下向水平分层干式充填采矿法

摘要

本发明涉及一种采矿方法，该采矿法的回采顺序为从上向下翻层，每个回采层为2－2.2m，回采层底部用物料进行充填，回采过程中随采随充填，该充填层作为下一个回采层的顶板，工作面推进方向由顶板向底板推进；生产过程中回采工作面保持最大控顶距离3.2米，最小控顶距2.2米，在每个回采层设置一至两层钢筋混凝土隔水层，隔水层向一侧倾斜，在下一个分层将水排到水仓，经矿井排水系统排出井外。该方法改变了传统的采矿工艺，采用下向分层的充填采矿法，回采效率提高，做到随采随充填，使采矿及冶炼过程中产生的废物得到充分利用，减少了排放污染物对环境造成的污染，减少了占用土地资源，基本杜绝了冒顶事故发生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采矿方法，尤其是一种回采效率高，能有效防止采空区自燃发火，同时避免地表塌陷情况发生的下向水平分层干式充填采矿法。 

背景技术

充填采矿法属人工支护采矿法。在矿房或矿块中，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。本法适用于开采围岩不稳固的高品位、稀缺、贵重矿石的矿体，地表不允许陷落、开采条件复杂、如水体、铁路干线、主要建筑物下面的矿体以及有自燃火灾危险的矿体等；也是深部开采时控制地压的有效措施。充填法的优点是适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业较安全，能利用工业废料，保护 地表等；缺点是工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力都较低。 

根据所用充填材料和输送方式不同，充填采矿法可分为三种：1、干式充填法：充填材料为专用露天采石场采出的碎石、露天矿剥离或地下矿采掘的废石等。经破碎，用机械、人工或风力输送至采场。2、水力充填法：充填材料为砂、碎石、选厂尾砂或炉渣等，用管道借水力输送至采场。3、胶结充填法：充填材料为水泥等胶凝材料和砂石、炉渣或尾砂等配制的浆状胶结物料，凝固后有一定强度，用管道借水力或机械输送至采场。 

干式充填法应用最早，它的生产效率低，劳动强度大，采矿成本高，至20世纪50年代，已逐渐为其他高效率采矿方法所取代。由于开采深度增加，环境保护要求严格，又急需降低稀缺高价矿石的损失和贫化，各国都加强了对充填新工艺的研究。50～60年代水力充填和胶结充填新工艺投入生产，克服了干式充填的一系列缺点，使充填采矿法的应用比例逐年增加。　20世纪70年代，广泛采用自行无轨设备和斜坡道采准布置，用梯段工作面长采场或包括几个矿块的盘区回采。在回采工艺方面应用上向高分层崩矿，锚杆和金属网支护顶板，低价高强度胶结充填材料等新技术，使充填采矿法得到进一步完善。水力和胶结充填法尚存在工艺复杂，渗滤废水和细泥污染井下环境，充填成本较高等问题，尚需进一步研究改进。 

目前，充填采矿法主要使用上向分层充填法，上向分层充填法是将矿房或矿块在垂直高度上水平地或倾斜地划分分层,由下向上逐层回采。每采完一个分层，随即进行充填。并在充填体中顺路构筑放矿溜井和行人天井。在矿块中布置充填天井，用来下放充填料；有时兼作提运设备、材料、通风和行人用。回采过程是凿岩、崩矿、出矿、架设行人天井和矿石溜井,建造隔 墙,充填和铺盖胶结底板等。水力充填时每一分层充填料上部均铺盖强度较大的胶结底板，以减少出矿时矿石的贫化和损失并提高出矿效率。靠近矿柱建造隔墙，将松散充填料与矿柱隔开，为下一步回采矿柱创造良好的条件。该法用于开采矿石稳固而围岩不稳固的矿体。矿石和围岩均不稳固时，可用微倾斜进路回采，倾角约为7-10°使水力充填或胶结充填材料能自流接顶。矿石中等稳固时，也可用锚杆加固顶板矿石。 

上向分层充填法存在充填后接顶不好、采场顶板容易垮落，垮落后的矿煤掉入充填空隙中，造成矿煤损失同时容易氧化发热引起自燃发火；同时由于接顶不严实，采空区上方还时有小面积的地表塌陷发生。 

发明内容

本发明要解决的就是现有上向分层充填法，采场顶板熔体垮落，采空区上方还时有小面积的地表塌陷发生的问题，提供一种能有效防止矿材自燃，同时避免地表塌陷情况发生的下向水平分层干式充填采矿法。 

本发明的下向水平分层干式充填采矿法，其特征在于该采矿法的回采顺序为从上向下翻层，每个回采层为2－2.2m，回采层底部用物料进行充填，回采过程中随采随充填，该充填层作为下一个回采层的顶板，工作面推进方向由顶板向底板推进；生产过程中回采工作面保持最大控顶距离3.2米，最小控顶距2.2米，在每个回采层设置一至两层钢筋混凝土隔水层，隔水层向一侧倾斜，在下一个分层将水排到水仓，经矿井排水系统排出井外。 

所述的充填层包括充填材料、钢丝网和支撑木梁，支撑木梁预设在回采层底板上，钢丝网铺设在支撑木梁上，充填材料用塑料编织袋装袋后放置在钢丝网上。 

所述的充填层中使用的充填材料为施工过程中产生的矸石和冶炼废渣，加入黄泥或水泥以及自然发火阻化剂后，搅拌均匀得到。 

所述的充填层内还加注浆料，该浆料用充填材料与水搅拌混合而成，每100重量份浆料选用60重量份充填材料和40重量份水混合后，搅拌均匀制成，每充填300mm高的充填材料就加注30mm的浆料，浆料自然流到袋装的充填材料的间隙中，提高装袋后的充填材料的稳固性及密封性。 

所述的回采层内等距离设置单体支柱，相邻各个单体支柱间的距离为800mm。 

本发明的下向水平分层干式充填采矿法，改变传统的采矿工艺，采用下向分层的充填采矿法，回采效率提高，回采率从85％达到93％以上，最大达到了94.7％。贫化率也下降到8％以下；做到随采随充填，使采矿及冶炼过程中产生的废物得到充分利用，减少了排放污染物对环境造成的污染，不需设置专门的矸石山堆放矸石，减少了占用土地资源；同时将采空区空间体积减少到最小，隔绝了浮煤与空气的接触路径，有效的延缓了煤的氧化时间，采空区空顶距离缩小，暴露面积小，暴露时间短、加之充填及时，下沉量小，基本杜绝了冒顶事故发生。 

采用本发明的采矿法，可以极大的提高经济和社会效益，具体如下： 

1、经济效益：

采矿、冶炼成本：据矿山和冶炼厂提供的资料，提炼至区熔锗产品的生产成本为3200元/千克；各种税费：1150元/千克；综合成本：4350元/千克；

区熔锗产品销售价格目前约为9500万元，从锗矿到区熔锗产品的总回收率为80～83%，这里按80％计算，节约的锗资源可以生产的区熔锗产品数量为：243×80%=194.4吨；

产品产量（区熔锗）×(销售价格－采冶综合成本)

=194400千克× (9500元/千克-4350元/千克)×10^－4

=100116万元

按638.68吨的保有储量，平均年耗资源30吨计算的服务年限为21年，以21年计算，平均每年的经济效益为：

100116÷21≈4767万元/年

2、社会效益：

新增加工作岗位80人，解决当地无业人员就业；

上缴税费：1150元/千克×194400千克×10－4=22356万元，按21年计算，平均每年上缴税费：1065万元/年；

充填材料消耗掉公司及周边冶炼厂的尾渣和本矿掘进尾矿，采用尾矿充填不需再建新的尾矿库,显著减少尾渣对环境的污染,有利于节约土地, 还可清除原占用的废弃尾渣堆放场地复用，预计可恢复耕地500亩左右。

本发明的下向水平分层干式充填采矿法还具有以下优点： 

1、下向水平分层干式充填采矿法提高了采区回采率，采区回采率达到95%以上，有效的利用了珍贵的矿产资源，极大的提高了在急倾斜、顶底板极端不稳定矿层回采的回采率；

2、有效的保护了当地的生态环境，回采后基本控制了采空区的塌陷、下沉，保护了当地环境地貌不因采矿塌陷而破坏；

3、矿井基建过程中产生大量的矸石，封包后作充填料，减少了矸石排放量，减少了环境污染，可节省大笔环境治理费用；

4、现充填余下的矸石在基建结束后，作为充填材料的后备，全部要回填到采空区去，对保护当地的生态环境能起到积极的保护作用；

5、矸石排放场占用土地减少；

6、在采用采空区干式封包充填法的同时，改进支护材料，使用可重复使用的单体液压支柱代替坑木，节约了大量的坑木，降低了生产成本；

7、由于提高了回采率，采空区丢煤少，充填又有效的减小了采空区空间，这样就降低了采空区的发火机率。

具体实施方式

实施例1：一种下向水平分层干式充填采矿法，其回采顺序为从上向下翻层，每个回采层为2－2.2m，回采层底部用物料进行充填，回采过程中随采随充填，该充填层作为下一个回采层的顶板，工作面推进方向由顶板向底板推进；生产过程中回采工作面保持最大控顶距离3.2米，最小控顶距2.2米，在每个回采层设置一至两层钢筋混凝土隔水层，隔水层向一侧倾斜，在下一个分层将水排到水仓，经矿井排水系统排出井外。充填层包括充填材料、钢丝网和支撑木梁，支撑木梁预设在回采层底板上，钢丝网铺设在支撑木梁上，充填材料用塑料编织袋装袋后放置在钢丝网上。该充填材料为施工过程中产生的矸石和冶炼废渣，加入黄泥或水泥以及自然发火阻化剂后，搅拌均匀得到。在袋装的充填材料的间隙中，还加注浆料，该浆料用充填材料与水搅拌混合而成，每100重量份浆料选用60重量份充填材料和40重量份水混合后，搅拌均匀制成，每充填300mm高的充填材料就加注30mm的浆料，浆料自然流到袋装的充填材料的间隙中，提高装袋后的充填材料的稳固性及密封性。回采层内等距离设置单体支柱，相邻各个单体支柱间的距离为800mm。 

下向水平分层干式充填采矿法，回采效率提高，回采率从85％达到93％以上，最大达到了94.7％。贫化率也下降到8％以下；做到随采随充填，使采矿及冶炼过程中产生的废物得到充分利用，减少了排放污染物对环境造成的污染，不需设置专门的矸石山堆放矸石，减少了占用土地资源；同时将采空区空间体积减少到最小，隔绝了浮煤与空气的接触路径，有效的延缓了煤的氧化时间，采空区空顶距离缩小，暴露面积小，暴露时间短、加之充填及时，下沉量小，基本杜绝了冒顶事故发生。