端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式的制作方法

1.本发明属于地下矿山充填开采技术领域，具体涉及一种提高地下矿山采场充填接顶的采矿结构布置方式，特别适合采用在充填法开采采用端部放砂方案的矿山中应用，可在黑色、有色、化工等非煤固体矿山地下开采中广泛应用。


背景技术：

2.随着地下矿产资源地不断开采，留下了大量采空区，采空区分布范围广，隐蔽性强，规整性差，空间形态变化大，顶板冒落坍陷情况难以预测，属于矿山重大安全隐患，由此引发了多次矿山安全事故。
3.随着采矿技术的进步和生态环境保护的要求，充填采矿法已经成为有色、黑色、化工、黄金等矿山开发利用的首选方法。国家矿山安全监察局2022年2月8日印发《关于加强非煤矿山安全生产工作的指导意见》的通知，明确“新建金属非金属地下矿山应当采用充填采矿法，不能采用的要进行严格论证。”充填采矿法最大的优点在于能够适应各种复杂多变及围岩条件较差的矿体开采，能够最大限度地提高采矿矿石回收率和降低贫化率，并能有效控制地压活动，保证安全生产，同时最大限度地实现对地表环境的保护。
4.综合国内外矿山充填情况，考虑安全的因素，充填巷道及放砂管路一般不布置在采空区正上方，多布置在采场一端的间柱内，采取端部放砂方案。基于以下几方面主要因素，充填不接顶现象普遍存在，且始终未能很好解决：
5.(1)充填料浆固结沉降。一方面充填料浆充满空区后，由于料浆分层离析，固体颗粒逐渐下沉，迫使大部分水离析在充填体表面并以径流的方式脱除，将在充填体表面和顶板之间形成空间。另一方面固体颗粒间空隙中的重力水通过渗透方式排除后，充填体还会沉降。因料浆脱水固结造成充填体收缩率达5％～22％。
6.(2)充填料浆自流坡度。充填料浆在采场流动过程中因其内骨料出现沉降，从一端充填管道放砂口到采场另一端将形成自流坡度，充填料浆流动性越差，其坡度就越大。当充填管道放砂口一端接顶时，由于自流坡度的影响，导致采场另一端不能完全接顶。以料浆浓度60～68％为例，其自流坡度通常在4～8％之间，若充填采场长度50m，放砂口一端完全接顶时，另一端尚有2～4m空间未接顶。
7.(3)充填料浆浓度过低和滤水速度慢。过低的料浆浓度，容易导致充填料离析分层，增大自然坡积角。同时大量的积存水难以及时排出，占据充填空间，阻碍充填接顶。
8.此外，充填管清洗水排入、采场顶板不规则以及人为因素均将影响采场充填接顶效果。由于采场充填接顶直接关系到充填体的质量，以及采场的生产安全，如果充填接顶不好，会造成充填体或围岩冒落。
9.因此，如何提高采场充填接顶率，尤其提高端部放砂采场充填接顶，是充填法开采矿山面临和亟待解决的问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的就是针对现有技术存在的充填接顶率不好、充填结顶率较低、充填体质量较低并影响采场生产安全的技术难题，针对采用端部放砂充填采场的特点，而提供一种充填接顶率高、能够有效控制地压活动、确保采矿生产安全的端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式。
11.为实现本发明的上述目的，本发明端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式，沿矿体走向每隔40～80m布置一个采场，在每个采场内布置3～5个分区，两相邻采场间留间柱，其特点是：在采场的下部布置凿岩巷道、出矿巷道、装矿进路，凿岩巷道、装矿进路沿矿体走向布置，凿岩巷道与装矿进路之间通过出矿巷道连通；在采场两端矿体顶板较高的间柱内布置充填斜井，将充填主管吊挂在充填斜井的巷道顶板，自充填斜井靠近采场顶部区域向采场掘充填联络巷道，并将充填支管接入采场内；在凿岩巷道内向各分区的采场凿炮孔，通过逐区加深炮孔深度的方法在采场顶部形成阶梯式放砂槽，各分区的放砂槽高度根据空区充填区域距端部放砂点距离的远近不同并结合充填料浆的自流坡度确定，以确保空区顶板平均坡度大于或等于充填料浆的自流坡度，以满足自然接顶要求；以采场端部放砂点另一端的切割空间为自由面，在凿岩巷道向端部放砂点后退式爆破，采用铲运机将崩落的矿石经过出矿巷道、装矿进路运至溜井卸矿；采场回采结束后，封闭空区下部的通道，通过充填主管、充填支管对空区进行分次充填。
12.所述采场的高度因矿体厚度及倾向不同，一般为10～100m，间柱宽10m～20m；所述的充填斜井坡度与矿体倾角基本一致，充填斜井坡度与矿体倾角之间的最大偏差≤10％，如矿体倾角为40
°
，在充填斜井坡度在36
°
到44
°
之间；充填斜井的底板高于矿体顶板接触带1～2m。
13.根据空区充填区域距端部放砂点距离的远近不同，距端部放砂点越远，放砂槽高于矿体顶板接触带的高度越小，直至放砂槽高度等于矿体顶板接触带。
14.大多数情况下，可将采场沿矿体走向划分成ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区共3个分区，ⅰ区、ⅱ区、ⅲ区距端部放砂点由远及近，参照充填料浆的自流坡度通常在4～8％之间，ⅰ区放砂槽高度等于矿体顶板接触带，ⅱ区放砂槽高于矿岩顶板接触带1.2～2.4m；ⅲ区放砂槽高于矿体顶板接触带2.4～4.0m。若ⅰ区矿体顶板区域的矿石品位较低，放砂槽高度可低于矿体顶板接触带，同时相应调整ⅱ区和ⅲ区放砂槽高度；另外各区放砂槽高差也可通过控制炮孔深度平滑过渡。
15.本发明端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式采用以上技术方案后，具有下列积极效果：
16.1)采取延深炮孔方式形成放砂槽，单个采场增加炮孔50～120m，每吨矿增加成本不足0.07元。控制了充填成本，提高了充填效率，保障了作业安全；
17.2)采取小断面放砂槽，单个采场超挖量260～550m3，造成贫化率将增加，经统计贫化率增幅＜1.5％。另外，混入的废石与其它贫化产生的废石，一并经过预选后作为建筑石料，抵销其相应成本。
18.3)采用阶梯式放砂槽方案，空区顶板平均坡度大于料浆的自流坡度，采场采取分次充填方式，充填接顶率可达100％，较传统充填方案提高10％以上，有效控制了地压活动，保障回采过程中的安全。
附图说明
19.图1为本发明端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式的主视图。
20.图2为图1中ⅰ区侧剖面图；
21.图3为图1中ⅱ区侧剖面图；
22.图4为图1中ⅲ区侧剖面图；
23.图5为图1中ⅳ区侧剖面图。
24.附图标记为：1-采场；2—间柱；3—充填斜井；4—充填主管；5—充填联络巷道；6—充填支管；7—凿岩巷道；8—炮孔；9—放砂槽；10—出矿巷道；11—装矿进路。
具体实施方式
25.为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式做进一步详细描述。
26.由图1所示的本发明端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式的主视图并结合图2、图3、图4、图5看出，本发明端部放砂采场提高充填接顶率的结构布置方式，沿矿体走向每隔40～80m布置一个采场1，在每个采场1内布置3～5个分区，两相邻采场1间留间柱2；在采场1的下部布置凿岩巷道7、出矿巷道10、装矿进路11，凿岩巷道7、装矿进路11沿矿体走向布置，凿岩巷道7与装矿进路11之间通过出矿巷道10连通；在采场1两端矿体顶板较高的间柱2内布置充填斜井3，将充填主管4吊挂在充填斜井3的巷道顶板，自充填斜井3靠近采场1顶部区域向采场1掘充填联络巷道5，并将充填支管6接入采场1内；在凿岩巷道7内向各分区的采场凿炮孔8，通过逐区加深炮孔8深度的方法在采场1顶部形成阶梯式放砂槽9，以采场1长度45m为例，在采场1内每15m形成1个分区，从而将采场1沿矿体走向划分成ⅰ区、ⅱ区和ⅲ区共3个分区，ⅰ区、ⅱ区、ⅲ区距端部放砂点由远及近，ⅲ区距端部放砂点0～15m范围，ⅱ区距端部放砂点15～30m范围，其余为ⅰ区；以采场端部放砂点另一端的切割空间为自由面，在凿岩巷道7向端部放砂点后退式爆破，采用铲运机将崩落的矿石经过出矿巷道10、装矿进路11运至溜井卸矿；采场回采结束后，封闭空区下部的通道，通过充填主管4、充填支管5对空区进行分次充填，确保充填效果。
27.距端部放砂点越远，放砂槽9高于矿体顶板接触带的高度越小，直至放砂槽9高度等于矿体顶板接触带。参照充填料浆的自流坡度通常在4～8％之间，以采场1长度45m为例，并将采场1划分为3个分区为例，距离放砂点30～45m范围的ⅰ区，放砂槽9高度等于矿体顶板接触带；距离放砂点15～30m范围的ⅱ区，放砂槽9高于矿岩顶板接触带1.2～2.4m，距离放砂点0～15m范围的ⅲ区，放砂槽9高于矿体顶板接触带2.4～4.0m。
28.所述采场1长度40～80m，采场1中每个分区的长度一般为13～18m，间柱2宽10～20m，采场高度因矿体厚度及倾向不同，10～100m不等。
29.本发明采用阶梯式放砂槽方案，根据充填区域距放砂点距离不同，结合充填料浆的自流坡度，通过炮孔深度设置不同高度的放砂槽，使空区顶板平均坡度大于或等于料浆的自流坡度，以满足自然接顶要求，解决采场充填接顶的难题，控制了地压活动，保障了采矿生产安全。同时，采用延深炮孔方式形成小断面的放砂槽，有效控制了充填成本和矿石贫化率。
30.本发明方法已经分别在某大型地下铁矿充填开采中进行工业试验，实现充填接顶
率100％，取得了意想不到的技术效果，有力地保障了回采过程中的安全。