一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构

摘要

本发明公开了一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构，一个分段（c）的高度为6～8m，并将每一个分段（c）分为上分层（c1）、下分层（c2），在上分层（c1）之矿体下盘一侧布置下盘脉内沿脉联络巷（3），在下分层（c2）之矿体上盘一侧布置上盘脉内沿脉联络巷（4）；下盘脉内沿脉联络巷（3）作为上分层（c1）回采的出矿联络巷，上盘脉内沿脉联络巷（4）作为下分层（c2）回采的出矿联络巷；中段上盘运输大巷（2）通过装矿穿脉联巷（12）与中段下盘运输大巷（1）相通，下盘脉内沿脉联络巷（3）通过采场分层联络斜坡道（7）与中段下盘运输大巷（1）相通，从而形成一个完整的运输系统。本发明生产能力高、采准工程量小、工艺简单、采场支护成本低，可实现二步骤连续开采。

说明书

技术领域

本发明涉及一种上向进路分层充填采矿法的采场结构布置，特别适用于不稳定岩层的地下矿山充填采矿，可在黑色、有色等金属地下矿山的分层全尾砂胶结充填开采中广泛应用。

背景技术

随着人类对矿产品需求的不断增加，矿产资源变得越来越少。如何合理、高效、经济、安全地进行矿产资源开发利用,降低资源的损失，减少矿石的贫化,提高矿石的质量,是矿产资源开发者共同关心的问题。充填采矿法以其高回收率、低贫化率的优点,在开采较高价值的难采矿床中取得了突破性进展,出现了无轨机械化胶结充填采矿法,点柱充填采矿法,分段充填采矿法,大孔径阶段空场嗣后尾砂胶结(块石胶结)充填采矿法等。

上向进路分层充填法是一种由下而上，以巷道进路方式分层回采并充填的采矿方法。该法具有回采安全、回收率高、贫化低的优点，主要适用于：①矿岩均不稳固或矿石相对稳固的矿床；②矿体形态不规则，厚度变化大，分支复合多含有夹石的矿床；③地表需要保护的矿床。

该法的特点是自下而上分层回采，每一分层的回采是在掘进分层联络道后，以分层全高沿走向或垂直走向划分进路，间隔进路采矿。一步骤进路回采完毕立即充填接顶，然后再回采并充填二步骤进路，待整个分层的进路回采充填结束后，再用进路回采上一分层。该法最早在瑞典部分矿山中使用，我国自1984年在金川二矿区引进试验该方法成功以来，已在很多矿山推广应用，如山东黄金焦家金矿、鲁中矿业张家矿区、安徽淮北矿区等。

目前该法仍存在一定的局限性，如：受采场布置和作业条件的限制，无法实现大规模开采；采矿工艺复杂，采准工程量大；二步骤矿房回采必须在一步骤回采的充填体内进行采准施工，安全可靠性差；采用二步骤回采，无法实现矿山连续开采等；采场参数受矿岩稳固性的制约，采场支护成本高；充填分层高度小，无法实现大产能充填，充填成本高。

例如，《黄金》1999年9月刊登的“分层充填采矿法在焦家金矿的应用与发展”中介绍了机械化上向进路分层充填采矿法在焦家金矿中的应用。该法的优点是:(1)采场作业面多,可实现采、出、充平行作业； (2)不留矿柱,损失率、贫化率较小,一般均在8 %～ 10 %以下；(3)进路跨度小,顶板暴露时间短, 辅以锚杆护顶,符合工程地质条件对采矿快采、快出、快充的要求,安全性大为提高；(4)出矿方法比较灵活,在与斜坡道及分段巷道相通的大采场(主要是主矿体),一般用铲运机出矿。该法也暴露以下缺点:(1)对岩石特别差的Ⅳ类岩体仍无法回采,即使紧迎头支护采矿成功,但损失、贫化率及采矿成本都将很高。因此,焦家金矿80 线以北的工业矿体(主要在-70 ～ -100m 中段), 除下向实际矿块外,基本没作更多回采。(2)因主矿体膨胀收缩及与3 号脉的“人”字形交汇,在矿体厚度增加较多时,往往使原本置于采场中部矿体下盘的泄水井,在采场回采到一半时就无法继续使用,导致部分采场底板积水以致充填体变软,产生陷车及底板采下散矿损失。（3）采场生产能力低,一般只有80t/d。

发明内容

本发明的目的就是针对目前上向进路分层充填法生产能力低、采准工程量大、工艺复杂、采场支护成本高及二步骤无法实现连续开采等问题，提出了一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构，旨在实现高效连续大规模开采，降低开采成本。

为实现本发明的上述目的，本发明一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构，采用以下技术方案：根据采场布置，沿矿体走向方向，每45～60m划分为一个采场，一个采场布置9～12条进路，进路的宽度为4.5～5.5m；在矿体上盘的脉外布置上盘溜井，在矿体下盘脉外布置下盘溜井，中段下盘运输大巷布置在矿体下盘的矿脉外，中段上盘运输大巷布置在矿体上盘的矿脉外，上中段下盘运输大巷布置在上一个中段矿体下盘的矿脉外。与传统上向进路分层充填法采场结构不同之处在于：所述中段的一个分段的高度为6～8 m，并将每一个分段分为上分层、下分层，在上分层之矿体下盘一侧布置下盘脉内沿脉联络巷，在下分层之矿体上盘一侧布置上盘脉内沿脉联络巷；下盘脉内沿脉联络巷作为上分层回采的出矿联络巷，上盘脉内沿脉联络巷作为下分层回采的出矿联络巷；中段上盘运输大巷通过装矿穿脉联巷与中段下盘运输大巷相通，下盘脉内沿脉联络巷通过采场分层联络斜坡道与中段下盘运输大巷相通，从而形成一个完整的运输系统；每个采场下盘中间位置布置一条充填兼采场回风的通风井，作为充填管路布置和采场回风的主要通道。

上述每个分段的高度7～8 m为佳，其中上分层、下分层的高度3.5～4 m为宜。

本发明较优的采场结构参数为：沿矿体走向方向，每50m划分为一个采场，一个采场布置10条进路，进路的宽度为5m；每个分段的高度为7～8m，上分层高度为3.5m，下分层高度为3.5～4.5m。

本发明一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构采用以下技术方案后，采用的开采方式变为：

1）将上分层、下分层合并为一个分段开采，一步骤首先开采上分层，在上分层上分层进路回采完毕后，先根据矿石稳固性对上分层顶板或者全断面进行支护，再开采下分层进路矿体；

2）同一盘区水平方向上根据矿石的稳固性，选择隔一采一或者隔二采一的方式进行回采，在一步骤上分层矿房、下分层矿房回采完成后，进行胶结充填，充填体达到养护强度后立即进行相邻矿房的回采，实现连续开采，一个分段全部回采完成后，统一升层进行上分层进路回采工作，以减少二步骤矿柱回采的采准工程量，提高回采效率，降低采矿成本。

上分层采用凿岩台车水平凿岩，如Boomer281全液压凿岩台车，水平孔落矿；下分层进路回采采用下向垂直孔凿岩后退式回采，侧向崩矿，分层高度可增加至4.5m，减少一次护顶支护，且下分层回采爆破自由面更多，提高了爆破效率，降低施工成本。爆破炸药选用乳化炸药，起爆采用非电导爆管分段起爆。

对于水平厚度大于15m的矿块，采场垂直矿体走向布置，采场长度为矿体水平厚度；当矿体水平厚度过大时，应按不大于60m的原则划分为多个盘区。

本发明一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构，在传统的上向进路分层胶结充填采矿方法基础上进行了采场结构参数优化，简化矿山采矿工艺，减少采场支护工程量及采准工程量，从而降低采矿成本，充填分段高度由传统的3～5m提高到7～8m，提高了充填效率及矿山生产效率，保障了矿山开采安全及回采率，降低矿石贫化率。

与传统上向进路分层胶结充填法相比，本发明一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构适用于相向进路上向分层全尾砂胶结充填法，可实现二步骤连续开采，具有以下优点：

（1）对采场结构参数进行了优化，上下两个分层合并回采，上分层高度为3.5m，下分层高度为3.5～4.5m；分段充填高度达到7.0-8.0m；进路宽度仍为5m，可根据矿岩稳固性适当加大参数至6～7m。

（2）采矿工艺简单，上分层采用凿岩台车水平凿岩，下分层采用下向垂直凿岩，采矿工艺较简单，采场溜井布置在脉外，便于矿山生产管理。

（3）采场生产能力大幅度提高。上分层回采与上向进路分层胶结充填回采工艺一致，下分层回采采用下向垂直凿岩后退式回采，回采效率较高，生产能力得到了较大的提高，通过胶结充填，实现连续开采，可以大大提高矿山的生产能力，实现规模化生产。

（4）采准工程量减小。在一步骤矿房回采结束充填以后，充填体达到养护强度后立即进行相邻矿房的回采，实现连续开采工艺，减少了二步骤矿房回采的采准工程量，采准工程量相比上向进路分层胶结充填法减少了约三分之一。

（5）采场支护成本大幅度减少。本发明采用上下两个分层合并开采，先回采上分层，进行护顶支护以后，回采下分层矿体，不需要进行再次护顶，根据采场结构参数，每7m～8m进行一次护顶支护，支护工程量相比上向进路分层充填减少了约40%，大大降低了支护成本。

（5）回采率大大提高。采场溜井布置在脉外岩石中，每隔50m布置一条穿脉巷与采场溜井联系，只需预留穿脉巷底部结构，且实现连续开采工艺，不需预留间柱和顶柱，可以大大提高采矿回采率。

（6）贫化率大大降低。采用进路分层充填连续开采可以大大减少废石的混入率，降低矿石的贫化率。

（7）采矿安全性提高。本发明可以实现连续开采，减少了二步骤矿房回采的安全风险。

附图说明

图1是本发明一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构侧视图。

图2是一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构俯视图。

图3是一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构正视图。

附图标记为：1-中段下盘运输大巷；2-中段上盘运输大巷；3-下盘脉内沿脉联络巷；4-上盘脉内沿脉联络巷；5-上中段下盘运输大巷；6-穿脉运输巷矿柱；7-采场分层联络斜坡道；8-下盘溜井；9-上盘溜井； 10-上分层回采工作面；11-下分层回采工作面；12-装矿穿脉联巷；13-采场充填通风井；14-充填体；15-待采矿体；16-下分层回采炮孔；S-采场；b-进路；c-分段；c₁-上分层；c₂-下分层。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

我国中部某火山沉积变质型铁矿床，矿山工程地质复杂，矿石品位低，矿体呈缓倾斜、倾斜分布且矿石夹层较多，矿体直接接触顶底板围岩稳固性差，上盘冒顶较为严重，且矿区周边多为村庄和农田，周边环境复杂。

矿山前期采用上向进路分层充填法开采，两步骤回采，每分层进路隔一采一，生产能力约为3000t/d，由于受采场布置的影响和作业条件的限制，无法实现大规模开采，且每分层充填完毕后立即换层，造成二步骤矿房回采难度较大。

针对以上问题，本发明对原采矿方法进行技术改进，发明了相向进路上向分层全尾砂胶结充填采矿法。

由图1所示的本发明一种用于上向分层全尾砂胶结充填法的采场结构俯视图并结合图2、图3看出，本发明采用的采场结构参数、采准工程、回采工艺分别为：

（1）采场结构参数：根据采场布置，沿矿体走向方向，每50m划分为一个采场S，一个采场S布置10条进路b，进路b的宽度为5m，7 m为一个分段c的高度；将每一个分段c分为上分层c₁、下分层c₂，分上分层和下分层相向进路回采，上分层c₁、下分层c₂的高度皆为3.5m。

（2）采准工程：在矿体上盘的脉外布置上盘溜井9，在矿体下盘脉外布置下盘溜井8，中段下盘运输大巷1布置在矿体下盘的矿脉外，中段上盘运输大巷2布置在矿体上盘的矿脉外，上中段下盘运输大巷5布置在上一个中段矿体下盘的矿脉外。在上分层c₁之矿体下盘一侧布置下盘脉内沿脉联络巷3，在下分层c₂之矿体上盘一侧布置上盘脉内沿脉联络巷4；下盘脉内沿脉联络巷3作为上分层c₁回采的出矿联络巷，上盘脉内沿脉联络巷4作为下分层c₂回采的出矿联络巷；装矿穿脉联巷12布置在穿脉运输巷矿柱6的下方，中段上盘运输大巷2通过装矿穿脉联巷12与中段下盘运输大巷1相通，下盘脉内沿脉联络巷3通过采场分层联络斜坡道7与中段下盘运输大巷1相通，从而形成一个完整的运输系统；每个采场下盘中间位置布置一条充填兼采场回风的通风井13，作为充填管路布置和采场回风的主要通道。

（3）回采工艺：将上分层c₁、下分层c₂合并为一个分段c开采，一步骤首先开采上分层c₁，在上分层上分层c₁进路回采完毕后，先根据矿石稳固性对上分层顶板或者全断面进行支护，再开采下分层c₂进路矿体；同一盘区水平方向上根据矿石的稳固性，选择隔一采一或者隔二采一的方式进行回采，在一步骤上分层c₁矿房、下分层c₂矿房回采完成后，进行胶结充填，充填体达到养护强度后立即进行相邻矿房的回采，实现连续开采，一个分段全部回采完成后，统一升层进行上分层进路回采工作。

上分层c₁采用凿岩台车水平凿岩，水平孔落矿；下分层c₂进路回采采用下向垂直孔凿岩后退式回采，侧向崩矿。

回采工艺具体为：

a.凿岩爆破：采用Boomer281全液压凿岩台车，选择D45mm的七齿钻头，钎杆型号为R38/T38-H35-R32，长度3.7m，上分层c₁采用水平孔落矿，炮眼深度为3.7m。下分层c₂采用下向垂直平行孔—下分层回采炮孔16，孔深3.5m，侧向崩矿，后退式回采，一次崩4排孔，约6m。爆破炸药选用乳化炸药，起爆采用非电导爆管分段起爆，落矿眼为一段，周边控制眼为二段。上分层c₁分5段起爆，其中一阶掏槽孔和二阶掏槽孔各为一段，辅助眼分两段起爆，周边眼一段。下分层c₂回采，边眼和落矿炮孔分两段起爆，保护相邻采场或者充填体不被破坏，加强采场的稳定性和降低贫化率。

b.采场通风：利用矿山通风系统所形成压力差来完成的。新鲜风流经中段下盘运输大巷1、中段上盘运输大巷2、装矿穿脉联巷12、采场分层联络斜坡道7进入采场，清洗上分层回采工作面10、下分层回采工作面11后的污风，经采场充填通风井13排到上中段回风系统内。

c.顶板管理：一个分段c内分上分层c₁、下分层c₂两个分层相向回采，上分层c₁回采时，对采场顶板必须进行锚杆或锚网全断面支护。采场内远离断层或围岩处，采用锚杆支护，靠近断层或围岩处采用锚网支护方式。下分层c₂回采，每次出矿前加强对顶板的观测，发生变形或者支护破坏时应立即进行加固处理。

d.采场出矿：采场崩落矿石由WJD-2铲运机铲装后经装矿穿脉联巷12卸入下盘溜井8或者直接卸入采场内的脉内顺路溜井，再由设在溜井底部的振动放矿机向矿车放矿，通过电机车牵引运至主井。为减少矿石对底部振动放矿机和溜井的冲击，下盘溜井8、上盘溜井9应保持充满状态。每个盘区配备一台铲运机，采场落下的矿石，由铲运机铲装，经装矿穿脉联巷12运至下盘溜井8卸载。出矿块度控制在400mm以下，大于400mm的，在采场内进行二次爆破处理。

（4）采场充填：所有充填准备工作完成后即可按配比进行进路充填，连续充填必须精心组织。根据地表充填料浆制备站充填材料储备情况和进路充填体积确定连续充填的时间。一步采进路充填体14的28d抗压强度不低于1.0MPa，二步采进路进行非胶结充填，采场一、二步采进路均进行浇面充填28ｄ抗压强度不低于1.5 MPa，浇面厚度40cm，以利于上分层回采时无轨设备的行走。所有进路充填完毕后封闭联络道，用同样方法充填分层联络道，统一升层进行上分层进路回采工作，回采上部的待采矿体15。

通过改进回采工艺配合高效机械化凿岩铲装装备，矿山在采用该法后，生产能力由原来的3000t/d提高至5000t/d，回收率提高了1%，贫化降低了2%，生产成本降低了约20%，取得了非常好的技术、经济效果。