本發(fā)明涉及一種上向進(jìn)路分層充填采礦法，特別適用于不穩(wěn)定巖層的地下礦山充填采礦，可廣泛適用于黑色、有色等金屬地下礦山的分層全尾砂膠結(jié)充填開采。

背景技術(shù)：

上向進(jìn)路分層充填法是一種由下而上，以巷道進(jìn)路方式分層回采并充填的采礦方法。該法具有回采安全、回收率高、貧化低的優(yōu)點(diǎn)，主要適用于：①礦巖均不穩(wěn)固或礦石相對(duì)穩(wěn)固的礦床；②礦體形態(tài)不規(guī)則，厚度變化大，分支復(fù)合多含有夾石的礦床；③地表需要保護(hù)的礦床。

該法的特點(diǎn)是自下而上分層回采，每一分層的回采是在掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)道后，以分層全高沿走向或垂直走向劃分進(jìn)路，間隔進(jìn)路采礦。一步驟進(jìn)路回采完畢立即充填接頂，然后再回采并充填二步驟進(jìn)路，待整個(gè)分層的進(jìn)路回采充填結(jié)束后，再用進(jìn)路回采上一分層。該法最早在瑞典部分礦山中使用，我國(guó)自1984年在金川二礦區(qū)引進(jìn)試驗(yàn)該方法成功以來(lái)，已在很多礦山推廣應(yīng)用，如山東黃金焦家金礦、魯中礦業(yè)張家礦區(qū)、安徽淮北礦區(qū)等。

目前該法仍存在一定的局限性，如：受采場(chǎng)布置和作業(yè)條件的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開采；采礦工藝復(fù)雜，采準(zhǔn)工程量大；二步驟礦房回采必須在一步驟回采的充填體內(nèi)進(jìn)行采準(zhǔn)施工，安全可靠性差；采用二步驟回采，無(wú)法實(shí)現(xiàn)礦山連續(xù)開采等；采場(chǎng)參數(shù)受礦巖穩(wěn)固性的制約，采場(chǎng)支護(hù)成本高；充填分層高度小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大產(chǎn)能充填，充填成本高。

例如，《現(xiàn)代礦業(yè)》2012年7月第7期刊登的“上向進(jìn)路( 分層) 充填采礦法在淮北礦區(qū)的應(yīng)用”中介紹了劉樓銅鐵( 金) 礦屬于2010 年初該礦開始籌建尾砂充填系統(tǒng)，調(diào)整井下生產(chǎn)布局，引進(jìn)上向進(jìn)路( 分層) 充填采礦法， 2010 年下半年開始對(duì)原有采空區(qū)和新采空區(qū)進(jìn)行了膠結(jié)充填。實(shí)踐證明該方法具有回采安全、礦石回收率高、貧化率低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下3個(gè)問(wèn)題：（1）充填接頂率難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)厚大礦體多進(jìn)路回采頂板管理帶來(lái)難度；（2）下盤布置溜井，鏟運(yùn)機(jī)斜巷工程要求圍巖相對(duì)穩(wěn)固。對(duì)破碎圍巖，必須采取支護(hù)措施；（3）要求探礦超前，摸清礦體的規(guī)模形態(tài)，工程地質(zhì)條件，方案設(shè)計(jì)才能綜合考慮，保證其相對(duì)合理性；（4）開采生產(chǎn)能力較小，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開采。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)目前上向進(jìn)路分層充填法生產(chǎn)能力低、采準(zhǔn)工程量大、工藝復(fù)雜、采場(chǎng)支護(hù)成本高及二步驟無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采等問(wèn)題，提出了一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法，旨在實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)大規(guī)模開采，降低開采成本。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法，根據(jù)采場(chǎng)布置，沿礦體走向方向，每40～60m劃分為一個(gè)采場(chǎng)，以每50～60m劃分為一個(gè)采場(chǎng)為優(yōu)；一個(gè)采場(chǎng)布置8～12條進(jìn)路，進(jìn)路的寬度為4～6m，6～9 m為一個(gè)分段的高度；在礦體上盤的脈外布置上盤溜井，在礦體下盤脈外布置下盤溜井，中段下盤運(yùn)輸大巷布置在礦體下盤的礦脈外，中段上盤運(yùn)輸大巷布置在礦體上盤的礦脈外。將每一個(gè)分段分為上分層、下分層，在上分層之礦體下盤一側(cè)布置下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷，在下分層之礦體上盤一側(cè)布置上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷；下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷作為上分層回采的出礦聯(lián)絡(luò)巷，上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷作為下分層回采的出礦聯(lián)絡(luò)巷；中段上盤運(yùn)輸大巷通過(guò)裝礦穿脈聯(lián)巷與中段下盤運(yùn)輸大巷相通，下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷通過(guò)采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)斜坡道與中段下盤運(yùn)輸大巷相通，從而形成一個(gè)完整的運(yùn)輸系統(tǒng)。本發(fā)明開采方向仍為自下而上，以分層全高沿走向或垂直走向劃分進(jìn)路，間隔進(jìn)路采礦。與傳統(tǒng)的上向進(jìn)路分層充填法不同的是，本發(fā)明采用的開采方式為：

1）將上分層、下分層合并為一個(gè)分段開采，一步驟首先開采上分層，在上分層上分層進(jìn)路回采完畢后，先根據(jù)礦石穩(wěn)固性對(duì)上分層頂板或者全斷面進(jìn)行支護(hù)，再開采下分層進(jìn)路礦體；

2）同一盤區(qū)水平方向上根據(jù)礦石的穩(wěn)固性，選擇隔一采一或者隔二采一的方式進(jìn)行回采，在一步驟上分層礦房、下分層礦房回采完成后，進(jìn)行膠結(jié)充填，充填體達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后立即進(jìn)行相鄰礦房的回采，實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，一個(gè)分段全部回采完成后，統(tǒng)一升層進(jìn)行上分層進(jìn)路回采工作，以減少二步驟礦柱回采的采準(zhǔn)工程量，提高回采效率，降低采礦成本。

上分層采用鑿巖臺(tái)車水平鑿巖，如Boomer281全液壓鑿巖臺(tái)車，水平孔落礦；下分層進(jìn)路回采采用下向垂直孔鑿巖后退式回采，側(cè)向崩礦，分層高度可增加至4.5m，減少一次護(hù)頂支護(hù)，且下分層回采爆破自由面更多，提高了爆破效率，降低施工成本。爆破炸藥選用乳化炸藥，起爆采用非電導(dǎo)爆管分段起爆。

上述每個(gè)分段的高度以7～8 m為宜，以7 m為佳。

采場(chǎng)結(jié)構(gòu)較優(yōu)參數(shù)為：沿礦體走向方向，每50m劃分為一個(gè)采場(chǎng)，一個(gè)采場(chǎng)布置10條進(jìn)路，進(jìn)路的寬度為5m，每個(gè)分段的高度為7m，分層高度為3.5m。

對(duì)于水平厚度大于15m的礦塊，采場(chǎng)垂直礦體走向布置，采場(chǎng)長(zhǎng)度為礦體水平厚度；當(dāng)?shù)V體水平厚度過(guò)大時(shí)，應(yīng)按不大于60m的原則劃分為多個(gè)盤區(qū)。

本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法，采用的是相向進(jìn)路上向分層全尾砂膠結(jié)充填采礦方法，在傳統(tǒng)的上向進(jìn)路分層膠結(jié)充填采礦方法基礎(chǔ)上進(jìn)行了采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，簡(jiǎn)化礦山采礦工藝，減少采場(chǎng)支護(hù)工程量及采準(zhǔn)工程量，從而降低采礦成本，充填分段高度由傳統(tǒng)的3～5m提高到7～8m，提高了充填效率及礦山生產(chǎn)效率，保障了礦山開采安全及回采率，降低礦石貧化率。詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如下表1：

表1 兩種采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法側(cè)視圖。

圖2是一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法俯視圖。

圖3是一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法正視圖。

附圖標(biāo)記為：1-中段下盤運(yùn)輸大巷；2-中段上盤運(yùn)輸大巷；3-下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷；4-上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷；5-上中段下盤運(yùn)輸大巷；6-穿脈運(yùn)輸巷礦柱；7-采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)斜坡道；8-下盤溜井；9-上盤溜井； 10-上分層回采工作面；11-下分層回采工作面；12-裝礦穿脈聯(lián)巷；13-采場(chǎng)充填通風(fēng)井；14-充填體；15-待采礦體；16-下分層回采炮孔；S-采場(chǎng)；b-進(jìn)路；c-分段；c₁-上分層；c₂-下分層。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

我國(guó)中部某火山沉積變質(zhì)型鐵礦床，礦山工程地質(zhì)復(fù)雜，礦石品位低，礦體呈緩傾斜、傾斜分布且礦石夾層較多，礦體直接接觸頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固性差，上盤冒頂較為嚴(yán)重，且礦區(qū)周邊多為村莊和農(nóng)田，周邊環(huán)境復(fù)雜。

礦山前期采用上向進(jìn)路分層充填法開采，兩步驟回采，每分層進(jìn)路隔一采一，生產(chǎn)能力約為3000t/d，由于受采場(chǎng)布置的影響和作業(yè)條件的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開采，且每分層充填完畢后立即換層，造成二步驟礦房回采難度較大。

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)原采礦方法進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，發(fā)明了相向進(jìn)路上向分層全尾砂膠結(jié)充填采礦法。

由圖1所示的本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進(jìn)路分層充填采礦方法俯視圖并結(jié)合圖2、圖3看出，本發(fā)明采用的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、采準(zhǔn)工程、回采工藝分別為：

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)：根據(jù)采場(chǎng)布置，沿礦體走向方向，每50m劃分為一個(gè)采場(chǎng)S，一個(gè)采場(chǎng)S布置10條進(jìn)路b，進(jìn)路b的寬度為5m，7 m為一個(gè)分段c的高度；將每一個(gè)分段c分為上分層c₁、下分層c₂，分上分層和下分層相向進(jìn)路回采，上分層c₁、下分層c₂的高度皆為3.5m。

（2）采準(zhǔn)工程：在礦體上盤的脈外布置上盤溜井9，在礦體下盤脈外布置下盤溜井8，中段下盤運(yùn)輸大巷1布置在礦體下盤的礦脈外，中段上盤運(yùn)輸大巷2布置在礦體上盤的礦脈外，上中段下盤運(yùn)輸大巷5布置在上一個(gè)中段礦體下盤的礦脈外。在上分層c₁之礦體下盤一側(cè)布置下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷3，在下分層c₂之礦體上盤一側(cè)布置上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷4；下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷3作為上分層c₁回采的出礦聯(lián)絡(luò)巷，上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷4作為下分層c₂回采的出礦聯(lián)絡(luò)巷；裝礦穿脈聯(lián)巷12布置在穿脈運(yùn)輸巷礦柱6的下方，中段上盤運(yùn)輸大巷2通過(guò)裝礦穿脈聯(lián)巷12與中段下盤運(yùn)輸大巷1相通，下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷3通過(guò)采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)斜坡道7與中段下盤運(yùn)輸大巷1相通，從而形成一個(gè)完整的運(yùn)輸系統(tǒng)；每個(gè)采場(chǎng)下盤中間位置布置一條充填兼采場(chǎng)回風(fēng)的通風(fēng)井13，作為充填管路布置和采場(chǎng)回風(fēng)的主要通道。

（3）回采工藝：將上分層c₁、下分層c₂合并為一個(gè)分段c開采，一步驟首先開采上分層c₁，在上分層上分層c₁進(jìn)路回采完畢后，先根據(jù)礦石穩(wěn)固性對(duì)上分層頂板或者全斷面進(jìn)行支護(hù)，再開采下分層c₂進(jìn)路礦體；同一盤區(qū)水平方向上根據(jù)礦石的穩(wěn)固性，選擇隔一采一或者隔二采一的方式進(jìn)行回采，在一步驟上分層c₁礦房、下分層c₂礦房回采完成后，進(jìn)行膠結(jié)充填，充填體達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后立即進(jìn)行相鄰礦房的回采，實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，一個(gè)分段全部回采完成后，統(tǒng)一升層進(jìn)行上分層進(jìn)路回采工作。

上分層c₁采用鑿巖臺(tái)車水平鑿巖，水平孔落礦；下分層c₂進(jìn)路回采采用下向垂直孔鑿巖后退式回采，側(cè)向崩礦。

回采工藝具體為：

a.鑿巖爆破：采用Boomer281全液壓鑿巖臺(tái)車，選擇D45mm的七齒鉆頭，釬桿型號(hào)為R38/T38-H35-R32，長(zhǎng)度3.7m，上分層c₁采用水平孔落礦，炮眼深度為3.7m。下分層c₂采用下向垂直平行孔—下分層回采炮孔16，孔深3.5m，側(cè)向崩礦，后退式回采，一次崩4排孔，約6m。爆破炸藥選用乳化炸藥，起爆采用非電導(dǎo)爆管分段起爆，落礦眼為一段，周邊控制眼為二段。上分層c₁分5段起爆，其中一階掏槽孔和二階掏槽孔各為一段，輔助眼分兩段起爆，周邊眼一段。下分層c₂回采，邊眼和落礦炮孔分兩段起爆，保護(hù)相鄰采場(chǎng)或者充填體不被破壞，加強(qiáng)采場(chǎng)的穩(wěn)定性和降低貧化率。

b.采場(chǎng)通風(fēng)：利用礦山通風(fēng)系統(tǒng)所形成壓力差來(lái)完成的。新鮮風(fēng)流經(jīng)中段下盤運(yùn)輸大巷1、中段上盤運(yùn)輸大巷2、裝礦穿脈聯(lián)巷12、采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)斜坡道7進(jìn)入采場(chǎng)，清洗上分層回采工作面10、下分層回采工作面11后的污風(fēng)，經(jīng)采場(chǎng)充填通風(fēng)井13排到上中段回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)。

c.頂板管理：一個(gè)分段c內(nèi)分上分層c₁、下分層c₂兩個(gè)分層相向回采，上分層c₁回采時(shí)，對(duì)采場(chǎng)頂板必須進(jìn)行錨桿或錨網(wǎng)全斷面支護(hù)。采場(chǎng)內(nèi)遠(yuǎn)離斷層或圍巖處，采用錨桿支護(hù)，靠近斷層或圍巖處采用錨網(wǎng)支護(hù)方式。下分層c₂回采，每次出礦前加強(qiáng)對(duì)頂板的觀測(cè)，發(fā)生變形或者支護(hù)破壞時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行加固處理。

d.采場(chǎng)出礦：采場(chǎng)崩落礦石由WJD-2鏟運(yùn)機(jī)鏟裝后經(jīng)裝礦穿脈聯(lián)巷12卸入下盤溜井8或者直接卸入采場(chǎng)內(nèi)的脈內(nèi)順路溜井，再由設(shè)在溜井底部的振動(dòng)放礦機(jī)向礦車放礦，通過(guò)電機(jī)車牽引運(yùn)至主井。為減少礦石對(duì)底部振動(dòng)放礦機(jī)和溜井的沖擊，下盤溜井8、上盤溜井9應(yīng)保持充滿狀態(tài)。每個(gè)盤區(qū)配備一臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)，采場(chǎng)落下的礦石，由鏟運(yùn)機(jī)鏟裝，經(jīng)裝礦穿脈聯(lián)巷12運(yùn)至下盤溜井8卸載。出礦塊度控制在400mm以下，大于400mm的，在采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行二次爆破處理。

（4）采場(chǎng)充填：所有充填準(zhǔn)備工作完成后即可按配比進(jìn)行進(jìn)路充填，連續(xù)充填必須精心組織。根據(jù)地表充填料漿制備站充填材料儲(chǔ)備情況和進(jìn)路充填體積確定連續(xù)充填的時(shí)間。一步采進(jìn)路充填體14的28d抗壓強(qiáng)度不低于1.0MPa，二步采進(jìn)路進(jìn)行非膠結(jié)充填，采場(chǎng)一、二步采進(jìn)路均進(jìn)行澆面充填28ｄ抗壓強(qiáng)度不低于1.5 MPa，澆面厚度40cm，以利于上分層回采時(shí)無(wú)軌設(shè)備的行走。所有進(jìn)路充填完畢后封閉聯(lián)絡(luò)道，用同樣方法充填分層聯(lián)絡(luò)道，統(tǒng)一升層進(jìn)行上分層進(jìn)路回采工作，回采上部的待采礦體15。

通過(guò)改進(jìn)回采工藝配合高效機(jī)械化鑿巖鏟裝裝備，礦山在采用該法后，生產(chǎn)能力由原來(lái)的3000t/d提高至5000t/d，回收率提高了1%，貧化降低了2%，生產(chǎn)成本降低了約20%，取得了非常好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。