基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法的制作方法

1.本发明涉及非煤采矿技术领域，尤其是涉及一种基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法。


背景技术：

2.针对高品位、缓倾斜至急倾斜、软破型薄矿体开采，采用常规的钻爆法，存在损失贫化率大、作业连续性差、安全性差、生产能力小、自动化和智能化程度低等缺点，传统的开采工艺急需改进。
3.煤矿采用悬臂式掘进机截割破岩实现了连续开采，具有无爆破震动、对围岩振动小、减少超欠挖、节约衬砌材料等优点。近年来掘进机截割矿岩硬度较以往有大幅度地提高，具备用于非煤矿体开采的条件。但是对于非煤的采矿而言尤其是高品位、缓倾斜至急倾斜薄矿体的不规则产状及矿岩特性，目前的工艺尚无法实现用远程智能掘进机进行非爆连续开采。如何将掘进机截割落矿与采切工程、回采顺序、采场出矿、采场通风、采场支护和充填等相结合，确保最大程度地回收高品位矿石，成为制约掘进机安全、高效、智能、连续开采的关键。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种能实现非爆连续开采的基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法。
5.本发明薄矿体采矿法包括如下步骤：
6.1、一种基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法，其特征在于，包括以下步骤：
7.a、在竖向上中段内设多个分段，分段内设多个分层，每层沿矿体走向布置采场进路；
8.b、采场进路断面采用类矩形，自下而上分层回采，逐层充填采空区，并留出继续上采的工作空间，所述类矩形是指在高度方向的两对边，一边上部为弧线，另一边下部为弧线，用于无损失开采；
9.c、设置脉外采准斜坡道、脉外分段联络道、脉外分段平巷、脉外采场联络道、溜井联络道、矿石溜井，所述脉外采准斜坡道与脉外分段联络道连通，脉外分段联络道与脉外分段平巷连通，脉外分段平巷与脉外采场联络道连通，脉外采场联络道与脉内采场进路连通；分段平巷与溜井联络道连通，溜井联络道与矿石溜井连通。
10.d.采用锚杆、双筋条、喷浆、挂网、长锚索中的一种或一种以上的方式对矿岩进行支护。
11.为利于下中段回采，在中段首层开采时做钢筋混凝土假底。
12.回采时采用长压短抽风幕式除尘系统进行高效通风除尘。
13.进一步，所述步骤a中：中段高度为50m，中段内划分4个分段，分段高度为12～15m，每个分段服务4～5个分层。采场进路长为40～60m，宽为矿体水平厚度。分层截割高为4.5～
5m，分层充填高为3～4m，分层预留空顶高为1～1.5m。
14.进一步，在采场中部布置与上中段穿脉平巷连通的充填回风井及构筑一条顺路滤水井。采用远程智能悬臂式掘进机在采场进路进行非爆连续机械截割落矿，无轨矿卡车配套出矿。
15.对矿岩不稳固地段，采用喷浆 锚杆 双筋条护顶；顶板及上盘脱落严重时，采用喷浆 长锚索联合支护方式。
16.本发明与现有采矿工艺相比，在竖向上设多个分段，分段内设多个分层，每层沿矿体走向布置采场进路，合理的回采区域划分有利于掘进机等全套无轨采装运设备发挥其机动灵活性的特点，提高生产效率。针对矿体的不规则产状，提供的类矩形断面，利用高度方向两个对边，一边上部为弧线，另一边下部为弧线，使采场进路有利于掘进机充分截割矿体，在进路断面空间内的任何位置，掘进机都能截割，无人为损失，最大程度地回收高品位矿石；自下而上分层回采，预留采场进路上部空间作为工作空间不充填，为下次截割提供了多的自由面，同时该空间可作为回风巷道，形成贯穿风流，有利于污风排出，避免掘进机作业时独头通风。该采矿法对矿体的适应性强，对形态复杂、产状变化大和稳固性差的薄矿体，能有效进行回采，且在采场内不留点柱和间柱，损失率、贫化率较低，实现了高品位、缓倾斜至急倾斜、软破型薄矿体机械化、智能化、绿色化、安全、高效、非爆连续开采。
附图说明
17.图1为本发明基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法沿矿体走向剖面图。
18.图2为图1中
ⅰ‑ⅰ
方向剖面图。
19.图3为图1中
ⅱ‑ⅱ
方向剖面图。
20.图4为图1中
ⅲ‑ⅲ
方向剖面图。
21.图5为图2中a部放大图。
22.图标：1—中段沿脉运输巷；2—穿脉平巷；3—采准斜坡道；4—分段联络道；5—分段平巷；6—采场联络道；7—充填回风井；8—溜井联络道；9—矿石溜井；10—滤水井；11—采场进路；
23.12—钢筋网；13—高强度充填体；14—低强度充填体或非胶结充填体；15—胶面层；16—悬臂式掘进机。
具体实施方式
24.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1
‑
图5所示，本发明实施例提供的基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法，所述方法适用于厚度2～6m的缓倾斜至急倾斜、不稳固、高品位薄矿体开采，为机械采矿提供了新的思路。
26.本发明实施例提供的基于远程智能掘进机的薄矿体采矿法，所述方法包括：中段高度为50m，在竖向上中段内划分4个分段，分段高度为12～15m，每个分段服务4～5个分层，
每层沿矿体走向布置采场进路11。相邻矿块之间不留间柱，矿块预留6m底柱，不留顶柱，在中段首层开采时做钢筋混凝土假底，利于下中段回采。回采时，根据矿岩稳固情况，在采场中灵活留设一定的低品位矿石或夹石，作为矿柱支撑顶板和上下盘围岩。
27.采场进路11断面采用类矩形，所述类矩形是指在高度方向的两对边，一边上部为弧线，另一边下部为弧线，用于无损失开采。采场进路11长为40～60m，宽为矿体水平厚度，一般为2m～6m。自下而上分层回采，逐层充填采空区，并留出继续上采的工作空间。采场作业循环为“一采一充”，即回采完一个分层，待此分层截割的矿石全部运出采场后，立即进行充填。
28.首层采场进路11掘进机截割断面为类矩形abcdef，首层截割高为4.5～5m；首层充填进路断面为类矩形abjef，首层充填高为3～4m；首层预留空间断面为类矩形cdej，首层预留空顶高为1～1.5m。其他分层采场进路11掘进机截割断面为类矩形ghijkl，其他分层截割高为4.5～5m；其他分层充填进路断面为平行四边形jknm，其他分层充填高为3～4m；其他分层预留空间断面为类矩形hijm，其他分层预留空顶高h为1～1.5m。预留空间为下次截割提供多的自由面，且有利于通风。分层截割高与掘进机回转台高度、截割臂长度有关。为充分发挥掘进机的高效性，可适当提高分层截割高和一次掘进量，考虑少部分矿石的人为损失。
29.所述类矩形abcdef首层采场进路11中弧线边ab分别与底板直线边af、上盘界线bc连接，所述类矩形abcdef首层采场进路11中弧线边de分别与顶板直线边cd、下盘界线ef连接；所述类矩形ghijkl其他分层采场进路11中弧线边ij分别与顶板直线边hi、下盘界线jk连接，所述类矩形ghijkl其他分层采场进路11中弧线边kl分别与底板直线边gl、下盘界线jk连接。
30.采准斜坡道3及分段平巷5布置在矿体下盘脉外，从采准斜坡道3向矿体掘进分段联络道4连通各分段平巷5，采准斜坡道3和分段联络道4坡度小于20％。从分段平巷5向矿体掘进采场联络道6，采场联络道6坡度小于12％，采用采场联络道6压顶的方式实现转层，转入新分层进路的回采，从采场联络道6沿矿体走向掘进采场进路11至矿块边界。充填回风井7布置在采场中部，与上中段穿脉平巷2连通；每隔100m～150m在矿体下盘脉外布置一条矿石溜井9，通过溜井联络道8与分段平巷5连通，形成采场矿石外运的通道。在底柱上部沿矿体走向掘进拉底巷道，然后扩帮至采场边界，作为采场初始回采的自由面。随着回采进行，在采场中部构筑一条顺路滤水井10。
31.应用远程智能悬臂式掘进机在采场进路11进行非爆连续机械截割落矿，无轨矿卡车配套出矿，卡车依次沿采场进路11、采场联络道6、分段平巷5、溜井联络道8将矿石运至矿石溜井9。
32.掘进机远程智能控制技术，以机载惯性导航系统为平台，搭建大数据算法模型，主要由超视距控制、截割轨迹在线监测、一键式自动截割、掘进机姿态惯性自动测量系统和自学习自适应等技术构成，提升掘进机智能化控制的应用水平，打造智慧生产的新模式，实现工作面的少人化与无人化。
33.掘进机作业时，采用长压短抽风幕式除尘系统，将掘进机截割矿岩时产生的粉尘等污气排至下层进路预留上部空间内，再经充填回风井7回到上中段回风巷内，使通风方向与掘进机前进方向相同，并将压入风筒在距掘进断面(迎头)25～30m处断开，有利于保证工作面环境及掘进连续性，实现高效通风除尘。
34.根据矿岩稳固性情况，采用锚杆、双筋条、喷浆、挂网、长锚索中的一种或一种以上的方式及时支护。对矿岩不稳固地段，采用喷浆 锚杆 双筋条护顶；顶板及上盘脱落严重时，采用喷浆 长锚索联合支护方式。
35.采场分层落矿结束、出矿完后，按设计要求架设充填管、滤水井，砌筑好隔离墙。主充填管道由充填回风井7下到采场，采用pvc塑料管做充填管。
36.滤水井架设：采用钢模焊接而成，钢模厚度10mm，直径1.5m，每节高度1.0m左右，要求上下钢模吻合，焊接严密，钢模四周扎四层麻布，以防漏砂。
37.人工假底构筑：类矩形abcdef首层采场进路11截割完后，将残余在采场底板的矿石、冒落废石及其他一切杂物清理干净，准备构筑人工假底。底筋网由φ18mm螺纹钢主筋(横筋)和φ12mm副筋(纵筋)构成，主筋在下，副筋在上，主、副筋相交处采用铁丝捆扎牢固，网度为40cm
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40cm。底筋网采用锚索或锚杆与上下盘围岩连接固定，底筋网距采场底板0.3m。
38.采场充填：最底部两个分层采用高强度胶结充填体充填，要求充填体28d强度大于5mpa；其他分层下部采用低强度胶结充填体或非胶结充填体充填，上部0.5m浇面层采用较高强度(强度>3mpa)的充填体充填，以作为下一分层回采时的作业平台。
39.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。