一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法与流程

1.本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法。


背景技术：

2.目前，在采用上向水平分层充填采矿法开采厚矿体(业内公认几十米以上的矿体为厚矿体)时，一般是先将中段划分为多个分段，其次将分段内按高度为3～5m划分多个分层，再次通过分段运输平巷向各分层掘进下向、水平或上向联络道进入各分层后，在分层中全面开采，利用矿石自身的稳定性支撑顶板，分层开采完毕后，再进行充填，同时为保证下一中段的开采安全，中段底层一般都要铺设钢筋和浇筑混凝土形成的人工假底，以增强其抗压抗拉强度，但这种开采方法存在如下不足或问题：一是分层层高太小，以致开采出矿效率低；二是分层全部开采完毕后再进行充填，以致等待时间长与充填效率低；三是开采时暴露面积太大，以致有较大的安全隐患；四是采用钢筋和高强度混凝土浇筑的人工假底，以致采矿成本飙升。
3.经本课题组检索，共检索到充填采矿方法相关专利12项，但未检到与开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法相关文献。
4.为此研发一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法就显得尤为迫切。


技术实现要素：

5.本发明的任务是为了克服现有技术的不足，提供一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法，它既能提高出矿开采效率和安全性，又能减少暴露面积和降低开采成本。
6.本发明的任务是通过以下技术方案来完成的：
7.一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法，它包括以下工艺步骤与条件：
8.a.将矿体沿走向每隔100～160m划分若干矿块，矿块宽度为矿体厚度；按照垂高每40～60m的中段高度将矿体分成若干中段，将中段按照每10～12m布设分段，中段内矿体开采按照两步骤开采，中段间矿块间隔开采，隔一采一；
9.b.在中段下部、矿体下盘布设中段运输平巷，中段之间错开布设中段溜井，中段溜井与上一中段及本中段运输平巷通过短平巷相连，各分段在脉外下盘布设分段运输平巷，分段运输平巷通过短平巷与中段溜井相连；
10.c.在待开采分段矿块的一侧边界，垂直矿体走向水平掘进分段联络道由分段运输平巷进入矿块分段后，垂直矿体走向继续向前掘进切割平巷，在矿块分层内与上盘、下盘交接处，沿矿体走向分别掘进拉底平巷和脉内回风平巷，脉内回风平巷通过回风联络巷与布设在矿体上盘的专用回风井相连，在待开采分层矿块中每隔16～20m划分条带，在各条带底部中间掘进回采平巷连接拉底平巷和脉内回风平巷；
11.d.凿岩爆破在各回采平巷内，同时由拉底平巷向脉内回风平巷逐步骤钻凿水平和上向扇形中深炮孔，孔间距约1m，排距约1m，一次钻凿5～8排炮孔，一次爆破5～8排炮孔，由
靠近切割平巷起前进式多条带甚至全条带同时起爆；
12.e.通风出矿：在分段矿块中，待一次多条带甚至全条带同时爆破落矿后，新鲜风流由分段运输平巷经分段联络道和切割平巷进入爆破作业面空间，洗刷粉尘后，污风经回采平巷进入脉内回风平巷后经回风联络巷进入专用回风井，通风除尘完毕后，采用铲运机或汽车将爆落矿石运至中段溜井中，直至该步骤炮孔崩落矿石全部出矿完毕；
13.f.充填：在出矿完毕后的暴露的沿矿体走向的条带式工作空间进行后退式充填，充填不可充满，利用充填体自身的塌落特性待其凝结后形成菱形充填体，既充填暴露空间，又为下一步凿岩爆破预留出空间，在靠近切割平巷时，充填需要控制，为设备和人员进出留出预留通道；
14.g.重复以上凿岩爆破、通风出矿及充填过程，直至整个分段矿块除预留通道外均充满，最后充填预留通道。
15.本发明与现有技术相比，具有以下优点或效果：
16.(1)因为开采层高或段高较高，且采用水平与上向扇形中深孔凿岩全条带同时爆破开采，所以单次出矿量大，开采及出矿效率高；
17.(2)同时由于采用先回采全部分层矿石，再进行充填的方式，采矿充填工序分步骤循环实施，且衔接紧密，所以单次暴露面积较小，开采作业更加安全；
18.(3)此外由于为保证下一中段的开采安全，中段底层采用铺设钢筋和高强度混凝土浇筑的人工假底以增强其抗压抗拉强度，利用上一中段充填过程中形成的菱形充填体进行自稳支撑，无需利用钢筋和高强度混凝土构建人工假底，所以降低了开采成本；
19.(4)再由于只用一条联络道开采完整个分段，无需分层和构建多条分层联络道，所以井巷工程量小，开采工序更加简单。
附图说明
20.图1是依据本发明提出的一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法开采过程b-b向主视示意图。
21.图2是图1所示开采过程c-c向俯视示意图。
22.图3是图1所示开采过程a-a向左视示意图。
23.图4是开采前厚矿体状态示意图。
24.图5是本发明方法中凿岩打孔示意图。
25.图6是本发明方法中崩落放矿示意图。
26.图7是本发明方法中充填示意图。
27.图8是本发明方法开采到中段最上分层时菱形充填体和暴露空间配合自稳支撑示意图。
28.图9是是图8的k点放大示意图。
29.附图中各标识分别表示：
30.1.中段运输平巷2.分段运输平巷3.中段溜井4.分段联络道5.切割平巷6.拉底平巷7.条带式工作空间8.回采平巷9.脉内回风平巷10.回风联络巷11.专用回风井12.充填体13.炮孔14.矿石15.预留通道g.充填体的自重压力n1.未采矿体对顶板的支撑力n2.充填体之间的互相支撑力
31.以下结合附图对说明作进一步详细地描述。
具体实施方式
32.如图1-9所示，本发明的一种开采厚矿体的上向水平分层充填采矿方法，它包括但并不限于以下工艺步骤与条件：
33.a.将矿体沿走向每隔100～160m划分若干矿块，矿块宽度为矿体厚度；按照垂高每40～60m的中段高度将矿体分成若干中段，将中段按照每10～12m布设分段，中段内矿体开采按照两步骤开采，中段间矿块间隔开采，隔一采一；
34.b.在中段下部、矿体下盘布设中段运输平巷(1)，中段之间错开布设中段溜井(3)，中段溜井(3)与上一中段及本中段运输平巷(1)通过短平巷相连，各分段在脉外下盘布设分段运输平巷(2)，分段运输平巷(2)通过短平巷与中段溜井(3)相连；
35.c.在待开采分段矿块的一侧边界，垂直矿体走向水平掘进分段联络道(4)由分段运输平巷(2)进入矿块分段后，垂直矿体走向继续向前掘进切割平巷(5)，在矿块分层内与上盘、下盘交接处，沿矿体走向分别掘进拉底平巷(6)和脉内回风平巷(9)，脉内回风平巷(9)通过回风联络巷(10)与布设在矿体上盘的专用回风井(11)相连，在待开采分层矿块中每隔16～20m划分条带，在各条带底部中间掘进回采平巷(8)连接拉底平巷(6)和脉内回风平巷(9)；
36.d.凿岩爆破在各回采平巷(8)内，同时由拉底平巷(6)向脉内回风平巷(9)逐步骤钻凿水平和上向扇形中深炮孔(13)，孔间距约1m，排距约1m，一次钻凿5～8排炮孔(13)，一次爆破5～8排炮孔(13)，由靠近切割平巷(5)起前进式多条带甚至全条带同时起爆；
37.e.通风出矿：在分段矿块中，待一次多条带甚至全条带同时爆破落矿后，新鲜风流由分段运输平巷(2)经分段联络道(4)和切割平巷(5)进入爆破作业面空间，洗刷粉尘后，污风经回采平巷(8)进入脉内回风平巷(9)后经回风联络巷(10)进入专用回风井(11)，通风除尘完毕后，采用铲运机或汽车将爆落矿石(14)运至中段溜井(3)中，直至该步骤炮孔(13)崩落矿石(14)全部出矿完毕；
38.f.充填：在出矿完毕后的暴露的沿矿体走向的条带式工作空间(7)进行后退式充填，充填不可充满，利用充填体(12)自身的塌落特性待其凝结后形成菱形充填体(12)，既充填暴露空间，又为下一步凿岩爆破预留出空间，在靠近切割平巷(5)时，充填需要控制，为设备和人员进出留出预留通道(15)；
39.g.重复以上凿岩爆破、通风出矿及充填过程，直至整个分段矿块除预留通道(15)外均充满，最后充填预留通道(15)。
40.本发明的工艺可以进一步是：
41.正式开采前，在待开采分段矿块的一侧边界，垂直矿体走向水平掘进分段联络道(4)和切割平巷(5)进入分段矿块后，在矿块分层内与上盘、下盘交接处，沿矿体走向分别掘进拉底平巷(6)和脉内回风平巷(9)，脉内回风平巷(9)与布设在矿体上盘的专用回风井(11)相连；在待开采分层矿块中每隔16～20m划分条带，在各条带底部中间掘进回采平巷(8)连接拉底平巷(6)和脉内回风平巷(9)。
42.在各回采平巷(8)内，同时由拉底平巷(6)向脉内回风平巷(9)逐步骤钻凿水平和上向扇形中深的炮孔(13)，炮孔(13)间距约1m，排距约1m，一次钻凿5～8排炮孔(13)；一次
爆破5～8排炮孔(13)，由靠近切割平巷(5)起前进式多条带甚至全条带同时起爆。
43.分段矿块中，矿石是分步骤逐步开采的，分段矿块各条带矿石同步开采；各步骤开采时，凿岩、爆破落矿、出矿、充填工序是紧密衔接的，均在上步骤开采完成后形成的条带式工作空间(7)中完成。
44.分段矿块中各步骤开采后，充填紧跟出矿后完成，各步骤充填不可充满，利用充填体(12)自身的塌落特性待其凝结后形成一条条菱形充填体(12)。
45.各步骤充填时采用后退式充填，当充填退至在靠近切割平巷(5)时，充填需要控制，为设备和人员进出留出预留通道(15)，各回采步骤重复凿岩爆破、通风出矿及充填过程，直至整个分段矿块除预留通道(15)外均充满，最后再充填预留通道(15)。
46.在开采到中段最上面的分段时，利用开采时暴露的空间小和上一中段充填形成的菱形充填体(12)进行自稳支撑。
47.参照图9，自稳支撑是基于充填体的自重压力(g)、未采矿体对顶板的支撑力(n1)、充填体之间的互相支撑力。
48.实施例
49.针对某地一处厚矿体，采用本发明上向水平分层充填采矿方法，中段间由上往下开采，中段内由下往上开采，具体包括以下步骤：
50.将矿体沿走向每隔100～160m划分若干矿块，矿块宽度为矿体厚度，按照垂高每40～60m的中段高度将矿体分成若干中段，将中段按照每10～12m布设分段，中段内矿体开采按照两步骤开采，中段间矿块间隔开采，隔一采一；在中段下部、矿体下盘布设中段运输平巷1。中段之间错开布设中段溜井3，中段溜井3与上一中段及本中段运输平巷1通过短平巷相连，各分段在脉外下盘布设分段运输平巷2，分段运输平巷2通过短平巷与中段溜井3相连；在待开采分段矿块的一侧边界，垂直矿体走向水平掘进分段联络道4由分段运输平巷2进入矿块分段后，垂直矿体走向继续向前掘进切割平巷5。在矿块分层内与上盘、下盘交接处，沿矿体走向分别掘进拉底平巷6和脉内回风平巷9，脉内回风平巷9通过回风联络巷10与布设在矿体上盘的专用回风井11相连，在待开采分层矿块中每隔16～20m划分条带，在各条带底部中间掘进回采平巷8连接拉底平巷6和脉内回风平巷9；在各回采平巷8内，同时由拉底平巷6向脉内回风平巷9逐步骤钻凿水平和上向扇形中深炮孔13，孔间距约1m，排距约1m，一次钻凿5～8排孔，一次爆破5～8排孔，由靠近切割平巷5起前进式多条带甚至全条带同时起爆；在分段矿块中，待一次多条带甚至全条带同时爆破落矿后，新鲜风流由分段运输平巷2经分段联络道4和切割平巷5进入爆破作业面空间，洗刷粉尘后，污风经回采平巷8进入脉内回风平巷9后经回风联络巷10进入专用回风井11，通风除尘完毕后，采用铲运机或汽车将爆落矿石14运至中段溜井3中，直至该步骤炮孔13崩落矿石14全部出矿完毕；在出矿完毕后的暴露的沿矿体走向的条带式工作空间7进行后退式充填，充填不可充满，利用充填体12自身的塌落特性待其凝结后形成菱形充填体12，既充填暴露空间，又为下一步凿岩爆破预留出空间，在靠近切割平巷5时，充填需要控制，为设备和人员进出留出预留通道15；重复以上凿岩爆破、通风出矿及充填过程，直至整个分段矿块除预留通道15外均充满，最后充填预留通道15。
51.如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明最佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的
改变、修饰、替换、组合、简化，均应为等效的置换方式，落入本权利保护范围内。