地下矿自下而上分区开采扩大产能的方法

摘要

本发明为一种地下矿自下而上分区开采扩大产能的方法，包括如下步骤：S10，根据矿床能开采的矿产储量和经济服务年限来估算矿山建设规模；S11，在矿床现有开采工程的下方设置深部采区，对深部采区在深度方向上划分开采中段，验证各开采中段的生产能力；S12，在开采中段内划分开采矿块，采用自下而上的顺序依次开采各开采中段。本发明的优点是在矿床深部布置采区，自下而上开采，对上部现有生产系统影响小，管理简单；采空区自下而上连续充填，有利于充填体密实稳固；上部采区采切的废石易于向下部空区充填；在深部增加采区，可大幅扩大矿山的产能；自下而上采用尾随作业时，生产能力可以进一步扩大。

说明书

技术领域

本发明是关于一种地下矿山开采领域，尤其涉及一种地下矿自下而上分区开 采扩大产能的方法。

背景技术

地下矿山扩大产能的方法有多种，例如在不增加投入的情况下，通过合理安 排生产，提高设施、设备的高效率，增加产能；在增加一定投入，增加部分设施、 设备的情况下，增加产能。现有增加产能的方法都是在开采水平不变、开采顺序 不变的情况下进行的，增产幅度较小，生产管理难度较大，很难满足生产建设单 位的需要。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种地下矿自下 而上分区开采扩大产能的方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下矿自下而上分区开采扩大产能的方法，以扩 大深部矿石储量较大的矿山的产能。

本发明的目的是这样实现的，一种地下矿自下而上分区开采扩大产能的方 法，所述扩大产能的方法包括如下步骤：

S11，在矿床现有开采工程的下方设置深部采区，对所述深部采区在深度方 向上划分开采中段；

S12，在所述开采中段内划分开采矿块，采用自下而上的顺序依次开采各开 采中段。

在本发明的一较佳实施方式中，所述扩大产能的方法还包括，在S11步之前 的S10步，根据地质勘探报告查明的矿产资源储量及开采范围，来计算能开采的 矿产储量；根据所述能开采的矿产储量和经济服务年限来估算矿山建设规模。

在本发明的一较佳实施方式中，所述经济服务年限分别确定为不小于5年、 不小于15年或不小于20年。

在本发明的一较佳实施方式中，所述经济服务年限根据如下公式计算得到：

T＝6.5·P^1/4；

其中，T为经济服务年限，单位为年；P为能开采的矿产储量，单位为百万 吨。

在本发明的一较佳实施方式中，所述矿山建设规模根据如下公式计算得到：

A＝P/T；

其中，A为矿山建设规模，单位为吨/年；T为经济服务年限，单位为年；P 为能开采的矿产储量，单位为吨。

在本发明的一较佳实施方式中，所述扩大产能的方法还包括，在S11步中， 划分开采中段后分别按照能布矿块数、矿山开采年下降速度以及新水平准备时间 来验证各开采中段的生产能力。

在本发明的一较佳实施方式中，在S11步中，根据矿体赋存条件以及使用的 采矿方法来划分所述开采中段。

在本发明的一较佳实施方式中，在S12步中，所述深部采区的各开采中段内 划分有一步采矿块和二步采矿块；所述一步采矿块和所述二步采矿块沿着所述深 部采区的水平方向间隔交替排列；

其开采顺序为先开采所述一步采矿块，后开采所述二步采矿块；所述一步采 矿块开采结束后采用胶结充填，形成一步采胶结充填体；所述二步采矿块开采结 束后采用尾砂充填，形成二步采尾砂充填体。

在本发明的一较佳实施方式中，采用单中段开采方式：将最底部的开采中段 内全部所述一步采矿块和所述二步采矿块开采结束后，再开采与最底部开采中段 相邻的上部开采中段；该相邻的上部开采中段全部开采结束后依次向上逐步开采 相邻的开采中段，直至采完该采区的全部矿体。

在本发明的一较佳实施方式中，在开采每个相邻的上部开采中段时，从该上 部开采中段的中部开始向两端开采；或者从该上部开采中段的一端部开始向另一 端部开采。

在本发明的一较佳实施方式中，采用双中段尾随开采方式：最底部的开采中 段内某些所述一步采矿块或所述二步采矿块开采结束后，开采相邻的上部开采中 段内对应的所述一步采矿块或所述二步采矿块，同时继续开采最底部开采中段内 的其它所述一步采矿块或所述二步采矿块，形成上下相邻的开采中段同时开采， 依次向上类推，直至采完该采区的全部矿体。

由上所述，本发明的优点是在矿床深部布置采区，自下而上开采，对上部现 有生产系统和新建系统、地表等影响小，管理简单；采空区自下而上连续充填， 有利于充填体密实稳固；上部采区采切的废石易于向下部空区充填；下部岩体含 水量少、风化程度较轻、破碎带较少、岩体较稳固时，生产能力大，成本较低； 在深部增加采区，可大幅扩大矿山的产能；自下而上采用尾随作业时，生产能力 可以进一步扩大。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。 其中：

图1：为本发明的方法中采用单中段开采方式时各个矿块开采过程的立面布 置图。

图2：为本发明的方法中采用双中段尾随开采方式时各个矿块开采过程的立 面布置图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明 本发明的具体实施方式。

针对现有和新建的地下矿山，在深部矿石储量较大的条件下，本发明提出了 一种地下矿自下而上分区开采扩大产能的方法，该扩大产能的方法包括如下步 骤：

S10，根据地质勘探报告查明的矿产资源储量及开采范围，来计算能开采的 矿产储量；再根据矿床能开采的矿产储量和经济服务年限来估算矿山建设规模。 该步骤是为了避免产能过度扩大，所谓经济服务年限也称为矿山合理服务年限， 是指一个矿山从投产到开采完了的时间周期。所谓矿山建设规模是指经济合理的 矿山建设规模。在探明矿床的工业储量一定时，矿山的合理服务年限与经济合理 的矿山规模之间就确定了相互关系。如果设计或生产的矿山规模过大，将使矿山 寿命过短，导致矿山建设投资规模增大，机械设备利用周期小于其经济寿命期， 从而形成的生产能力得不到充分发挥，降低了投资效益。反之，设计或生产的矿 山规模过小，矿山经济寿命虽延长，但单位矿石成本则因摊入的基建费用增大而 提高，同样也降低了矿山经济效益。因此，需要估算和确定矿山规模与矿山服务 年限之间的经济合理组合。

其中经济服务年限可以根据矿山行业有关规范规定的最短服务年限来确定， 例如根据《冶金矿山采矿设计规范》GB50830-2013规定的小型、中型、大型以 上的最短服务年限5年、15年、20年，将经济服务年限分别确定为不小于5年、 不小于15年或不小于20年。另外，经济服务年限还可以根据泰勒(H.K.Taylor) 公式计算得到，即T＝6.5·P^1/4；其中，T为经济服务年限，单位为年；P为能开 采的矿产储量，单位为百万吨。估算经济合理的矿山建设规模根据如下公式计算 得到：A＝P/T；其中，A为矿山建设规模，单位为吨/年，T为经济服务年限，单 位为年；P为能开采的矿产储量，单位为吨。

S11，在矿床现有开采工程的下方设置深部采区，根据矿体赋存条件以及使 用的采矿方法来划分开采中段，开采中段也可简称为中段。矿体赋存条件是指矿 体存在的客观地质条件。对深部采区在深度方向上划分开采中段，即各个开采中 段是在深度方向上上下排列的。然后分别按照能布矿块数、矿山开采年下降速度 以及新水平准备时间来验证各开采中段的生产能力。能布矿块数即可以布置的矿 块数量，新水平准备时间是指建立新的开采中段的准备时间。利用上述三个条件 来验证开采中段生产能力的方法均为现有技术，在此不再赘述。

S12，在开采中段内划分开采矿块，在深部采区，采用自下而上的顺序依次 开采各开采中段。如图1和图2所示，深部采区的各开采中段内划分有一步采矿 块k1和二步采矿块k2。一步采矿块k1和二步采矿块k2沿着深部采区的水平方 向间隔交替排列。其开采顺序为先开采一步采矿块k1，后开采二步采矿块k2； 一步采矿块k1开采结束后采用胶结充填，形成一步采胶结充填体1；二步采矿块 k2开采结束后采用尾砂充填，形成二步采尾砂充填体2。

深部采区内各中段可以采用单中段开采方式：将最底部的开采中段a内全部 矿块开采结束后，再开采与最底部开采中段相邻的上部开采中段b；一步采矿块 k1和二步采矿块k2统称为矿块。该相邻的上部开采中段b内矿块全部开采结束 后依次向上逐步开采相邻的开采中段c，直至采完该采区的全部矿体。即先开采 下部中段，下部中段内的矿块全部开采结束后，再开采上部中段，逐个中段进行 生产。在每次开采相邻的上部开采中段时，从该上部开采中段的中部矿块开始向 两端矿块开采；或者从该上部开采中段的一端部矿块开始向另一端部矿块开采。

为了进一步扩大生产能力，深部采区内各中段也可以采用双中段尾随开采方 式：最底部的开采中段a内某些矿块开采结束后，在开采完成的矿块上方，开采 相邻的上部开采中段b内对应的矿块，同时继续开采最底部开采中段a内的其它 的矿块，形成上下相邻的开采中段同时开采，依次向上类推，直至采完该采区的 全部矿体。即先开采下部中段的矿块，下部中段矿块开采结束后，立即开采其上 部中段对应的矿块，形成上、下中段的尾随作业，双中段尾随作业的生产能力比 单中段生产提高40％～70％。

下面以李楼铁矿和吴集铁矿(北段)联合建设工程作为一个具体实施例来进 行说明。

S10，估算经济合理的矿山建设规模。李楼铁矿和吴集铁矿(北段)联合建 设工程包括李楼铁矿和吴集铁矿(北段)两个相邻的矿段，间距700m至1200m， 矿山设计时，李楼铁矿-200m(含义为地下200米，以下同)以上建设了60万t/a (吨/年)铁矿石规模的采选工程，吴集铁矿(北段)-200m以上建设了99万t/a 铁矿石规模的采选工程，在原有规模基础上扩建的难度很大，且影响生产，本发 明考虑在-200m现有工程的深部扩建，自下而上分区开采。为此，首先根据地质 报告查明的矿产资源储量，计算了开采范围内的可采矿量。经查，深部-500m以 下，勘探程度低，不宜布置采区进行开采，-500m以上勘探程度高，具备开采条 件，经计算，深部-200m至-500m铁矿石地质资源储量为24326.06万t，考虑 地质差异系数0.7，预期可采储量P为17028.24万t，按泰勒公式计算的合理服 务年限T为23.48年，由A＝P/T估算的矿山建设规模A为725万t/a。另外根据 《冶金矿山采矿设计规范》规定的大型以上矿山的最短服务年限20年估算的矿 山建设规模A为851万t/a，最终采用的矿山建设规模A为750万t/a。

S11，划分各中段并验证各中段的生产能力。根据矿体赋存条件、选用的采 矿方法，如图1和图2所示，将深部-200m至-500m采区划分为-300m、-400m 和-500m共三个开采中段,即最底部的开采中段a、中部的开采中段b、上部的开 采中段c，每个中段高度100m。按可布矿块数计算的各中段生产能力自上而下 分别为1017万t/a、872万t/a和821万t/a；按矿山开采年下降速度15m/年 验证的各中段生产能力自上而下分别为995万t/a、1004万t/a和811万t/a； 按新水平准备时间5年、超前系数1.35验证各中段生产能力自上而下分别为983 万t/a、991万t/a和801万t/a。验证结果表明，深部-200m至-500m采区各 中段的生产能力均超过750万t/a。

S12，根据地质勘探报告提交的矿产资源储量，按照经济合理、技术可能的 原则，李楼铁矿和吴集铁矿(北段)联合建设工程将深部-200m至-500m划分 为一个采区，自-500m中段向上开采，年产量可达750万t。初期开采-500m 中段时，与上部-200m以上工程间隔超过200m，当-500m中段开采结束，开采 -400m中段时，-200m以上中段开采结束，回采-400m中段、-300m中段时， 上部及地表均无影响。

根据前述验证的生产能力，李楼铁矿和吴集铁矿(北段)联合建设工程单中 段自下而上生产即可满足750万t/a。按单中段自下而上开采时，如图1所示， 先开采下部-500m中段a，-500m中段内的矿体沿水平走向间隔划分一步采矿块 k1和二步采矿块k2，先采一步采矿块k1，后采二步采矿块k2，一步采矿块k1 开采结束后采用胶结充填，形成一步采胶结充填体1；二步采矿块k2开采结束后 采用尾砂充填，形成二步采尾砂充填体2。图中正在开采(回采)的矿块标记为 3，尚未开采的矿块标记为4。-500m中段内的矿体全部开采结束后，再开采其 上部-400m中段b内未开采的矿块4，直至采完本采区的全部矿体。图1所示的 开采矿块3布置在相邻上部中段b的中部，从中部向两端开采。开采矿块3也可 以布置在相邻上部中段b的端部，从端部开始开采。

如果生产中矿石需求量增加，需要增加产量时，深部采区各中段矿块还可以 如图2所示采用双中段尾随作业，以进一步提高产量。与图1所示不同的是，在 图2中，下部中段a内的部分矿块开采结束后，相邻的上部中段b内与开采结束 的矿块对应的矿块具备开采条件时就进行开采，不必等到下部中段a内的全部矿 块都开采完毕。形成上、下相邻中段同时开采，上部中段开采矿块尾随下部中段 开采矿块，形成双中段尾随作业。

由此可知，本发明的优点是在矿床深部布置采区，自下而上开采，对上部现 有生产系统和新建系统、地表等影响小，管理简单；采空区自下而上连续充填， 有利于充填体密实稳固；上部采区采切的废石易于向下部空区充填；下部岩体含 水量少、风化程度较轻、破碎带较少、岩体较稳固时，生产能力大，成本较低； 在深部增加采区，可大幅扩大矿山的产能；自下而上采用尾随作业时，生产能力 可以进一步扩大。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。 任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变 化与修改，均应属于本发明保护的范围。