一种缓倾斜平行中厚矿体群连续回采的充填采矿法

摘要

本发明公开了一种缓倾斜平行中厚矿体群连续回采的充填采矿法，将缓倾斜平行矿体群划分中段，中段内沿走向划分盘区，盘区内划分分段，分矿房矿柱回采，采场垂直矿体走向布置。脉外分段巷道、分层联络道、溜井联络道、溜井、人行进风上山等主要采准工程布置在矿体下盘，充填回风井、下矿层回风充填井联络道、滤水井联络道等采准工程分别布置在上矿层、下矿层内，通过盘区底部的穿脉巷道连通。从靠近最下部分层的上一分层掘脉内凿岩巷道自下往上逐层回采，分层采用采二出二充一的作业循环。盘区内多个矿房同时作业，互不干扰，实现连续开采。本发明是基于盘区上向水平分层充填采矿法的优化改进，可同时回采平行多层矿脉，分采分运。

说明书

技术领域

本发明属于地下金属矿和非金属矿山开采领域，尤其涉及一种缓倾斜平行中厚矿 体群连续回采的充填采矿法。

背景技术

我国贵州瓮安地区磷矿床类型属于海源胶体化学聚集—盆内颗粒再沉成因磷矿 床，矿床规模大，区内赋存两层矿（上层矿和下层矿），为缓倾斜中厚矿体，连续性较好。上层 矿为为钙镁质磷块岩矿石，适宜于制造普通磷肥或磷酸，下层矿为硅钙质磷块岩矿，适宜于 制造高价值的黄磷。开采时需分采分运。两矿层间有一平均厚度4m的夹层。该矿体顶板充 水，地表有河流流经矿区，矿体顶板、矿体及夹层稳定性差。故该矿开采难点如下：①矿体为 缓倾斜中厚难采矿体；②矿体顶板为充含水层，水文地质条件较复杂；③矿体及顶板稳固性 较差，节理裂隙发育；④两近距离矿层同采，且两层矿矿石需分采分运。

根据该磷矿开采技术条件，矿体顶板充水且由河流流经矿区，故不能采用崩落法 开采，而矿体顶板、矿体及夹层稳定性差，故不宜采用空场法开采。因此，受开采技术条件制 约，只宜采用充填法开采。

近年来，不少学者针对缓倾斜中厚磷矿开采研发了一系列充填采矿法，如中国专 利CN201410358099公开了一种缓倾斜中厚磷矿体的机械化连续出矿、条带式分层充填采 矿方法，该方法采用煤矿综采面布置形式，综掘机或连采机进路式落矿，皮带连续运矿。生 产连续、产量高、安全性好、投资少。但该方法采矿时进路沿倾向推进，对于上下两平行矿层 同采，则难以保证采场安全，且采用皮带运输难以实现两种矿石及废石的分运。中国专利 CN201110393951公开了一种缓倾斜中厚矿体无阶段沿走向分条连续嗣后充填采矿法，该方 法在矿体内布置折返式无轨斜坡道，利用分条采准巷对两侧矿体一次性采全厚，采掘比小， 贫化损失小，工艺简单，但不适用于矿体及顶板均不稳固的条件。综上，现有采矿方法均限 于单一矿层开采，或要求顶板较稳固，无法满足矿岩不稳固的缓倾斜平行中厚磷矿群多层 同采、分采分运的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缓倾斜平行中厚矿体群连续回采的充填采矿法，满足 水文地质复杂、矿岩不稳固条件下，平行缓倾斜中厚矿体群安全、高效、大规模连续开采及 多层同采、分采分运的要求。

本发明公开了一种缓倾斜平行中厚矿体群连续回采的充填采矿法，包括以下步 骤：

（1）确定采场沿矿体走向垂直布置，将缓倾斜平行中厚矿体群划分中段，在中段内划分 分段，分段内划分分层；中段内沿走向划分盘区，盘区内连续划分矿房和矿柱；布置好连通 的中段运输平巷、穿脉巷道和盘区回风平巷；

（2）采准巷道掘进布置

a、在中段的矿体下盘布置脉外分段巷道、分层联络道、溜井、溜井联络道和人行进风上 山，人行进风上山起于穿脉巷道后上行与各脉外分段巷道连通，分层联络道起于脉外分段 巷道，分别通向各分层；溜井有上层矿溜井、下层矿溜井和废石溜井，各脉外分段巷道分别 通过溜井联络道与相应的溜井连通，溜井布置于中段运输平巷处；

b、在上矿层和下矿层内分别布置相应的充填回风井，在下矿层内布置下矿层回风充填 井联络道和滤水井联络道；上矿层的充填回风井与盘区回风平巷连通，下矿层的充填回风 井通过下矿层回风充填井联络道与穿脉巷道连通，滤水井联络道与穿脉巷道连通；

（3）回采和充填

盘区内矿房矿柱间隔回采，上矿层和下矿层分采分运；从中段靠近最下部分层的上一 水平分层掘脉内凿岩巷道自下往上逐层回采，同一水平分层，先采上矿层，再采下矿层；在 爆堆上掘穿过夹层的上下矿层联络道，而后先对上矿层的分层进行充填作业，当下矿层的 分层充填后，继续开始下一循环；盘区内多个矿房同时作业，互不干扰，实现连续开采；盘区 内采场的最下部分层留至下一中段回采时最后回采。

作为优选，中段高度约50米，盘区长约120米，分段高度约12.5米，分层高约4.0~ 4.2米，矿房和矿柱的宽度均约为8米，盘区内矿房矿柱隔一采一。

作为优选，所述脉外分段巷道布置于下层矿边界约20米处，各分段巷道之间通过 辅助斜坡道相连。

作为优选，所述分层联络道分别布置于矿房矿柱分界处。

作为优选，所述溜井的倾斜角度约65度。

作为优选，各中段内的分层采用采二出二充一的作业循环。

作为优选，采用凿岩台车凿岩，装药台车实现爆破，采用铲运机出矿，铲运机分别 将上矿层和下矿层采下的矿石运至相应的溜井。

作为优选，充填料浆采用质量浓度69%~73%，尾砂：磷石膏配比为1:3~1:4的尾砂 磷石膏胶结充填。

上矿层充填作业时在夹层处紧邻采空区的联络道内砌筑充填挡墙，充填挡墙完成 后，由上矿层的回风充填天井向采空区充入充填料浆，充满一个层即停止充填；当下矿层采 场出矿完成后，在采场底板顺路架设滤水井，在紧邻采空区的分层联络道中砌筑充填挡墙， 充填挡墙完成后，由下层矿回风充填天井向采空区充入充填料浆，充满一个层即停止充填； 充填体保养24小时即可进行下一循环工作。

所述穿脉巷道脉内段采用喷砼支护，其他脉外采准巷道采用喷砼或喷锚网支护。 采用尾砂磷石膏充填料浆一次性充填空区，减少暴露时间，并加强采场顶板等的岩石力学 监测。

本发明是基于现有技术盘区上向水平分层充填采矿法的优化改进，可同时回采平 行多层矿脉，分采分运。具有回采安全性高、生产能力大、贫化损失小等特点，特别适用于矿 体及顶板稳固性较差，生产规模大且需要分采分运的平行矿体群回采。

具体说来，本发明将缓倾斜平行中厚矿体群统一考虑，划分中段、盘区，通过穿脉 巷道、穿过夹层的联络道及脉内凿岩巷道等采切工程将上、下两层矿联系到一起，实现整体 上多层矿同时开采。

对于实现分采分运，通过在上下平行矿层内分别布置回风充填天井、回风充填井 联络道及滤水井联络道，在下盘分别布置上层矿、下层矿矿石溜井，同时控制同一矿房内多 个矿层在同一水平分层的先后回采顺序，使得盘区内各层矿的采准系统相对独立，实现盘 区内多层矿的分别开采、分别运输。

对于实现生产能力大，通过在盘区内矿房矿柱隔一采一的回采方式，多个矿房可 同时作业，互不干扰。采用凿岩台车、装药台车、大型铲运机等无轨设备连续作业，自动化程 度高、效率高。

对于减小贫化损失，通过在盘区内沿走向连续划分矿房矿柱，先采矿房后采矿柱， 盘区最下部分层留至下一中段回采时最后回采，无间柱及顶底柱损失，损失率低至10%~ 12%；空区采用尾砂磷石膏胶结充填，减少顶板及夹层冒落，贫化率低至8%。

对于提高回采过程中的安全性，将主要采准工程均布置在下盘稳固性较好的粘土 质砂岩中，通过采场顶板最大允许暴露面积及采场稳定性分析，将矿房矿柱宽度减小到8m， 确保采矿作业安全，同时采用尾砂磷石膏胶结充填，保证顶板含水层的稳定。

附图说明

附图1为本发明的主视示意图（Ⅰ-Ⅰ剖面图）。

附图2为Ⅱ-Ⅱ剖面旋转放大示意图。

附图3为Ⅲ-Ⅲ剖面示意图。

附图4为Ⅳ-Ⅳ剖面旋转放大示意图。

图中：1-中段运输平巷，2-脉外分段巷道，3-下层矿回风充填井联络道，4-滤水井 联络道，5-分层联络道，6-溜井联络道，7-b矿层矿石溜井，8-废石溜井，9-a矿层矿石溜井， 10-a、b矿层联络道，11-回风充填井，12-穿脉巷道，13-胶结充填体，14-夹层，15-盘区回风 平巷，16-人行进风上山，17-滤水井，18-脉内凿岩巷道。

具体实施方式

以贵州绿之磷老虎洞磷矿开发有限公司老虎洞磷矿为例。

老虎洞磷矿处于整个白云岩背斜倾伏端的地下水富集区，矿层顶板为矿区主要含 水层。地表岩根河从南往北流经矿区，为水体下开采矿床。矿区范围内保有111b/331+122b/ 332+333矿石量364647kt，平均品位P₂O₅25.95%。矿体为缓倾斜中厚矿体，主要赋存标高0m~ 800m。矿体共有两层，上层矿为b矿层，倾角15.2o，平均厚度9.13m，为钙镁质磷块岩矿石，适 宜于制造普通磷肥或磷酸；下层矿为a矿层，倾角15.2o，平均厚度16.95m，为硅钙质磷块岩 矿，适宜于制造高价值的黄磷。开采时需考虑分采分运。a矿层与b矿层之间为夹层，夹层平 均厚度3.99m。矿体顶板、矿体和夹层均以细晶白云岩为主，岩石具有硬、脆、碎的特点，稳定 性差；矿体底板为粘土质砂岩，稳固性较好。

具体实施步骤如下：

1）将a、b矿层划分中段，中段高度50m，沿走向划分盘区，盘区长120m，分段高度12.5m， 分层高4.0~4.2m。盘区内沿走向连续划分矿房矿柱，矿房矿柱宽度均为8m（可根据矿岩稳定 性适当调整）；

2）矿体下盘布置采准巷道

在距离a矿层边界约20m处布置四条脉外分段巷道2，各分段巷道2之间通过辅助斜坡道 相连；在脉外分段巷道内每隔16m向a矿层底板掘进分层联络道5（分层联络道布置在矿房矿 柱分界处，一个矿房和一个矿柱共用一条分层联络道）。从中段运输平巷1向矿体中部掘穿 脉巷道12与盘区回风平巷15相通，间距60米，而后在盘区回风平巷15内向上掘b矿层的回风 充填天井11。在穿脉巷道12内对应夹层14与a矿层顶板分界面处掘a矿层的回风充填井联络 道3，而后由a矿层的回风充填井联络道3内向上掘a矿层的回风充填井11；在穿脉巷道12内 对应夹层14与a矿层底板分界面处掘滤水井联络道4。自穿脉巷道12内向上掘人行进风上山 16连通各脉外分段巷道2；

a矿层溜井、b矿层溜井和废石溜井分别布置于矿体下盘中段运输平巷的相应位置处， 各脉外分段巷道2分别通过溜井联络道6与相应的溜井连通；在盘区中部各脉外分段巷道2 的下端掘两条溜井联络道6连通a矿层矿石溜井9、b矿层矿石溜井7及废石溜井8。盘区间每 隔120m布置矿石、废石溜井，各溜井的倾角优选65°；

3）盘区内采场的回采顺序为：最下部分层留至下一中段回采时最后回采，从靠近最下 部分层的上一分层掘脉内凿岩巷道自下往上逐层回采，分层采用采二出二充一的作业循 环。同一水平分层，先采b矿层，再采a矿层，并在爆堆上掘穿过夹层的a、b矿层联络道，而后 对b矿层的水平分层进行充填作业，当a矿层的水平分层充填后，继续开始下一循环。盘区内 矿房矿柱隔一采一，多矿房可同时回采作业，互不干扰，实现连续开采；

4）采用K41液压凿岩台车凿岩，在脉内凿岩巷道18中凿上向扇形炮孔，孔径45mm，孔深 4.8~6.1m，孔底距2.2~2.5m，排距（最小抵抗线）1.6~1.8m；同时配备YT28凿岩机辅助凿岩。 凿岩时，考虑直接顶板稳固性差，靠b矿层和a矿层顶板的孔原则上不超深；

5）爆破材料采用2号岩石乳化炸药，用CHARMECMC605装药台车装药。起爆材料为导爆 管和非电毫秒延期雷管，采用复式起爆网络起爆。每次爆破8~10排，一次崩矿量1000t~ 1300t；

6）采用ST1030型4m³铲运机出矿，a、b矿层矿石及废石经铲运机分别运至盘区相应的溜 井；

7）新鲜风流由副井流入中段运输石门，进入中段运输平巷1后，经穿脉巷道12、人行进 风上山16、脉外分段巷道2、分层联络道5进入采场清洗工作面，污风由回风充填天井11回至 上盘中段回风平巷15，经中段回风石门、回风斜井，由回风井抽出。为改善采场工作面通风， 采用JK58-1NO4（5.5kW）或JK58-1NO4.5（11kW）型局扇加强通风，每个采场1~2台；

8）采用浓度73%、尾砂：磷石膏配比为1:4的胶结充填。同一矿房（或矿柱）内，b矿层采场 出矿完成后，立即进入充填工作。在夹层处紧邻采空区的a、b矿层分层联络道10内砌筑 600mm厚的充填挡墙，充填挡墙完成后，由b矿层回风充填天井11向采空区充入尾砂磷石膏 充填料浆，充满一个层即停止充填。而后当a矿层采场出矿完成后，在采场底板顺路架设滤 水井17，在紧邻采空区的分层联络道中砌筑充填挡墙，充填挡墙完成后，由a矿层回风充填 天井向采空区充入尾砂磷石膏充填料浆，充满一个层即停止充填。充填体保养24小时即可 进行下一循环工作，直至矿体全部回采完；

9）穿脉巷道脉内段采用喷砼支护，喷砼100mm，其他脉外采准巷道采用喷砼或喷锚网支 护，采用长2.5m的Φ20锚杆，金属网网度200mm×200mm，喷砼100mm。采用尾砂磷石膏充填料 一次性充填空区，减少暴露时间，并加强采场顶板等的岩石力学监测。