房充填，这样大大降低了充填成本。回采单元采空区顶板形状设计成梯形，利用了拱形巷道受力结构好的特点，并采取了支护措施，确保在回采以后空区顶板的安全。

本发明能克服下向平行深孔凿岩采矿法存在的矿房顶部需要布置和矿房宽度相同尺寸的凿岩巷或者两条甚至多条凿岩巷带来的采准工程量大，矿块准备时间长的问题。本发明提供一种开采环境安全可靠、地表不塌陷、防止上覆高承压水溃入井下，同时能高效率，低成本的把矿石回采出来，矿石贫化得到有效改善；不仅达到了安全高效开采、保护矿体上覆高承压含水层、控制地表沉降和塌陷的目的，而且贫化率达到3%以下，获得了较大的经济效益和社会效益。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

附图说明

图1为本发明采矿方法工艺流程示意图（主要反映下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段、拉矿运输中段工程沿垂直矿体走向在垂直立面上的相互关系、矿体的赋存状态及水平厚度、回采单元在剖面图上的划分）；

图2为图1的Ⅱ-Ⅱ线剖视图（主要反映上向扇形深孔凿岩拉底分段内工程布置相互关系，以及和运输中段、运输中段内各条溜井、斜坡道的相互关系）；

图3为图1的Ⅲ-Ⅲ线剖视图（主要反映下向深孔凿岩中段内工程布置相互关系，以及和运输中段、运输中段内各条溜井，从上向扇形深孔凿岩拉底分段施工的切割井的相互关系）；

图4为拉槽爆破部分矿石的示意图（主要反映从下向深孔凿岩中段和上向扇形深孔凿岩拉底分段布置扇形深孔，并利用切割井开始拉槽爆破一部分矿石后的情况，上向扇形深孔凿岩拉底分段利用切割井爆破要超前下向深孔凿岩中段一至两个步距，为下向深孔凿岩中段下向扇形深孔爆破提供自由面和补偿空间）

图5为图4的Ⅴ-Ⅴ线剖视图（主要反映上向扇形深孔凿岩拉底分段利用切割井爆破时矿房相对位置，以及后续没有爆破的深孔布设情况、切割井在每个回采单元内相对位置关系）；

图6为矿块内矿房沿矿体走向的相互关系（主要反映下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段、拉矿运输中段每个矿块内自下盘向上盘方向，四个矿房、矿房以及矿块之间的间柱沿矿体走向的相互关系，包括采空区的顶板设计形状、充填体，下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段扇形孔布置相互关系）。

具体实施方式

图中：

1-拉矿运输中段上盘沿脉运输巷， 2-上向扇形深孔凿岩拉底分段出矿巷道，

3-上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷， 4-下向扇形深孔，

5-下向深孔凿岩中段上盘巷， 6-下向深孔凿岩中段切割井联巷，

7-下向深孔凿岩中段凿岩巷， 8-底柱，

9-上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷， 10-顶住，

11-矿体， 12-充填体，

13-出矿进路， 14-溜井，

15-矿房间柱， 16-拉槽联巷，

17-拉矿运输中段下盘沿脉运输巷， 18-拉底分段上向扇形深孔，

19-岩石移动角， 20-斜坡道，

21-分段斜坡联巷， 22-中段斜坡联巷，

23-矿块之间出矿联络道， 24-切割井，

25-下向深孔凿岩中段下盘联巷， 26-矿块之间装药、充填通道，

27-溜井联巷， 28-矿块间柱，

29-通风行人井， 30-下向深孔凿岩中段凿岩巷联络道，

31-拉矿运输中段穿脉。

实施例

本发明适用于矿体水平厚度大于20m，走向长、倾角大于55°的急倾斜矿体、以及矿体下盘边界和底板围岩接触面摩擦力比较小，矿石流动性较好，矿石下盘移动角在30°以上的倾角为30～55°的倾斜矿体中金属和非金属矿体的开采。

图1～图6为本发明采矿方法的工艺流程图。首先通过矿岩力学性质进行矿体回采模型数值模拟计算，确定回采矿房内回采单元的宽度、长度、高度和采空区顶板允许暴露的最大面积，沿矿体走向布置并划分出回采矿块和矿块间柱、矿房间柱的位置，在矿块内布置采准工程；

（1）本实施例中回采中段的高度为45m，长79m，宽为矿体水平厚度，即矿体每间隔垂直高度45m作为一个回采中段，并在回采中段内自上向下设置一个分段和一个中段，分别为上向扇形深孔凿岩拉底分段、拉矿运输中段。

（2）在最上部的回采中段上方设置一下向深孔凿岩中段，并在该下向深孔凿岩中段内布置下向深孔凿岩中段凿岩巷7、下向深孔凿岩中段切割井联巷6、下向深孔凿岩中段下盘联巷25、下向深孔凿岩中段上盘巷5以及矿块之间装药、充填通道26（见图1 Ⅰ-Ⅰ剖面、图3 Ⅲ-Ⅲ剖面）；该下向深孔凿岩中段位于矿房顶部（最上面一个回采中段上方），其上部至矿体基岩面留作矿房的顶柱10，不再回采。

每个矿块内根据勘探线间距划分，沿矿体走向划分为4个矿房和3条间柱，各矿房均垂直矿体走向布置，矿房序号分别为①、②、③、④矿房，矿房宽度均分；相邻的矿房间布置有矿房间柱15，相邻矿块间布置有矿块间柱28，且矿块间柱28宽度大于矿房间柱15宽度；

本实施例中矿房宽度为15米，矿房与矿房之间留有5m宽的矿房间柱15，矿块和矿块之间留有8米宽的矿块间柱28。

在下向深孔凿岩中段内、每个矿房的顶部对应布置一条下向深孔凿岩中段凿岩巷7，在下盘侧矿体边界处布置下向深孔凿岩中段下盘联巷25，在矿体上盘侧布置下向深孔凿岩中段上盘巷5；根据采准工程的布置下向深孔凿岩中段上盘巷5设置在矿体上盘侧上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9最后一排深孔崩矿移动范围之外（即上向扇形深孔凿岩拉底分段最后一排上向扇形深孔岩石移动角60°之外），见图4 Ⅳ-Ⅳ剖面，并在矿块间柱28内布置一条矿块之间装药、充填通道26；

各下向深孔凿岩中段凿岩巷7以及矿块之间装药、充填通道26通过下向深孔凿岩中段切割井联巷6、下向深孔凿岩中段下盘联巷25以及下向深孔凿岩中段上盘巷5连通（见图3 Ⅲ-Ⅲ剖面）；所述的下向深孔凿岩中段上盘巷5内布置有风、水管路，供电设施，为开拓及采切工程和深孔凿岩提供风、水、电；待整个矿房内矿石全部回采结束后，利用下向深孔凿岩中段上盘巷5和下向深孔凿岩中段切割井联巷6、下向深孔凿岩中段下盘联巷25作为三个充填落浆点对矿房进行充填。

另外，可通过在矿体上盘侧边缘施工下向深孔凿岩中段凿岩巷联络道30，以连通下向深孔凿岩中段凿岩巷7与下向深孔凿岩中段上盘巷5，由于不参与回采，其挖掘宽度小于下向深孔凿岩中段凿岩巷7，以减少掘进的工作量。

（3）上向扇形深孔凿岩拉底分段内布置上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3、上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9、上向扇形深孔凿岩拉底分段出矿巷道2、出矿进路13、拉槽联巷16、切割井24、矿块之间出矿联络道23、溜井14、通风行人井29；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段的矿体上盘侧、距离最后一排上向扇形深孔40～45米处沿矿体走向布置上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3（本实施例中上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3距最后一排拉底分段上向扇形深孔45米），并在上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3内布置风水管路，供电设施，为采切工程和深孔凿岩、二次爆破、出矿提供风、水、电。

在上向扇形深孔凿岩拉底分段的下盘巷矿体边界位置沿矿体走向布置拉槽联巷16，并在下向深孔凿岩中段的下向深孔凿岩中段切割井联巷6回采矿房的一侧，采用凿岩台车施工下向深孔，再利用一次成井爆破技术逐段爆破形成切割井24，通过切割井24连通拉槽联巷16以及其上方的下向深孔凿岩中段切割井联巷6；回采时，从矿体下盘方向利用切割井24和拉槽联巷16进行拉槽爆破（见图5 Ⅴ-Ⅴ剖面），形成自由面后往上盘方向逐步爆破进行回采。

从拉槽联巷16垂直矿体走向往上盘方向布置上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9，使上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9设置在上向扇形深孔凿岩拉底分段的各矿房下部，每个矿房布置一条，也叫集矿堑沟，所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9平行于下向深孔凿岩中段凿岩巷7，本实施例中矿块内的各条上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9中心线间距20米；各条上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9一端与拉槽联巷16连通，另一端经上向扇形深孔凿岩拉底分段出矿巷道2与上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3连通；所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段出矿巷道2位于矿体的上盘侧且不参与回采，故其宽度可小于凿岩巷，以减少掘进工作量。

前期利用上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9进行凿岩爆破，待上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9和下向深孔凿岩中段凿岩巷7全部爆破结束后，矿石全部集中到此集矿堑沟内，在此集中出矿。

在上向扇形深孔凿岩拉底分段矿块之间的矿块间柱28内、自拉槽联巷16垂直矿体走向至上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3布置矿块之间出矿联络道23；矿块内各条上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9以及矿块之间出矿联络道23之间利用沿矿体走向布设的出矿进路13相连通，铲车从矿块之间出矿联络道23进入各条出矿进路13从侧面对各条矿房进行出矿，增加出矿点，提高出矿效率；相邻出矿进路13的中心线距离为8米，以方便后期铲车从各条出矿进路13多点出矿将矿房内的矿石回收干净，提高矿石回采率。

此外，相邻两矿块可公用一条矿块间柱28，以减少矿块之间出矿联络道23和矿块之间装药、充填通道26挖掘工作，同时提高回采量。

（4）所述的下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段及拉矿运输中段均以布置在矿体上盘侧斜坡道20相连（参见图1～图4，下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段分别通过中段斜坡联巷22、分段斜坡联巷21与下向深孔凿岩中段上盘巷5和上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3连通），便于设备和人员出入调度兼做安全出口。所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段位于所述的下向深孔凿岩中段与拉矿运输中段之间，当上一回采中段的矿房全部回采结束后，转到下个中段回采时，上一回采中段的拉矿运输中段转为下一个回采中段的下向深孔凿岩中段。

（5）所述的拉矿运输中段位于上向扇形深孔凿岩拉底分段下方（见图1剖面），垂直高度7～8m；在拉矿运输中段内布置拉矿运输中段穿脉31，并在拉矿运输中段的上盘侧布设拉矿运输中段上盘沿脉运输巷1，下盘侧布设拉矿运输中段下盘沿脉运输巷17，拉矿运输中段穿脉31、拉矿运输中段上盘沿脉运输巷1及拉矿运输中段下盘沿脉运输巷17连通，铺设轨道、架线，后利用电机车牵引矿车运送矿石。拉矿运输中段底板至上向扇形深孔凿岩拉底分段底板之间矿体作为矿块底柱8，且所述的底柱高度为7～8m。

每个矿块从拉矿运输中段穿脉31向上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段分别施工一条溜井14，两条溜井14分别通过溜井联巷27与矿块之间出矿联络道23及下向深孔凿岩中段上盘巷5连通；每条溜井下部安装振动放矿机一台，上向扇形深孔凿岩拉底分段的溜井14用于施工采准工程出渣及后期采矿时出矿使用；下向深孔凿岩中段的溜井14前期用作开拓及采切工程掘进出渣，后期也用于采矿时出矿使用。

（6）在每个矿块的端部从上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3往下向深孔凿岩中段施工一条通风行人井29，通风行人井29与斜坡道20连通，其作用一是在矿块做采准工程及后期采矿时进行通风，新鲜风量从中段石门巷进入，经斜坡道20进入掘进作业面或采场，污风沿上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷3经通风行人井29进入下向深孔凿岩中段上盘巷5，然后从下向深孔凿岩中段上盘巷5排至布置在下向深孔凿岩总段的总回风道，最后排出地表；通风行人井29的另一个作业为行人，作为一个安全出口以满足规程要求。

（7）在上向扇形深孔凿岩拉底分段切割井24的周围、以及沿矿房从上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9成排施工拉底分段上向扇形深孔18，自上向扇形深孔凿岩拉底分段底板起回采高度在14～24m；从下向深孔凿岩中段在切割井24周围、以及沿矿房从下向深孔凿岩中段凿岩巷7成排布置下向扇形深孔4，自下向深孔凿岩中段起回采高度在25～30m；并使拉底分段上向扇形深孔18与下向扇形深孔4端部上下交错1～2m。

本实施例中，拉底分段上向扇形深孔18回采高度15m，下向扇形深孔4回采高度25m，拉底分段上向扇形深孔18与下向扇形深孔4端部上下交错2m。

（8）每个矿房回采时以切割井24为自由面，先爆破2排拉底分段上向扇形深孔18，出30%矿量后再依次爆破2～3排拉底分段上向扇形深孔18，直至回采至矿房宽度，然后以已经爆破的切割槽为自由面开始依次爆破正排拉底分段上向扇形深孔18（图2 Ⅱ—Ⅱ剖面），每次爆破4～6排，爆破后只出设计崩矿量的30%，防止出空形不成挤压爆破条件，影响爆破效果。

上向扇形深孔凿岩拉底分段正排爆破一个步距以后，开始从下向深孔凿岩中段爆破，先爆破2排下向扇形深孔4，出30%矿量后再依次爆破2～3排下向扇形深孔4，直至回采至矿房宽度，然后以已经爆破的切割槽为自由面开始爆破正排下向扇形深孔4，每次爆破3排（图2 Ⅱ-Ⅱ剖面），下向扇形深孔4每次爆破后从上向扇形深孔凿岩拉底分段出矿，出矿量要控制在空区内体积为下向扇形深孔4下一步距爆破提供相等的补偿空间，也就是说下向扇形深孔4每次爆破后矿堆正好填满采空区，同时也不会往非爆破区域反矿渣。

上向扇形深孔凿岩拉底分段应超前下向深孔凿岩中段1～2个步距，一是为下向扇形深孔4爆破提供自由面，二是通过拉底分段上向扇形深孔18先爆破后把下向扇形深孔4截断，把孔内的积水和岩粉排泄至下面矿堆内，为后续下向扇形深孔装药提供条件，防止孔内有积水，装药时导致不防水炸药失效，影响爆破效果。

下向扇形深孔4爆破装药时，先用麻绳系上堵塞物将炮孔底部堵住，炮孔底部填塞长度0.5～1m，然后开始装药；下向扇形深孔4两侧和拉底分段上向扇形深孔18爆破后不透的炮孔在装药前，先要使用吸水泵将孔内的水吸干，然后再进行装药。

每个步距每次爆破后，需根据空区大小及崩矿量，按一定比例出矿，防止矿房出的太空，确保采场能够形成挤压爆破，减少采场大块；等一个矿房的上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段全部爆破结束，便可从上向扇形深孔凿岩拉底分段的出矿进路13和上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9开始大量出矿，直至矿房内矿石全部出完。

所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段的出矿进路13之间、以及出矿进路13与拉槽联巷16之间设置5m的矿柱，方便后期回收矿石。

（9）等矿房内的矿石全部回收干净以后，开始进行矿房回采的最后一步：充填。首先将充填管路从地表充填站经过充填钻孔内双金属耐磨管路下方至下向深孔凿岩中段石门巷，然后经过石门巷铺设水平管路接到矿房的下向深孔凿岩中段上盘巷5，再从下向深孔凿岩中段上盘巷5接至下向深孔凿岩中段切割井联巷6和下向深孔凿岩中段下盘联巷25，并把管路安装固定牢固；

然后需要在上向扇形深孔凿岩拉底分段的上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷9、出矿进路13、拉槽联巷16靠近采空区位置大约4米处分别制作充填挡墙，等充填挡墙全部制作完毕后，便可开始从下向深孔凿岩中段的下向深孔凿岩中段上盘巷5和下向深孔凿岩中段切割井联巷6和下向深孔凿岩中段下盘联巷25进行三点充填，直至和下向深孔凿岩中段底板充平；矿房充填结束后，便可施工第二个矿房炮孔，以此类推，进入下一个矿房的采充循环。

矿房之间及矿块之间留设有间柱，作用一是作为矿房之间的支撑矿柱不再回采，矿房的两帮均为稳固的矿石，不容易跨帮，保证矿房之间采空区即使充填接顶率低，也有矿柱支撑，能确保回采的安全；二是矿房充填时可以采用1︰20低灰砂比或者全尾砂充填，降低充填成本；三是相邻矿房回采时不揭露充填体，降低贫化。

矿房顶部下向深孔凿岩中段凿岩巷7采用拱形设计，利用了拱形巷道受力结构好的特点，并采取了支护措施，确保在回采以后空区顶板的安全；矿房回采时，矿房的两侧下向扇形深孔4设计低于下向深孔凿岩中段凿岩巷7底板，爆破后采空区顶板类似于梯形，这样能够保证采空区充填时，空区两侧完全接顶，确保空区安全。

（10）当上一回采中段的矿房全部回采结束，转到下方的中段回采时，上一回采中段的拉矿运输中段转为下一回采中段的下向深孔凿岩中段，重新组成下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段以及拉矿运输中段的上下结构；即上一回采中段的拉矿运输中段下盘沿脉运输巷17转为下向深孔凿岩中段的下向深孔凿岩中段下盘联巷25；拉矿运输中段上盘沿脉运输巷1转为下向深孔凿岩中段上盘巷5；上一回采中段的拉矿运输中段穿脉31可作为下一回采中段的其中一条下向深孔凿岩中段凿岩巷7，进行下一中段的回采。

本发明的采矿方法采用下向扇形深孔和上向扇形深孔组合爆破工艺，主要有以下优点：

（1）本发明采矿方法相比分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法，少布置一个或者两个凿岩分段，减少了大量的采切工程量，节省了工程费用，还缩短的采准工程工期；

（2）本发明采矿方法能克服下向平行深孔凿岩采矿法存在的矿房顶部需要布置和矿房宽度相同尺寸的凿岩巷或者两条甚至多条凿岩巷带来的采准工程量大，采准费用高，矿块准备时间长的问题；

（3）本发明采矿方法在每个矿房之间都留有3～5m的间柱，因此在矿房回采结束后，采用低灰沙比或者全尾砂进行矿房充填，这样大大降低了充填成本；

（4）回采单元采空区顶板形状设计成梯形，利用了拱形巷道受力结构好的特点，并采取了支护措施，确保在回采以后空区顶板的安全。

最后应当说明的是：以上实施例用于说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员对实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质，均应涵盖在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，适用于矿体水平厚度大于20m，走向长，倾角大于55°的急倾斜矿体，以及矿体下盘边界和底板围岩接触面摩擦力比较小，矿石流动性较好，矿石下盘移动角在30°以上的倾角为30～55°的倾斜矿体中金属和非金属矿体的开采；

其特征在于：

矿块沿矿体走向布置；设置回采中段高度45～60m，长60～90m，宽为矿体水平厚度；每个回采中段设置一个分段和一个中段，从上往下分别为上向扇形深孔凿岩拉底分段、拉矿运输中段；

在顶部回采中段的上方设置下向深孔凿岩中段，并在其内部布置下向深孔凿岩中段凿岩巷（7）、下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）、下向深孔凿岩中段下盘联巷（25）、下向深孔凿岩中段上盘巷（5），该下向深孔凿岩中段的上部至矿体基岩面留作矿房的顶柱（10），不再回采；

所述的下向深孔凿岩中段、上向扇形深孔凿岩拉底分段及拉矿运输中段均以斜坡道（20）相连，用于设备和人员出入调度兼做安全出口；

每个矿块根据勘探线间距划分，沿矿体走向划分为4个矿房和3条间柱，各矿房均垂直矿体走向布置，相邻的矿房间布置有矿房间柱（15），相邻矿块间布置有矿块间柱（28），且矿块间柱（28）宽度大于矿房间柱（15）宽度；

在下向深孔凿岩中段内，每个矿房顶部对应布置一条下向深孔凿岩中段凿岩巷（7），所述的下向深孔凿岩中段凿岩巷（7）通过设置于矿体上盘侧的下向深孔凿岩中段上盘巷（5）、位于下盘矿体边界处的下向深孔凿岩中段下盘联巷（25）、以及下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）连通；下向深孔凿岩中段上盘巷（5）内布置有风、水管路、供电设施；

所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段内布置上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）、上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）、出矿进路（13）、拉槽联巷（16）、切割井（24）、矿块之间出矿联络道（23）、溜井（14）；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段的矿体上盘沿矿体走向布置上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3），并在上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）内布置风水管路、供电设施；

所述上向扇形深孔凿岩拉底分段的下盘矿体边界位置沿矿体走向布置拉槽联巷（16），在各矿房施工切割井（24），利用切割井（24）使拉槽联巷（16）与其上方的下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）连通；

在每个矿房的下部布设一条上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9），上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）从拉槽联巷（16）垂直矿体走向往上盘方向至上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）布置，并与下向深孔凿岩中段凿岩巷（7）平行；所有上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）均与上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）及拉槽联巷（16）连通；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段矿块之间的矿块间柱（28）内、自拉槽联巷（16）垂直矿体走向至上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）布置矿块之间出矿联络道（23），矿块之间出矿联络道（23）与矿块内的各上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）间均通过沿矿体走向布设的出矿进路（13）连通，用于铲车从矿块之间出矿联络道（23）进入各条出矿进路（13）从侧面对各条矿房进行出矿，以增加出矿点；

回采时，从矿体下盘方向利用切割井（24）和拉槽联巷（16）进行拉槽爆破，形成自由面后往上盘方向逐步爆破进行回采；前期利用上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）进行凿岩爆破，待上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）和下向深孔凿岩中段凿岩巷（7）全部爆破结束后，矿石集中到上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）内集中出矿；

在拉矿运输中段内布置拉矿运输中段穿脉（31），并在拉矿运输中段的上盘侧布设拉矿运输中段上盘沿脉运输巷（1）、拉矿运输中段的下盘侧布设拉矿运输中段下盘沿脉运输巷（17），铺设轨道、架线，运送矿石；拉矿运输中段穿脉（31）、拉矿运输中段上盘沿脉运输巷（1）及拉矿运输中段下盘沿脉运输巷（17）连通；拉矿运输中段底板至上向扇形深孔凿岩拉底分段底板之间矿体作为矿块底柱（8）；

每个矿块从拉矿运输中段穿脉（31）内向上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段分别施工一条溜井（14），溜井（14）分别通过溜井联巷（27）与矿块之间出矿联络道（23）及下向深孔凿岩中段上盘巷（5）连通；每条溜井下部安装振动放矿机一台，上向扇形深孔凿岩拉底分段的溜井（14）用于施工采准工程出渣及后期采矿时出矿使用；下向深孔凿岩中段的溜井（14）前期用作开拓及采切工程掘进出渣，后期也用于采矿时出矿使用；

在上向扇形深孔凿岩拉底分段切割井（24）周围、沿矿房施工拉底分段上向扇形深孔（18），在下向深孔凿岩中段切割井（24）周围、沿矿房布置下向扇形深孔（4），且拉底分段上向扇形深孔（18）与下向扇形深孔（4）的相邻端部上下交错；

每个矿房回采时以切割井（24）为自由面，上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段分别开始拉槽爆破，等拉槽拉够矿房宽度时，再依次从下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）向上盘和下盘方向回采，爆破时，上向扇形深孔凿岩拉底分段应超前下向深孔凿岩中段1～2个步距；

矿房每次爆破完，根据空区大小及崩矿量出矿，确保采场能够形成挤压爆破；等一个矿房的上向扇形深孔凿岩拉底分段和下向深孔凿岩中段全部爆破结束，便可从出矿进路（13）和上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）开始大量出矿至矿房内矿石全部出完；

待矿房内的矿石全部回收干净后，进行矿房充填；首先将充填管路从地表充填站下放至下向深孔凿岩中段石门巷，然后通过水平管路接到矿房的下向深孔凿岩中段上盘巷（5），再从下向深孔凿岩中段上盘巷（5）连接至下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）和下向深孔凿岩中段下盘联巷（25）；在上向扇形深孔凿岩拉底分段的上向扇形深孔凿岩拉底分段凿岩巷（9）、出矿进路（13）及拉槽联巷（16）靠近采空区位置4～6米处分别制作充填挡墙，待充填挡墙全部制作完毕后，开始从下向深孔凿岩中段上盘巷（5）、下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）和下向深孔凿岩中段下盘联巷（25）作为三个充填落浆点对矿房进行充填，直至和下向深孔凿岩中段底板充平；

矿房充填结束后，便可施工第二个矿房炮孔，以此类推，进入下一个矿房的采充循环；矿房间以及矿块间的间柱，作为支撑矿柱不再回采；

当上一回采中段的矿房全部回采结束，转到下方的中段回采时，上一回采中段的拉矿运输中段转为下一个回采中段的下向深孔凿岩中段；上一回采中段的拉矿运输中段下盘沿脉运输巷（17）转为下向深孔凿岩中段的下向深孔凿岩中段下盘联巷（25）；拉矿运输中段上盘沿脉运输巷（1）转为下向深孔凿岩中段上盘巷（5）；上一回采中段的拉矿运输中段穿脉（31）作为下一回采中段的其中一条下向深孔凿岩中段凿岩巷（7），进行下一中段的回采。

2.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的矿房宽度均分；所述的矿房间柱（15）宽度为3～5m；矿块间柱（28）宽度为8米。

3.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：自上向扇形深孔凿岩拉底分段施工拉底分段上向扇形深孔（18），回采高度为14～24m；自下向深孔凿岩中段施工下向扇形深孔（4），回采高度为25～30m；所述的拉底分段上向扇形深孔（18）与所述的下向扇形深孔（4）端部上下交错1～2m。

4.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的拉矿运输中段高度为7～8m。

5.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的底柱高度为7～8m。

6.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段的出矿进路（13）之间、以及出矿进路（13）与拉槽联巷（16）之间设置5m的矿柱，方便后期回收矿石；相邻的出矿进路（13）中心线之间距离8～10米。

7.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的下向深孔凿岩中段上盘巷（5）布置在下向深孔凿岩中段矿体的上盘方向、且位于上向扇形深孔凿岩拉底分段最后一排上向扇形深孔崩矿移动范围之外；所述的上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）位于距最后一排上向扇形深孔40～45米处。

8.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：在下向深孔凿岩中段、矿块间柱（28）内布置一条矿块之间装药、充填通道（26）；下向深孔凿岩中段凿岩巷（7）以及矿块之间装药、充填通道（26）通过下向深孔凿岩中段切割井联巷（6）、下向深孔凿岩中段下盘联巷（25）以及下向深孔凿岩中段上盘巷（5）连通。

9.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：在每个矿块的端部从上向扇形深孔凿岩拉底分段上盘巷（3）往下向深孔凿岩中段施工一条通风行人井（29），通风行人井（29）与斜坡道（20）连通。

10.根据权利要求1所述的一种下向扇形深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，其特征在于：所述的矿房充填采用1︰20低灰砂比或者全尾砂。

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