專利名稱：房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充填采礦法，特別是涉及一種房柱交替式盤區(qū)上向分層充填采礦 法。該方法主要適用于礦體極厚大、礦巖較穩(wěn)固、且生產(chǎn)能力大、效率高的金屬礦床開(kāi)采，同 時(shí)也適應(yīng)于具備充填法開(kāi)采的非金屬礦床開(kāi)采。
背景技術(shù)：
房柱式上向水平分層充填采礦法是目前常用的一種低貧損、作業(yè)安全性好的綠色 采礦方法，但由于該礦方法是用二步驟回采，即先采礦房，后采礦柱，在礦房回采過(guò)程中，礦 房對(duì)礦柱的爆破損傷與切割影響較大，導(dǎo)致礦柱巖體發(fā)生破壞和穩(wěn)固性下降，礦柱的回采 條件極度惡化；另外，長(zhǎng)條狀(厚大)且處于充填體包圍的孤立礦柱，采用自下而上的開(kāi)采 順序，底部揭露后，完全依靠二側(cè)充填體粘結(jié)力、巖層自身的拉應(yīng)力和上下盤巖層懸臂梁的 共同作用得以支承，當(dāng)?shù)V柱懸吊高度過(guò)大后，巖層抗拉強(qiáng)度不足以克服其自重應(yīng)力時(shí)，有可 能導(dǎo)致礦柱整體下沉或大面積脫落，造成重大安全事故；考慮回采時(shí)間的影響，礦柱長(zhǎng)期處 于懸頂狀況，巖層的節(jié)理裂隙增多，由局部不穩(wěn)固演化為整體不穩(wěn)固，導(dǎo)致安全成本增加， 事故發(fā)生的可能性增高。目前我國(guó)厚大礦體用上向分層充填采礦法開(kāi)采的礦山越來(lái)越多， 其礦柱開(kāi)采時(shí)普遍存在著采場(chǎng)頂板冒落頻繁，支護(hù)手段缺失，采場(chǎng)難采和安全事故不斷的 狀況，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)與開(kāi)采進(jìn)度，資源損失率大大提高，特別不利于礦山安全生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種安全性高、連續(xù)性強(qiáng)、資源損失率小、機(jī)械化 程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、效率高、生產(chǎn)能力大的房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法。為了解決目前我國(guó)厚大礦體用上向分層充填采礦法開(kāi)采時(shí)礦柱頂板冒落頻繁，支 護(hù)手段缺失，采場(chǎng)難采和安全事故不斷的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的房柱變換式盤區(qū)上向分 層充填采礦法，其步驟是將礦塊劃分為間隔布置的礦房、礦柱，6 8個(gè)礦房礦柱采場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)盤區(qū)，礦房 礦柱寬6 12m，以盤區(qū)為開(kāi)采單位組織生產(chǎn)；盤區(qū)采用斜坡道+分段平巷+分層聯(lián)絡(luò)道+脈外集中出礦溜井的下盤脈外無(wú)軌采 準(zhǔn)系統(tǒng)，中段高50m，分段高10 15m，3 4分層為一分段，分層高2. 5 3. 5m ；礦房礦柱用機(jī)械化上向分層充填采礦法自下而上分層回采，鑿巖臺(tái)車打眼，鏟運(yùn) 機(jī)出礦、錨桿臺(tái)車支護(hù)；3 4個(gè)礦房或3 4個(gè)礦柱同步回采。礦房或礦柱內(nèi)無(wú)軌設(shè)備交 替平行作業(yè)；盤區(qū)內(nèi)房柱回采交替上升，礦柱功能互換。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是盤區(qū)礦房同時(shí)向上回 采，以3 6分層即10m 15m為回采單位，礦房采高一個(gè)回采單位即10 15m后，用尾砂 膠結(jié)充填并接頂，礦房臨時(shí)性停采，改采礦柱，此時(shí)礦房因充填接頂，能充當(dāng)?shù)V柱回采時(shí)的 臨時(shí)護(hù)頂“礦柱”，實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換；盤區(qū)礦柱采用與礦房相同的方法回采，回采達(dá)到2個(gè)10 15m即20m 30m后充填接頂，然后停采礦柱，轉(zhuǎn)為繼續(xù)回采礦房，此時(shí)因礦柱充填接頂，礦柱繼續(xù)發(fā)揮其護(hù)頂功能；如此反復(fù)，礦房礦柱交替回采，護(hù)頂功能隨著礦房礦柱的交替進(jìn)行 而不斷轉(zhuǎn)換，直至整個(gè)礦塊采完；對(duì)于礦房礦柱第一分層，由于作為下中段的護(hù)頂層，所以需要有較高的強(qiáng)度。第 一分層底層預(yù)筑混凝土人工假底，鋼筋直徑①12mm,網(wǎng)度0. 25mX0. 25，強(qiáng)度為C15，厚度 0. 5m，然后視礦房礦柱采用膠結(jié)或非膠結(jié)充填，充填高度2. 5m，再后充填澆面。礦房礦柱回采時(shí)，遵循上向分層充填采礦法回采原則，采一層，充填一層，且預(yù)留 1.6 2.0m爆破補(bǔ)償用空頂高度。正常情況下，采空區(qū)膠結(jié)充填用灰砂比1 8 1 12 的水泥尾砂進(jìn)行充填，為保證采掘設(shè)備行走和減少礦石二次貧化損失，分層內(nèi)充填澆面，澆 面層厚度0.3 0.5m，采用灰砂比1 4 1 6的水泥尾砂充填。礦房臨時(shí)性停采后，當(dāng) 礦柱開(kāi)采位置低于礦房采高時(shí)，采空區(qū)用無(wú)膠凝劑的尾砂充填；當(dāng)?shù)V柱回采高度超過(guò)礦房 采高后，改用有膠凝劑的水泥尾砂膠結(jié)充填，其配比與礦房膠結(jié)充填配比相同。礦房礦柱交替回采，直至整個(gè)礦塊結(jié)束。采用上述技術(shù)方案的房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法，其有益效果是①安全性增高本發(fā)明針對(duì)厚大較穩(wěn)固型金屬礦床，提出了房柱交替式開(kāi)采的盤區(qū)分層回采與充 填的安全開(kāi)采方法。通過(guò)控制房柱結(jié)構(gòu)參數(shù)、采場(chǎng)暴露面積、房柱交替上升，減少了礦柱懸 吊高度。通過(guò)房柱的臨時(shí)性充填接頂，實(shí)現(xiàn)房柱護(hù)頂功能的互換，縮短了作為礦柱的回采時(shí) 間，提高采場(chǎng)巖層的完整性與穩(wěn)定性，從而避免了礦柱開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)整體下陷與冒落、采 場(chǎng)由局部失穩(wěn)轉(zhuǎn)化為整體失穩(wěn)帶來(lái)的重大安全風(fēng)險(xiǎn)，從而有效地保證了礦體開(kāi)采安全。②高效開(kāi)采房柱交替式盤區(qū)上向分層充填法開(kāi)采，由于盤區(qū)內(nèi)3 4個(gè)礦房礦柱同步回采，可 充分利用無(wú)軌設(shè)備作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)采場(chǎng)鑿巖、出礦、支護(hù)、充填交替平行作業(yè)，生產(chǎn)相對(duì)集 中，避免了單個(gè)房柱開(kāi)采人員分散、設(shè)備利用率低、勞動(dòng)組織煩瑣等不足，實(shí)現(xiàn)礦塊高效開(kāi)米。③資源損失率降低采用房柱交替式盤區(qū)上向分層充填法，通過(guò)改變回采順序與回采工藝，提高了礦 巖的整體穩(wěn)固性，從而使一些可能損失的礦石得以回收，提高資源回收率。④機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大采用盤區(qū)為單位的勞動(dòng)組織形式和無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，配備鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)和錨桿 臺(tái)車等先進(jìn)采掘設(shè)備，機(jī)械化程度高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，效率高，生產(chǎn)能力大。采礦方法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為采準(zhǔn)工程量10. 12標(biāo)米/kt，盤區(qū)生產(chǎn)能力 873.It/do


圖1為本發(fā)明采礦方法結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的II-II剖面圖；圖3為圖1的III-III剖面圖。圖中1-階段運(yùn)輸平巷，2-分段平巷，3-分層聯(lián)絡(luò)道，4-人工假頂，5-頂柱，6_膠 結(jié)充填體，7-非膠結(jié)充填體，8-澆面層，9-通風(fēng)充填井，10-回風(fēng)平巷，11-溜井，12-溜井聯(lián)
4絡(luò)道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明采礦方法的技術(shù)方案如下①沿礦體走向?qū)⒌V塊劃分為間隔布置的礦房、礦柱，礦房礦柱寬均為8m ；4個(gè)礦房 4個(gè)礦柱構(gòu)成一個(gè)盤區(qū)。礦體厚30m，盤區(qū)長(zhǎng)64m，盤區(qū)范圍為64mX 30m。②礦體中段高50m。自下而上開(kāi)采，盤區(qū)采用下盤脈外無(wú)軌采準(zhǔn)方式，其技術(shù)要點(diǎn) 是平行礦體下盤邊界布置分段平巷2，各分段平巷2通過(guò)分層聯(lián)絡(luò)道3與脈外斜坡道相 通，采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)道3聯(lián)接采場(chǎng)與分段平巷2，溜井聯(lián)絡(luò)道12與中段集中出礦溜井11相聯(lián)， 從而構(gòu)成盤區(qū)下盤脈外無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)；采場(chǎng)內(nèi)采用鑿巖臺(tái)車打眼，鏟運(yùn)機(jī)出礦，采用分段平 巷2+脈外溜井11+分層聯(lián)絡(luò)道13的出礦系統(tǒng)，礦石通過(guò)豎井提升至地表。③礦體采用房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法開(kāi)采，其特點(diǎn)是礦房先用上向 分層充填法回采，開(kāi)采高度10m 15m后，礦房停止繼續(xù)向上回采，采用灰砂比1 8 1 12的水泥尾砂膠結(jié)充填并接頂；然后用回采礦房相同的方法回采礦柱，直至礦柱超過(guò) 已采礦房的回采高度(10m 15m)后，礦柱停止繼續(xù)向上回采，充填并接頂；中段內(nèi)房柱交 替上升；礦房礦柱護(hù)頂功能互換；當(dāng)?shù)V柱回采高度未超過(guò)礦房已采高度時(shí)，采場(chǎng)用無(wú)膠凝 劑的尾砂充填；當(dāng)?shù)V柱回采高度超過(guò)礦房回采高度后，采場(chǎng)充填改用水泥尾砂膠結(jié)充填； 為保證無(wú)軌設(shè)備行走安全和減少礦石貧損率，每分層充填時(shí)要求有澆面層，其厚度0. 3 0.5m，灰砂比1 4 1 6;分層采完后，除要求充填接頂?shù)牟蓪油猓蓤?chǎng)充填后空頂高度 為1. 5 2. 0m ；采場(chǎng)采完后，所有采空區(qū)用充填料充填并接頂。④為確保采場(chǎng)安全，提高資源回收率，采用預(yù)留礦石頂柱和構(gòu)筑鋼筋混凝土人工 假頂4的方法；礦石頂柱厚3m，在采場(chǎng)用本法采完后用上向進(jìn)路法開(kāi)采；鋼筋混凝土人工假 底強(qiáng)度C15，厚度0. 5m，為下一中段頂柱回采提供安全環(huán)境。⑤為驗(yàn)證本發(fā)明的安全性以及實(shí)用性，用瑞典LUT地應(yīng)力測(cè)量法對(duì)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)進(jìn) 行測(cè)定；在采空區(qū)上方(礦體上盤)圍巖中安裝3 5點(diǎn)位移計(jì)，對(duì)頂板巖層變形進(jìn)行觀 測(cè)。在礦柱及其相鄰采場(chǎng)充填體內(nèi)埋設(shè)壓力計(jì)，觀測(cè)其受力狀況。通過(guò)觀測(cè)，得到本發(fā)明實(shí) 施過(guò)程中地應(yīng)力變化及其頂板巖層沉降情況，為采礦方法參數(shù)及采場(chǎng)回采順序、護(hù)頂方法 優(yōu)化提供依據(jù)。以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例1 三山島金礦直屬礦區(qū)是我國(guó)生產(chǎn)規(guī)模較大的地下黃金礦山，生產(chǎn)能力3500t/d。礦 體走向62°，傾向南東，傾角33 67°，平均46°，由北向南傾角有逐漸變陡趨勢(shì)。礦體厚 20 30m，局部60m，最大水平厚度近100m。礦石品位1. 52 12. 53g/t，平均3. 26g/t，目 前主要回采-565m中段以下礦體。具體實(shí)施步驟是①在三山島金礦直屬礦區(qū)-565m -625m中段，礦體傾角35 45°，礦體水平厚 度30m以上，采用房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法，沿礦體走向劃分礦房礦柱，礦房、 礦柱間隔布置，寬均為8m，8個(gè)礦房礦柱構(gòu)成一個(gè)盤區(qū)，盤區(qū)長(zhǎng)64m。中段高50m。
②礦山采用豎井+斜坡道的開(kāi)拓方式。為配合無(wú)軌機(jī)械化采礦，在礦體下盤布置 脈外斜坡道+分段平巷+分層聯(lián)絡(luò)巷+溜井集中出礦的無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，每隔10m垂高設(shè)置 一條脈外分段平巷，分段平巷與斜坡道聯(lián)結(jié)；通過(guò)分層聯(lián)絡(luò)道與采場(chǎng)相通，通過(guò)下盤溜井聯(lián) 絡(luò)道與溜井相通。如圖1、圖2和圖3所示，首先掘進(jìn)階段運(yùn)輸平巷1，然后掘進(jìn)斜坡道，在 斜坡道沿礦體走向按10m垂高掘進(jìn)分段平巷2，再后掘進(jìn)下盤出礦溜井11。在分段巷道中 垂直礦體走向掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)道3直到礦體下盤邊界。中段內(nèi)礦體分6個(gè)分段，分段高10m。③礦體采用自下而上的回采方式。礦體分段內(nèi)礦塊分3層回采，分層高3.0 3. 5m ；4個(gè)礦房同時(shí)向上回采。礦房回采時(shí)，4個(gè)礦房先用上向分層充填采礦法向上分層回 采20m高，然后充填接頂；礦房充填接頂后臨時(shí)性停采，改為對(duì)4個(gè)礦柱進(jìn)行回采。礦柱用 礦房同樣的回采方式向上推進(jìn)，回采20m即保持與礦房相同的回采高度后，采場(chǎng)由非膠結(jié) 充填改為膠結(jié)充填。隨著礦柱回采繼續(xù)向上推進(jìn)，當(dāng)采高達(dá)到30m后，礦柱臨時(shí)性停采，礦 柱采空區(qū)充填并接頂，然后轉(zhuǎn)向礦房的繼續(xù)回采。礦房再次回采20m后停采，又轉(zhuǎn)向礦柱的 回采，如此循環(huán)反復(fù)，直至整個(gè)盤區(qū)開(kāi)采結(jié)束。④礦房礦柱用上向分層充填采礦法開(kāi)采，其回采方法是采準(zhǔn)工作完成后，先回采 礦房。4個(gè)礦房同步進(jìn)行，用Pluton-17液壓臺(tái)車打眼；2#銨油炸藥非電毫秒差雷管起爆； T0R0-3. 5m3鏟運(yùn)機(jī)出礦；Robolt H518錨桿臺(tái)車進(jìn)行錨桿護(hù)頂；Multimoven_600型多用途 服務(wù)車運(yùn)送人員和材料。4個(gè)礦柱的回采方式與礦房回采方式相同。⑤對(duì)于第一分層，用掘進(jìn)法回采并挑高至5. 0m，第一分層底層預(yù)筑混凝土人工假 底，鋼筋直徑①12mm,網(wǎng)度0. 25mX0. 25，強(qiáng)度為C15，厚度0. 5m,然后視礦房礦柱采用膠結(jié) 或非膠結(jié)充填，充填高度2. 5m，再后充填澆面。⑥分層采完后，除要求充填接頂?shù)牟蓪?，采?chǎng)充填后需要預(yù)留1. 5 2. 0m的空頂 高度。當(dāng)進(jìn)行礦房分層回采時(shí)，普通膠結(jié)充填采用水泥尾砂充填，灰砂比為1 8 1 12， 最后一次充填為澆面層充填，澆面層厚度為0.3 0.5m，灰砂比為1 4 1 6;當(dāng)?shù)V柱 進(jìn)行分層回采時(shí)，正常情況下用尾砂非膠結(jié)充填，但分層充填結(jié)束前，要求充填澆面，其澆 面層厚度與灰砂比要求與礦房的澆面層一致?？紤]到礦房礦柱的護(hù)頂功能互換，所以膠結(jié) 充填與非膠結(jié)充填依房柱的功能位置而定。⑦充填前作好充填準(zhǔn)備。先構(gòu)筑充填隔離墻，然后架設(shè)充填管，當(dāng)充填準(zhǔn)備工作完 成后再進(jìn)行充填。⑧為驗(yàn)證房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法安全可靠性，確保使用過(guò)程中的高 效性，在礦體上盤、礦柱及充填體內(nèi)埋設(shè)了多種力學(xué)、位移測(cè)試裝置，從而進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，及 時(shí)調(diào)整采礦方法參數(shù)，確保開(kāi)采安全、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)和合理。
權(quán)利要求
一種房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法，其特征在于將礦體沿走向劃分為間隔布置的礦房、礦柱，多個(gè)房柱采場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)盤區(qū)；采用脈外無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，由斜坡道、脈外分段平巷、分層聯(lián)絡(luò)巷和脈外集中出礦溜井構(gòu)成；用機(jī)械化上向分層充填采礦法開(kāi)采，采一層，充填一層至下分層爆破補(bǔ)償要求的位置。盤區(qū)房柱回采順序是先采礦房，后采礦柱；所有礦房同時(shí)向上回采，礦房采完1個(gè)回采單位后，充填接頂，礦房臨時(shí)性停采并改采礦柱；礦柱回采2個(gè)回采單位后充填接頂，轉(zhuǎn)為繼續(xù)回采礦房；如此反復(fù)，直至礦塊回采完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法，其特征在于所 述的間隔布置的礦房礦柱，自下而上分層回采；用鑿巖臺(tái)車打眼、鏟運(yùn)機(jī)出礦、錨桿臺(tái)車支 護(hù)，采一層，充填一層，且預(yù)留1.6 2. 0m爆破補(bǔ)償用空頂高度。礦房回采時(shí)，用水泥尾砂膠 結(jié)充填，灰砂比1 8 1 12 ；分層內(nèi)充填澆面，澆面層厚度0.3 0.5m，灰砂比1 4 1 6;礦房停采后，礦柱用尾砂非膠結(jié)充填；當(dāng)?shù)V柱回采高度超過(guò)礦房已采高度后，改用膠 結(jié)充填，灰砂比同前文。如此反復(fù)，直至整個(gè)礦塊回采完畢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法，其特征在于在 開(kāi)采過(guò)程中，以6 8個(gè)房柱采場(chǎng)組成一個(gè)盤區(qū)，以盤區(qū)為單位組織生產(chǎn)；盤區(qū)內(nèi)3 4個(gè) 礦房或3 4個(gè)礦柱同步回采，無(wú)軌設(shè)備交替平行作業(yè)；采用斜坡道+分段平巷+分層聯(lián)絡(luò) 道+脈外集中出礦溜井的下盤脈外無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，分段高10 15m，3 4分層為一分段， 分層高2. 5 3. 5m ；對(duì)于第一分層，用掘進(jìn)法回采并挑高至5. 0m，第一分層底層預(yù)筑混凝土 人工假底，鋼筋直徑①12mm,網(wǎng)度0. 25mX0. 25，強(qiáng)度為C15，厚度0. 5m,然后視礦房礦柱采 用膠結(jié)或非膠結(jié)充填，充填高度2. 5m，再后充填澆面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦體房柱交替式盤區(qū)上向分層充填采礦法，其特征在于 盤區(qū)中礦房礦柱交替回采，礦柱護(hù)頂功能互換。盤區(qū)礦房同時(shí)向上回采，以3 6分層即 10m 15m為回采單位，礦房采高10 15m后，用尾砂膠結(jié)充填并接頂，礦房臨時(shí)性停采，改 采礦柱；盤區(qū)礦柱采用與礦房相同的方法回采，回采高度達(dá)到2個(gè)10 15m后充填接頂，然 后停采礦柱，轉(zhuǎn)為繼續(xù)回采礦房；在礦柱回采高度達(dá)到礦房采高前，用尾砂非膠充填；當(dāng)采 高超過(guò)后，改用水泥尾砂膠結(jié)充填；如此反復(fù)，礦房礦柱交替回采，直至整個(gè)礦塊采完。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種房柱變換式盤區(qū)上向分層充填采礦法，將礦體沿走向劃分為間隔布置的礦房、礦柱，多個(gè)房柱采場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)盤區(qū)；采用脈外無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，由斜坡道、脈外分段平巷、分層聯(lián)絡(luò)巷和脈外集中出礦溜井構(gòu)成；用機(jī)械化上向分層充填采礦法開(kāi)采，采一層，充填一層至下分層爆破補(bǔ)償要求的位置。盤區(qū)房柱回采順序是先采礦房，后采礦柱；所有礦房同時(shí)向上回采，礦房采完1個(gè)回采單位后，充填接頂，礦房臨時(shí)性停采并改采礦柱；礦柱回采2個(gè)回采單位后充填接頂，轉(zhuǎn)為繼續(xù)回采礦房；如此反復(fù)，直至礦塊回采完畢。本發(fā)明具有提高回采安全性、降低資源貧損率、減少支護(hù)成本、增加企業(yè)效益等顯著特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21C41/16GK101858217SQ201010175778
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者何吉平, 修國(guó)林, 劉志祥, 李夕兵, 李威, 畢洪濤, 王世鳴, 趙國(guó)彥 申請(qǐng)人:中南大學(xué)