一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦方法，即水體下的緩傾斜極薄礦體首先使用房柱法開(kāi)采，然后再用人工礦柱置換，最后再用掘進(jìn)廢石進(jìn)行充填。本發(fā)明綜合壁式削壁充填采礦法和分條式掏切法的特點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，探索出一種全新的極薄礦體的采礦方法，并在礦體開(kāi)采后采用廢石進(jìn)行充填，具有良好的控制圍巖移動(dòng)變形的特點(diǎn)，適用于對(duì)地表沉降要求較高的“三下礦體”開(kāi)采條件，特別適合用于開(kāi)采水體下厚度在0.8m以下，傾角在30度以下的緩傾斜極薄礦體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦方法，屬于地下礦山開(kāi) 采技術(shù)領(lǐng)域，特別適合于水體下極薄礦體的開(kāi)采。
【背景技術(shù)】
[0002] (1)緩傾斜極薄礦體采礦 緩傾斜極薄礦體采礦是國(guó)內(nèi)外采礦界的難題，由于礦體薄、傾角緩，作業(yè)空間有限，礦 石不能自溜，機(jī)械化設(shè)備無(wú)法使用，生產(chǎn)效率低，貧化損失大，采準(zhǔn)、切割、充填費(fèi)用大，生產(chǎn) 成本高。這些因素嚴(yán)重影響資源的有效利用，嚴(yán)格制約礦山的生產(chǎn)發(fā)展。
[0003] 國(guó)內(nèi)外采礦界對(duì)緩傾斜極薄礦體采礦方法做了很多嘗試。根據(jù)礦山地質(zhì)條件不 同，衍生出多種采礦方法，這些方法的共同點(diǎn)是剝離圍巖，拓展作業(yè)空間，滿(mǎn)足采礦作業(yè)的 空間需要。根據(jù)拓展作業(yè)空間的方式不同，歸納起來(lái)為兩大類(lèi)，一大類(lèi)為壁式削壁充填法， 另一大類(lèi)為分條式掏切法。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。
[0004] 壁式削壁充填采礦法和分條式掏切法相比，減少了切割工程，但為了拓高作業(yè)空 間，必須全部削壁充填，特別是可采厚度在〇.8m以下，傾角在30度以下的緩傾斜極薄礦體， 削壁的厚度大于礦脈厚度，增加的削壁費(fèi)用、充填費(fèi)用比采礦費(fèi)用還高?，F(xiàn)在有些礦山引進(jìn) 低矮鏟運(yùn)車(chē)（如湘西金礦引進(jìn)EHST-05型電動(dòng)鏟運(yùn)車(chē))進(jìn)行充填、出礦，雖然提高了充填、出 礦速度，但為了適應(yīng)鏟運(yùn)車(chē)作業(yè)，必須增加削壁的高度及寬度，增加削壁充填工程費(fèi)用，增 加貧化損失(貧化率大于50%)，采礦成本仍無(wú)法降低。
[0005] 分條式掏切法是在沿走向按一定寬度(6~8m)先掘進(jìn)切割上山和上中段沿脈運(yùn)輸 巷貫通，再在切割上山中往兩邊鑿巖、爆破、出礦。切割上山能滿(mǎn)足鑿巖、行人、通風(fēng)、出礦的 空間需要，不必全面削壁，充填時(shí)也只是在此分條采完后，在切割上山一側(cè)進(jìn)行全粒級(jí)條帶 式充填，削壁充填量只有壁式削壁充填法的20%。分條式掏切法雖然大大減少了削壁充填 量，但每8m就得掘進(jìn)一條切割上山，其切割工程費(fèi)用大大增加，采礦成本還是無(wú)法降低。
[0006] (2)水體下采礦 水體下采礦大部分采用充填采礦法。根據(jù)所用充填材料和輸送方式不同，充填采礦法 可分三種:①干式充填法，充填材料為專(zhuān)用露天采石場(chǎng)采出的碎石、露天礦剝離或地下礦采 掘的廢石等。經(jīng)破碎，用機(jī)械、人工或風(fēng)力輸送至采場(chǎng)。②水力充填法，充填材料為砂、碎石、 選廠(chǎng)尾砂或爐渣等，用管道借水力輸送至采場(chǎng)。③膠結(jié)充填法，充填材料為水泥等膠凝材料 和砂石、爐渣或尾砂等配制的漿狀膠結(jié)物料，凝固后有一定強(qiáng)度，用管道借水力或機(jī)械輸送 至采場(chǎng)。干式充填法應(yīng)用最早，它的生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，采礦成本高。至20世紀(jì)50年 代，已逐漸為其他高效率采礦方法所取代。由于開(kāi)采深度增加，環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，又急需 降低稀缺高價(jià)礦石的損失和貧化，各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)充填新工藝的研究。50~60年代水力充 填和膠結(jié)充填新工藝投入生產(chǎn)，克服了干式充填的一系列缺點(diǎn)，使充填采礦法的應(yīng)用比例 逐年增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦 方法，以解決采用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)開(kāi)采水體下厚度在〇.8m以下，傾角在30度以下的緩傾斜極薄 礦體存在的采礦成本高，礦體損失率大，以及掘進(jìn)廢石的運(yùn)輸及地表堆存等問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦方法， 水體下的緩傾斜極薄礦體首先使用房柱法開(kāi)采，然后再用人工礦柱置換，最后再用掘進(jìn)廢 石進(jìn)行充填。
[0009] 具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟： (1)礦房結(jié)構(gòu):沿井下礦層走向劃分標(biāo)準(zhǔn)礦塊，其走向長(zhǎng)60m，中段垂高10m，斜長(zhǎng)50~ 60m，將所述標(biāo)準(zhǔn)礦塊分為5個(gè)礦房，礦房跨度為12m，在礦房?jī)?nèi)布置有礦柱，所述礦柱包括間 柱、點(diǎn)柱、頂柱和底柱； (2 )采準(zhǔn):在所述標(biāo)準(zhǔn)礦塊內(nèi)上下兩側(cè)沿礦層走向布置兩條中段運(yùn)輸平巷，沿標(biāo)準(zhǔn)礦塊 礦層走向每12m布置一條切割上山，在位于底部的中段運(yùn)輸平巷的外側(cè)，即與每條切割上山 下部相對(duì)一側(cè)布置一個(gè)電耙硐室，其中，切割上山沿礦層傾向往上開(kāi)掘； (3) 回采:從切割上山開(kāi)始，礦房?jī)?nèi)沿傾斜方向自上而下回采，回采高度為礦體高度； (4) 鑿巖爆破:首先從切割上山頂部向兩側(cè)鑿順斜炮孔，逐漸形成錐形工作面，然后鑿 與錐形工作面平行的炮孔，采用巖石炸藥，人工裝藥，導(dǎo)爆管連接起爆； (5) 礦石運(yùn)搬:將崩下的礦石采用電耙搬運(yùn)至中段運(yùn)輸平巷內(nèi)，中段運(yùn)輸平巷采用調(diào)度 絞車(chē)牽引礦車(chē)將礦石運(yùn)出采場(chǎng)；當(dāng)?shù)V房采完后，利用采場(chǎng)上山在保證安全前提下回采礦柱， 并用人工礦柱置換間柱、頂柱和底柱； (6) 采空區(qū)充填:當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)礦塊回采完畢后，采用掘進(jìn)的廢石充填采空區(qū)。
[0010] 所述間柱為3m，點(diǎn)柱尺寸6 X 6m，頂柱3m，底柱4m，間柱設(shè)置在兩標(biāo)準(zhǔn)礦塊之間。
[0011] 所述礦柱面積占占整個(gè)采場(chǎng)面積的25.1%以上，經(jīng)
【申請(qǐng)人】測(cè)算，這樣礦柱強(qiáng)度可支 撐上覆巖層重量，滿(mǎn)足承載要求。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明綜合壁式削壁充填采礦法和分條式掏切法的特點(diǎn)， 揚(yáng)長(zhǎng)避短，探索出一種全新的極薄礦體的采礦方法，并在礦體開(kāi)采后采用廢石進(jìn)行充填，具 有良好的控制圍巖移動(dòng)變形的特點(diǎn)，適用于對(duì)地表沉降要求較高的"三下礦體"開(kāi)采條件。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、本發(fā)明既能減少削壁費(fèi)用，又能減少切割 上山的施工費(fèi)用。2、本發(fā)明采用人工礦柱進(jìn)行置換，可提高礦石回收率，減少礦體的損失 率，提高經(jīng)濟(jì)效益。3、本發(fā)明采用井下開(kāi)拓、掘進(jìn)等作業(yè)產(chǎn)生的廢石直接作為充填材料充填 的采空區(qū)，從根本上解決了掘進(jìn)廢石的運(yùn)輸以及地表堆存問(wèn)題。
[0014] 本發(fā)明特別適合用于開(kāi)采水體下厚度在0.8m以下，傾角在30度以下的緩傾斜極薄 礦體。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明采場(chǎng)布置示意圖； 圖2為圖1中1的II-II向示意圖； 圖中：1為中段運(yùn)輸平巷，2為頂柱，3為間柱，4為點(diǎn)柱，5為底柱，6為切割上山，7為電耙， 8為炮孔，9為電耙硐室，10為礦石溜口。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 結(jié)合附圖1和2,本發(fā)明開(kāi)采水體下厚度在0.8m以下，傾角在30度以下的緩傾斜極 薄礦體包括以下步驟： 1)礦房結(jié)構(gòu) 沿井下礦層走向劃分標(biāo)準(zhǔn)礦塊，其走向長(zhǎng)60m，中段垂高10m，斜長(zhǎng)50~60m，將所述標(biāo)準(zhǔn) 礦塊分為5個(gè)礦房，礦房跨度為12m，在礦房?jī)?nèi)布置有礦柱，礦柱包括間柱3、點(diǎn)柱4、頂柱2和 底柱5，其中間柱3為3m，點(diǎn)柱4尺寸6 X 6m，頂柱2為3m，底柱5為4m，間柱3設(shè)置在兩標(biāo)準(zhǔn)礦塊 之間，礦柱面積占占整個(gè)采場(chǎng)面積的30.9%。
[0017] 2)采準(zhǔn)切割:在標(biāo)準(zhǔn)礦塊內(nèi)上下兩側(cè)沿礦層走向布置兩條中段運(yùn)輸平巷1，其規(guī)格 2.8m X 2.7m，沿標(biāo)準(zhǔn)礦塊礦層走向每12m布置一條切割上山6，其規(guī)格2.0 X 2. Om，在位于底 部的中段運(yùn)輸平巷1的外側(cè)，即與每條切割上山6下部相對(duì)一側(cè)布置一個(gè)電耙硐室9,其規(guī)格 2.0 X 2.0m，其中，切割上山6沿礦層傾向往上開(kāi)掘。
[0018] 3)回采工作：從切割上山6開(kāi)始，礦房?jī)?nèi)沿傾斜方向自上而下回采，回采高度為礦 體高度。
[0019] 4)鑿巖爆破:每個(gè)采場(chǎng)使用2臺(tái)7655鑿巖機(jī)打眼，首先從切割上山6頂部向兩側(cè)鑿 順斜炮孔，逐漸形成錐形工作面，然后鑿與錐形工作面平行的炮孔8，炮孔8孔距0.9m，孔深 2.0~2.2m，采用2#巖石炸藥，人工裝藥，導(dǎo)爆管連接起爆。為了減小礦房爆落的礦石飛入相 鄰采場(chǎng)，應(yīng)有合理的起爆順序。
[0020] 5)礦石運(yùn)搬:崩下的礦石采用電耙7通過(guò)礦石溜口 10搬運(yùn)至中段運(yùn)輸平巷1內(nèi)的礦 車(chē)，為了保證電耙7能將礦石耙入中段運(yùn)輸平巷1的運(yùn)輸車(chē)輛內(nèi)，采準(zhǔn)切割上山6靠近中段運(yùn) 輸平巷段1施工時(shí)保證底板高于運(yùn)輸平巷，巷道頂板也相應(yīng)的往上挑高。中段運(yùn)輸平巷1采 用調(diào)度絞車(chē)牽引礦車(chē)將礦石運(yùn)出采場(chǎng)。礦房采完后，利用采場(chǎng)上山在保證安全前提下盡量 回采礦柱，并用人工礦柱置換間柱3、頂柱2和底柱5，置換面積占整個(gè)采場(chǎng)面積的16.39%。工 作面同時(shí)布置在一個(gè)礦塊的前后兩個(gè)礦房，前者工作面超前后者工作面15m。
[0021] 6)采場(chǎng)通風(fēng)、防塵:采場(chǎng)新鮮風(fēng)流由切割上山6進(jìn)入采場(chǎng)，沖洗完工作面后，污風(fēng)排 入上中段運(yùn)輸平巷，經(jīng)回風(fēng)大巷、主要通風(fēng)機(jī)、主井及回風(fēng)平硐出地表。防塵主要是采用濕 式鑿巖，放炮前、后噴霧灑水以降低粉塵濃度。
[0022] 7)頂板管理:主要利用間柱3和點(diǎn)柱4支撐圍巖，采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及 采場(chǎng)地壓活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在采場(chǎng)回采過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頂板的監(jiān)測(cè)和管理，及時(shí)處 理頂板浮石。每個(gè)礦房安裝1臺(tái)YSS - II巖音聲發(fā)儀、縮尺警報(bào)器、滑尺，以加強(qiáng)頂板監(jiān)測(cè)。同 時(shí)，加強(qiáng)采空區(qū)頂板處理，回采礦房時(shí)的采空區(qū)主要依靠礦柱或巖柱來(lái)維護(hù)，局部不穩(wěn)固處 可增礦柱護(hù)頂板，在特殊條件下可使用錨桿或錨桿加金屬網(wǎng)支護(hù)或加支柱。
[0023] 8)采空區(qū)充填 為進(jìn)一步保護(hù)礦柱，在礦塊回采完畢后，采用掘進(jìn)的廢石充填采空區(qū)，這樣不僅能加強(qiáng) 對(duì)礦層頂板的支撐，降低礦柱所受壓力，還能對(duì)礦柱進(jìn)行保護(hù)，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，同時(shí)降低生 產(chǎn)成本，減少對(duì)地面環(huán)境的污染。
[0024] 本發(fā)明中礦柱承載面積的計(jì)算如下： 由于礦區(qū)地表有谷坳河流通過(guò)，為確保井下礦體的安全開(kāi)采，本次設(shè)計(jì)對(duì)河流下方埋 藏較淺的礦體采取增大礦柱的措施進(jìn)行開(kāi)采，確保礦柱的強(qiáng)度能支撐頂板不致崩塌。礦柱 所需的承載進(jìn)行計(jì)算如下： (1)覆巖容重計(jì)算 礦柱所受到的荷載來(lái)自上覆巖層施加的壓力，作用力的大小與上覆巖層厚度、容重等 參數(shù)有關(guān)。由于礦體傾角較緩，計(jì)算模型可簡(jiǎn)化為礦柱只承受上覆巖體垂直方向荷載，并且 上覆巖層施加的荷載均勻分布在礦柱上，據(jù)此礦柱所受到的來(lái)自覆巖的荷載Q計(jì)算公式簡(jiǎn) 化如下：
式中:Q-充填體受到的荷載； γ -上覆巖層容重，2.8t/m3=28000N/m3; Η-上覆巖層厚度;本設(shè)計(jì)針對(duì)谷坳河下埋藏較淺的礦體進(jìn)行礦柱承載計(jì)算，該部分礦 體至地表的最大距離大致在150m左右； Si-覆巖面積，3000m2; cosl 1° -覆巖容重在垂直充填體方向的分量； 將以上參數(shù)帶入計(jì)算得： Q=28000 X150 X 0.9816 X Sl=4122720Si(N) 2)礦柱面積估算 礦體劃分為礦房和礦柱兩部分回采，留設(shè)的礦柱承載能力（人工礦柱采用C35混凝土， 考慮一定的安全系數(shù)，取和白云巖一樣的抗壓強(qiáng)度)Qi為： Qi=32.85Mpa X S2=32850000S2(N) 通過(guò)比較覆巖容重和礦柱承載能力來(lái)估算礦柱的合理面積，同時(shí)考慮2.0的安全系數(shù)： Qi/Q=2.0 艮P: 32850000S2/(4122720Si)=2.0 計(jì)算得： S2/Si=0.251 即當(dāng)留設(shè)的礦柱(頂?shù)字?、間柱、點(diǎn)柱)面積占整個(gè)采場(chǎng)面積的25.1%時(shí)，礦柱強(qiáng)度可支 撐上覆巖層重量，據(jù)此進(jìn)行礦山采礦方法設(shè)計(jì)。
[0025]本發(fā)明中留設(shè)的礦柱面積占整個(gè)采場(chǎng)面積的30.79%，大于所需的承載面積 (25.1%)，可以滿(mǎn)足要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于水體下極薄礦體的房柱法充填采礦方法，其特征在于：水體下的緩傾斜 極薄礦體首先使用房柱法開(kāi)采，然后再用人工礦柱置換，最后再用掘進(jìn)廢石進(jìn)行充填。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的房柱法充填采礦方法，其特征在于:包括如下步驟： (1) 礦房結(jié)構(gòu)：沿井下礦層走向劃分標(biāo)準(zhǔn)礦塊，其走向長(zhǎng)60m，中段垂高10m，斜長(zhǎng)50~ 60m，將所述標(biāo)準(zhǔn)礦塊分為5個(gè)礦房，礦房跨度為12m，在礦房?jī)?nèi)布置有礦柱，所述礦柱包括間 柱、點(diǎn)柱、頂柱和底柱； (2) 采準(zhǔn):在所述標(biāo)準(zhǔn)礦塊內(nèi)上下兩側(cè)沿礦層走向布置兩條中段運(yùn)輸平巷，沿標(biāo)準(zhǔn)礦塊 礦層走向每12m布置一條切割上山，在位于底部的中段運(yùn)輸平巷的外側(cè)，即與每條切割上山 下部相對(duì)一側(cè)布置一個(gè)電耙硐室，其中，切割上山沿礦層傾向往上開(kāi)掘； (3) 回采:從切割上山開(kāi)始，礦房?jī)?nèi)沿傾斜方向自上而下回采，回采高度為礦體高度； (4) 鑿巖爆破:首先從切割上山頂部向兩側(cè)鑿順斜炮孔，逐漸形成錐形工作面，然后鑿 與錐形工作面平行的炮孔，采用巖石炸藥，人工裝藥，導(dǎo)爆管連接起爆； (5) 礦石運(yùn)搬:將崩下的礦石采用電耙搬運(yùn)至中段運(yùn)輸平巷內(nèi)，中段運(yùn)輸平巷采用調(diào)度 絞車(chē)牽引礦車(chē)將礦石運(yùn)出采場(chǎng)；當(dāng)?shù)V房采完后，利用采場(chǎng)上山在保證安全前提下回采礦柱， 并用人工礦柱置換間柱、頂柱和底柱； (6) 采空區(qū)充填:當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)礦塊回采完畢后，采用掘進(jìn)的廢石充填采空區(qū)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的房柱法充填采礦方法，其特征在于:所述間柱為3m，點(diǎn)柱尺寸6 X 6m，頂柱3m，底柱4m，間柱設(shè)置在兩標(biāo)準(zhǔn)礦塊之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的房柱法充填采礦方法，其特征在于:所述礦柱面積占占整 個(gè)采場(chǎng)面積的25.1%以上。
【文檔編號(hào)】E21C41/16GK106089205SQ201610687984
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月19日 公開(kāi)號(hào)201610687984.4, CN 106089205 A, CN 106089205A, CN 201610687984, CN-A-106089205, CN106089205 A, CN106089205A, CN201610687984, CN201610687984.4
【發(fā)明人】陳吉松, 王學(xué)杰, 趙祿華, 杜昌倫, 龔新華, 劉斌
【申請(qǐng)人】貴州晨輝達(dá)礦業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司