技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種階段空場嗣后充填采礦法，更具體地，涉及一種上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法。

背景技術(shù)：

目前，適合緩傾斜至傾斜厚大礦體的采礦方法有多種，包括上向分層充填法、分段空場嗣后充填采礦法、階段空場嗣后充填采礦法。點柱式上向分層充填法等，其優(yōu)點主要是對礦體賦存條件適應(yīng)性好，夾石易剔除，混入率較低，上盤暴露面積小，并且容易控制；但該法存在生產(chǎn)能力不高，人機在空場內(nèi)作業(yè)安全受威脅，而且點柱同心度要求高，生產(chǎn)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，對生產(chǎn)管理要求較為嚴(yán)格等缺點，不建議厚大礦體采用該法開采。

分段空場嗣后充填法，巷道采切量較大，落礦后又不能留礦太多用以支撐圍巖或充填體，其空場暴露面積相對較大，而且時間較長，尤其不利于二步回采時周邊充填體的穩(wěn)定，同時其設(shè)備工作點在垂向走向上都比較分散，通風(fēng)不易管理，設(shè)備調(diào)動比較頻繁，效率難發(fā)揮。

階段空場嗣后充填法主要優(yōu)點是人機都不在空場內(nèi)作業(yè)，較為安全，而且該法易實現(xiàn)高水平機械化，工序簡單，工藝環(huán)節(jié)制約較少，生產(chǎn)能力較大，缺點主要是對礦體賦存條件的適應(yīng)性較差，夾石不易剔除混入率較高，礦石采出品位較低，對充填體的接頂質(zhì)量和自立強度等要求較高等。

綜上分析，對于緩傾斜至傾斜厚大礦體，采用階段空場嗣后充填法的主要問題是垂直深孔鑿巖效率低、廢孔率高和底部出礦困難，但采取一定措施也是可以提高鑿巖效率并改善出礦條件的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題而做出，其目的在于提供一種能提高垂直深孔的鑿巖效率、降低廢孔率和增加底部出礦效率的高效、安全、機械化水平較高的階段鑿巖嗣后充填采礦法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。

本發(fā)明一種上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法，包括礦塊結(jié)構(gòu)劃分、采準(zhǔn)、切割、爆破、回采出礦作業(yè)、充填，其特征在于具體步驟如下：

步驟1：礦塊結(jié)構(gòu)劃分

沿礦體走向劃分盤區(qū)，在盤區(qū)內(nèi)劃分3～6個垂直礦體走向的礦房和在盤區(qū)邊緣劃出一個盤區(qū)間柱，盤區(qū)內(nèi)礦房分二步回采，一步礦房和二步礦房間隔布置，

將所述礦房劃分為一個拉底空間和位于所述拉底空間之上的回采空間，并且所述礦房高度為所述拉底空間與回采空間的高度之和；

在礦房的頂端還設(shè)有一個鑿巖硐室，所述鑿巖硐室位于所述拉底空間與回采空間上方，鑿巖硐室要在回采空間回采之前形成；

步驟2：采準(zhǔn)

在下盤脈外沿礦體走向掘進(jìn)鑿巖水平下盤沿脈巷道，從鑿巖水平下盤沿脈巷道垂直礦體走向掘進(jìn)出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷和出礦聯(lián)絡(luò)巷，在形成拉底空間前，先掘進(jìn)若干出礦橫巷、出礦分段沿脈巷道，垂直礦體走向掘進(jìn)塹溝拉底巷道，最后在脈外每個盤區(qū)掘進(jìn)一對礦石溜井和巖石溜井；

從鑿巖水平下盤沿脈巷道垂直礦體走向掘進(jìn)鑿巖硐室穿脈聯(lián)絡(luò)平巷，并靠近礦體下盤掘進(jìn)鑿巖硐室沿脈聯(lián)絡(luò)平巷，從鑿巖硐室沿脈聯(lián)絡(luò)平巷垂直礦體走向掘進(jìn)鑿巖硐室，并沿礦房走向每隔7m～10m留鑿巖硐室礦柱，形成礦房頂部鑿巖硐室；

垂直礦體走向掘進(jìn)回風(fēng)充填水平聯(lián)絡(luò)斜巷和回風(fēng)充填水平穿脈平巷，沿礦體走向在上盤脈外掘進(jìn)脈外回風(fēng)平巷，在脈外掘進(jìn)人行回風(fēng)充填天井，至此充填回風(fēng)水平形成；

步驟3：切割、爆破

鑿巖設(shè)備進(jìn)入礦房的底部的拉底巷道，從礦房的一側(cè)向另一側(cè)鉆鑿上向扇形炮孔，在采場底部塹溝拉底巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔，上盤三角礦體部分炮孔長度為25m～30m，以上向扇形中深孔可達(dá)礦體上盤部分為上盤三角礦，在礦房走向方向緊鄰上盤三角礦位置即為切割槽位置，從切割槽位置至下盤的上向扇形中深孔高度為15m；以VCR法形成切割槽，以切割槽為自由空間依次分段爆破回采，形成底部拉底空間和采場集礦塹溝；

拉底空間形成后，對拉底空間以上的礦體，采用潛孔鑿巖臺車配移動空壓機在礦房頂部的鑿巖硐室鉆鑿下向垂直深孔，每個采場全部炮孔一次鑿?fù)?，然后對下向垂直深孔裝藥爆破，爆破時以切割槽和拉底空間為自由面倒梯段側(cè)向崩礦，切割槽頂部超前相鄰側(cè)向崩礦倒梯段頂板5m～10m高，倒梯段側(cè)向崩礦步距12 m～18m；

步驟4：回采出礦作業(yè)

盤區(qū)內(nèi)礦房采場分二步回采，一步礦房采場和二步礦房采場間隔布置，首先回采一步礦房采場，一步礦房采場每次爆破后，崩落的礦石集中在礦房采場底部的集礦塹溝，電動鏟運機在出礦橫巷中進(jìn)行出礦，并通過出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷、出礦分段沿脈巷道卸入礦石溜井，再由穿脈運輸巷道經(jīng)階段沿脈運輸巷道運至主溜井；回采出礦量為每次爆破量的30%～40%，剩余礦石留在采場內(nèi)，采場全部爆破完畢后再集中大量出礦；一步礦房采場出礦完畢后，采用膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填，待其充填養(yǎng)護(hù)好后，回采二步礦房采場，二步礦房采場回采步驟與一步礦房相同，二步礦房采場采用膠結(jié)充填材料和非膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填，如此循環(huán)直至采場回采結(jié)束。

進(jìn)一步，所述的上向扇形中深孔的孔徑76mm，排距1.5～2m，孔底距3～4m，其裝藥方式是：上向扇形中深孔下部堵塞0.5 m～0.8m，連續(xù)裝藥1.3m～1.5 m，上部堵塞1.0～1.2m，每次爆高3m～4m；采場中間孔采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，下部堵塞0.8m～1m，裝藥1.0m～1.2m在左右，空氣隔離約0.8～1m上部堵塞1.2 m～1.5m，如此向上循環(huán)間隔裝藥，每次崩礦高度10m；采場中間孔采用拋擲爆破法，采場邊孔采用光面爆破，裝藥結(jié)構(gòu)與中間孔基本相同，但裝藥量為孔內(nèi)線裝藥量的30%～40%。

進(jìn)一步，所述的下向垂直深孔的炮孔深為35～45m，炮孔直徑為165～185mm，采場中間炮孔孔網(wǎng)參數(shù)為3m×3m，邊排孔孔距為2m，與中間炮孔間距為2.5m。

進(jìn)一步，在于當(dāng)切割槽區(qū)頂柱為8m～10m時，需要布置采場破頂爆破，為控制爆破規(guī)模，先局部破頂，然后以該局部破頂區(qū)側(cè)向為自由面，采取后退式側(cè)向崩礦方式爆破其它區(qū)域，用以控制爆破規(guī)模，破頂爆破同時，要將鑿巖硐室內(nèi)礦柱采用淺眼裝藥一同崩落。

進(jìn)一步，在于所述的膠結(jié)材料為膠結(jié)充填材料，其灰砂比為1∶4或灰砂比為1∶8，所述的非膠結(jié)充填材料為尾礦砂。

進(jìn)一步，對于緩傾斜礦體，在拉底過程中切除下盤底部圍巖，使下盤變陡利于出礦，切底高度15m～20m。若切底仍然不能順利放礦，則需在階段內(nèi)另行設(shè)置出礦分段，分段高度為15m～20m，宜與相鄰盤區(qū)保持一致，出礦分段與階段之間通過采區(qū)斜坡道聯(lián)系，并設(shè)通風(fēng)井。

進(jìn)一步，所述的一步礦房采場出礦完畢后，用充填擋墻對出礦橫巷進(jìn)行封堵，然后采用膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填，膠結(jié)充填材料分布為：底部6m厚和頂部1m厚兩層，采用灰砂比為1∶4的膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填，剩余中間部位采用灰砂比為1∶8的膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填，一步礦房采場充填后作為其相鄰二步礦房采場回采時的礦柱；

二步礦房采場采空區(qū)垂向充填材料分布為：底部6m厚和頂部1m厚兩層，需要充填灰砂比為1∶4的膠結(jié)充填材料，剩余中間部位采用尾礦砂非膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填。

進(jìn)一步，所述的鑿巖硐室的高度為4m～5 m。

進(jìn)一步，所述的出礦橫巷與出礦聯(lián)絡(luò)巷在平面上成45°～50°夾角。

進(jìn)一步，出礦水平新鮮風(fēng)流由出礦分段進(jìn)風(fēng)井、下盤沿脈巷道、出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷、出礦聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入出礦工作面，污風(fēng)由人行回風(fēng)充填天井、充填回風(fēng)水平上盤脈外回風(fēng)平巷、出礦分段回風(fēng)平巷、出礦分段回風(fēng)井、段回風(fēng)石門、回風(fēng)井排出地表。

鑿巖水平新鮮風(fēng)流由階段進(jìn)風(fēng)石門由下盤沿脈巷道，經(jīng)鑿巖硐室穿脈聯(lián)絡(luò)平巷、到達(dá)鑿巖硐室，沖刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)人行回風(fēng)充填天井、充填回風(fēng)水平上盤脈外回風(fēng)平巷、出礦分段回風(fēng)平巷、出礦分段回風(fēng)井、段回風(fēng)石門、回風(fēng)井排出地表。

采用上述技術(shù)方案的上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法，其有益效果是：

①安全性增高

本發(fā)明針對緩傾斜至傾斜厚大較穩(wěn)固型金屬礦床，提出了上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法。通過分別在塹溝和鑿巖硐室內(nèi)分別鉆鑿上下向炮孔，人機都不在空場內(nèi)作業(yè)，能夠保證人員的安全。

廢孔率降低、出礦率增高

在根據(jù)本發(fā)明的上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法，采取上下向鑿巖、切底+分段出礦及拋擲爆破法，在拉底塹溝內(nèi)采用上向扇形空回采上盤三角礦，減少了鑿巖硐室工程量和下向垂直深孔的廢孔率。避免了傳統(tǒng)分段鑿巖階段空場嗣后充填法的鉆鑿扇形炮孔造成爆破大塊率高的缺陷。通過切除下盤底部圍巖及分段切底，降低了下盤留礦量，提高出礦率。

高效開采

上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法，易實現(xiàn)高水平機械化，工序簡單，可充分利用無軌設(shè)備作業(yè)，并實現(xiàn)多個采場鑿巖、出礦、支護(hù)、充填交替平行作業(yè)，生產(chǎn)相對集中，避免了單個房柱開采人員分散、設(shè)備利用率低、勞動組織煩瑣等不足，實現(xiàn)礦塊高效開采。

④機械化程度高，生產(chǎn)能力大

采用盤區(qū)為單位的勞動組織形式和無軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，配備鑿巖臺車、鏟運機和錨桿臺車等先進(jìn)采掘設(shè)備，機械化程度高，工人勞動強度低，效率高，生產(chǎn)能力大。

附圖說明

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4為圖1的Ⅳ—Ⅳ剖面圖。

在附圖中：1-階段沿脈運輸巷道，2-穿脈運輸巷道，3-鑿巖水平下盤沿脈巷道，4-鑿巖硐室沿脈聯(lián)絡(luò)平巷，5-充填擋墻，6-鑿巖硐室礦柱，7-鑿巖硐室，8-人行回風(fēng)充填天井，9-回風(fēng)充填水平穿脈平巷，10-脈外回風(fēng)平巷，11-回風(fēng)充填水平聯(lián)絡(luò)斜巷，12-出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷，13-出礦橫巷，14-出礦聯(lián)絡(luò)巷，

15-鑿巖硐室穿脈聯(lián)絡(luò)平巷，16-出礦分段沿脈巷道，17-上向扇形中深孔，18-切割槽，19-下向垂直深孔，20-盤區(qū)間柱，21-非膠結(jié)充填材料，22-膠結(jié)充填材料，23-塹溝拉底巷道，24-礦石溜井，25-巖石溜井，26-出礦分段進(jìn)風(fēng)井，27-出礦分段回風(fēng)井，28-出礦分段回風(fēng)平巷，29-階段回風(fēng)石門。

具體實施方式

下面將參照附圖來對根據(jù)本發(fā)明的各個實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實現(xiàn)這些實施例。在其它例子中，為了便于描述一個或多個實施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以方框圖的形式示出。

在開采礦體時，先沿礦體走向?qū)⒌V體劃分為間隔布置的礦房，一個或多個礦房構(gòu)成一個盤區(qū)。在開采時，一個盤區(qū)作為一個開采單元。在以下的說明中，將以一個礦房的開采來說明根據(jù)本發(fā)明的上下向階段鑿巖分段切底出礦嗣后充填采礦法。

本發(fā)明步驟1：礦塊結(jié)構(gòu)劃分

沿礦體走向劃分盤區(qū)，在盤區(qū)內(nèi)劃分3~6個垂直礦體走向的礦房和在盤區(qū)邊緣劃出一個盤區(qū)間柱20，盤區(qū)內(nèi)礦房分二步回采，一步礦房和二步礦房間隔布置，

將所述礦房劃分為一個拉底空間和位于所述拉底空間之上的回采空間，并且所述礦房高度為所述拉底空間與回采空間的高度之和；

在礦房的頂端還設(shè)有一個鑿巖硐室，所述鑿巖硐室位于所述拉底空間與回采空間上方，鑿巖硐室7要在回采空間回采之前形成；所述的鑿巖硐室7的高度為4m～5 m。

步驟2：采準(zhǔn)

在下盤脈外沿礦體走向掘進(jìn)鑿巖水平下盤沿脈巷道3，從鑿巖水平下盤沿脈巷道3垂直礦體走向掘進(jìn)出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷12和出礦聯(lián)絡(luò)巷14，在形成拉底空間前，先掘進(jìn)若干出礦橫向13、出礦分段沿脈巷道16，垂直礦體走向掘進(jìn)塹溝拉底巷道23，最后在脈外每個盤區(qū)掘進(jìn)一對礦石溜井24和巖石溜井25；

從鑿巖水平下盤沿脈巷道3垂直礦體走向掘進(jìn)鑿巖硐室穿脈聯(lián)絡(luò)平巷15，并靠近礦體下盤掘進(jìn)鑿巖硐室沿脈聯(lián)絡(luò)平巷4，從鑿巖硐室沿脈聯(lián)絡(luò)平巷4垂直礦體走向掘進(jìn)鑿巖硐室7，并沿礦房走向每隔7m～10m留鑿巖硐室礦柱6，形成礦房頂部鑿巖硐室；

垂直礦體走向掘進(jìn)回風(fēng)充填水平聯(lián)絡(luò)斜巷11和回風(fēng)充填水平穿脈平巷9，沿礦體走向在上盤脈外掘進(jìn)脈外回風(fēng)平巷10，在脈外掘進(jìn)人行回風(fēng)充填天井8，至此充填回風(fēng)水平形成；如圖1所示。

步驟3：切割、爆破

鑿巖設(shè)備進(jìn)入礦房的底部的塹溝拉底巷道23，從礦房的一側(cè)向另一側(cè)鉆鑿上向扇形炮孔，在采場底部塹溝拉底巷道23內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔17，上盤三角礦體部分炮孔長度為25m～30m，以上向扇形中深孔17可達(dá)礦體上盤部分為上盤三角礦，在礦房走向方向緊鄰上盤三角礦位置即為切割槽位置，從切割槽位置至下盤的上向扇形中深孔17高度為15m；以VCR法形成切割槽18，其VCR法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不多做贅述。以切割槽18為自由空間依次分段爆破回采，形成底部拉底空間和采場集礦塹溝；

對于緩傾斜礦體，在拉底過程中切除下盤底部圍巖，使下盤變陡利于出礦，切底高度15m～20m。若切底仍然不能順利放礦，則需在階段內(nèi)另行設(shè)置出礦分段，分段高度為15m～20m，宜與相鄰盤區(qū)保持一致，出礦分段與階段之間通過采區(qū)斜坡道聯(lián)系，并設(shè)通風(fēng)井。

拉底空間形成后，對拉底空間以上的礦體，采用潛孔鑿巖臺車配移動空壓機在礦房頂部的鑿巖硐室鉆鑿下向垂直深孔19，每個采場全部炮孔一次鑿?fù)?，然后對下向垂直深?9裝藥爆破，爆破時以切割槽和拉底空間為自由面倒梯段側(cè)向崩礦，切割槽18頂部超前相鄰側(cè)向崩礦倒梯段頂板5m～10m高，倒梯段側(cè)向崩礦步距12 m～18m；

步驟4：回采出礦作業(yè)

盤區(qū)內(nèi)礦房采場分二步回采，一步礦房采場和二步礦房采場間隔布置，首先回采一步礦房采場，一步礦房采場每次爆破后，崩落的礦石集中在礦房采場底部的集礦塹溝，電動鏟運機在出礦橫向13中進(jìn)行出礦，并通過出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷12、出礦分段沿脈巷道16卸入礦石溜井24，再由穿脈運輸巷道2經(jīng)階段沿脈運輸巷道1運至主溜井；回采出礦量為每次爆破量的30%～40%，剩余礦石留在采場內(nèi)，采場全部爆破完畢后再集中大量出礦；一步礦房采場出礦完畢后，采用膠結(jié)充填材料22進(jìn)行充填，待其充填養(yǎng)護(hù)好后，回采二步礦房采場，二步礦房采場回采步驟與一步礦房相同，二步礦房采場采用膠結(jié)充填材料22和非膠結(jié)充填材料21進(jìn)行充填，如此循環(huán)直至采場回采結(jié)束。

本發(fā)明所述的出礦橫巷13與出礦聯(lián)絡(luò)巷14在平面上成45°～50°夾角。這樣在出礦橫巷13與出礦聯(lián)絡(luò)巷14在形成一個傾斜面，更便于出礦。

進(jìn)一步，所述的上向扇形中深孔的孔徑76mm，排距1.5～2m，孔底距3～4m，其裝藥方式是：上向扇形中深孔下部堵塞0.5 m～0.8m，連續(xù)裝藥1.3m～1.5 m，上部堵塞1.0～1.2m，每次爆高3m～4m；采場中間孔采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，下部堵塞0.8m～1m，裝藥1.0m～1.2m在左右，空氣隔離約0.8～1m上部堵塞1.2 m～1.5m，如此向上循環(huán)間隔裝藥，每次崩礦高度10m；采場中間孔采用拋擲爆破法，采場邊孔采用光面爆破，裝藥結(jié)構(gòu)與中間孔基本相同，但裝藥量為孔內(nèi)線裝藥量的30%～40%。

進(jìn)一步，所述的下向垂直深孔19的炮孔深為35～45m，炮孔直徑為165～185mm，采場中間炮孔孔網(wǎng)參數(shù)為3m×3m，邊排孔孔距為2m，與中間炮孔間距為2.5m。

進(jìn)一步，在于當(dāng)切割槽區(qū)頂柱為8m～10m時，需要布置采場破頂爆破，為控制爆破規(guī)模，先局部破頂，然后以該局部破頂區(qū)側(cè)向為自由面，采取后退式側(cè)向崩礦方式爆破其它區(qū)域，用以控制爆破規(guī)模，破頂爆破同時，要將鑿巖硐室內(nèi)礦柱采用淺眼裝藥一同崩落。

進(jìn)一步，所述的膠結(jié)充填材料為膠結(jié)充填料漿，其灰砂比為1∶4或灰砂比為1∶8。

進(jìn)一步，所述的非膠充填結(jié)材料為尾礦砂。

進(jìn)一步，所述的一步礦房采場出礦完畢后，用充填擋墻5對出礦橫巷13進(jìn)行封堵，然后采用膠結(jié)充填材料22進(jìn)行充填，膠結(jié)充填材料分布為：底部6m厚和頂部1m厚兩層，采用灰砂比為1∶4的膠結(jié)充填材料進(jìn)行充填，剩余中間部位采用灰砂比為1∶8的，膠結(jié)材充填料進(jìn)行充填，一步礦房采場充填后作為其相鄰二步礦房采場回采時的礦柱；

二步礦房采場采空區(qū)充填料分布為：底部6m厚和頂部1m厚兩層，需要充填灰砂比為1∶4的膠結(jié)充填材料22，剩余中間部位采用尾礦砂非膠結(jié)充填材料21進(jìn)行充填。

進(jìn)一步，出礦水平新鮮風(fēng)流由出礦分段進(jìn)風(fēng)井26、下盤沿脈巷道3、出礦水平聯(lián)絡(luò)斜巷12、出礦聯(lián)絡(luò)巷14進(jìn)入出礦工作面，污風(fēng)由人行回風(fēng)充填天井8、充填回風(fēng)水平上盤脈外回風(fēng)平巷10、出礦分段回風(fēng)平巷28、出礦分段回風(fēng)井27、段回風(fēng)石門29、回風(fēng)井排出地表。

鑿巖水平新鮮風(fēng)流由階段進(jìn)風(fēng)石門由下盤沿脈巷道3，經(jīng)鑿巖硐室穿脈聯(lián)絡(luò)平巷15、到達(dá)鑿巖硐室7，沖刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)人行回風(fēng)充填天井8、充填回風(fēng)水平上盤脈外回風(fēng)平巷10、出礦分段回風(fēng)平巷28、出礦分段回風(fēng)井27、段回風(fēng)石門29、回風(fēng)井排出地表。