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      一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)的制作方法

      文檔序號:12427362閱讀:367來源:國知局
      一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)的制作方法與工藝

      本發(fā)明涉及一種上向進路分層充填采礦法的采場結(jié)構(gòu)布置,特別適用于不穩(wěn)定巖層的地下礦山充填采礦,可在黑色、有色等金屬地下礦山的分層全尾砂膠結(jié)充填開采中廣泛應用。



      背景技術(shù):

      隨著人類對礦產(chǎn)品需求的不斷增加,礦產(chǎn)資源變得越來越少。如何合理、高效、經(jīng)濟、安全地進行礦產(chǎn)資源開發(fā)利用,降低資源的損失,減少礦石的貧化,提高礦石的質(zhì)量,是礦產(chǎn)資源開發(fā)者共同關(guān)心的問題。充填采礦法以其高回收率、低貧化率的優(yōu)點,在開采較高價值的難采礦床中取得了突破性進展,出現(xiàn)了無軌機械化膠結(jié)充填采礦法,點柱充填采礦法,分段充填采礦法,大孔徑階段空場嗣后尾砂膠結(jié)(塊石膠結(jié))充填采礦法等。

      上向進路分層充填法是一種由下而上,以巷道進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,主要適用于:①礦巖均不穩(wěn)固或礦石相對穩(wěn)固的礦床;②礦體形態(tài)不規(guī)則,厚度變化大,分支復合多含有夾石的礦床;③地表需要保護的礦床。

      該法的特點是自下而上分層回采,每一分層的回采是在掘進分層聯(lián)絡(luò)道后,以分層全高沿走向或垂直走向劃分進路,間隔進路采礦。一步驟進路回采完畢立即充填接頂,然后再回采并充填二步驟進路,待整個分層的進路回采充填結(jié)束后,再用進路回采上一分層。該法最早在瑞典部分礦山中使用,我國自1984年在金川二礦區(qū)引進試驗該方法成功以來,已在很多礦山推廣應用,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:受采場布置和作業(yè)條件的限制,無法實現(xiàn)大規(guī)模開采;采礦工藝復雜,采準工程量大;二步驟礦房回采必須在一步驟回采的充填體內(nèi)進行采準施工,安全可靠性差;采用二步驟回采,無法實現(xiàn)礦山連續(xù)開采等;采場參數(shù)受礦巖穩(wěn)固性的制約,采場支護成本高;充填分層高度小,無法實現(xiàn)大產(chǎn)能充填,充填成本高。

      例如,《黃金》1999年9月刊登的“分層充填采礦法在焦家金礦的應用與發(fā)展”中介紹了機械化上向進路分層充填采礦法在焦家金礦中的應用。該法的優(yōu)點是:(1)采場作業(yè)面多,可實現(xiàn)采、出、充平行作業(yè); (2)不留礦柱,損失率、貧化率較小,一般均在8 %~ 10 %以下;(3)進路跨度小,頂板暴露時間短, 輔以錨桿護頂,符合工程地質(zhì)條件對采礦快采、快出、快充的要求,安全性大為提高;(4)出礦方法比較靈活,在與斜坡道及分段巷道相通的大采場(主要是主礦體),一般用鏟運機出礦。該法也暴露以下缺點:(1)對巖石特別差的Ⅳ類巖體仍無法回采,即使緊迎頭支護采礦成功,但損失、貧化率及采礦成本都將很高。因此, 焦家金礦80 線以北的工業(yè)礦體(主要在-70 ~ -100m 中段), 除下向?qū)嶋H礦塊外,基本沒作更多回采。(2)因主礦體膨脹收縮及與3 號脈的“人”字形交匯,在礦體厚度增加較多時,往往使原本置于采場中部礦體下盤的泄水井,在采場回采到一半時就無法繼續(xù)使用,導致部分采場底板積水以致充填體變軟,產(chǎn)生陷車及底板采下散礦損失。(3)采場生產(chǎn)能力低,一般只有80t/d。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的就是針對目前上向進路分層充填法生產(chǎn)能力低、采準工程量大、工藝復雜、采場支護成本高及二步驟無法實現(xiàn)連續(xù)開采等問題,提出了一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu),旨在實現(xiàn)高效連續(xù)大規(guī)模開采,降低開采成本。

      為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的,本發(fā)明一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu),采用以下技術(shù)方案:根據(jù)采場布置,沿礦體走向方向,每45~60m劃分為一個采場,一個采場布置9~12條進路,進路的寬度為4.5~5.5m;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,中段下盤運輸大巷布置在礦體下盤的礦脈外,中段上盤運輸大巷布置在礦體上盤的礦脈外,上中段下盤運輸大巷布置在上一個中段礦體下盤的礦脈外。與傳統(tǒng)上向進路分層充填法采場結(jié)構(gòu)不同之處在于:所述中段的一個分段的高度為6~8 m,并將每一個分段分為上分層、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;中段上盤運輸大巷通過裝礦穿脈聯(lián)巷與中段下盤運輸大巷相通,下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷通過采場分層聯(lián)絡(luò)斜坡道與中段下盤運輸大巷相通,從而形成一個完整的運輸系統(tǒng);每個采場下盤中間位置布置一條充填兼采場回風的通風井,作為充填管路布置和采場回風的主要通道。

      上述每個分段的高度7~8 m為佳,其中上分層、下分層的高度3.5~4 m為宜。

      本發(fā)明較優(yōu)的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)為:沿礦體走向方向,每50m劃分為一個采場,一個采場布置10條進路,進路的寬度為5m;每個分段的高度為7~8m,上分層高度為3.5m,下分層高度為3.5~4.5m。

      本發(fā)明一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)采用以下技術(shù)方案后,采用的開采方式變?yōu)椋?/p>

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

      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行回采,在一步驟上分層礦房、下分層礦房回采完成后,進行膠結(jié)充填,充填體達到養(yǎng)護強度后立即進行相鄰礦房的回采,實現(xiàn)連續(xù)開采,一個分段全部回采完成后,統(tǒng)一升層進行上分層進路回采工作,以減少二步驟礦柱回采的采準工程量,提高回采效率,降低采礦成本。

      上分層采用鑿巖臺車水平鑿巖,如Boomer281全液壓鑿巖臺車,水平孔落礦;下分層進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,減少一次護頂支護,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,起爆采用非電導爆管分段起爆。

      對于水平厚度大于15m的礦塊,采場垂直礦體走向布置,采場長度為礦體水平厚度;當?shù)V體水平厚度過大時,應按不大于60m的原則劃分為多個盤區(qū)。

      本發(fā)明一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)的上向進路分層膠結(jié)充填采礦方法基礎(chǔ)上進行了采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化,簡化礦山采礦工藝,減少采場支護工程量及采準工程量,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。

      與傳統(tǒng)上向進路分層膠結(jié)充填法相比,本發(fā)明一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)適用于相向進路上向分層全尾砂膠結(jié)充填法,可實現(xiàn)二步驟連續(xù)開采,具有以下優(yōu)點:

      (1)對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化,上下兩個分層合并回采,上分層高度為3.5m,下分層高度為3.5~4.5m;分段充填高度達到7.0-8.0m;進路寬度仍為5m,可根據(jù)礦巖穩(wěn)固性適當加大參數(shù)至6~7m。

      (2)采礦工藝簡單,上分層采用鑿巖臺車水平鑿巖,下分層采用下向垂直鑿巖,采礦工藝較簡單,采場溜井布置在脈外,便于礦山生產(chǎn)管理。

      (3)采場生產(chǎn)能力大幅度提高。上分層回采與上向進路分層膠結(jié)充填回采工藝一致,下分層回采采用下向垂直鑿巖后退式回采,回采效率較高,生產(chǎn)能力得到了較大的提高,通過膠結(jié)充填,實現(xiàn)連續(xù)開采,可以大大提高礦山的生產(chǎn)能力,實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。

      (4)采準工程量減小。在一步驟礦房回采結(jié)束充填以后,充填體達到養(yǎng)護強度后立即進行相鄰礦房的回采,實現(xiàn)連續(xù)開采工藝,減少了二步驟礦房回采的采準工程量,采準工程量相比上向進路分層膠結(jié)充填法減少了約三分之一。

      (5)采場支護成本大幅度減少。本發(fā)明采用上下兩個分層合并開采,先回采上分層,進行護頂支護以后,回采下分層礦體,不需要進行再次護頂,根據(jù)采場結(jié)構(gòu)參數(shù),每7m~8m進行一次護頂支護,支護工程量相比上向進路分層充填減少了約40%,大大降低了支護成本。

      (5)回采率大大提高。采場溜井布置在脈外巖石中,每隔50m布置一條穿脈巷與采場溜井聯(lián)系,只需預留穿脈巷底部結(jié)構(gòu),且實現(xiàn)連續(xù)開采工藝,不需預留間柱和頂柱,可以大大提高采礦回采率。

      (6)貧化率大大降低。采用進路分層充填連續(xù)開采可以大大減少廢石的混入率,降低礦石的貧化率。

      (7)采礦安全性提高。本發(fā)明可以實現(xiàn)連續(xù)開采,減少了二步驟礦房回采的安全風險。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

      圖2是一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)俯視圖。

      圖3是一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)正視圖。

      附圖標記為:1-中段下盤運輸大巷;2-中段上盤運輸大巷;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-上中段下盤運輸大巷;6-穿脈運輸巷礦柱;7-采場分層聯(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-采場充填通風井;14-充填體;15-待采礦體;16-下分層回采炮孔;S-采場;b-進路;c-分段;c1-上分層;c2-下分層。

      具體實施方式

      為進一步描述本發(fā)明,下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

      我國中部某火山沉積變質(zhì)型鐵礦床,礦山工程地質(zhì)復雜,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,上盤冒頂較為嚴重,且礦區(qū)周邊多為村莊和農(nóng)田,周邊環(huán)境復雜。

      礦山前期采用上向進路分層充填法開采,兩步驟回采,每分層進路隔一采一,生產(chǎn)能力約為3000t/d,由于受采場布置的影響和作業(yè)條件的限制,無法實現(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。

      針對以上問題,本發(fā)明對原采礦方法進行技術(shù)改進,發(fā)明了相向進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)明一種用于上向分層全尾砂膠結(jié)充填法的采場結(jié)構(gòu)俯視圖并結(jié)合圖2、圖3看出,本發(fā)明采用的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)、采準工程、回采工藝分別為:

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

      (2)采準工程: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,中段下盤運輸大巷1布置在礦體下盤的礦脈外,中段上盤運輸大巷2布置在礦體上盤的礦脈外,上中段下盤運輸大巷5布置在上一個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布置在穿脈運輸巷礦柱6的下方,中段上盤運輸大巷2通過裝礦穿脈聯(lián)巷12與中段下盤運輸大巷1相通,下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡(luò)巷3通過采場分層聯(lián)絡(luò)斜坡道7與中段下盤運輸大巷1相通,從而形成一個完整的運輸系統(tǒng);每個采場下盤中間位置布置一條充填兼采場回風的通風井13,作為充填管路布置和采場回風的主要通道。

      (3)回采工藝:將上分層c1、下分層c2合并為一個分段c開采,一步驟首先開采上分層c1,在上分層上分層c1進路回采完畢后,先根據(jù)礦石穩(wěn)固性對上分層頂板或者全斷面進行支護,再開采下分層c2進路礦體;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,進行膠結(jié)充填,充填體達到養(yǎng)護強度后立即進行相鄰礦房的回采,實現(xiàn)連續(xù)開采,一個分段全部回采完成后,統(tǒng)一升層進行上分層進路回采工作。

      上分層c1采用鑿巖臺車水平鑿巖,水平孔落礦;下分層c2進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全液壓鑿巖臺車,選擇D45mm的七齒鉆頭,釬桿型號為R38/T38-H35-R32,長度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,保護相鄰采場或者充填體不被破壞,加強采場的穩(wěn)定性和降低貧化率。

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

      c.頂板管理:一個分段c內(nèi)分上分層c1、下分層c2兩個分層相向回采,上分層c1回采時,對采場頂板必須進行錨桿或錨網(wǎng)全斷面支護。采場內(nèi)遠離斷層或圍巖處,采用錨桿支護,靠近斷層或圍巖處采用錨網(wǎng)支護方式。下分層c2回采,每次出礦前加強對頂板的觀測,發(fā)生變形或者支護破壞時應立即進行加固處理。

      d.采場出礦:采場崩落礦石由WJD-2鏟運機鏟裝后經(jīng)裝礦穿脈聯(lián)巷12卸入下盤溜井8或者直接卸入采場內(nèi)的脈內(nèi)順路溜井,再由設(shè)在溜井底部的振動放礦機向礦車放礦,通過電機車牽引運至主井。為減少礦石對底部振動放礦機和溜井的沖擊,下盤溜井8、上盤溜井9應保持充滿狀態(tài)。每個盤區(qū)配備一臺鏟運機,采場落下的礦石,由鏟運機鏟裝,經(jīng)裝礦穿脈聯(lián)巷12運至下盤溜井8卸載。出礦塊度控制在400mm以下,大于400mm的,在采場內(nèi)進行二次爆破處理。

      (4)采場充填:所有充填準備工作完成后即可按配比進行進路充填,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備情況和進路充填體積確定連續(xù)充填的時間。一步采進路充填體14的28d抗壓強度不低于1.0MPa,二步采進路進行非膠結(jié)充填,采場一、二步采進路均進行澆面充填28d抗壓強度不低于1.5 MPa,澆面厚度40cm,以利于上分層回采時無軌設(shè)備的行走。所有進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)一升層進行上分層進路回采工作,回采上部的待采礦體15。

      通過改進回采工藝配合高效機械化鑿巖鏟裝裝備,礦山在采用該法后,生產(chǎn)能力由原來的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)濟效果。

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