破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法
【专利摘要】本发明公开了一种破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法，其针对厚度小于5m的倾斜薄矿体这一特殊条件，采取不设置分层联络道、分段巷道以及脉外斜坡道的方式，在布置采准巷道时采用单一巷道进路式回采，将进路断面确定为平行四边形；采用锚网索联合支护方式对上、下盘围岩进行支护；落矿采用无掏槽微差爆破技术。根据嵌固梁理论计算出充填体承载层的厚度，对采空区进行差别充填，并在承载层材料中进入一定量的复合早强剂，实现了承载层的快速凝固与稳定。本发明简化了巷道布置，降低了施工难度，降低了进路巷道采掘成本，降低了矿石贫化率和损失率，实现了倾斜薄矿体开采过程的安全与高效生产。
【专利说明】破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种下向进路分层充填采矿法，尤其涉及一种破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法。
【背景技术】
[0002]下向进路分层充填采矿法是50年代发展起来的一种全新概念的采矿法，当开采矿岩极不稳固，但价值又很高的矿体时，适合采用此法。当矿体厚度小于20m时，进路沿走向布置；矿体厚度大于20m时，进路垂直走向布置。最初，该方法用于二步骤矿柱回采，现已广泛用于矿岩破碎、开米技术条件十分复杂的难米矿体。
[0003]然而，现有技术的下向进路分层充填采矿法存在一些方面的不足和问题，主要表现在以下几个方面:
[0004]首先，下向进路分层充填采矿法的采准系统尤为复杂，需要掘进相当数量的巷道以满足生产需求，而对于厚度小于5m的倾斜薄矿体而言，由于其储量本身较少，如果采用原有布置方式，必将导致千吨采切比进一步增大，进而增加生产成本，同时消耗大量人力、物力，不利于矿山经济的可持续发展。
[0005]其次，现有技术的下向进路分层充填采矿法只是单纯依靠上覆充填体通过减少暴露空间的方式来降低损失率、贫化率，而对于金属矿破碎围岩矿体巷道支护技术的研究则相对较少。因此，基于破碎围岩倾斜薄矿体这一特有条件，如何改进矿床巷道布置方式，降低矿石贫化率、损失率，保障回采工作面安全生产，是类似金属矿山开采技术应用过程中必须解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，针对厚度小于5m的倾斜薄矿体这一特殊条件，提供一种可简化巷道布置，减少巷道掘进成本，降低矿石贫化率、损失率的一种破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法。
[0007]本发明为实现上述目的需要解决的技术问题是，针对厚度小于5m的倾斜薄矿体这一特殊条件，如何通过改进矿床巷道布置方式，以降低矿石贫化率、损失率，保障回采工作面的安全生产的技术问题。
[0008]本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法，包括以下步骤:
[0009]第一步，在布置采准巷道时不设置分层联络道、分段巷道以及脉外斜坡道；将人行通风天井布置在距离矿体中央下盘接触带2m左右处，在下盘中央靠近矿体处分别掘进矿石溜井和溜井联络道，并将上、下相邻的溜井联络道成相互交错方式进行布置；
[0010]第二步，采场沿矿体走向布置，分为若干分层，每一分层只布置一条进路，进路宽度即为矿体平均水平厚度；回采的顺序自上而下进行，由中央向两翼同时回采，进路巷道沿矿体走向向下掘进，坡度为4° ；[0011]第三步，落矿采用无掏槽微差爆破，随本分层回采工作面推进，在进路巷道内采用锚网索联合支护方式对工作面后方的上下盘围岩进行支护；
[0012]第四步，某一分层回采工作结束后，立即对包括本分层切割平巷的采空区进行差别充填，待整个分层充填作业完全结束，充填体达到稳定状态后，再进行下一分层的回采，直至全部采掘工作完成。
[0013]上述技术方案直接带来的技术效果是，在现有技术的基础上省略了分层联络道、分段巷道以及脉外斜坡道，从而简化了采准巷道布置，大幅减少了巷道掘进工程量，节省了生产成本。
[0014]作为优选，上述回采采用单一巷道进路式，该进路巷道断面为平行四边形。
[0015]该优选技术方案直接带来的技术效果是，采用单一巷道进路式回采，简化了回采工艺；巷道断面布置为平行四边形，在确保安全生产的前提下，降低了进路巷道采掘成本，为后续的凿岩爆破工艺以及充填工艺创造了有利条件。
[0016]进一步优选，上述无掏槽微差爆破以顶部预留碎矿垫层和工作面为爆破自由面。
[0017]该优选技术方案直接带来的技术效果是，通过改进爆破工艺，保证了充填体的稳定性。
[0018]进一步优选，上述上、下盘围岩进行支护所采用的锚杆或锚索分别采用不尽相同的参数。
[0019]该优选技术方案直接带来的技术效果是，考虑到进路巷道并非对称，且上盘围岩极其破碎，下盘围岩稳固性一般等因素，因而将上、下盘围岩进行支护所采用的锚杆或锚索分别采用不尽相同的参数。
[0020]进一步优选，上述差别充填是指，根据嵌固梁理论计算出充填体承载层的厚度，并选择配比为水泥:粉煤灰:尾砂:碎石:复合早强剂=1: 0.5: 4: 6: 0.035进行承载层充填；选择配比为水泥:粉煤灰:黄土:尾砂:碎石=1: 0.5: 6: 10: 12 ;其中，水灰比为11: 25，充填料浆浓度为76%，进行充填层充填。
[0021]该优选技术方案直接带来的技术效果是，根据嵌固梁理论计算出充填体承载层厚度，分别选择不同的材料配比对充填层和承载层进行差别充填；在承载层材料中，按水泥的加入量的3.5%掺入复合早强剂，以使充填体快速凝固并固化、稳定，提高了工作效率。
[0022]综上所述，本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法具有以下有益效果:
[0023](I)、本发明施工难度小，操作方面、灵活，工艺简单，可确保安全生产。
[0024](2)、取消了分层联络道、分段巷道以及脉外斜坡道，简化了采准巷道布置，减少了巷道掘进工程量，节省了生产成本；采用单一巷道进路式回采，简化了回采工艺；巷道断面布置为平行四边形，在确保安全生产的前提下，降低了进路巷道采掘成本，为后续的凿岩爆破工艺以及充填工艺创造了有利条件。
[0025](3)、本发明与下向进路分层充填采矿法相比，采准巷道掘进成本可节省40%左右，同时采矿设备成本可降低50%左右；采用锚网索联合支护方式，矿石贫化率可降低11%，损失率可降低13%，经济效益显著。
[0026](4)、根据嵌固梁理论计算出充填体承载层厚度，分别选择不同的材料配比对充填层和承载层进行差别充填；在优化承载层材料配比的基础上采用了复合早强剂，实现了充填体的快速凝固与稳定，极大的提高了工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法采场布置平面结构示意图；
[0028]图2为本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法采场沿A-A剖面的结构示意图；
[0029]图3为本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法采场沿B-B剖面的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法的采场布置情况做详细说明。
[0031]如图1至图3所示，本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法其对应的破碎围岩矿体采场布置情况为:采场主运输巷1，溜井2，沿脉回风巷3，溜井联络道4，矿体5，分层平巷6，充填-回风井7，穿脉运输道8，人行通风天井9，穿脉进风道10，切割平巷11，下分层溜井联络道12，下分层平巷13，上覆充填体14。
[0032]下面以某金矿为例，对本发明的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法进行详细的说明。
[0033]根据该矿具体地质资料和开采技术条件可知，该矿体距地表150?200m，平均厚度3.0m，矿体平均长度30m，倾角约68°，矿石平均品位2.70g/t，矿体自身极其破碎。矿石岩性为黄铁絹英岩，自然塌落现象严重；矿体围岩为絹英岩化花岗岩，矿体上盘极其破碎，下盘稳固性一般，厚度均在2m以上,局部塌方严重,无法控制。矿石普氏系数为6?8,岩石普氏系数为4?6。
[0034]试验采场沿矿体走向布置，采场长度为30m，高度为50m。由于试验采场属于急倾斜薄矿脉，矿石储量较少，为简化巷道布置，降低巷道掘进工程量，在布置采准巷道时不设置分层联络道、分段巷道以及脉外斜坡道，而是将人行通风天井布置在距离矿体中央下盘接触带2m处，在下盘中央靠近矿体处掘进矿石溜井与溜井联络道。上下相邻联络道之间需交错布置，在采场上部布置沿脉回风巷，并与充填-回风井相连接，穿脉进风道同样布置于下盘岩石中，并与人行通风天井相连接。该矿体由于采用单一巷道进路式回采，为尽量做到简化巷道布置，降低掘进成本，综合考虑采用平行四边形作为进路断面。回采工作采用自上而下进行，回采时由人行通风天井向矿体掘进切割平巷，在切割平巷内布置回采进路，由矿体中央向两翼同时进行回采。为确保充填接顶充分，进路巷道沿矿体走向向下掘进，坡度为4° ο
[0035]试验采场采用无掏槽微差爆破技术，即无需布置掏槽孔而是借助上覆碎矿垫层形成的第二自由面进行爆破作业。爆破时顶孔比其它孔超深0.2m，中心孔偏离中心布置，起爆时先爆顶部中间孔，再起爆下盘边孔，最后起爆上盘边孔。
[0036]随某一分层回采工作面的推进，采用锚网索联合支护方案对工作面后方上下盘围岩进行支护，并做到随采随护。上盘围岩布置4排锚杆，间排距均为0.Sm,规格为Φ 18mmX 2200mm,下盘围岩布置3排锚杆，间排距均为1.1m,规格为Φ 18_X 1800mm,且上帮角处锚杆与水平夹角25°，下帮角处锚杆与水平夹角为30°，并配合2500mmX3000mm金属网支护网，孔尺寸为50mmX 50mm，金属网与金属网搭接处需要捆绑牢固，锚索与锚杆交错布置，沿走向方向每相隔两个锚杆安装一个锚索，上盘围岩布置3排锚索，间排距分别为
2.4m和0.8m,规格为Φ 14.5mmX 3800mm，下盘围岩布置2排锚索，间排分别为距3.3m和
1.lm，规格为Φ 14.5mmX 3500mm，且上帮角处锚索与水平夹角20°，下帮角处锚索与水平夹角为25°。
[0037]回采工作结束后立即对包括本分层切割平巷的采空区进行差别充填。根据嵌固梁理论计算出承载层厚度为0.92m，充填层厚度为2.08m。承载层材料配比水泥:粉煤灰:尾砂:碎石=1:0.5:4:6 ;充填层材料配比水泥:粉煤灰:黄土:尾砂:碎石=1:0.5:6:10:12，水灰比为11:25，充填料浆浓度为76%。
[0038]由于在充填料浆中加入了一种复合早强剂，其化学成分为三乙醇胺与氯化钙混合物，复合早强剂占水泥量的3.5%，使得7天之后充填体强度达到28天的77%，充填体基本达到稳定状态，此时可进行下一分层的回采作业。
【权利要求】
1.破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿方法，包括以下步骤: 第一步，在布置采准巷道时不设置分层联络道、分段巷道以及脉外斜坡道；将人行通风天井布置在距离矿体中央下盘接触带2m左右处，在下盘中央靠近矿体处分别掘进矿石溜井和溜井联络道，并将上、下相邻的溜井联络道成相互交错方式进行布置； 第二步，采场沿矿体走向布置，分为若干分层，每一分层只布置一条进路，进路宽度即为矿体平均水平厚度；回采的顺序自上而下进行，由中央向两翼同时回采，进路巷道沿矿体走向向下掘进，坡度为4° ； 第三步，落矿采用无掏槽微差爆破，随本分层回采工作面推进，在进路巷道内采用锚网索联合支护方式对工作面后方的上下盘围岩进行支护； 第四步，某一分层回采工作结束后，立即对包括本分层切割平巷的采空区进行差别充填，待整个分层充填作业完全结束，充填体达到稳定状态后，再进行下一分层的回采，直至全部采掘工作完成。
2.根据权利要求1所述的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿法，其特征在于，所述回采采用单一巷道进路式，该进路巷道断面为平行四边形。
3.根据权利要求1所述的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿法，其特征在于，所述无掏槽微差爆破以顶部预留碎矿垫层和工作面为爆破自由面。
4.根据权利要求1所述的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿法，其特征在于，所述上、下盘围岩进行支护所采用的锚杆或锚索分别采用不尽相同的参数。
5.根据权利要求1所述的破碎围岩矿体下向进路分层无分段巷道充填采矿法，其特征在于，所述差别充填是指，根据嵌固梁理论计算出充填体承载层的厚度， 并选择配比为水泥:粉煤灰:尾砂:碎石:复合早强剂=1: 0.5: 4: 6: 0.035进行承载层充填； 选择配比为水泥:粉煤灰:黄土:尾砂:碎石=1: 0.5: 6: 10: 12 ;其中，水灰比为11: 25，充填料浆浓度为76%，进行充填层充填。
【文档编号】E21C41/22GK103628878SQ201310689628
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】郭忠平, 冯帆, 樊明玉, 王兴涛, 张阳阳 申请人:山东科技大学