高嶺土礦地下開採方法

2023-09-12 17:28:05

專利名稱：高嶺土礦地下開採方法
技術領域：
本發明屬於礦山採礦技術領域，具體涉及一種高嶺土礦的地下開採方法。
背景技術：
高嶺土 (俗稱瓷土)是世界四大非金屬礦產之一，因其特殊的理化特性成為造紙、陶瓷、橡膠、石油化工、塗料、醫藥和國防等幾十個行業所必需的礦物原料，各行業對高嶺土的需求量逐年增長。高嶺土採礦是高嶺土開採中重要的環節。高嶺土礦中較易進行大規模開採的是非煤系高嶺土，絕大多數為粘度大的以管狀為主高嶺土礦。高嶺土礦屬於軟巖礦種，硬度小，礦體鬆軟，在進行地下開採時由於圍巖和礦石的力學性質和穩定性較差，對採礦方法和支護形式有較高的要求。本申請人已有採用針對軟質高嶺土進行關鍵工藝改進的分層崩落法地下開採的生產實踐經驗，分層崩落法是按分層由上向下回採礦塊，每分層礦石採出後，上面覆蓋的崩落巖石充填採空區。參見附圖1，採礦回採是在人工假頂7的保護下進行的，人工假頂7將礦石和崩落的巖石隔開，保證得到最小的礦石損失與貧化，且提高作業人員的安全係數。採用以進路為單元條帶的方式，條帶寬3. Γ3. Sm，進路寬I. 8^2m,留有f I. 5米的護頂層。採場開設分層運輸平巷(即分層主巷5)，分層運輸平巷5向前掘進至礦體自然邊界或者開採界限時，進行回採作業。遵循「快掘快回」的原則，採用脈外運輸巷道加穿脈的採準布置方式，用放礦天井3 (亦稱反井或盲斜井)將工作面與穿脈巷道溝通。工作面上開採的礦石經分層運輸平巷5通過放礦天井3中的箕鬥下放到穿脈運輸橫巷I中的礦車中。採區分層運輸平巷5和進路中設置支護。巷道掘進斷面高2. (Γ2. I米，上底寬I. 7 I. 8米，下底寬
2.4 2. 5米。淨斷面高I. 8 I. 85米，上底寬I. 4米，下底寬2. 0 2· I米，腿窩深15 20釐米。回採以進路回採方案為主，特點是分層回採工作在斷面較小的進路中進行，進路一般是隨掘隨支，鋪底放頂均以進路為單位進行，進路掘至自然邊界或者開採界限時，回收較遠側礦柱，而後鋪設假頂，放頂，回收崩落護頂礦石，先側後頂按一個循環又一個循環後退進行。側柱厚度一般為I. Γ2米，回收礦柱以「切幫」(亦稱「吃幫」)方式進行，即回收礦柱時，作業者以手持風鎬等機械工具的方式，站在進路巷道木支護間隙，對礦柱進行局部回收。這種分層崩落法布置方式和回採工藝靈活，對形態和工程地質條件複雜的礦體適應性強，作業簡單，易於掌握，礦石可以分採。

發明內容
本發明目的是提供一種高嶺土礦地下開採方法，可提高分層崩落採礦法回採礦柱的安全性，回採率高，貧化率低，降低了資源損失。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種高嶺土礦地下開採方法，進行分層開採；在每一層，開挖進路並設支護，當進路掘進至採區分界線或礦體礦體邊界時，封閉迎頭，進行進路回採；進路掘到採區分界線或礦體礦體邊界後在進路上靠近採空區一側的側柱上開挖臨時進路並設支護，臨時進路垂直於進路，臨時進路開挖至掘穿採空區後進行CN 102913244 A
書
明
說
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後退式回採，回採包括若干個回採循環，該回採循環包括回收遠側礦柱、鋪再生假頂、落頂和回收落頂礦石，直至該臨時進路全部回採完畢；在進路上臨時進路全部回採完畢後在相鄰位置開挖設計臨時進路進行回採，並依此進行，直至該進路靠近採空區一側的側柱全部開米完畢。上述技術方案中的有關內容解釋如下
I、上述方案中，進路上開挖臨時進路的側柱沿臨時進路方向的厚度為2米。2、上述方案中，在進路上距迎頭距離不小於I. 4米位置處開挖所述臨時進路；在所述臨時進路內I. Γ2米長度範圍內進行一個回採循環，並依此進行。3、上述方案中，回採進路或回採臨時進路時當出現空頂高度高於支護的頂梁2米時，即停止出礦作業，結束該處的回採。4、上述方案中，進路內設有若干支護，在進路上開挖臨時進路時，不拆除該臨時進路位置處的進路支護的支架，只撤除該位置處的進路支護間足夠開設臨時進路長度的封板，同時加固該位置旁側的其他進路支護；還要清理出進路內距開設該臨時進路位置處至少10米的安全距離空間。5、上述方案中，臨時進路落頂時若遇懸頂則採用崩落法強制落頂。6、上述方案中，採場按分層自上而下逐層開採，每層層高為3 3. 5米。7、上述方案中，進路靠近採空區一側的側柱全部開採完畢後，在相鄰位置開挖設計進路並進行開採，進路中心線與設計進路中心線距離3. 5 4米。8、上述方案中，所述進路內和臨時進路內均每隔O. 7米設置一個支護，該支護為梯形。9、上述方案中，採場一層開採全部結束後停止開採至少一個月時間，再進行下一層的開米。本發明工作原理是在地下開採中，由巖石重力產生的地壓以及巖體內原生應力廣泛存在，其常對運輸巷道、硐室等設施造成極大的破壞，對地下開採造成極大的危害，但是其破壞有一定的規律性地下巷道開挖前，巖體處於原始平衡狀態，巷道開挖後出現圍巖應力重新分布，圍巖的一部分彈性變形產生的壓力為彈性變形地壓。當二次應力場使彈性圍巖局部地區(就是在靠近巷道周邊地區)的應力狀態達到屈服條件時，這部分圍巖就進入塑性狀態，產生塑性區，應力再次重新分布，塑性區的應力一部分向彈性區轉移，另一部分因塑性變形而釋放，同時產生塑性變形地壓。塑性變形的進一步發展就會引起巖體的破壞，同時巷道周圍區域可能出現的拉應力也會引起巖體的破壞，從而在最靠近巷道周邊的區域形成鬆動區。但是，從原始平衡狀態至彈性變形、塑性狀態到巖體鬆動破壞的發展過程是在一定的時間段內逐漸發生的，而在設有支護的情況下，若支護和圍巖緊密接觸，則可以視為支護為圍巖提供了一個均勻抗力，只要支護得當，完全能在一定時間段內利用支護材料維繫一個相對穩定的應力平衡狀態。對高嶺土礦進行分層地下開採時，在開挖進路和臨時進路時，放置的支護為圍巖提供了一個均勻抗力，就可以在一定時間段內維持相對穩定的應力平衡狀態，因此在此時間段內進行回採是安全的。進路回採完畢後在進路上靠近採空區一側的側柱上開挖臨時進路回採，可以提高側柱的回採率，降低貧化率和資源損失。由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果
4I、本發明能顯著提高作業安全性。目前高嶺土礦等軟巖複雜地壓環境下的礦種地下開採都嚴令禁止作業人員暴露在無有效支護的裸巖下作業，故傳統的進路回採作業，為了安全不得不犧牲資源採出率。本發明開挖臨時進路進行回採，雖然在開挖臨時進路時裝設的支護增加了一部分支護材料的使用量，增加了支護材料的修理量，但是能夠有效改善回採礦柱時的地壓對巷道支護的破壞，防止巖體的突然垮落，增強了安全係數。經過現場生產實 踐結果，其增加的礦石回收量的經濟效益遠大於增加的支護部分的成本。2、本發明能極大地提高礦柱的回採率，節約資源。在相對安全的條件下，開挖臨時進路，掘穿側柱，掘通採空區，回收採空區內崩落壓實的礦石資源。生產實踐證明，可回採更多礦石資源，顯著提高回採率。3、本發明能更好的進行地壓管理，改善採空區的壓力分布情況，減少懸頂等有害開採條件。由於開挖臨時進路回採能更加徹底的將進路靠近採空區一側的側柱回採乾淨，因此能顯著降低殘餘礦柱對採空區頂板的支撐作用，圍巖在地壓的作用下崩落，壓閉採空區，實現均勻降層，降低因懸頂現象而引起的衝擊氣浪，衝水衝漿等危害出現。另外還可提高下一分層開採時的回收礦量。
附圖I為本發明高嶺土礦地下開採方法的層平面部，附圖I為附圖2的II - II剖


面附圖2為附圖I的I - I劑面附圖3為附圖I的III - 111劑面附圖4為附圖3的A點大樣附圖5為附圖3的B點大樣附圖6為支護斷面示意圖。以上附圖中1.穿脈運輸橫巷；2.絞車硐室；3.放礦天井；4.分層聯絡道；5.分層主巷；6.進路；7.再生假頂；8.臨時進路；9.設計進路；10.掛簾；11.設計臨時進路；12.側柱；13.採空區；14.支護；15.採區分界線。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
實施例參見附圖I 6，礦體通過採區分界線15分出兩個採場，相鄰採場之間以分層聯絡道4連通，以形成採場的第二安全出口。通過穿脈運輸橫巷I中的放礦天井3將開拓系統與礦體中的分層主巷5溝通，當分層主巷5掘進至需要回採的位置時，在巷道左、右幫依次開設進路6的方式，進行後退式回採，進路6與分層主巷5在巷道尺寸規格和支護形式上一致。高嶺土礦地下開採方法，進行分層開採；在每一層，開挖進路6並設支護14，當進路6掘進至採區分界線或礦體礦體邊界時，封閉迎頭，進行進路6回採；進路6掘到採區分界線或礦體礦體邊界後在進路6上靠近採空區13 —側的側柱12上開挖臨時進路8並設支護14，臨時進路8垂直於進路6，臨時進路8開挖至掘穿採空區13後進行後退式回採，回採包括若干個回採循環，該回採循環包括回收遠側礦柱、鋪再生假頂7、落頂和回收落頂礦石，
5直至該臨時進路8全部回採完畢；
在進路6上臨時進路8全部回採完畢後在相鄰位置開挖設計臨時進路11進行回採，並依此進行，直至該進路6靠近採空區13 —側的側柱12全部開採完畢。一條進路6上開挖的最後一條臨時進路8與分層王巷5之間距尚為6米左右。臨時進路8與分層主巷5規格一致，只是開設時的工藝與在分層主巷5中開設進路6的工藝略有不同開設進路6時，先將開設位置的支護14幫板撤除，以風鎬或其他工具掘鑿出深度約I米的空間以便於支護，規格尺寸同分層主巷5尺寸，上部掘空區及時採用幫板挑頂支護，空間開鑿妥當之後，立即扶設木棚支護，用木塞，幫板等材料將木棚加固。事先將標準木樑用斧頭等工具在任意一端劈鑿出一個馬口狀圓弧槽，將開門處木支架的腿柱支撐去掉，開門處原支護木棚的梁用重新加工的木樑替換，梁未加工的一端架設在未撤掉的原腿柱上，加工的一端架設在開門扶好的木棚支護的木樑上，參見附圖4 ;而開設臨時進路8要相對簡單一點在設定開設臨時進路的位置不拆除木棚支護，直接在掘出的臨時進路8的空間內扶設木棚支架。一切作業操作和工序全部在拆除幫板的木棚支護間隙進行，如附圖5。當臨時進路8掘穿至回採面時，在迎頭打設優良原木做的中柱兩根，並掛設竹笆的掛簾10，防衝水衝漿。進路6上開挖臨時進路8的側柱12沿臨時進路8方向的厚度不小於2米,此時在進路6盡頭後退預留二個支護14 (長度約I. 4米)後開設臨時進路8，進行回收遠側礦柱、鋪假頂7、落頂和回收落頂礦石的一個回採循環，並依此進行。一般距採空區13迎頭約
I.Γ2. I米，現場生產實踐證明，此距離為高嶺土礦及其類似軟巖礦種的最佳距離。距離太遠，則減少了礦石的回採率，造成了丟礦；距離太近，則巖體無足夠的強度支撐地壓，增加了修理量，降低了作業安全性，降低了工效。但是此距離視作業點的壓力情況而定，最小一般不低於I. 4M，若作業點壓力大，可相應的增大此距離，以確保作業安全，必要時可在迎頭位置增設以坑木堆砌成的』井』字架，增強支護的承力性能，改善地壓條件。臨時進路8回採結束時，先以吃幫的形式回採遠一側的側柱(墩子)，視壓力情況回收，不做要求，之後回收支護木棚的坑木，以鐵錘，風鎬等工具以後退的方式拆除木支護。後退至進路6中時，打設中柱，掛設竹笆，進行下一個工作循環或者下一個工序。臨時進路8應掘至迎頭，穿透採空區13後對遠側幫採用切幫方式後退回採，最後按回收三岔門的作業辦法回收礦柱和落頂礦石。回採進路6或回採臨時進路8時當出現空頂高度高於支護14的頂梁2米時，停止出礦作業，結束該處的回採。進路6布置到分層聯絡道4旁時，應留6米側柱，以保護分層聯絡道4，該部份應在該鄰兩採場最後結束本分層時，進行回採。進路6內設有若干支護14，在進路6上開挖臨時進路8時，不拆除該臨時進路8位置處的進路6支護14的支架，只撤除該位置處的進路6支護14間足夠開設臨時進路8長度的封板，同時加固該位置旁側的其他進路6支護14;還要清理出進路6內距該臨時進路8位置處至少10米的安全距離空間，已備在緊急情況下逃生之用，這段距離內保持暢通，不得放置雜物。臨時進路8掘進作業及後續作業均在進路6支護14的間隙中進行，利用風鎬等工具自上而下開鑿出初始作業空間，掘空區頂部要及時用厚度不得小於3公分的木板進行挑頂(將木板插入進路6的支護與14圍巖之間的縫隙中，用木塞打緊，木板數一般不得少於4塊。)。有足夠支護作業空間後要及時進行設置支護14，臨時進路8支護14的形式與進路6的一致。掘穿採空區13後，依靠重力自溜的方式進行出礦作業，並利用長柄耙具耙取較遠處的崩落礦石，作業人員不得暴露於無支護的裸巖下進行作業。並設置專職人員進行安全觀察，有異常情況及時撤離。採空區13崩落的礦量回採完畢後，進行以切幫的方式回採墩子作業，進行落頂(放頂)作業，放頂作業以小藥包崩斷木立柱或者用風鎬，斧頭等工具斬斷棚腿來進行。若遇懸頂，可利用風鎬在支護14形式尚未撤除前於頂板打切割線，進行強制落頂。切幫作業及放頂作業一個循環為I. 4M，採取當班切空幫的支護應當班回收，不留給下一班。回收礦柱後出現懸頂，嚴禁人員進入採空區13作業，應加固好臨近採空區13的支護14，採用強制辦法崩落頂板礦石，或留下二架作關門棚封閉迎頭，進行下一循環的回採作業。落頂穩定後，在安全棚子上架設立柱或橫撐，掛上竹笆掛簾10，方可進行出礦作業。出礦時，人員應在安全棚子底下操作，並有專人察看險情，嚴禁人員進入採空區13作業。一旦發現空頂高度高於支護14頂梁2米以上時，即停止出礦作業，結束一個回採循環，把崩落區封攔。採場按分層自上而下逐層開採，每層層高為3 3. 5米。各採場應保持均衡下降。每分層自採區天井3開門，按採場設計掘進分層主巷5，掘至採區邊界或礦體邊界後，垂直分層主巷5掘進進路6，掘至採區邊界後退式回採。隨進路6掘進及時鋪設竹笆等人工假頂材料，以利形成再生假頂7。進路6靠近採空區13 —側的側柱12全部開採完畢後，在相鄰位置開挖設計進路9並進行開採，進路6中心線與設計進路9中心線距離3. 5 4米。進路6內和臨時進路8內均每隔O. 7米設置一個梯形支護14。支護14可為木支護或金屬支架支護。採場一層開採全部結束後，停至少一個月不開採後，再進行下一層的開採，以利形成再生假頂7。假頂7材料可為竹笆、木板、木塞等，或者為金屬網。經過生產實踐證明，採用本方案的高嶺土礦地下開採方法可提高回採率至超過83%，而一般普通分層崩落法的回採率只有70%。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於進行分層開採；在每一層，開挖進路(6)並設支護(14)，當進路(6)掘進至採區分界線或礦體礦體邊界時，封閉迎頭，進行進路(6)回採；進路(6)掘到採區分界線或礦體礦體邊界後在進路(6)上靠近採空區(13)—側的側柱(12)上開挖臨時進路(8)並設支護(14)，臨時進路(8)垂直於進路(6)，臨時進路(8)開挖至掘穿採空區(13)後進行後退式回採，回採包括若干個回採循環，該回採循環包括回收遠側礦柱、鋪再生假頂(7)、落頂和回收落頂礦石，直至該臨時進路(8)全部回採完畢；在進路(6)上臨時進路(8)全部回採完畢後在相鄰位置開挖設計臨時進路(11)進行回採，並依此進行，直至該進路(6)靠近採空區(13)—側的側柱(12)全部開採完畢。
2.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於進路(6)上開挖臨時進路(8)的側柱(12)沿臨時進路(8)方向的厚度為2米。
3.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於在進路(6)上距迎頭距離不小於I. 4米位置處開挖所述臨時進路(8);在所述臨時進路(8)內I. 4米長度範圍內進行一個回採循環，並依此進行。
4.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於回採進路(6)或回採臨時進路(8)時當出現空頂高度高於支護(14)的頂梁2米時，停止出礦作業，結束該處的回米。
5.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於進路(6)內設有若干支護(14)，在進路(6)上開挖臨時進路(8)時，不拆除該臨時進路(8)位置處的進路(6)支護(14)的支架，只撤除該位置處的進路(6)支護(14)間足夠開設臨時進路(8)長度的封板，同時加固該位置旁側的其他進路(6)支護(14);還要清理出進路(6)內距該臨時進路(8)位置處至少10米的安全距離空間。
6.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於臨時進路(8)落頂時若遇懸頂則採用崩落法強制落頂。
7.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於採場按分層自上而下逐層開米，每層層聞為3 3. 5米。
8.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於進路(6)靠近採空區(13)—側的側柱(12)全部開採完畢後，在相鄰位置開挖設計進路(9)並進行開採，進路(6)中心線與設計進路(9)中心線距離3. 5 4米。
9.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於所述進路(6)內和臨時進路(8)內均每隔O. 7米設置一個支護(14)，該支護(14)為梯形。
10.根據權利要求I所述的高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於採場一層開採全部結束後停止開採至少一個月時間，再進行下一層的開採。
全文摘要
一種高嶺土礦地下開採方法，其特徵在於進行分層開採；在每一層，開挖進路並設支護，當進路掘進至採區分界線或礦體礦體邊界時，封閉迎頭，進行進路回採；進路掘到採區分界線或礦體礦體邊界後在進路上靠近採空區一側的側柱上開挖臨時進路並設支護，臨時進路垂直於進路，臨時進路開挖至掘穿採空區後進行後退式回採，回採包括若干個回採循環，該回採循環包括回收遠側礦柱、鋪再生假頂、落頂和回收落頂礦石，直至該臨時進路全部回採完畢；在進路上臨時進路全部回採完畢後在相鄰位置開挖設計臨時進路進行回採，並依此進行。本方案對地壓管理控制效果顯著，可提高分層崩落採礦法回採礦柱的安全性，顯著提高回採率，貧化率低，降低了資源損失。
文檔編號E21C41/22GK102913244SQ201210374658
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者陳慶福, 曾鴻, 吳偉中, 謝繼明, 朱振華, 陳麗昆, 郭敬平 申請人:中國高嶺土有限公司