CN114000881A - 一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法，该工艺包括以下步骤：1）采场布置及结构参数选择,分段高度为15m，共设置4个分段;3）回采作业,回采顺序在空间上从上分段向下分段顺序开采，在每个分段内从上盘向下盘退采，并由矿体的东端逐渐向西端顺序回采;4）采场通风,采场所需新鲜风流由中段经进风天井、采准斜坡道、措施斜坡道进入各分段巷道，采用局扇将新鲜风流引入出矿、凿岩、装药、支护、掘进工作面;5）采场支护。本发明能够解决目前的大面积、高强度胶结充填体下的矿体开采的问题。
Description
技术领域
本发明涉及胶结充填体下的采矿方法技术领域，特别涉及一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法。
背景技术
龙首矿西二采区原采用下向分层六角形进路机械化胶结充填法进行回采，采区布置了1554m、1430m两个回采中段，实行双中段同时回采。1554m中段已回采至1610m分段，在1614.7～1642m之间形成了约27.3m的胶结充填层；1430m中段已回采至1494m分段16分层，并在1503.5～1546m之间形成了约42.5m的胶结充填层。2016年3月，因矿区控矿断层F8的活动影响，造成了1554m中段暂时停产。目前1430m中段采用充填法正常生产。
在2016年3月西二采区上部中段1610m水平5～7行范围胶结充填体意外发生大面积垮塌并贯通至地表，形成较大的地表塌陷区，导致上部采场1554m中段胶结充填采矿完全停产龙首矿西二采区原采用下向分层六角形进路机械化胶结充填法进行回采，采区布置了1554m、1430m两个回采中段，实行双中段同时回采。1554m中段已回采至1610m分段，在1614.7～1642m之间形成了约27.3m的胶结充填层；1430m中段已回采至1494m分段16分层，并在1503.5～1546m之间形成了约42.5m的胶结充填层。2016年3月，因矿区控矿断层F8的活动影响，造成了1554m中段暂时停产。目前1430m中段采用充填法正常生产。
在2016年3月西二采区上部中段1610m水平5～7行范围胶结充填体意外发生大面积垮塌并贯通至地表，形成较大的地表塌陷区，导致上部采场1554m中段胶结充填采矿完全停产。因此，急需一种能够在大面积、高强度胶结充填体下进行采矿的方法。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法，能够解决目前的大面积、高强度胶结充填体下的矿体开采大面积、高强度胶结充填体下的矿体开采的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法，包括以下步骤：
1）采场布置及结构参数选择
分段高度为15m，共设置4个分段，自上而下分别为1595m分段、1580m分段、1565m分段和1546m分段;
2）采准切割
在矿体下盘布置分段巷道、矿石溜井、进风天井和回风天井，分段巷道沿脉布置，出矿进路垂直矿体走向布置，沿矿体走向间隔15m，在矿体上盘边界、垂直于所述出矿进路掘进切割平巷，相邻的所述分段巷道之间通过采准斜坡道连通，在切割平巷内钻凿楔形的凿岩炮孔，以切割平巷为自由面爆破形成切割槽;
3）回采作业
回采顺序在空间上从上分段向下分段顺序开采，在每个分段内从上盘向下盘退采，并由矿体的东端逐渐向西端顺序回采，在出矿进路内凿上向扇形的凿岩炮孔，1595m分段每排共有10-11个炮孔，最长炮孔深14.3m，一个排面炮孔总长度为118m-126m，炮孔直径为φ80mm，炮孔排距为2.2m，1580m分段和1565m分段，每排共有11-12个炮孔，最长炮孔深17.0m，一个排面炮孔总长度为146m-155m，1546m分段，每排共有11-12个炮孔，最长炮孔深21.8m，一个排面炮孔总长度为150m-168m;
4）采场通风
采场所需新鲜风流由中段经进风天井23、采准斜坡道8、措施斜坡道进入各分段巷道，采用局扇将新鲜风流引入出矿、凿岩、装药、支护、掘进工作面;
5）采场支护
巷道采用单层喷锚网支护，喷射混凝土厚度为100mm,金属网采用φ6.5mm的圆钢制作，网度为150mm×150mm,锚杆长度为2.25m，直径为φ18mm，排间距为1.0m×1.0m,在矿岩差的地段采用双层喷锚网支护，分两次支护，每次支护参数与所述单层喷锚网支护一致。
其中，所述步骤2）中，所述矿石溜井直径为φ3.5m。
其中，所述步骤2）中，所述切割巷道净断面尺寸宽×高为4.6m×4.3m。
本发明的有益效果是：本发明充分利用原上部中段充填法已有开拓、采准、通风、排水等工程，实现了充填法与崩落法的高效顺畅无缝衔接，原有胶结充填法所有的开拓及采切工程（包括各种硐室）全部被有效利用起来，从而使崩落法采场以最快速度投入生产，同时节约巨大的经济成本和时间成本,本发明利用原充填法开采的开拓系统，减少了开拓工程、采准工程掘进量，提高了生产效率, 为贫矿资源的高效、安全、低成本开发利用以及可持续发展奠定极为重要的技术基础和可靠的技术储备。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2是图1的B-B剖视图。
图3是图1的C-C剖视图。
其中，1.凿岩炮孔；2.出矿进路；3.1554中段上部充填体；4.1554中段下部充填体；5.切割平巷；6.分段巷道；7.联络道；8.充填法分段巷道；9.矿石溜井；10.回风天井；11.崩落矿石；12. 1595m分段；13. 1580m分段；14. 1565m分段；15. 1546m分段。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
西二采区5～7行胶结充填体和覆岩的大面积冒落，使矿山的构造压力在两个断层外得到进一步释放，这为崩落法采矿以及回采巷道的支护创造极为有利的条件。无底柱分段崩落法在采矿方法、结构参数以及回采过程方面具有的特殊性，使得上部矿体无底柱分段崩落法的放顶及覆盖层形成与回采过程高度统一，无需布置额外工程，只需要在回采位置、顺序及推进速度上进行必要的计划就可以实现。也正是因为这个原因，使得从胶结充填法向无底柱分段崩落法的过渡也变得比较简单和直接。胶结充填法原有的主要开拓、提升运输、通风系统以及主要的采准工程基本上全部被利用。随着覆盖层的形成进程完成，两种采矿方法的过渡将基本完成。
（1）采场布置及结构参数选择
分段高度为15m，共设置4个分段，自上而下分别为1595m分段12、1580m分段13、1565m分段14和1546m分段15。由于矿山对矿石产量的要求，9行勘探线以西范围于2019年恢复了下向进路胶结充填法开采，已回采至1600m水平。因此根据矿山生产现状，1580m分段9行以西，以及1595m分段12崩落高度均为20m，1580m分段9行以东和1565m分段14崩落高度均为15m，1546m分段15高度为19m。进路间距和崩矿步距分别为15m和2.2m。
（2）采准切割
采准工程主要包括分段巷道6、出矿进路2、回风天井10、切割平巷5、联络道7、矿石溜井9。
分段巷道6、矿石溜井9、进风天井和回风天井10均布置在矿体下盘，矿石溜井9直径为φ3.5m。分段巷道6沿脉布置，出矿进路2垂直矿体走向布置，沿矿体走向间隔15m。在矿体上盘边界、垂直出矿进路掘进切割平巷5。分段巷道6之间通过采准斜坡道连通。
采用在切割平巷5内钻凿楔形的凿岩炮孔1，以切割平巷5为自由面爆破形成切割槽，为保证楔形炮孔拉槽时自由面补偿空间，切割巷道5净断面尺寸为4.6m×4.3m（宽×高）。拉槽时，首先在切割巷道内采用浅孔爆破的方式在切割巷道顶板上形成一个楔形空间，之后两侧各布置6排近似对称的倾斜炮孔，采用微差爆破的方式形成切割槽首爆区域，然后两侧采用垂直于切割槽巷道的扇形孔排面连续爆破成槽。每排切割炮孔有4条，炮孔总长度为22m，炮孔直径φ80mm，排距为1.4m。
（3）回采作业
回采顺序在空间上从上分段向下分段顺序开采，在每个分段内从上盘向下盘退采，并由矿体的东端逐渐向西端顺序回采。
凿岩采用Simba1254型中深孔凿岩台车在出矿进路2内凿上向扇形的凿岩炮孔1，首采分段每排共有10个炮孔，最长炮孔深14.3m，一个排面炮孔总长度为118m，炮孔直径为φ80mm，炮孔排距为2.2m。1580m分段13和1565m分段14，每排共有11个炮孔，最长炮孔深17.0m，一个排面炮孔总长度为146m。1546m分段15，每排共有11个炮孔，最长炮孔深21.8m，一个排面炮孔总长度为150m。凿岩炮孔1采用装药台车装填粒状铵油炸药，非电导爆系统起爆。爆下的崩落矿石11采用矿山已有的JCCY-6型柴油铲运机在出矿进路2端部出矿，每台铲运机负责6条有效进路的出矿作业，根据平均出矿运距，铲运机的出矿能力为38×104t/a。采场铲出的矿石运送至各分段矿石溜井9，经溜井下放到1430m中段有轨运输沿脉道及有轨运输穿脉道。
1595m首采试验分段主要为形成覆盖层，为下面分段无底柱分段崩落法回采创造良好条件。因此采用“总量控制放矿”的方式放矿，根据试验生产现状，步距放出矿量为步距崩落矿量的30%，其余矿量在后续分段采出。
1580m分段13同样采用“总量控制放矿”的放矿方式控制出矿，步距放出矿量为步距崩落矿量的80%，确保1554中段上部充填体3能够完全、充分且安全地冒落下来，形成无底柱分段崩落法采矿所需的废石覆盖层。1565m分段14是在覆盖层已经形成的情况下进行放矿，该分段可以采用“低贫化放矿”方式进行控制放矿，可在矿石贫化允许的指标内充分有效回收矿石。1546m分段15为最后一个分段，研究考虑采用“截止品位放矿”，尽可能回收矿石。
由于1430m中段初始回采进路的顶板标高为1546m，根据设计的分段划分，无底柱分段崩落法的1546m分段15的回采进路底板直接位于1554中段下部充填体4之上。为保证最后一个分段回采进路的安全，在掘进出矿进路之前应进行提前探查（可通过钻孔、巷道掘进等），如果1554中段上部充填体3与1554中段下部充填体4之间，不存在影响回采巷道布置和正常生产的间隙或孔洞，可正常掘进进路进行回采。如果发现1554中段下部充填体4存在较多孔洞，则应采取一定的技术措施（如灌注胶结充填料等）进行处理，待下部充填体可以满足上部分段正常生产要求时，再开始掘进回采进路，准备1546m分段14的回采工作。
（4）采场通风
采场所需新鲜风流由中段经回风天井10、采准斜坡道8、措施斜坡道进入各分段巷道，采用局扇将新鲜风流引入出矿、凿岩、装药、支护、掘进等工作面。
1595m分段12污风先后经1590m分段、已有中段回风天井10回至回风巷道；1580m分段13污风通过副层斜坡道和中段回风井回至1554m回风巷道；1565m分段14和1546m分段15污风通过新建的回风天井回至1554m回风巷道，然后经回风井排出地表。为保证采场作业面空气质量良好，特别是爆破后尽快排出工作面的炮烟和粉尘，需采用局扇加强通风。
（5）采场支护
当前西二采区已经形成的巷道绝大部分采用单层喷锚网支护，喷射混凝土厚度为100mm；金属网采用φ6.5mm的圆钢制作，网度为150mm×150mm；锚杆长度为2.25m，直径为φ18mm，排间距为1.0m×1.0m。在矿岩稍差的地段采用双层喷锚网支护，分两次支护，每次支护参数同单次喷锚网支护。
无底柱分段崩落法生产时回采进路主要用于凿岩爆破和出矿，存在时间不长，因此采用的支护方式为单层喷锚网支护。
实施例2
西二采区5～7行胶结充填体和覆岩的大面积冒落，使矿山的构造压力在两个断层外得到进一步释放，这为崩落法采矿以及回采巷道的支护创造极为有利的条件。无底柱分段崩落法在采矿方法、结构参数以及回采过程方面具有的特殊性，使得上部矿体无底柱分段崩落法的放顶及覆盖层形成与回采过程高度统一，无需布置额外工程，只需要在回采位置、顺序及推进速度上进行必要的计划就可以实现。也正是因为这个原因，使得从胶结充填法向无底柱分段崩落法的过渡也变得比较简单和直接。胶结充填法原有的主要开拓、提升运输、通风系统以及主要的采准工程基本上全部被利用。随着覆盖层的形成进程完成，两种采矿方法的过渡将基本完成。
（1）采场布置及结构参数选择
分段高度为15m，共设置4个分段，自上而下分别为1595m分段12、1580m分段13、1565m分段14和1546m分段15。由于矿山对矿石产量的要求，9行勘探线以西范围于2019年恢复了下向进路胶结充填法开采，已回采至1600m水平。因此根据矿山生产现状，1580m分段9行以西，以及1595m分段12崩落高度均为20m，1580m分段9行以东和1565m分段14崩落高度均为15m，1546m分段15高度为19m。进路间距和崩矿步距分别为15m和2.2m。
（2）采准切割
采准工程主要包括分段巷道6、出矿进路2、回风天井10、切割平巷5、联络道7、矿石溜井9。
分段巷道6、矿石溜井9、进风天井和回风天井10均布置在矿体下盘，矿石溜井9直径为φ3.5m。分段巷道6沿脉布置，出矿进路2垂直矿体走向布置，沿矿体走向间隔15m。在矿体上盘边界、垂直出矿进路掘进切割平巷5。分段巷道6之间通过采准斜坡道连通。
采用在切割平巷5内钻凿楔形的凿岩炮孔1，以切割平巷5为自由面爆破形成切割槽，为保证楔形炮孔拉槽时自由面补偿空间，切割巷道5净断面尺寸为4.6m×4.3m（宽×高）。拉槽时，首先在切割巷道内采用浅孔爆破的方式在切割巷道顶板上形成一个楔形空间，之后两侧各布置6排近似对称的倾斜炮孔，采用微差爆破的方式形成切割槽首爆区域，然后两侧采用垂直于切割槽巷道的扇形孔排面连续爆破成槽。每排切割炮孔有4条，炮孔总长度为50m，炮孔直径φ80mm，排距为1.4m。
（3）回采作业
回采顺序在空间上从上分段向下分段顺序开采，在每个分段内从上盘向下盘退采，并由矿体的东端逐渐向西端顺序回采。
凿岩采用Simba1254型中深孔凿岩台车在出矿进路2内凿上向扇形的凿岩炮孔1，首采分段每排共有11个炮孔，最长炮孔深14.3m，一个排面炮孔总长度为126m，炮孔直径为φ80mm，炮孔排距为2.2m。1580m分段13和1565m分段14，每排共有12个炮孔，最长炮孔深17.0m，一个排面炮孔总长度为155m。1546m分段15，每排共有12个炮孔，最长炮孔深21.8m，一个排面炮孔总长度为168m。凿岩炮孔1采用装药台车装填粒状铵油炸药，非电导爆系统起爆。爆下的崩落矿石11采用矿山已有的JCCY-6型柴油铲运机在出矿进路2端部出矿，每台铲运机负责6条有效进路的出矿作业，根据平均出矿运距，铲运机的出矿能力为38×104t/a。采场铲出的矿石运送至各分段矿石溜井9，经溜井下放到1430m中段有轨运输沿脉道及有轨运输穿脉道。
1595m首采试验分段主要为形成覆盖层，为下面分段无底柱分段崩落法回采创造良好条件。因此采用“总量控制放矿”的方式放矿，根据试验生产现状，步距放出矿量为步距崩落矿量的40%，其余矿量在后续分段采出。
1580m分段13同样采用“总量控制放矿”的放矿方式控制出矿，步距放出矿量为步距崩落矿量的80%，确保1554中段上部充填体3能够完全、充分且安全地冒落下来，形成无底柱分段崩落法采矿所需的废石覆盖层。1565m分段14是在覆盖层已经形成的情况下进行放矿，该分段可以采用“低贫化放矿”方式进行控制放矿，可在矿石贫化允许的指标内充分有效回收矿石。1546m分段15为最后一个分段，研究考虑采用“截止品位放矿”，尽可能回收矿石。
由于1430m中段初始回采进路的顶板标高为1546m，根据设计的分段划分，无底柱分段崩落法的1546m分段15的回采进路底板直接位于1554中段下部充填体4之上。为保证最后一个分段回采进路的安全，在掘进出矿进路之前应进行提前探查（可通过钻孔、巷道掘进等），如果1554中段上部充填体3与1554中段下部充填体4之间，不存在影响回采巷道布置和正常生产的间隙或孔洞，可正常掘进进路进行回采。如果发现1554中段下部充填体4存在较多孔洞，则应采取一定的技术措施（如灌注胶结充填料等）进行处理，待下部充填体可以满足上部分段正常生产要求时，再开始掘进回采进路，准备1546m分段14的回采工作。
（4）采场通风
采场所需新鲜风流由中段经回风天井10、采准斜坡道8、措施斜坡道进入各分段巷道，采用局扇将新鲜风流引入出矿、凿岩、装药、支护、掘进等工作面。
1595m分段12污风先后经1590m分段、已有中段回风天井10回至回风巷道；1580m分段13污风通过副层斜坡道和中段回风井回至1554m回风巷道；1565m分段14和1546m分段15污风通过新建的回风天井回至1554m回风巷道，然后经回风井排出地表。为保证采场作业面空气质量良好，特别是爆破后尽快排出工作面的炮烟和粉尘，需采用局扇加强通风。
（5）采场支护
当前西二采区已经形成的巷道绝大部分采用单层喷锚网支护，喷射混凝土厚度为100mm；金属网采用φ6.5mm的圆钢制作，网度为150mm×150mm；锚杆长度为2.25m，直径为φ18mm，排间距为1.0m×1.0m。在矿岩稍差的地段采用双层喷锚网支护，分两次支护，每次支护参数同单次喷锚网支护。
无底柱分段崩落法生产时回采进路主要用于凿岩爆破和出矿，存在时间不长，因此采用的支护方式为单层喷锚网支护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）采场布置及结构参数选择
分段高度为15m，共设置4个分段，自上而下分别为1595m分段（12）、1580m分段（13）、1565m分段（14）和1546m分段（15）;
2）采准切割
在矿体下盘布置分段巷道（6）、矿石溜井（9）、进风天井和回风天井（10），分段巷道（6）沿脉布置，出矿进路（2）垂直矿体走向布置，沿矿体走向间隔15m，在矿体上盘边界、垂直于所述出矿进路（2）掘进切割平巷（5），相邻的所述分段巷道（6）之间通过采准斜坡道连通，在切割平巷（5）内钻凿楔形的凿岩炮孔（1），以切割平巷（5）为自由面爆破形成切割槽;
3）回采作业
回采顺序在空间上从上分段向下分段顺序开采，在每个分段内从上盘向下盘退采，并由矿体的东端逐渐向西端顺序回采，在出矿进路（2）内凿上向扇形的凿岩炮孔（1），1595m分段（12）每排共有10-11个炮孔，最长炮孔深14.3m，一个排面炮孔总长度为118m-126m，炮孔直径为φ80mm，炮孔排距为2.2m，1580m分段（13）和1565m分段（14），每排共有11-12个炮孔，最长炮孔深17.0m，一个排面炮孔总长度为146m-155m，1546m分段（15），每排共有11-12个炮孔，最长炮孔深21.8m，一个排面炮孔总长度为150m-168m;
4）采场通风
采场所需新鲜风流由中段经进风天井23、采准斜坡道8、措施斜坡道进入各分段巷道，采用局扇将新鲜风流引入出矿、凿岩、装药、支护、掘进工作面;
5）采场支护
巷道采用单层喷锚网支护，喷射混凝土厚度为100mm,金属网采用φ6.5mm的圆钢制作，网度为150mm×150mm,锚杆长度为2.25m，直径为φ18mm，排间距为1.0m×1.0m,在矿岩差的地段采用双层喷锚网支护，分两次支护，每次支护参数与所述单层喷锚网支护一致。
2.根据权利要求1所述的一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述矿石溜井（9）直径为φ3.5m。
3.根据权利要求1所述的一种大面积胶结充填体下无底柱分段崩落法开采方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述 切割巷道（5）净断面尺寸宽×高为4.6m×4.3m。
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