一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法与流程

1.本发明属于地下矿山开采技术领域，具体涉及一种采用分段空场嗣后充填法回采盘区间柱的方法，可在黑色、有色、化工等大中型非煤固体矿山地下开采中广泛应用。


背景技术：

2.随着环保要求的提升，充填技术的进步和充填成本的降低，越来越多的矿山采用充填法回采，尤其是铁矿山。由于矿体比较厚大，采场不论是采用沿脉布置，还是垂直走向布置，采场的长度过长，不利于安全回采，因此，将矿床划分为多个盘区，盘区间留设间柱，盘区内划分采场，间柱内布置采场联络巷道，采场长度一般为50m～60m长，盘区间柱一般为15m～20m宽，盘区间柱矿量约占总矿量的23％～25％，盘区间柱回收如何安全高效回采一直是一个难题。
3.目前回收盘区间柱的方法主要有分段空场法和分层充填法。由于盘区间柱两侧的充填体有胶结充填体和非胶结充填体，采用分段空场法回采间柱时，为了确保两侧充填体的安全，需要留设较厚的护壁矿柱，造成间柱回收率较低，底部出矿结构需要设置在相邻充填体内，巷道掘进和支护比较困难。此外，由于采场内是空的，两侧护壁矿柱受侧向压力较大，容易垮塌，存在一定的安全隐患；采用分层充填法回收时，每次回采2.5m左右，回采效率很低，回采周期长，回采成本高，由于需要在空场下作业，安全难以保障，为了提高安全性，一般需留设点柱，点柱的留设也造成了回采率降低。
4.为了对地下矿山采空区遗留间柱进行回采，中国专利申请202010746889.3公开了一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，该方法在中段运输巷道一侧向间柱内掘进出矿巷道通达矿体上盘，采用扇形中深孔将出矿巷道顶部扩大形成喇叭口状底部结构；分别在间柱上盘矿岩接触面和下盘围岩内布置切割天井与人行通风天井，并使之与上中段回风巷道贯通，在人行通风天井内沿垂直方向每隔一定高度掘进分层联络道通达间柱下盘边界，然后自下而上逐个分层循环钻凿上向平行炮孔、装药爆破、强制通风、放出崩落矿石作业环节直至整个间柱开采结束，再使用铲运机将崩落矿石出完并充填采空区，用以提高间柱矿石回采率、降低了矿石贫化率。但该方法工程量较大，回采成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对现有技术存在的回采工程量大、成本高、回采率低及回采周期长、安全难以保证等问题，而提供一种采准工程量少、施工难度小、回采准备时间短、间柱回收率高的安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法。
6.为实现本发明的上述目的，本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法，在盘区间柱两侧为非胶结充填体和胶结充填体相间组成的已采采场，在盘区间柱内有分段凿岩巷道和分段联络道，分段凿岩巷道内设有充填挡墙，盘区围岩外有采场斜坡道连通各分段，分段联络道分别与采场斜坡道、分段沿脉联络道连通，分段沿脉联络道连通采场溜井和中段风井。
7.本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法应用时，采用自下而上回采，一般3～4个分段组成一个回采中段，利用盘区间柱内的分段联络道作为凿岩巷道，将回采中段上一个分段的分段联络道作为充填巷道，在充填巷道内每隔一定距离布置一条充填天井与下分段凿岩巷道贯通，在盘区间柱一端布置切割天井，并进行拉槽，然后开始回采，中段中各分段可以同时回采，下分段落后上分段5～10m，出矿的同时，在充填巷道内，通过回采区上方的充填天井向空区内倒入废石作为充填废石覆盖层，每次倒入量和出矿量相同。具体采用以下技术方案：
8.1)充分利用盘区间柱内现有工程分段凿岩巷道、分段联络道和脉外的采场斜坡道和分段沿脉联络道，即利用盘区间柱内的分段联络道作为凿岩巷道，将回采中段上一个分段的分段联络道作为充填巷道；
9.2)在回采中段的上个分段沿盘区间柱长度方向按照设计参数每隔一段距离设置一条充填天井；
10.3)在盘区间柱两侧留设护壁矿柱，护壁矿柱通过崩落矿石和回填废石获得侧向支撑，确保护壁矿柱的安全；
11.4)回采时在分段联络道内凿上向扇形中深炮孔，上分段超前下分段5～10m，崩落矿石受覆盖层挤压在分段联络道的作业面上，采用铲运机铲装出矿，卸至溜井里，利用无底柱分段崩落法的采矿原理，出矿的同时在上部分段联络道内将废石倒入充填天井，形成充填废石覆盖层，并在充填废石覆盖层下完成出矿；倒入废石量与采出矿石量相同，始终保持采场内为充盈状态；
12.5)回采结束后，再通过充填天井进行高强度料浆充填找平，形成下部回采的作业平台，全部盘区间柱回采结束后，砂浆充填接顶，确保充填效果，完成盘区间柱的回采工作。
13.作为本发明优化的技术方案，所述盘区间柱两侧留设的护壁矿柱的厚度按照两护壁矿柱的体积占该盘区间柱体积15～20％留设，在该厚度下，既可以确保护壁矿柱稳定性、安全性，也可以保证盘区间柱的回采率。
14.作为本发明优化的技术方案，所述盘区间柱长度和宽度不受约束，盘区间柱的分段高度与采场分段高度相同，盘区间柱的中段高度由3～4个分段组成。
15.作为本发明优化的技术方案，在盘区间柱一端布置切割天井，并进行拉槽，然后开始回采盘区间柱，盘区间柱的中段中各分段同时回采，上分段超前下分段6～8m。可以多分段同时凿岩，同时爆破，同时出矿。
16.本发明主要利用现有巷道，通过倒入废石形成充填废石覆盖层，利用充填废石覆盖层的自重和流动性形成侧向支撑，利用挤压爆破，覆盖岩下出矿。本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法采用以上技术方案后，具有下列积极效果：
17.1)利用盘区间柱内现有工程作为凿岩巷道，没有工程时仅需增加凿岩巷道，采准工程量很少，回采准备时间短，在回采矿石的同时也在治理采空区，回采结束，基本完成了采空区的充填作业，回采过程安全可靠；
18.2)采场内始终保持矿岩充满状态，回采过程没有采空区形成，避免两侧护壁矿柱临空，同时对护壁矿柱起到支撑作用，抵消充填体的压力，在确保安全的情况下可以减小护壁矿柱的厚度，提高间柱的回收率；
19.3)全部采用中深孔凿岩，铲运机出矿，机械化高，生产能力大；
20.4)所以作业均在巷道内进行，安全有保障；
21.5)不需要在充填体内布置工程，没有施工难度；
22.6)可以消耗生产期间产生的废石，回采结束后，采场内被废石充满，只需要上部进行少许砂浆充填作为工作平台，充填成本低；
23.7)采矿工艺简单，易于操作；
24.8)本发明采用无底柱分段崩落法的采矿工艺，采矿成本较低，盘区间柱回采率高达80～85％；
25.9)本发明在回采盘区间柱、充填采空区的同时，使矿山积存的废石得到合理利用，有利于实现绿色开采。
附图说明
26.图1为本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法的主视图。
27.图2为本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法的俯视图，即图1之
ⅱ‑ⅱ
截面图；
28.图3为本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法的侧视图，即图2之ⅲ－ⅲ截面图。
29.附图标记为：1
‑
非胶结充填体(低强度充填体)；2
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胶结充填体(高强度充填体)；3
‑
盘区间柱；4
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充填挡墙；5
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分段凿岩巷道；6
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分段联络道；7
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采场斜坡道；8
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分段沿脉联络道；9
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充填废石覆盖层；10
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护壁矿柱；11
‑
崩落矿石；12
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充填天井；13
‑
扇形中深炮孔。
具体实施方式
30.为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法做进一步详细描述。
31.本发明一种安全高效回收分段空场嗣后充填法盘区间柱的方法，在盘区间柱3两侧为采用废石充填的非胶结充填体1和采用尾矿充填的胶结充填体2相间组成的已采采场，在盘区间柱3内设有分段凿岩巷道5和分段联络道6，分段凿岩巷道5内设有充填挡墙4，盘区围岩外有采场斜坡道7连通各分段，分段联络道6分别与脉外的采场斜坡道7、分段沿脉联络道8连通，分段沿脉联络道8连通采场溜井和中段风井，并采用以下技术方案回采盘区间柱3：
32.1)充分利用盘区间柱3内现有工程分段凿岩巷道5、分段联络道6和脉外的采场斜坡道7和分段沿脉联络道8；利用盘区间柱3内的分段联络道6作为凿岩巷道，将回采中段上一个分段的分段联络道6作为充填巷道；
33.2)在回采中段的上个分段沿盘区间柱3长度方向按照设计参数每隔一段距离设置一条充填天井12；
34.3)在盘区间柱3两侧留设护壁矿柱10，护壁矿柱9通过崩落矿石11和回填废石获得侧向支撑，确保护壁矿柱9的安全；盘区间柱3两侧留设的护壁矿柱10的厚度按照两护壁矿柱10的体积占该盘区间柱3体积15～20％留设；在盘区间柱3一端布置切割天井，并进行拉槽；
35.4)回采时在分段联络道6内凿上向扇形中深炮孔13，上分段超前下分段5～10m，崩
落矿石11受覆盖层挤压在分段联络道6的作业面上，采用铲运机铲装出矿，卸至溜井里，出矿的同时在上部分段联络道6内将废石倒入充填天井12，形成充填废石覆盖层9，并在充填废石覆盖层9下完成出矿；倒入废石量与采出矿石量相同，始终保持采场内为充盈状态；
36.5)回采结束后，再通过充填天井12进行高强度料浆充填找平，形成下部回采的作业平台，全部盘区间柱3回采结束后，砂浆充填接顶，确保充填效果，完成盘区间柱3回采工作。