CN116201546B - 下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法 - Google Patents
下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，涉及采矿领域。该方法包括：S1.采用下向分段空场嗣后充填采矿法回采矿体；S2.上分段采场出矿完成后，在底部敷设对应下分段采场的通风管道，通风管道的管道内端进行封口，通风管道的管道外端布置在采场外；S3.对上分段采场进行采场充填；S4.对下分段采场进行回采，爆开管道内端，通风管道与所述下分段采场贯通，形成下分段采场的回风通道；S5.下分段采场出矿完成后，执行S2，然后利用上分段采场的通风管道执行S3；S6.重复S1和S5，直至矿体回采结束。该方法解决了人员无法进入采场固定充填通风管以及填通风管道上浮的问题。
Description
技术领域
本申请涉及采矿领域，尤其涉及一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法。
背景技术
破碎不稳固矿体开采一般采用上向进路胶结充填采矿法或下向进路胶结充填采矿法，然而上述两种采矿方法具有生产能力小、工序复杂、工人劳动强度大和安全性差等缺点。
为提高破碎不稳固矿体开采效率，领域内技术人员发明了一种相邻采场竖向交错布置的下行式分段空场嗣后采矿法，详见专利《下行式空场嗣后充填采矿法》（专利号：ZL202010088255.3）。同时，针对专利《下行式空场嗣后充填采矿法》（专利号：ZL202010088255.3）对充填、凿岩、爆破等环节技术要求高等缺点，领域内技术人员发明了《一种下向分段空场嗣后充填采矿方法》（专利号：ZL202211112598.4），提高矿石回采的安全性、可靠性和减少采准工程量。
通风和充填是充填采矿法开采工艺中不可缺少的工序，通风即是形成通风循环，新鲜风进入采场，携带采场内有毒有害的炮烟变成污风进入回风井，是保证矿石回采操作人员安全必不可少的工序。充填即是采场矿石出矿完成后，将地表制备的充填料浆输送至采场，形成具有一定强度的充填体，为后续矿石的安全回采提供力学支撑等作用。因此，通风和充填是影响充填采矿工艺回采效率和安全性的重要工序。
通风和充填是下向分段空场嗣后充填采矿法的难题，该方法不同于下向进路充填采矿法，人员无法进入采场内构筑充填通风井，这导致采场矿石回采过程中无法形成风路循环，新鲜风和污风均从凿岩出矿巷进出，导致采场通风作业时间过长，采场作业环境差和出矿效率低。
目前下向分段空场嗣后充填采矿法通风和充填的常规做法主要有以下两种：
1）上部采场充填体内开凿回风巷兼做充填巷
在下部采场矿体开采前，通过在其上部采场充填体内开凿一条回风巷作为下部采场矿体回采的回风通道，并兼做充填巷；
该方法存在以下缺点：
①充填体内铺设有钢筋，导致开凿回风巷施工难度大，开凿回风巷将影响充填体作为顶板的整体稳定性，增加了矿石回采的安全风险；
②相比于岩石，充填体的强度通常较低，回风巷凿岩过程中支护量较大；
③回风巷作为下部采场矿体开采的回风通道，也是下部采场矿体爆破的自由面，回风巷受爆破冲击影响较大，导致回风巷爆破前后均需加固支护。
④施工回风巷增加了采准工程量，且需重复构筑充填挡墙，增加了成本和降低了开采效率。
2）上部采场联络巷施工充填钻孔至下部采场
该方法只能用于采场充填，不能解决采场通风的问题。当下部采场矿石出矿完成后，自上部采场联络巷施工1~2个充填钻孔至下部采场，充填管自充填钻孔伸入采场内对下部采场进行充填，同时需施工排气孔兼做充填的观察孔；
该方法存在以下缺点：
①无法解决下向分段空场嗣后充填采矿法通风的问题；
②施工充填钻孔和排风孔，增加了采准工程量，增加成本和影响回采效率；
③充填钻孔施工技术要求高，严格控制偏斜率以保证孔底落在设计位置；
④采场不能充填接顶，影响了充填体顶板的整体稳定性。
此外，专利CN106523014A公开了一种用于下向分层充填采矿法高温采场的通风系统及方法；该方法利用了采场顶部的温差和矿井内的自然压差进行通风，前提是在采场充填前，工人进入采场内构筑构筑回风小井和回风平巷，这不同于下向分段空场嗣后充填采矿法，工人无法进入采场内部构筑通风设施。专利CN204238962U公开了一种用于下向进路充填采矿通风的辅助装置；该方法针对沿矿体走向布置的下向充填进路回风路线长的问题，设计采用可伸缩刚性风筒紧跟掌子面，缩减通风路径。同样地，该方法需要工人进入采场内构筑充填回风井、安装锚杆和挂钩等，这不同于下向分段空场嗣后充填采矿法，工人无法进入采场内部构筑通风设施。
基于此，研究一种针对下向分段空场嗣后充填采矿法的通风、充填相关的工艺方法，在采矿领域具有重大意义。
发明内容
本申请的目的在于提供一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，包括：
S1.采用下向分段空场嗣后充填采矿法回采矿体；
S2.上分段采场出矿完成后，在底部敷设对应下分段采场的通风管道，所述通风管道布置在采场内的一端为管道内端，所述管道内端进行封口，所述通风管道的另一端为管道外端，所述管道外端布置在采场外；
S3.对所述上分段采场进行采场充填；
S4.对所述下分段采场进行回采，爆开所述管道内端，所述通风管道与所述下分段采场贯通，形成所述下分段采场的回风通道；
S5.所述下分段采场出矿完成后，执行所述S2，然后利用所述上分段采场的所述通风管道执行所述S3；
S6.重复所述S4和所述S5，直至矿体回采结束。
优选地，所述通风管道为钢管、塑料管或复合材料管中的任一种；
所述通风管道的直径为50-1000mm。
优选地，所述管道内端采用密封件封口；
所述密封件包括不透液体的柔性材料或硬质材料。
优选地，所述通风管道的所述管道内端敷设至与所述下分段采场的切割井正对的位置；
所述管道内端采用碎砂埋压；
所述管道外端敷设至相应充填挡墙或所述充填挡墙之外。
优选地，所述S4中，爆开所述管道内端包括：
在所述下分段采场的所述切割井爆破过程中将所述管道内端爆开。
优选地，所述下向分段空场嗣后充填采矿法的分段高度范围为5m-80m，采用中深孔或大直径深孔进行爆破。
优选地，所述S5中，利用所述上分段采场的所述通风管道执行所述S3包括：
通过将所述通风管道的剩余部分直接连接充填管对采场进行充填，或将充填管通过所述通风管道的剩余部分伸入采场内对采场进行充填。
优选地，所述通风管道内充填液体。
优选地，所述液体为水或者密度不小于水的液体。
优选地，所述管道外端与注液管道通过法兰或卡箍密封连接，所述注液管道设置有用于控制注液开启和关闭的注液阀，所述管道外端设置排气管，所述排气管设置有用于控制排气开启和关闭的排气阀。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，通过创新性地提出在上分段采场埋设通风管道作为上分段的充填管和下分段的通风管，不用施工其他工程，解决了上部采场充填体内开凿回风巷兼做充填巷和上部采场联络巷施工充填钻孔至下部采场两种常规做法的缺点。本申请提供的方法具有极强的可操作性，可有效提高下向分段空场嗣后充填采矿法的回采能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例提供的通风充填设施的结构示意图；
图2为实施例提供的管道内端的放大图；
图3为实施例提供的管道外端的放大图；
图4为实施例提供的通风管道的不同状态的示意图；
图5为实施例提供的通风充填设施的风路正视示意图；
图6为实施例提供的采场示意图；
图7为实施例提供的通风充填设施的风路俯视示意图；
图8为对比例提供的开采方法使用的通风充填设施的结构的正视示意图；
图9为对比例提供的开采方法使用的通风充填设施的结构的侧视示意图；
图10为对比例提供的开采方法使用的通风充填设施的结构的俯视示意图。
附图标记：
1-上分段采场；2-下分段采场；3-切割井；4-脉巷；5-采场联络巷；6-新风；7-凿岩出矿巷；8-污风；9-回风井；10-分段运输巷；11-采场联络道；12-钻孔；
100-通风管道；101-管道内端；102-管道外端；200-水；300-充填挡墙；400-填充管；
1011-管道内端密封件；1021-注水管；1022-排气管；1023-管道外端密封件；1024-注液阀；1025-排气阀。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，包括：
S1.采用下向分段空场嗣后充填采矿法回采矿体；
S2.上分段采场出矿完成后，在底部敷设对应下分段采场的通风管道，所述通风管道布置在采场内的一端为管道内端，所述管道内端进行封口，所述通风管道的另一端为管道外端，所述管道外端布置在采场外；
S3.对所述上分段采场进行采场充填；
S4.对所述下分段采场进行回采，爆开所述管道内端，所述通风管道与所述下分段采场贯通，形成所述下分段采场的回风通道；
S5.所述下分段采场出矿完成后，执行所述S2，然后利用所述上分段采场的所述通风管道执行所述S3；
S6.重复所述S4和所述S5，直至矿体回采结束。
在一个可选的实施方式中，所述通风管道为钢管、塑料管或复合材料管中的任一种；
所述通风管道的直径为50-1000mm。
通风管道采用具有一定刚度的材料，不宜被充填料浆压扁，且便于敷设。为了保证通风量和充填速度以及稳定性，需要控制一定的尺寸。
在一个可选的实施方式中，所述管道内端采用密封件封口；
所述密封件包括不透液体的柔性材料或硬质材料。
柔性材料例如不透液体的布，采用绑扎的方式进行封口；硬质材料例如塑料板，制成相匹配的密封件进行封口。
需要说明的是，柔性材料或硬质材料不局限于不透液体的布和塑料板。
在一个可选的实施方式中，所述通风管道的所述管道内端敷设至与所述下分段采场的切割井正对的位置。
管道长度根据采场长度及下分段采场切割井位置综合确定。管道内端敷设至下分段采场切割井垂直正对位置；
所述管道内端采用碎砂埋压；
所述管道外端敷设至相应充填挡墙或所述充填挡墙之外。
为保证下分段采场切割井爆破过程中能将管道内端爆开，通风管道敷设过程中，用遥控铲运机铲运1~2铲碎砂埋住管道内端。
管道外端采用自然通风或设置抽风机辅助通风。
在一个可选的实施方式中，所述S4中，爆开所述管道内端包括：
在所述下分段采场的所述切割井爆破过程中将所述管道内端爆开。
管道内端与下分段采场贯通的标志为下分段采场爆破后管道外端有污风排出；所述通风管道的所述管道外端敷设至相应充填挡墙或所述充填挡墙之外。
若管道内端与下分段采场未实现贯通，通过专业爆破人员将小捆炸药塞入管道内端处，人工辅助开口使管道内端与下分段采场实现贯通。
在一个可选的实施方式中，所述下向分段空场嗣后充填采矿法的分段高度范围为5m-80m，采用中深孔或大直径深孔进行爆破。
管道外端敷设至超出充填挡墙0~10m，与外部工程巷道连通。
在一个可选的实施方式中，所述S5中，利用所述上分段采场的所述通风管道执行所述S3包括：
通过将所述通风管道的剩余部分直接连接充填管对采场进行充填，或将充填管通过所述通风管道的剩余部分伸入采场内对采场进行充填。
在一个可选的实施方式中，所述通风管道内充填液体。
在一个可选的实施方式中，所述液体为水或者密度不小于水的液体。
考虑到人员无法进入采场固定充填通风管，充填过程中埋设的充填通风管会上浮，又创新性地提出在通风管道中注入液体，使其重力大于浮力，解决通风管道上浮的问题。
在一个可选的实施方式中，所述管道外端与注液管道通过法兰或卡箍密封连接，所述注液管道设置有用于控制注液开启和关闭的注液阀，所述管道外端设置排气管，所述排气管设置有用于控制排气开启和关闭的排气阀。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例
本实施例提供一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，包括如下步骤：
（1）如图1所示，上分段采场1出矿完成后，利用遥控铲运机在采场底部敷设1根管道直径300mm的高分子材料的通风管道100，管道内端101敷设至下分段采场2的切割井3（见图5）的爆破位置处，用不透液体的布作为管道内端密封件1011对管道内端101进行绑扎封闭（如图2所示），便于注入水200；管道外端102位于采场联络道。
（2）砌筑充填挡墙300，敷设的通风管道100砌筑于充填挡墙300的底部，超出挡墙0.5m，并固定牢靠；
（3）如图3所示，管道外端102装有法兰盘，注水管1021和排气管1022焊接在管道外端密封件1023上，该管道外端密封件1023边缘留有螺栓孔，与管道外端102的法兰通过螺栓连接密封。注水管1021采用DN50的无缝钢管，注水管1021上安装一个DN50的球阀作为注液阀1024，排气管1022采用DN15的无缝钢管，排气管1022端部安装一个DN15的球阀作为排气阀1025；
（4）开启排气管1022上的排气阀1025，开启注水管1021上的注液阀1024，向通风管道100内注入水200，当排气管1022上有水流出时，关闭注水管1021上的注液阀1024，关闭排气管1022上的排气阀1025，注水结束；
（5）通过填充管400对上分段采场1进行充填，待下分段采场2开采前，将管道外端102与密封件拆开，通风管道100内的水200自然流出；其状态变化如图4所示，左侧（a）中，上分段采场1充填之前，通风管道100内充满水200；
（6）如图5、图6和图7所示，下分段采场2的切割井3的爆破中将上分段采场1中敷设的φ300mm的通风管道100的管道内端101爆开，若敷设管道外无风流，则安排专业爆破人员人工将φ300mm的管道内端101爆开（如图4所示，右侧（b）中，上分段采场1充填完毕且管道内端101爆开之后，通风管道100内流通空气），使下分段采场2内的污浊空气能够从通风管道100排出，形成通风循环；
如图5所示，自分段沿脉巷4一端，沿着采场联络巷5，新风6经过凿岩出矿巷7、切割井3、通风管道100，形成污风8，通过回风井9排出；
（7）下分段采场2的矿石出矿完成后，将上分段采场1的通风管道100与填充管400连通，对该下分段采场2进行充填，同时在下一个下分段采场内重复上述步骤（1）~（6）。
对比例
江西某铜矿采用下向分段空场嗣后充填采矿法进行开采，沿矿体走向每隔100米划分一个盘区，沿矿体垂直方向每50m高度划分一个中段，每个中段划分为4个分段，盘区内划分多个采场进行回采。采场垂直于矿体走向布置，采用中深孔凿岩爆破回采，采场宽度为8~10m，采场长度为矿体厚度。阶段内上下分段的采场在水平方向上交错布置，采场上盘矿体内靠近围岩布置连续的切割联巷，采场内布置凿岩运输巷，在采场下盘围岩中布置分段运输巷10，如图8、图9和图10所示。
上述采矿方法中，采场内新鲜风和污风均从凿岩出矿巷7进出，未形成通风循环，导致采场通风时间长，作业环境差，影响了采场的生产能力和人员的健康。当采场矿石出矿完成后，需从上分段采场联络道11施工钻孔12至下分段采场2，作为充填钻孔，这不仅增加了充填成本和充填时间，而且钻孔12施工技术要求高，否则无法与下分段采场贯通。
与现有技术进行对比，本发明有如下优点：
1）实施方便快捷
不同于现有技术中需开凿回风巷或充填钻孔，本发明通过在采场底部敷设管道，利用遥控铲运机或从采场外即可将敷设管道放进采场内，避免了下向分段空场嗣后充填采矿法工人无法进入采场的构筑设施的问题，实施简便。
2）成本低、效率高
不同于现有技术中需开凿回风巷或充填钻孔，无需增加采准工程量，相比于回风巷掘支约5000元/米，充填钻孔约1500元/米的费用，本发明不仅大幅度地降低了成本，而且节约了采准工程时间，提高了回采的效率。
3）实施技术难度低，安全性高，效果佳
充填体内开凿回风巷因充填体内有钢筋和充填体强度低等原因，施工较困难，支护成本高，破坏充填体整体稳定性，而在上部采场联络巷施工充填钻孔只能用于下部采场充填，不能解决下部采场通风问题。本发明可有效克服上述两种做法的缺点，实施技术难度低，安全性高，同时通过在充填通风管道中注入密度不低于水的液体，可防止充填通风管道上浮的问题，效果佳。
本申请可解决下向分段空场嗣后充填采矿法采场通风充填的难题，该发明创新性地提出在上分段采场埋设充填通风管道，考虑到人员无法进入采场固定充填通风管，充填过程中埋设的充填通风管道会上浮，又创新性地提出在充填通风管道中注入密度不低于水的液体，使其重力大于浮力，解决充填通风管道上浮的问题。因此，本发明不仅具有创新性，而且具有可操作性，可有效提高下向分段空场嗣后充填采矿法的回采能力，改善作业环境，提高安全性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，包括：
S1.采用下向分段空场嗣后充填采矿法回采矿体；
S2.上分段采场出矿完成后，在底部敷设对应下分段采场的通风管道，所述通风管道布置在采场内的一端为管道内端，所述管道内端进行封口，所述通风管道的另一端为管道外端，所述管道外端布置在采场外；
S3.对所述上分段采场进行采场充填；
S4.对所述下分段采场进行回采，爆开所述管道内端，所述通风管道与所述下分段采场贯通，形成所述下分段采场的回风通道；
S5.所述下分段采场出矿完成后，执行所述S2，然后利用所述上分段采场的所述通风管道执行所述S3；
S6.重复所述S4和所述S5，直至矿体回采结束。
2.根据权利要求1所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述通风管道为复合材料管；
所述通风管道的直径为50-1000mm。
3.根据权利要求1所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述管道内端采用密封件封口；
所述密封件包括不透液体的柔性材料或硬质材料。
4.根据权利要求1所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述通风管道的所述管道内端敷设至与所述下分段采场的切割井正对的位置；
所述管道内端采用碎砂埋压；
所述管道外端敷设至相应充填挡墙或所述充填挡墙之外。
5.根据权利要求4所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述S4中，爆开所述管道内端包括：
在所述下分段采场的所述切割井爆破过程中将所述管道内端爆开。
6.根据权利要求1所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述下向分段空场嗣后充填采矿法的分段高度范围为5m-80m，采用中深孔或大直径深孔进行爆破。
7.根据权利要求1所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述S5中，利用所述上分段采场的所述通风管道执行所述S3包括：
通过将所述通风管道的剩余部分直接连接充填管对采场进行充填，或将充填管通过所述通风管道的剩余部分伸入采场内对采场进行充填。
8.根据权利要求1所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述通风管道内充填液体。
9.根据权利要求8所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述液体为水或者密度不小于水的液体。
10.根据权利要求1-9任一项所述的下向分段空场嗣后充填采矿法通风充填设施构筑方法，其特征在于，所述管道外端与注液管道通过法兰或卡箍密封连接，所述注液管道设置有用于控制注液开启和关闭的注液阀，所述管道外端设置排气管，所述排气管设置有用于控制排气开启和关闭的排气阀。
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