一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法
2024-04-13 18:33:05 1
1.本發明屬於礦山開採技術領域，具體涉及一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法。
背景技術：
2.充填採礦法是指伴隨落礦、運搬及其他作業的同時，用充填料充填採空區的採礦方法。充填的目的是支護採空區兩幫巖石，並為繼續進行上面分層回採造成立足的底板。它適用於礦石和圍巖不穩固，不允許有較大暴露面的礦床；地表需要保護的礦床；稀有貴金屬或高品位的礦床；有自燃性的硫化礦床；賦存條件複雜的礦床等。中國在西周末年已使用支架充填採礦法，並且一直到20世紀50年代以前，還大量使用乾式充填採礦法。60年代乾式充填採礦法逐漸被其他高效率採礦法所代替。70年代逐步使用尾砂充填和膠結充填技術。以及自行式無軌採掘設備，大力發展水砂充填採礦法和膠結充填採礦法，從而使充填採礦法的礦石產量比重逐漸增大。1990年有色金屬地下礦山採用充填採礦法採出的礦石比重為16.92％。其他國家金屬礦山採用充填採礦法採出的礦石比重也在增大。
3.由於充填採礦法能夠最大限度地回收礦產資源，保護地下、地表環境，特別是近些年來，而隨著充填材料、充填工藝、管道輸送裝備和技術的不斷進步，充填採礦法在有色金屬礦山和貴重金屬礦山得到了廣泛應用。隨著充填成本的不斷降低和礦產品價格的持續走高，充填法因其無可替代的優勢，在煤礦、鐵礦等傳統上不宜採用充填法的礦山，應用比重也越來越大。
4.在眾多充填採礦方法中，下向進路充填採礦法是目前我國金屬非金屬礦山中應用較為廣泛的一種採礦方法。該方法是一種自下而上順序分層回採、分層充填，以巷道進路方式在分層的人工假頂保護下進行作業的回採方法。下向進路充填採礦法主要適用於礦巖很不穩固、礦石品位高經濟價值好的礦體，該方法的優點是作業場所頂板為人工假定，更加安全可靠，礦石損失率和礦石貧化率低。但現有下向進路充填採礦法也主要存在以下幾點不足：
5.(1)採礦效率低，採礦成本高。目前進路回採均是採用巷道掘進的方式進行爆破落礦，爆破難度較大，一次掘進進尺低，因此採礦效率低，制約了採礦生產能力。同時，掘進爆破需要施工大量炮孔，人工及火工品材料消耗大，採礦成本偏高。
6.(2)採場頂板充填體質量難以保證。濾水速度慢直接影響充填強度以及接頂率，由於進路採礦法只有進路入口處一個充填板牆進行濾水，濾水能力受限，導致充填體凝固時間長，充填體強度低，同時，充填體內的水不及時排出，也導致充填接頂效果差，影響下分層回採作業安全。
7.(3)進路規格窄，產能受限。由於頂板充填體強度低，同時，上層每條進路平行推進以及充填時間差關係，導致每條進路間充填體形成弱面，鋼筋焊接點在弱面間，導致充填體發生坍塌的機率增大，因此，下層採場回採時進路規格不宜過大，造成採場產能受限以及充填次數增多。
技術實現要素：
8.針對上述現有下向進路充填採礦法存在的問題，本發明公布了一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法，該採礦方法包括以下步驟：
9.步驟1、按下向進路充填採礦法的方式劃分採場並布置採準切割工程，中段內自上而下分層進行回採，分層內自脈外分段平巷施工採場聯絡道至礦體下盤邊界，然後自採場聯絡道在礦體下盤施工沿脈巷至採場兩側邊界，分層內礦體劃分為進路進行回採；
10.步驟2、採場分層內採用自中央向兩翼的方式進行回採，在採場分層中心位置，自沿脈巷垂直礦體走向方向施工首採進路至礦體上盤邊界，然後在首採進路兩側進行間隔式片幫回採以形成後續進路回採的爆破補償空間，片幫回採區域之間自沿脈巷邊界處間隔留設礦柱，進路及片幫回採區域頂板採用錨索+網片方式進行支護，片幫回採結束後在進路底板鋪設鋼筋網，採用吊筋將鋼筋網吊掛在進路頂板的錨索上，然後在片幫區域外側邊界處和進路口架設充填擋牆，並對進路進行充填並接頂；
11.步驟3、首採進路充填養護完畢後，同時回採其相鄰的兩條進路，首先自沿脈巷垂直礦體走向方向施工進路至礦體上盤邊界，然後在進路靠原巖一側進行間隔式片幫回採以形成後續進路回採的爆破補償空間，片幫回採區域之間自沿脈巷邊界處間隔留設礦柱，進路及片幫回採區域頂板採用錨索+網片方式進行支護；片幫回採結束後，從礦體上盤向下盤方向依次回收靠充填體一側的礦柱，為保證進路口與沿脈巷交叉處的穩定性，沿脈巷邊界處的礦柱不回收；然後在進路底板鋪設鋼筋網，採用吊筋將鋼筋網吊掛在進路頂板的錨索上，在片幫區域外側邊界處和進路口架設充填擋牆，並對進路進行充填並接頂；
12.步驟4、步驟3中回採的進路充填養護完畢後，再回採已充填進路一側的兩條進路，回採及充填方法同步驟3，如此循環直至整個第一分層回採結束；
13.步驟5、第一分層回採結束後，進行轉層並回採下一個分層，分層回採及充填方法同步驟2至步驟4，如此循環直至整個採場回採結束，此時各分層進路底板上鋪設的鋼筋網通過吊筋吊掛在上一分層的鋼筋網上。
14.進一步地，所述分層回採時，上下相鄰兩個分層的首採進路位置錯開1/2進路寬度布置。
15.進一步地，所述進路自下盤向上盤成千分之三的上坡，進路長度為礦體厚度，進路斷面規格根據礦體巖石的工程地質條件及地應力大小確定。
16.進一步地，所述鋼筋網鋪設時，分層首採進路寬度方向的每根鋼筋兩端在進路幫壁處向上折起並預留不低於1.5m的長度，且相鄰兩根鋼筋的預留長度交錯設置，長度相差0.5m；分層內其他進路鋪設鋼筋網時，在進路寬度方向的每根鋼筋靠原巖一側在進路幫壁處向上折起並預留不低於1.5m的長度，且相鄰兩根鋼筋的預留長度交錯設置，長度相差0.5m，同時將靠近充填體一側上一條進路鋪設鋼筋網預留的鋼筋焊接在本次鋪設的鋼筋網上，焊接點交錯布置，以便將鋼筋的焊接點與充填體間的弱面錯開。
17.進一步地，所述片幫回採的寬度為進路寬度的1/2，片幫回採的高度為進路高度，單個片幫回採區域的長度大於等於3倍的進路單次循環進尺；所述礦柱的寬度為進路寬度的1/2，長度不大於進路單次循環進尺，高度等於進路高度。
18.進一步地，分層回採時，所述首採進路採用掘進的方式進行回採，以掌子面為唯一自由面和補償空間進行爆破；其餘進路回採時，靠充填體一側為礦柱時，採用掘進的方式進
行回採，掌子面為爆破的唯一自由面和補償空間，靠充填體一側為前一條進路回採片幫區域時，以片幫區域為主要自由面和補償空間進行側向爆破崩礦，此時在爆破前先對片幫區域靠充填體一側的充填擋牆進行拆除和回收。
19.進一步地，所述進路進行充填時，在進路頂板分別架設充填管、排氣管，排氣管的高度高於充填管；充填採用分次充填，每次充填高度不超過進路高度的1/3～1/4，待下層充填體凝固後再進行上層充填。
20.進一步地，所述進路充填時，採用膠結充填體進行充填，膠結充填體的28天單軸抗壓強度大於等於3～5mpa。
21.進一步地，所述充填擋牆由木立柱、鋼格網、土工布及斜撐組成，木立柱架設在充填擋牆設計位置並綁紮在頂底板的錨杆上，木立柱之間鋪設固定一層鋼格網，鋼格網上再鋪設1～2層土工布，木立柱、鋼格網及土工布構成充填擋牆牆體，充填擋牆牆體採用斜撐進行支撐固定，充填擋牆的下部還設置有排水管。
22.有益效果
23.本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：
24.(1)採場回採效率高，生產能力大。在進路施工結束後，在靠原巖礦體側片幫回採預留邊側進路回採爆破時的自由面和補償空間，使得相鄰進路回採時可採用側向崩礦的方式進行回採，有效降低了回採爆破難度，縮短了鑽孔數量及打孔時長，大幅度提高了採礦效率，增大了採礦生產能力。
25.(2)可有效降低採場回採成本。一方面，通過提高採場回採效率和生產能力，可有效降低噸礦成本；另一方面，進路回採由掘進爆破優化為側向爆破崩礦，減少了爆破難度和火工品單耗，也能夠降低了採礦成本。
26.(3)通過預留設礦柱，提高了充填板牆穩定性，減少頂板暴露面積，在擴大進路回採寬度的同時，確保了進路頂板穩定性，增大了單次充填面積，減少了充填次數，提高了充填效率。由於進路充填接頂難度大，在脈外巷一側留設若干個間隔式礦柱，可確保脈外巷的頂板穩定性。
27.(4)本發明可提高充填體強度。通過預留礦柱，並在礦柱間安裝若干個充填板牆及排水管，可在進路兩側多個板牆同時濾水，實現充填料漿的快速和均勻濾水，加快了充填體凝固時間，確保充填接頂效果。礦柱的留設改變了兩條進路間鋼筋的連接方式，減少了進路充填體間的弱面結構，提高了充填體整體強度。
28.下面通過附圖和具體實施方式，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
29.圖1為實施例中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法分層首採進路回採示意圖。
30.圖2為實施例中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法分層首採進路片幫回採示意圖。
31.圖3為實施例中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法分層首採進路充填擋牆及充填管道架設示意圖。
32.圖4為圖3中的a處放大示意圖。
33.圖5為實施例中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法充填擋牆結構示意圖。
34.圖6為實施例中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法分層首採進路兩側進路回採示意圖。
35.圖7為實施例中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法分層首採進路兩側進路片幫回採及礦柱回收示意圖。
36.圖中標號：1—沿脈巷，2—礦體，3—首採進路，4—礦柱，5—片幫回採區域，6—膠結充填體，7—木立柱，8—斜撐，9—鋼格網，10—土工布，11—排水管，12—鋼筋，13—鋼筋焊點，14—充填管，15—排氣管，16—進路。
具體實施方式
37.以下將結合附圖對本發明各實施例的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例；基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬於本發明所保護的範圍。
38.參見圖1-圖7，圖示中的一種預留間隔式礦柱下向進路充填採礦法為本發明的優選方案，採用本發明提供的技術方案包括以下步驟：
39.步驟1、按下向進路充填採礦法的方式劃分採場並布置採準切割工程，中段內自上而下分層進行回採，分層內自脈外分段平巷施工採場聯絡道至礦體下盤邊界，然後自採場聯絡道在礦體下盤施工沿脈巷1至採場兩側邊界，分層內礦體劃分為進路進行回採，分層回採時，上下相鄰兩個分層的首採進路位置錯開1/2進路寬度布置。所述進路自下盤向上盤成千分之三的上坡，進路長度為礦體厚度，進路斷面規格根據礦體巖石的工程地質條件及地應力大小確定。
40.步驟2、採場分層內採用自中央向兩翼的方式進行回採，在採場分層中心位置，自沿脈巷1垂直礦體走向方向施工首採進路至礦體上盤邊界，首採進路3採用掘進的方式進行回採，以掌子面為唯一自由面和補償空間進行爆破；然後在首採進路3兩側進行間隔式片幫回採以形成後續進路回採的爆破補償空間，所述片幫回採的寬度為進路寬度的1/2，片幫回採的高度為進路高度，單個片幫回採區域5的長度大於等於3倍的進路單次循環進尺；片幫回採區域5之間自沿脈巷1邊界處間隔留設礦柱4，所述礦柱4的寬度為進路寬度的1/2，長度不大於進路單次循環進尺，高度等於進路高度。進路及片幫回採區域5頂板採用錨索+網片方式進行支護，片幫回採結束後在進路底板鋪設鋼筋12網，進路寬度方向的每根鋼筋12兩端在進路幫壁處向上折起並預留不低於1.5m的長度，且相鄰兩根鋼筋12的預留長度交錯設置，長度相差0.5m。採用吊筋將鋼筋網吊掛在進路頂板的錨索上，然後在片幫區域外側邊界處和進路口架設充填擋牆，所述充填擋牆由木立柱7、鋼格網9、土工布10及斜撐8組成，木立柱7架設在充填擋牆設計位置並綁紮在頂底板的錨杆上，木立柱7之間鋪設固定一層鋼格網9，鋼格網9上再鋪設1～2層土工布10，木立柱7、鋼格網9及土工布10構成充填擋牆牆體，充填擋牆牆體採用斜撐8進行支撐固定，充填擋牆的下部還設置有排水管11。然後對進路進行充填並接頂。所述進路進行充填時，在進路頂板分別架設充填管14、排氣管15，排氣管15的高度高於充填管14；充填採用分次充填，每次充填高度不超過進路高度的1/3～1/4，待下層
充填體凝固後再進行上層充填。進路充填採用膠結充填體6進行充填，膠結充填體6的28天單軸抗壓強度大於等於3～5mpa。
41.步驟3、首採進路3充填養護完畢後，同時回採其相鄰的兩條進路16，首先自沿脈巷1垂直礦體走向方向施工進路至礦體上盤邊界，進路回採時，靠充填體一側為礦柱4時，採用掘進的方式進行回採，掌子面為爆破的唯一自由面和補償空間，靠充填體一側為前一條進路回採片幫區域時，以片幫區域為主要自由面和補償空間進行側向爆破崩礦，此時在爆破前先對片幫區域靠充填體一側的充填擋牆進行拆除和回收。然後在進路靠原巖一側進行間隔式片幫回採以形成後續進路回採的爆破補償空間，所述片幫回採的寬度為進路寬度的1/2，片幫回採的高度為進路高度，單個片幫回採區域5的長度大於等於3倍的進路單次循環進尺；片幫回採區域5之間自沿脈巷1邊界處間隔留設礦柱4，所述礦柱4的寬度為進路寬度的1/2，長度不大於進路單次循環進尺，高度等於進路高度。進路及片幫回採區域5頂板採用錨索+網片方式進行支護；片幫回採結束後，從礦體上盤向下盤方向依次回收靠充填體一側的礦柱4，為保證進路口與沿脈巷1交叉處的穩定性，沿脈巷1邊界處的礦柱4不回收；然後在進路底板鋪設鋼筋12網，在進路寬度方向的每根鋼筋12靠原巖一側在進路幫壁處向上折起並預留不低於1.5m的長度，且相鄰兩根鋼筋12的預留長度交錯設置，長度相差0.5m，同時將靠近充填體一側上一條進路鋪設鋼筋網預留的鋼筋12焊接在本次鋪設的鋼筋網上，鋼筋焊點13交錯布置。採用吊筋將鋼筋網吊掛在進路頂板的錨索上，在片幫區域外側邊界處和進路口架設充填擋牆，所述充填擋牆由木立柱7、鋼格網9、土工布10及斜撐8組成，木立柱7架設在充填擋牆設計位置並綁紮在頂底板的錨杆上，木立柱7之間鋪設固定一層鋼格網9，鋼格網9上再鋪設1～2層土工布10，木立柱7、鋼格網9及土工布10構成充填擋牆牆體，充填擋牆牆體採用斜撐8進行支撐固定，充填擋牆的下部還設置有排水管11。然後對進路進行充填並接頂，所述進路進行充填時，在進路頂板分別架設充填管14、排氣管15，排氣管15的高度高於充填管14；充填採用分次充填，每次充填高度不超過進路高度的1/3～1/4，待下層充填體凝固後再進行上層充填。進路充填採用膠結充填體6進行充填，膠結充填體6的28天單軸抗壓強度大於等於3～5mpa。
42.步驟4、步驟3中回採的進路充填養護完畢後，再回採已充填進路一側的兩條進路，回採及充填方法同步驟3，如此循環直至整個第一分層回採結束；
43.步驟5、第一分層回採結束後，進行轉層並回採下一個分層，分層回採及充填方法同步驟2至步驟4，如此循環直至整個採場回採結束，此時各分層進路底板上鋪設的鋼筋網通過吊筋吊掛在上一分層的鋼筋網上。
44.以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。