阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法

摘要

本发明涉及阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法，它包括但并不限于在矿房回采前回收三角矿柱，以高强度充填体替代该三角矿柱，同时采用对称斜角式结构布置采场出矿进路，使底部出矿结构的稳定性增强，而且铲装设备可以通过采场两侧同时进入受矿巷出矿，以提高铲装效率，具体涉及七项工艺步骤与条件，具有回收率与出矿效率高、作业安全性有保障、施工安全可靠、方法简单易行、灵活性强、易于推广应用等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法。

背景技术

目前，在金属矿山中等倾斜至急倾斜中厚以上矿体以及水平至缓倾斜的厚大矿体开采领域，阶段空场嗣后充填采矿法应用越来越广泛，阶段空场嗣后充填采矿工艺中，出矿主要采用堑沟底部出矿结构以及平底出矿结构，但这两种出矿结构存在各自的不足或问题：堑沟底部出矿结构后期底部三角矿柱回收率低；平底出矿结构采场，出矿设备及人员需暴露在空场下作业，安全性较差。

未解决上述问题，中国专利CN107035372A公开了“一种堑沟式底部结构进路侧三角矿柱回收方法”，该方法是在采场回采前一次性钻凿堑沟内的深孔以及三角矿柱内的中深孔，然后采用深孔形成出矿堑沟，再用中深孔回收两侧三角矿柱，但该方法用于深孔爆破时容易破坏三角矿柱内提前钻凿的中深孔，而且三角矿柱爆破后的矿堆直接暴露在空场下，以致出矿安全性较差；中国专利CN107448201A公开了“一种急倾斜薄至中厚矿脉平底出矿结构及方法”，该方法是针对急倾斜薄至中厚矿脉开采布置的平底出矿结构，未考虑该出矿结构的后期回收率，以致后期该底部结构的三角矿柱回收率低，资源浪费严重。

综上所述，现有技术无法做到矿柱回收率高、出矿效率高及安全性好的效果。

为此研发一种阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法就显得十分迫切。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法，它既能有效提高采场底部三角矿柱回收率和出矿效率，又能增强出矿工人及设备作业安全性。

本发明的阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法，它包括但并不限于在矿房回采前回收三角矿柱，以高强度充填体替代该三角矿柱，同时采用对称斜角式结构布置采场出矿进路，使底部出矿结构的稳定性增强，而且铲装设备可以通过采场两侧同时进入受矿巷出矿，以提高铲装效率，具体工艺步骤与条件如下：

A.从脉外运输巷向垂直矿体走向方向施工出矿联络巷及出矿穿脉到达矿体上盘；

B.在矿体上盘与矿体交接处施工拉底巷道；

C.从下分段的出矿穿脉向上分段的出矿穿脉施工切割天井；

D.将出矿穿脉及沿脉拉底巷道作为拉底层的爆破自由面，采用浅孔落矿方式对三角矿柱提前回采，回采时为了保证作业安全，拉底层的顶板采用锚杆支护；

E.拉底层出完矿后在出矿联络巷中浇筑挡墙对空区封闭，仅留设切割天井；

F.通过切割天井浇筑高强度充填料浆对整个采空区进行胶结充填并养护到合适的龄期，形成高强度胶结充填体的人工三角矿柱；

G.待高强度胶结充填体的人工三角矿柱达到一定强度后即在矿体下盘围岩与矿体交接处沿矿体走向施工受矿巷及出矿进路，在受矿巷内钻凿扇形深孔，钻凿后爆破形成V型出矿堑沟，爆破后的矿石通过铲运机运至溜井。

本发明侧重通过对传统的“V型”堑沟底部出矿结构进行优化，在矿房回采前回收三角矿柱，用高强度充填体替代该三角矿柱，解决了传统“V型”堑沟底部三角矿柱回收难、回收率低等难题，提高采场底部三角矿柱回收率指标、提高出矿效率以及作业安全性提供了技术和安全保障。

与现有技术相比，本发明的有益效果或优点：

(1)因为回收了三角矿柱与出矿进路采用菱形式布置，所以提高了采场底部三角矿柱回收率与极大提高了堑沟结构的矿石出矿效率。

(2)同时由于重新浇筑高强度三角矿柱，所以解决了平底出矿结构出矿安全性差与传统堑沟出矿结构回收难度大、损失率高等难题，为作业安全性提供了安全保障。

(3)施工安全可靠，方法简单易行，灵活性强，大大提高了堑沟结构作业人员的安全性，为深孔爆破技术在阶段空场采矿法的推广应用提供了技术保障。

附图说明

图1为依据本发明提出的一种阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法施工前工程布置的主视示意图。

图2为图1所示出矿结构及其施工方法人工浇筑的三角矿柱示意图。

图3为图2所示出矿结构及其施工方法“V型”底部出矿结构示意图。

图4为图2与图3的I-I向剖视示意图。

附图中各标识符号分别表示：

1.矿体2.脉外运输巷3.出矿联络巷4.出矿穿脉5.拉底巷道6.受矿巷7.切割天井8.锚杆9.高强度胶结充填体10.爆破矿石11.出矿进路12.溜井

以下结合附图对本发明作进一步详细地描述。

具体实施方式

如图1-4所示，阶段空场法采场底部高效出矿结构及其施工方法，它包括但并不限于在矿房回采前回收三角矿柱，以高强度充填体替代该三角矿柱，同时采用对称斜角式结构布置采场出矿进路，使底部出矿结构的稳定性增强，而且铲装设备可以通过采场两侧同时进入受矿巷出矿，以提高铲装效率，具体工艺步骤与条件如下：

A.从脉外运输巷(2)向垂直矿体(1)走向方向施工出矿联络巷(3)及出矿穿脉(4)到达矿体上盘；

B.在矿体上盘与矿体(1)交接处施工拉底巷道(5)；

C.从下分段的出矿穿脉(4)向上分段的出矿穿脉(4)施工切割天井(7)；

D.将出矿穿脉(4)及沿脉拉底巷道(5)作为拉底层的爆破自由面，采用浅孔落矿方式对三角矿柱提前回采，回采时为了保证作业安全，拉底层的顶板采用锚杆(8)支护；

E.拉底层出完矿后在出矿联络巷(3)中浇筑挡墙对空区封闭，仅留设切割天井(7)；

F.通过切割天井(7)浇筑高强度充填料浆对整个采空区进行胶结充填并养护到合适的龄期，形成高强度胶结充填体(9)的人工三角矿柱；

G.待高强度胶结充填体(9)的人工三角矿柱达到一定强度后即在矿体下盘围岩与矿体(1)交接处沿矿体走向施工受矿巷(6)及出矿进路(11)，在受矿巷(6)内钻凿扇形深孔，钻凿后爆破形成V型出矿堑沟，爆破后的矿石(10)通过铲运机运至溜井(12)。

本发明可以进一步是

所述高强度胶结充填体(9)的人工三角矿柱的坡面与水平面的夹角α，β，γ均大于矿石的自然安息角，以保证爆破后的矿石能全部自重溜放至受矿巷(6)。

所述高强度胶结充填体(9)的人工三角矿柱浇注待28天强度达到4Mpa以上，再进行上部采场的爆破工作。

所述出矿进路(11)与受矿巷(6)间的夹角α为40～50°，β为90°，γ为130～140°，便于铲运机进出底部出矿结构，保障高效出矿。

所述出矿进路(11)采用对称斜角式布置，相邻两个出矿进路(11)间的距离L为6～8m，以保证铲运机能铲运出相邻两个出矿进路间的所有矿石和避免爆破后的矿石因出矿不净而浪费。

实施例

山西某矿业公司以金、铜为主要产品的金属矿山，现计划回采-300m～-360m标高的矿体，该矿体走向长度200～300m，矿体平均厚度有100～120m，矿体倾角70°～80°，属于急倾斜极厚大矿体，矿体大部分为中等稳固矿体。本发明要解决该矿平底结构需暴露在空场下危险作业的危险以及传统堑沟底部出矿结构回收率低、出矿效率低等难题，通过提前回收三角矿柱，重新浇筑高强度三角矿柱，出矿进路采用菱形式布置，避免了平底出矿结构出矿安全性差以及三角矿柱回收难度大、损失率高等难题，大大提高了堑沟结构的矿石出矿效率以及作业人员的安全性，为阶段空场嗣后充填采矿法在中等倾斜至急倾斜中厚以上矿体以及水平至缓倾斜的厚大矿体的推广应用提供技术保障。

参照图1-4，实施时按如下具体工艺步骤与条件进行：步骤一，从脉外运输巷(2)向垂直矿体(1)走向方向施工出矿联络巷(3)及出矿穿脉(4)到达矿体上盘；步骤二，在矿体上盘与矿体(1)交接处施工沿脉拉底巷道(5)；步骤三，从下分段的出矿穿脉(4)向上分段的穿脉巷道施工充填通风井7；步骤四，将出矿穿脉(4)及沿脉拉底巷道(5)作为拉底层的爆破自由面，采用浅孔落矿方式对三角矿柱提前回采，回采时为了保证作业安全，拉底层的顶板采用锚杆(8)进行支护；步骤五，拉底层出完矿后在穿脉联络巷中浇筑挡墙对空区封闭，仅留设充填切割天井(7)；步骤六，通过充填切割天井(7)下放高强度充填料浆对采空区进行胶结充填，充填料浆需要充满整个采空区，并对高强度胶结充填体(9)养护到合适的龄期；步骤七，待高强度胶结充填体(9)达到一定的强度后即可在矿体下盘围岩与矿体(1)交接处沿矿体走向施工深孔凿岩受矿巷(6)及出矿进路(11)；步骤八，在深孔凿岩受矿巷(6)内钻凿扇形深孔，钻凿后爆破形成V型出矿堑沟，爆破后的矿石(10)通过铲运机运至溜井(12)。其中，浇筑的高强度人工三角矿柱的坡面与水平面的夹角大于矿石的自然安息角，以保证爆破后的矿石能全部自重溜放至受矿巷；浇筑的高强度人工三角矿柱28天强度能达到4Mpa以上，待人工三角矿柱养护达到强度后方可进行上部采场的爆破工作；出矿进路(11)与受矿巷(6)间的夹角α为40～50°，β为90°，γ为130～140°，便于铲运机进出底部出矿结构时的出矿效率；采用对称斜角式布置出矿进路(11)，相邻两个出矿进路(11)间的距离L为6～8m，以保证铲运机能铲运出相邻两个出矿进路(11)间的所有矿石，避免爆破后的矿石因出矿不净而浪费。

如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替换、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。