一种上行式空场嗣后废石胶结充填方法

摘要

本发明属于地下矿山开采技术领域，具体为一种上行式空场嗣后废石胶结充填方法，拟解决常规废石胶结充填时废石与胶结充填料浆混合效果差、充填体强度与稳定性不达标、废石充填时破坏二步骤矿柱规整性等问题。该方法包括以下步骤：先在矿房顶板形成废石回填井与充填孔，然后进行废石回填与胶结充填料浆充填，并在充填过程中调整废石回填量与胶结充填料浆下放量及比例，在废石到达矿房边界前形成胶结充填体护壁层，对二步骤矿柱进行保护，避免废石侵蚀二步骤矿柱边壁，且废石回填与胶结充填料浆充填同时进行，提高了充填效率，改善了废石与充填料浆混合效果，使充填体强度与稳定性满足技术要求。

说明书

技术领域

本发明涉及地下矿山开采技术领域，具体为上行式空场嗣后废石胶结充填方法。

背景技术

目前，矿山行业评价充填效果的指标主要有充填体强度、充填体稳定性与充填速度。在应用的充填采矿法中，废石胶结充填采矿法应用较多。该方法可以有效利用开采过程中产生的废石，减少废石提升运输费用，避免因地表废石堆放而带来的环境生态污染与经济支出等问题，同时可以有效处理采空区，避免出现地表沉陷等危害。

在废石胶结充填过程中，由于废石从上部措施井利用重力回填，废石会不断冲刷二步骤矿柱边壁，破坏其规整性，造成二步骤回采时大量充填体混入矿石中，增大矿石损失贫化；同时，由于目前施工工序为废石回填工作完成后再浇灌尾砂充填料浆，而目前充填料浆多为膏体或似膏体，料浆流动性较差，使得充填料浆不能完全填补废石空隙，混合效果较差，导致充填体强度与充填体稳定性达不到技术要求。

发明内容

本发明的目的是针对目前废石胶结充填的不足，提供上行式空场嗣后废石胶结充填方法，在一步骤矿房废石胶结充填过程中，能够有效防止二步骤矿柱受到废石冲刷，同时增强充填体内废石与充填料浆的混合效果，提高充填体强度和稳定性，且进一步减少充填所需时间，提高充填效率。

上行式空场嗣后废石胶结充填方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤：

步骤a.在采用上行式阶段空场嗣后充填开采的矿房回采后，在矿房顶板内自上盘向下盘方向依次形成一号废石回填井、二号废石回填井，在一号废石回填井两侧各布置一个充填孔，在二号废石回填井两侧各布置一个充填孔，所述一号废石回填井、二号废石回填井作为回填废石的通道，胶结充填料浆通过所述充填孔进入空区并在矿房两侧形成充填体护壁层，所述一号废石回填井与二号废石回填井位于矿房长度方向中轴线上且两者间距为一个矿房宽度B，所述二号废石回填井距下盘围岩脚部水平距离为0.5B，所述充填孔距二步骤矿柱边壁距离为0.5m-1.0m，所述充填孔孔径为0.3m-0.5m；

步骤b.通过一号废石回填井、二号废石回填井，将废石回填到采空区，当一号废石回填井废石回填量达到V₁、二号废石回填井废石回填量达到V₂时，暂时停止回填废石，V₁、V₂的值由公式(1)确定:

式中，V₁为一号废石回填井废石回填量，单位为m³，V₂为二号废石回填井量回填量，单位为m³，B为矿房宽度，单位为m，b为充填体护壁层厚度，单位为m，α为废石堆动自然安息角，单位为°，π为圆周率；

步骤c.布置充填支管连接充填主管与充填孔；

步骤d.通过一号废石回填井、二号废石回填井继续进行废石回填，同时通过各充填孔下放胶结充填料浆，在此过程中，两侧充填孔下料速率之比为1:1，一号废石回填井、二号废石回填井下料速率之比由公式(2)确定，废石回填量与胶结充填料浆充填量之比由公式(3)确定：

式中，为一号废石回填井与二号废石回填井废石充填量之比，为废石回填总量V与胶结充填料浆充填总量V₃之比，L为采场长度，单位为m，β为矿体倾角，单位为°，h为废石回填干堆高度，单位为m，K为废石堆松散系数；

步骤e.待废石堆到达矿房顶板时，停止废石回填，仅输送胶结充填料浆，直至在采空区内形成充分接顶充填体，停止胶结充填料浆的输送，即完成本矿房废石胶结充填。

步骤c中，所述充填支管采用充填软管，各充填软管管径相同，且连接各个充填孔的充填软管与充填主管间采用并联连接，以控制下料速度。

步骤e中，当废石回填总量V达到公式(4)中的值时，废石堆即到达矿房顶板，此时停止废石回填：

式中，H为矿房高度，单位为m，其余各变量含义如前所述。

步骤e中，当胶结充填料浆充填总量V₃达到公式(5)中的值时，采空区即实现充分接顶，此时停止输送充填胶结充填料浆，完成本矿房废石胶结充填：

式中，V₃为胶结充填料浆充填总量，其余各变量含义如前所述。

所述废石堆动自然安息角α与废石堆松散系数K根据相关规范确定，优选的，废石堆动自然安息角α为35°-40°，废石堆松散系数K为1.2-1.7。

废石回填时，所用废石采用无轨矿卡运输至废石回填井附近，并采用前装机或铲运机倒运废石并卸入废石回填井。

有益效果

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

本发明通过改变现有废石胶结充填方法，充填料浆与废石同时回填，减少了充填所需时间，增强了充填料浆与废石的混合效果，提高了充填效率，使得充填体强度显著提高，充填体更加稳定。同时，将充填孔布置于矿房两侧，利用胶结充填体形成护壁层，防止废石冲刷二步骤矿柱边壁，有效解决了因废石侵蚀二步骤矿柱而造成的矿石损失、贫化问题，提高了采矿作业经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明

图1是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房宽度方向剖面图(布置充填孔与废石回填井)；

图2是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房宽度方向剖面图(废石回填)；

图3是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房宽度方向剖面图(废石与充填料浆同时回填)；

图4是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房宽度方向剖面图(充填接顶)；

图5是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房长度方向剖面图(废石回填)；

图6是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房长度方向剖面图(废石与充填料浆同时回填)；

图7是本发明提供的上行式空场嗣后废石胶结充填方法的一种实施例的沿矿房长度方向剖面图(充填接顶)；

图中：1—充填孔；2—一号废石回填井；3—顶板；4—废石堆；5—胶结充填体护壁层；6—混合充填体，；7—充填料浆；8—二号废石回填井。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“布置”应做广义理解。例如，充填孔与废石回填井可以采用钻机钻孔，也可以是爆破形成，也可以是工程预留。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1至图7所示，本发明上行式空场嗣后废石胶结充填方法的施工步骤为：

第一步，矿房回采后，在顶板3中自上盘向下盘方向依次形成一号废石回填井2，二号废石回填井8，其中，在一号废石回填井2两侧各布置一个充填孔1，在二号废石回填井8两侧各布置一个充填孔1，充填孔1沿矿房左右两侧布置，距二步骤矿柱边壁为0.5m-1.0m，直径为0.3m-0.5m，一号废石回填井2和二号废石回填井8在矿房长度方向中轴线上，直径为1.0m-1.5m，一号废石回填井2和二号废石回填井8间距为一个矿房宽度，二号废石回填井8距下盘围岩脚部水平距离为0.5个矿房宽度。

第二步，通过一号废石回填井2和二号废石回填井8，将废石回填到采空区，当一号废石回填井2废石回填量达到V₁、二号废石回填井8废石回填量达到V₂时，暂时停止回填废石，一号废石回填井2废石回填量V₁和二号废石回填井8废石回填量V₂由公式(1)确定：

式中，V₁为一号废石回填井废石回填量，单位为m³，V₂为二号废石回填井量回填量，单位为m³，B为矿房宽度，单位为m，b为充填体护壁层厚度，单位为m，α为废石堆动自然安息角，单位为°，π为圆周率。

废石回填时，所用废石采用无轨矿卡运输至废石回填井附近，并采用前装机或铲运机倒运废石并卸入废石回填井。

第三步，布置充填软管连接充填主管与充填孔1，各充填软管管径相同，且连接各个充填孔的充填软管与充填主管间采用并联连接，以控制下放速度。

第四步，通过一号废石回填井2、二号废石回填井8与充填孔1同时进行废石回填与胶结充填料浆下放，在此过程中，两侧充填孔下料速率之比为1:1，一、二号废石回填井下料速率之比由公式(2)确定，废石回填量与胶结充填料浆充填量之比由公式(3)确定：

式中，为一号废石回填井与二号废石回填井废石充填量之比，为废石回填总量V与胶结充填料浆充填总量V₃之比，L为采场长度，单位为m，β为矿体倾角，单位为°，h为废石回填干堆高度，单位为m，K为废石堆松散系数。

如此在下放废石的同时输送胶结充填料浆，能够减少充填所需时间，提高充填能力，并且改善胶结充填料浆与废石的混合效果，形成混合充填体6，提高废石胶结充填体强度，同时从充填孔下放的胶结充填料浆在采空区两侧形成胶结充填体护壁层5，防止废石冲刷二步骤矿柱边壁，保护二步骤矿柱；

第五步，待废石堆到达矿房顶板3时，停止废石回填，仅输送胶结充填料浆，直至在采空区内形成充分接顶充填体，即完成本矿房废石胶结充填，停止废石回填时，废石累计回填量V可根据公式(4)确定，停止料浆输送时，胶结充填料浆总输送量V₃由公式(5)确定:

式中，H为矿房高度，单位为m，其余各变量含义如前所述。

式中，V₃为胶结充填料浆充填总量，其余各变量含义如前所述。

本发明在废石充填的基础上，重新规划充填工序，实现充填效率的提升，和充填料浆与废石混合效果的增强，从而获得强度更高、稳定性更好的充填体。

下面以矿体倾角60°、采场高度47m、宽度15m、长度50m的阶段空场嗣后废石胶结充填采矿法开采后矿房充填为例，详细说明上行式空场嗣后废石胶结充填方法：

第一步、在顶板3中自上盘向下盘方向依次形成一号废石回填井2，二号废石回填井8；在一号废石回填井2两侧各布置一个充填孔1，在二号废石回填井8两侧各布置一个充填孔1，充填孔1沿矿房左右两侧布置，距二步骤矿柱边壁为0.5m，直径为0.3m，一号废石回填井2和二号废石回填井8布置在矿房长度方向中轴线上，直径为1.5m，一号废石回填井2和二号废石回填井8间距为15m，二号废石回填井8距下盘围岩脚部水平距离为7.5m。各个充填孔1与充填主管之间采用管径相同的充填软管并联连接。

第二步、仅回填废石，废石堆动安息角为35°，一号废石回填井2和二号废石回填井8各回填251.43m³废石，使得废石堆底部距二步骤矿柱边壁0.5m，预留0.5m厚充填体护壁层的空间。废石回填时，所用废石采用无轨矿卡运输至废石回填井附近，并采用前装机或铲运机倒运废石并卸入废石回填井。

第三步、同时回填废石与下放充填料浆，废石堆松散系数为1.5，一号废石回填井2和二号废石回填井8废石下放速率比废石回填量与胶结充填料浆量之比与废石回填干堆高度h之比见表1，在此过程中，两侧充填孔1下料速率之比为1:1，直至废石回填总量达到32638.25m³时，停止废石回填。

表1与参数h的关系

第四步、仅充填胶结充填料浆，当胶结充填总量达到13491.17m³时，采空区内充填体充分接顶，停止输送胶结充填料浆，完成本矿房废石胶结充填

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。