采用崩落技术开采大型矿床的方法

摘要

主要用来开采大型矿床的一种改善了安全性，能高效率生产的集中崩落方法。集中程度高，产品纯净。可按垂直或水平两种开采方式作业，由此形成带边界联络巷道的工作面。而此种联络巷道则由从其上崩落下的物料组成之巷道侧帮废石墙保护。本方法还适用于下倾矿层及分段崩落的开采作业。

说明书

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本发明涉及到这样一种采矿方法，即以安全性有了改进的，高生产率的集中崩落方法，来开采属于特大型矿床之实用性强的矿物（如煤矿、铝土矿等）。

现行采矿作业中的一条普遍准则是，应力求用高生产率、低生产成本且更安全和更可靠的开采方法，获取纯净的产品。

上述这些要求对于要从多种矿层或分层中进行采矿，例如开采作为一种重要能源的煤矿时，甚至于是更为关键的因素。

厚层的大矿床为高度集中的开采方法提供了理想的条件。从长远的观点看，只有援用机械化长壁开采式的崩落或分段崩落之类的，保持着高效率和高安全度的现代方法，才可实现全部采出。

拓广矿床工作区的方法是相继地运用长壁工作面或工作带的采矿法。为了创造良好的开采条件，在宽度有时可达100米的工作面之间遗留有许多有用的矿柱。这些矿柱常在稍后的时日回收或合理地留下任其损失。

这些矿柱除用于支撑上层岩石，得以更好地从事巷道维修外，还在工作面之间形成了一道封口，而这对煤矿中为了减少自发燃烧的危险来说是很重要的。

但是，将有用的矿柱留下也会带来一些问题。在日后来回收这些矿柱是一项困难和费钱的作业。当从一厚的矿层采下了一系列的薄层后，这些矿柱就只有被迫留下，这就造成了可观的资源损失并危及到邻近的其他工作区。

以上情况出现在各种开采形式中，例如房柱式、露天式、长壁式以及全机械化的长壁式等采矿方法中。

根据苏联“创造与发明”589，401号中述及的一种已知方法，已构制成一种人工矿柱。此种矿柱可以用在由岩石夹层分隔的矿层中。这类矿层是按连续层次开采，顶层采用露天开采，而其顶板则用杆柱支护。然后开掘通往下层工作面的巷道，留下支撑上层顶板的矿柱。此后，将上述上下两层的顶板崩落来开采底层。

上述系统由于它的各道工序不能组成连续的生产线而限制了它的应用。而且还由于要用杆柱支护顶板以及随后在崩落作业中的困难，使这一系统的费用昂贵。

本发明的目的之一即在于减少既有方法的缺点，并提供一可适用于开采厚矿层的系统。其中所提出的方法，能在可靠和安全的工作面上实现高度的集中、低的投资和高生产率，同时获得更纯净的产品。

按照本发明提出的方法，开采可分为垂直的或水平的两种方式，由此而形成带边界联络巷道的工作面，这样的巷道也可用于运输目的或用作通风道（分别为主平巷或辅助平巷）。这种开采是由崩落工作面来实现。

本发明的特征之一是：联络巷道是由一固结区所保护。此区域则是由上述巷道至少从其一个面上崩落下的物料固结而成，这样便在原处形成了巷道侧帮废石墙。工作面可以是前进式或后退式的，而无用的联络巷道则任其塌落。

长壁工作面可以随着一超前平巷掘进到边界上而向前推进，同时再随着此工作面的向前推进（乙型采掘）而建立起其他巷道。

在长壁的工作面上可以形成许多个固结的崩落区。

长壁工作面上的废弃物料则可以用作构成上述固结区的添加剂。

如果此类废弃物的最大粒度能控制在1毫米以下，或最好控制在0.4至0.6毫米之间，则可让它发挥更好的作用。

二氧化碳（CO₂）也可用作采空固结区的添加剂。采空固结区是在联络巷道的顶板上形成的。

本发明的方法还适用于下倾矿层及分段崩落的开采。在进行分段崩落之前，先把分层开采到矿层的某一预定的水平层上，然后可再重复这一步骤。

在水平面上，工作面可交替地进行前进式的与后退式的开采。但最好是从前进式工作面开始。

在后退式工作面上，联络巷道可以任其塌落。对于半前进式的回采，随工作面建立的联络巷道应该是主平巷（运输用）。

本发明将参照后附的示意图作详细的说明，其中：

图1为长壁工作面的平面图，图中前进式与后退式的工作面呈交替形式，这里不再存在有用的杆柱，但存在有固结区及边界联络巷道;

图2所示明的方法与图1中所表征的相似，但各个工作面均属前进式的;

图3是沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的截面图;

图4说明，在以固结区取代巷道侧帮废石墙时，传统的单个前进式长壁工作面上的开采情况;

图5是沿图4中Ⅴ-Ⅴ线的截面图;

图6说明开采三层结构之矿层时所用的“向下水平分层崩落法”，其中第一层业已开采，而崩落的顶板则在开采下一层之前固结。

图7说明较厚矿层的一个侧面，此矿层可以按许多个回采梯段回撤，其中的第一个回采梯段则供分段崩落而回撤。

在以上的这些图中，实线表示矿层边界，使用中的联络巷道、固结区以及工作面。点线表示废弃的联络巷道。点线标明矿层之间或工作面之间的分区。图中标有以10至89的两位数字的编号;第一位数字是分层或分区的顺序号，第二位数字的函义如下：

0，分区或分层;

1，工作面左侧联络巷道;

2，固结区;

5、“向下水平分层崩落法”的分层;

6、“分段崩落法”的分层;

7、已分层开采的固结顶板。

其他数字的函义为：

90，边界联络巷道;

95，矿层顶板。

图1示明一推进式长壁工作面10。主平巷21及辅助平巷11是与工作面同时开掘的。工作面前进时，顶板即行塌落（浅阴影区），同时沿着主平巷而建立起固结区（深阴影区）。当前进面10抵达边界平巷90时，工作面设备即通过后面而移至工作面20，此工作面20将是一个后退式工作面，利用主平巷21且沿该工作面建立联络巷道31，并在上述工作面后方固结一区域以保护联络巷道31。主平巷21之未派用场的部分即在该工作面与边界巷道90之间塌落。运输和通风依靠巷道21、31、90的敞露部分及工作面本身与图中未标出的干线进行。

图2与3表明了若干前进式长壁工作面。图中所表示出的这一实施例，对于存在有排水问题的矿井是有利的。由于联络巷道是沿着工作面本身上建成的，所以是处在适宜的工作环境下。此法也适用于后退式工作面。不利之处在于，当重新安装工作面设备时，必须运送过一段较长的距离。

图4与5示明一长壁工作面60，这里在联络巷道61和71之间，于其每一侧的采空区内各形成了两层固结的巷道帮壁成“废石垛”。上述这两个固结的“废石垛”间的顶板，同工作面的其余部分一样，处在自然崩落状态。

按照图6，矿石是分三层开采的。在天然顶板之下，分层15已被开采，同时崩落。这一采空区通过添加CO₂已予以固结，从而形成固结区27，而此区域即将成为分层26的顶板。这一人工顶板，对于用分段崩落法继续开采26之下的分层来说，强度是足够了。人工顶板为“彻底采净”提供了良好的工作条件。分层26的崩落采空区则再次固结成下一个开采层（分层35）的顶板。

图7说明按照一系列分层来开采很厚之矿层的情形。按照本发明的这一实施例，分层16是用分段崩落法开采的。崩落的采空区固结成分层27下面之分层的顶板。接下去的一个分层25则用常规方法开采，而崩落物则又再次固结（见图中的对照数码37）成继续用分段崩落法开采的下一层（即分层36）的顶板。

本发明的几个突出优点汇总如下：

（1）本发明可用于绝大多数矿床而不必考虑其大小，特别适用于厚矿层。

（2）垂直面和水平面两者中的固结区，都可为厚矿层废弃物料中常发生的自然灾害提供有效的封隔。

固结的崩落区除能起封隔作用外，还可用作保护工作面主平巷的侧帮废石墙，借此创造更好的工作条件并减少巷道的支撑费用。由固结崩落物而形成的人工顶板，能比分段崩落法提供更安全也更有效的工作条件以及更纯净的产品。

（3）使用固结区当作巷道侧帮废石墙后，就能援用尺寸较小的有长远效益的杆柱，借此可提高回采效率并实现更具连续性的作业方式。

（4）还附带有这样的优点，由于采用了固结的杆柱，也就能改善对岩层的控制。

（5）工作面的位置和大小可适应既定的地质条件，从而能使生产最优化。

（6）可以在不增大成本和不损害安全标准的条件下从事高度集中的开采，并建立大型工作面。除此，还可降低生产费用。

还有一点没有谈及，那就是平均每吨产品所需的巷道数显著地减少，而巷道的维护工作也少了。结果使更集中采掘时的工作面设备之转运费用降低，同时也简化了通风问题。