一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法与流程

本发明属于非煤地下采矿技术领域，具体地说，涉及一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法。

背景技术：

目前金属与非金属地下矿山多采用分段崩落法或分层充填法回采上盘岩石破碎的急倾斜厚矿矿体，也有部分矿山采用阶段矿房法等空场类采矿房来回采上盘围岩中等破碎的急倾斜厚矿体。当采用分段崩落法开采该类矿体时，采下的矿石是在上盘塌落的岩石覆盖下进行出矿，在出矿过程中，岩石与矿石相互混杂，导致出矿品位大幅降低，进而影响到选矿成本显著升高，特别是低品位矿开采时，废石的大量混入将直接导致采出矿石无法入选，若丢弃则导致资源大量浪费；当采用充填法开采该类矿体时，又需要建设配套充填系统、制备相应的充填材料，采矿成本明显升高，且充填法施工周期长，生产能力也较低，对于次边际经济矿产的开采极为不利。部分矿山采用阶段矿房法回采上盘围岩中等破碎的急倾斜厚矿体，在实施中深孔爆破时，由于爆破的震动对上盘围岩的影响，导致顶板的坍塌，废石混入，严重影响了出矿品位，另外，在采用中深孔爆破时，由于矿岩界线控制不力，易导致贫损指标偏大。相比崩落法和充填法，空场法是最经济高效的采矿方法，相比崩落法，空场法的贫损指标也相对较低。，但必须解决上盘围岩坍落和中深孔爆破时矿岩界线的控制问题，保证矿块开采期间上盘的稳定及将贫损指标控制在较低水平。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法，为了使上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体能使用贫化、损失率均较小的经济高效方法进行回采，本发明提供了一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法，适用于开采上盘围岩破碎、且要求矿石损失及贫化率较低的急倾斜厚矿体开采。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法，在矿块内划分矿房与矿柱，先回采矿房，再回收矿柱，矿房回采时，将矿体沿厚度方向分为两层进行开采，先开采靠上盘方向厚度1-2m厚的分层，随工作面自下而上推进，采用超前小导管注浆及锚杆支护加固上盘围岩，并将顶柱爆破成桃形矿柱，利用两桃形矿柱间形成的宽口漏斗将上中段采场底部残留的矿石放入本中段，然后开采矿房内靠下盘分层，在采场底部拉底，以拉底层为自由面实施水平扇形中深孔爆破落矿。

本发明中，在高度方向将矿体划分为中段，中段内沿走向划分矿块，以矿块为单位进行开采；矿块内划分矿房与矿柱，先回采矿房，再回收矿柱；矿房开采时，将矿体沿厚度方向分为两个分层进行开采，先采靠上盘方向的上分层，再采靠下盘方向的下分层，采上分层时同步加固上盘围岩，为下分层实施中深孔爆破以及矿块开采期间上盘岩石保持稳定创造条件；中段高40m-60m，矿块走向长40m-50m，其中间柱宽8m-10m，顶柱高4m-6m；为了最大限度的减少矿柱占用矿量及掘进工程量，采场底部采用进路式出矿平底结构，不设电耙道，不设漏斗及暂沟等。

一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法，包括以下步骤：

s1：矿块结构参数的设定：设定中段高40m-60m，矿块走向长40m-50m，其中间柱宽8m-10m，顶柱高4m-6m，采用进路式出矿平底底部结构；

s2：矿块采准与切割工程：中段运输巷道及回风巷道均布置于下盘脉外，采场天井布置在间柱内靠矿体下盘方向，从采场天井向矿体上盘方向掘进分段联络巷道，各分段联络巷道垂直高差8m-10m，在分段联络巷道靠矿体上盘方向的端部向两侧矿房掘有矿房联络道、向上掘高为4m-5m的联络小井，再自联络小井向两侧矿房掘矿房联络巷；自采场天井向两侧矿房掘凿岩硐室联络巷及凿岩硐室，各凿岩硐室联络巷的高差4m-5m；在采场底部，自中段运输平巷向矿房每隔6m-8m掘进一条出矿进路，出矿进路掘至矿体上盘矿岩接触面后，再沿矿体走向开切割巷，切割巷高2m-2.5m、宽与矿体上分层开采厚度相同、长与矿房长度相同、两端与矿房联络道贯通；

s3：上分层开采及上盘围岩加固：以切割巷为首采工作面及作业空间，检查上盘围岩稳固性，采用锚杆将不稳固岩块锚固，沿矿体上盘矿岩接触线向上盘围岩以15-30°的外插角打眼并装入小导管进行注浆，超前加固上部围岩，各小导管插入方向保持平行；在切割巷内向上打平行浅孔，孔深2.2m-2.8m，实施逐排微差爆破落矿，每次爆破矿体高度在2.0m-2.5m；通过采场底部的出矿进路将本次爆破矿石量的1/3左右铲出，其余部分留在采场内提供继续向上作业的站立平台并临时支承矿房上盘围岩；在采场工作面，检查新暴露出的上盘围岩的注浆加固效果，对局部不稳固岩块采用锚杆锚固，锚杆的插入方向与小导管的插入方向保持垂直，锚杆的深度以锚入小导管有效注浆范围为准，然后沿新暴露出的矿岩接触线继续向上采用小导管超前注浆加固上部围岩，然后再继续向上打平行浅孔爆破落矿，再通过采场底部出矿进路出矿；重复以上作业，直至开采到矿房上部顶柱位置，向顶柱中分两次自下而上打浅孔爆破，将顶柱爆破成桃形，桃形矿柱间形成宽为3m-5m的宽口漏斗，将上中段底部残留矿石溜入本中段矿房；最后，在采场底部出矿进路中，将矿房中全部矿石铲出；

s4：下分层开采：在采场底部利用出矿进路作为凿岩巷道，向两侧矿体中打浅孔，向上分层空区方向逐排微差爆破形成拉底层；在采场天井两侧的凿岩硐室中，向矿房矿体打水平扇形中深孔，然后以底部拉底层为自由面，逐排微差爆破，每次爆破2-4排炮孔，矿石破碎后落入采场底部，通过采场底部出矿进路铲出；

s5：矿柱回收：在采场天井两侧的顶柱部位掘进回顶凿岩硐室，并在回顶凿岩硐室中向顶柱内打水平扇形中深孔；在间柱内各矿房联络巷、凿岩硐室联络巷中打上向或下向平行浅孔；在间柱内各分段联络巷中，打上向扇形中深孔，扇面平行于矿体上盘矿岩接触面；爆破采用分段微差起爆，先逐排起爆间柱内矿房联络巷上下的各排浅孔，爆破指向为两侧空区，紧接着再逐排自上盘向下盘方向起爆间柱内各排扇形中深孔，爆破指向为上盘，接着逐排起爆间柱内凿岩硐室联络巷上下的平行浅孔，最后逐排自下而上起爆顶柱内各排水平扇形中深孔，爆破指向为下部采空区；矿柱破碎后落入两侧采空区底部，通过出矿进路铲出。

本发明中，s2中矿块采准与切割工程，中段运输巷道及回风巷道均布置于下盘脉外，采场天井布置在间柱内靠矿体下盘方向；为了减少联络道工程量，从采场天井垂直高差每隔8m-10m向矿体上盘方向掘进分段联络巷道，在其端部向两侧矿房掘矿房联络道、向上掘高为4m-5m的联络小井，再自联络小井向两侧矿房掘矿房联络巷，各矿房联络巷的垂直高差4m-5m；自采场天井向两侧矿房掘凿岩硐室联络巷及凿岩硐室，各凿岩硐室联络巷的高差4m-5m，发明将凿岩硐室掘在靠下盘方向的采场天井两侧，当钻凿靠下盘矿体与岩石交界面处的边孔时，易于凿岩工人掌握炮孔的走向与矿岩接触面平行，大幅降低了传统中深孔爆破贫化损失率较高的风险。在采场底部，自中段运输平巷向矿房每隔6m-8m掘进一条出矿进路，出矿进路掘至矿体上盘矿岩接触面后，再沿矿体走向开切割巷作为上分层开采的拉底空间，切割巷高2m-2.5m、宽与矿体上分层开采厚度相同、长与矿房长度相同、两端与矿房联络道贯通。

本发明中，s3中上分层开采及上盘围岩加固，上分层厚度一般为1-2m，能保证作业人员及设备在工作面能顺利完成作业。为减少爆破震动对上盘围岩的影响，采用上向平行浅孔，实施逐排微差爆破落矿。同时，平行浅孔有利于凿岩工人精确沿着矿岩的分界线凿岩，以减少采矿损失与贫化。在开采时，先以切割巷为首采工作面及作业空间，首先检查上盘围岩的稳固性，采用锚杆将不稳固岩块锚固。再沿矿体上盘矿岩接触线向上盘围岩以15-30°的外插角打眼并装入小导管进行注浆，超前加固上部围岩，各小导管插入方向保持平行，为加快回采速度，注浆液中可加入速凝剂等外加剂；等超前注浆体与围岩胶结达到规定强度后，再在切割巷内向上打平行浅孔，孔深2.2m-2.8m，实施逐排微差爆破落矿，每次爆破矿体高度在2.0m-2.5m；通过采场底部的出矿进路将本次爆破矿石量的1/3左右铲出，其余部分留在采场内提供继续向上作业的站立平台并临时支承矿房上盘围岩；在采场工作面，检查新暴露出的上盘围岩的注浆加固效果，对局部不稳固岩块采用锚杆锚固，锚杆的插入方向与小导管的插入方向保持垂直，锚杆的深度以锚入小导管有效注浆范围为准，然后沿新暴露出的矿岩接触线继续向上采用小导管超前注浆加固上部围岩，然后再继续向上打平行浅孔爆破落矿，再通过采场底部出矿进路出矿；重复以上作业，直至开采到矿房上部顶柱位置，为提高开采效率，工作面上设置2-3个梯段，将工作面沿走向分为2-3个分段进行开采。向顶柱中分两次自下而上打浅孔爆破，将顶柱爆破成桃形，桃形矿柱间形成宽为3m-5m的宽口漏斗，将上中段底部残留矿石溜入本中段矿房，因宽口漏斗位于靠上盘方向，而该处又是上中段残留矿石集中的地方，可大幅提高了资源的利用率；最后，在采场底部出矿进路中，将矿房中全部矿石铲出。

本发明中，s4中下分层开采，在采场底部利用出矿进路作为凿岩巷道，向两侧矿体中打浅孔，向上分层空区方向逐排微差爆破形成拉底层；在采场天井两侧的凿岩硐室中，向矿房矿体打水平扇形中深孔，然后以底部拉底层为自由面，逐排微差爆破落矿，每次爆破2-4排炮孔。因为水平扇形中深孔爆破的指向为采场底部，加之上分层采空后，其空区不仅为下分层开采提供了自由空间，空区还形成了一道爆破应力波反射与吸收的屏障，下分层爆破时产生的应力波传递到矿石与空区交界面处时，因介质密度不同而形成一道反射面，反射回矿体中的应力波与其它应力波叠加后对矿石产生进一步破碎，大块率较小。波透射到空区中的应力波其中一部分又被空气缓冲与吸收，最终爆破应力波对上盘围岩的影响将大幅降低。矿石破碎后落入采场底部，通过采场底部出矿进路铲出。

本发明中，s5中矿柱回收，在采场天井两侧的顶柱部位，向两侧掘进回顶凿岩硐室，并在回顶凿岩硐室中向顶柱内打水平扇形中深孔；在间柱内各矿房联络巷、凿岩硐室联络巷中打上向或下向平行浅孔；在间柱内各分段联络巷中，打上向扇形中深孔，扇面平行于矿体上盘矿岩接触面；爆破采用分段微差起爆，先逐排起爆间柱内矿房联络巷上下的各排浅孔，爆破指向为两侧空区，紧接着再逐排自上盘向下盘方向起爆间柱内各排扇形中深孔，爆破指向为上盘，接着逐排起爆间柱内凿岩硐室联络巷上下的平行浅孔，最后逐排自下而上起爆顶柱内各排水平扇形中深孔，爆破指向为下部采空区。为了使下中段开采时能继续使用本中段的天井联络平巷3，在回收间柱时，最下一个凿岩硐室联络巷以下矿体不打眼、不爆破，最下一个分段最后一排扇形中深孔的孔口段均不装药，爆破后留出保护采场天井矿柱。矿柱破碎后落入两侧采空区底部，通过出矿进路铲出。本发明将矿柱分段微差爆破一次起爆进行回收，先爆间柱，后爆顶柱，可控制上中段冒落入空区的废石位于回收矿柱矿石之上，减少废石的混入。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明将矿体沿厚度方向分为两个分层进行开采，先采靠上盘方向的分层，随着工作面自下而上推进，同步加固上盘围岩，为下分层实施中深孔爆破创造条件，采用平行浅孔爆破，严格控制矿岩分界线，有利于降低贫化损失率，顶柱设置为宽口漏斗回收上中段底部残留矿石，提高了资源回收率；下分层开采时将爆破指向采场底部，同时利用上分层采空区作为爆破震动的缓冲屏障，有效的缩减了爆破对上盘围岩的破坏作用，将凿岩硐室布置于下盘矿岩接触线处，有利于边孔钻凿控制精度，对降低中深孔爆破贫化损失率有利。通过优化矿柱回收爆破工艺，可提高矿柱回收比例，减少废石混入。通过优化采准工程布置，减少了底柱占用矿量，减少了采准工程量。该发明提供的采矿工艺，相比崩落法及分段矿房法具有损失率及贫化率低的优点，相比充填类采矿法具有成本低、施工周期短、生产能力大等优势，对于回收矿产资源特别是稀有低品位矿产资源有明显的应用价值。

本发明适用于开采上盘围岩节理、裂隙发育，且要求矿石损失及贫化率较低的急倾斜厚矿体开采。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明上分层开采采场纵剖面图；

图2为本发明上分层开采采场ⅰ-ⅰ横剖面图；

图3为本发明上分层开采采场ⅱ-ⅱ横剖面图；

图4为本发明上分层开采采场ⅲ-ⅲ横剖面图；

图5为本发明上分层开采采场ⅳ-ⅳ水平剖面图；

图6为本发明上分层开采采场ⅴ-ⅴ水平剖面图；

图7为本发明下分层开采采场纵剖面图；

图8为本发明下分层开采采场a-a横剖面图；

图9为本发明下分层开采采场b-b横剖面图；

图10为本发明下分层开采采场c-c横剖面图；

图11为本发明下分层开采采场d-d水平剖面图；

图12为本发明下分层开采采场e-e水平剖面图；

图13为本发明矿柱回采横剖面图；

图14为本发明矿柱回采ⅵ-ⅵ纵剖面图；

图15为本发明矿柱回采ⅶ-ⅶ纵剖面图；

图16为本发明矿柱回采ⅷ-ⅷ纵剖面图；

图17为本发明顶柱回采ⅸ-ⅸ水平剖面图。

图中：1-中段运输平巷；2-出矿进路；3-天井联络平巷；4-采场天井；5-分段联络巷；6-矿房联络巷；7-联络小井；8-拉底巷道；9-注浆小导管；10-锚杆；11-间柱；12-顶柱；13-桃形矿柱；14-宽口漏斗；15-采下矿石；16-封闭墙；17-矿体靠上盘分层；18-矿体靠下盘分层；19-上中段未铲出矿体；20-上向平行浅孔；21-工作面；22-凿岩硐室联络巷；23-凿岩硐室；24-水平扇形中深孔；25-拉底层；26-上分层空区；27-顶柱回收凿岩硐室；28-回收间柱上向平行浅孔；29-回收间柱上向平行浅孔；30-回收间柱上向扇形中深孔；31-回收顶柱水平扇形中深孔；32-最下分段最后一排回收间柱扇形中深孔；33-保护采场天井矿柱；34-回风平巷。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1至图17所示，本实施例所述的一种回采上盘围岩破碎的急倾斜厚矿体的采矿方法，矿体倾角76°，厚度18m，上盘岩石破碎，稳固性较差，平均允许暴露面积小于40m²，矿体属硫化硐矿，平均品位0.6%。采用本发明提供的采矿方法进行开采，其主要工艺如下：

矿块划分：自上而下将矿体划分为中段，中段运输平巷1与回风平巷之高差为中段高，中段高为50m。矿块沿矿体走向布置，长为50m，其中矿房长42m，矿柱宽8m。顶柱高4.8m，不设底柱，即矿房高45.2m，矿房宽为矿体厚18m。先采矿房，后回收矿柱。矿房内划分为两层进行开采，先采靠上盘的2m厚分层，再开采靠下盘的16m厚分层。

采准与切割：中段运输平巷1及回风平巷34均开掘于矿体下盘围岩中，自中段运输平巷1及回风巷道34每隔50m向矿体掘天井联络平巷3通往矿块间柱11，天井联络平巷掘至间柱11内后，在间柱11内沿矿体下盘边界向上掘采场天井4，并与上部回风水平的天井联络平巷3贯通。自采场天井4，垂直高差每隔10m，向矿体上盘方向掘分段联络巷5，分段联络巷5掘至矿体上盘边界后，向两侧矿房掘进矿房联络巷6，自分段联络巷5的端部向上掘5m高的联络小井7，再自联络小井7向两侧掘矿房联络巷6。在采场底部，自中段运输平巷1每隔7m向矿房掘出矿进路2，中段运输平巷1与出矿进路2之间的巷道转弯半径不小于6m。出矿进路2掘至矿体上盘边界后，向两侧掘进产相互贯通，形成长度与矿房相等、宽2m、高2.5m的拉底巷道8。

靠上盘分层回采：拉底巷道8形成后，先以拉底巷道8为首采工作面及作业空间，首先检查上盘围岩的稳固性，采用锚杆10将不稳固岩块锚固。再沿矿体上盘矿岩接触线向上盘围岩以15-30度的外插角打眼并装入小导管9进行注浆，超前加固上部围岩，各小导管9插入方向保持平行，注浆液中加入速凝剂；等待2-3天，等超前注浆体与围岩胶结达到10mpa强度后，再在切割巷内向上打平行浅孔20，孔深2.8m，实施逐排微差爆破落矿，每次爆破矿体高度在2.5m；为提高开采效率，工作面上设置2个梯段，将工作面沿走向分为2个分段进行交替开采和加固作业。通过采场底部的出矿进路2将本次爆破矿石量的1/3左右铲出，其余部分留在采场内提供继续向上作业的站立平台并临时支承矿房上盘围岩；在采场工作面20，检查新暴露出的上盘围岩的注浆加固效果，对局部不稳固岩块采用锚杆10锚固，锚杆10的插入方向与小导管9的插入方向保持垂直，锚杆10的深度以锚入小导管9有效注浆范围为准，然后沿新暴露出的矿岩接触线继续向上采用小导管9超前注浆加固上部围岩，然后再继续向上打平行浅孔20爆破落矿，再通过采场底部出矿进路2出矿；重复以上作业，直至开采到矿房上部顶柱12位置。向顶柱12中分两次自下而上打浅孔爆破，将顶柱爆破成桃形矿柱13，桃形矿柱13间形成宽为5m的宽口漏斗14，将上中段底部残留矿石19溜入本中段矿房，因宽口漏斗14位于靠上盘方向，而该处又是上中段残留矿石19集中的地方，可大幅提高了资源的利用率；最后，在采场底部出矿进路2中，将矿房中全部矿石铲出。

靠下盘分层开采：自采场天井4沿垂直高差每隔5m向两侧间柱各掘进3m凿岩硐室联络巷22，再掘进凿岩硐室23；在采场底部利用出矿进路2作为凿岩进路，以矿体上分层的空区作为自由面实施多次浅孔爆破形成拉底层25；在矿房两侧凿岩硐室23内，向矿房打水平扇形中深孔24，以拉底层25为自由面实施水平扇形中深孔爆破落矿；在采场底部出矿进路2中采用铲运机，将部分矿石装入矿车中，再运出地表。

矿柱回收：包括以下步骤：

凿岩硐室开掘：在顶柱部位，自采场天井4向两侧掘进顶柱回收凿岩硐室27；

打眼：在顶柱回收凿岩硐室27中向顶柱12内打水平扇形中深孔31；在各矿房联络巷6及凿岩硐室联络巷22中打上向及下向平行浅孔28和29；在各分段联络巷5中，向间柱11内打上向扇形中深孔30，扇面平行于矿体上盘矿岩接触面；

爆破：爆破采用分段微差起爆，先自两侧向间柱中部逐排起爆间柱内的各排浅孔28，爆破指向为两侧空区，再自上盘向下盘方向逐排起爆间柱内各排扇形中深孔30，爆破指向为上盘，接着逐排自两侧向间柱中部起爆间柱内的各排浅孔29，最后自下而上逐排起爆顶柱内各排水平扇形中深孔31，爆破指向为下部采空区。为了使下中段开采时能继续使用本中段的天井联络平巷3，在回收间柱时，最下一个凿岩硐室联络巷以下矿体不打眼、不爆破，最下一个分段最后一排扇形中深孔的孔口段均不装药，爆破后留出保护采场天井矿柱33；

出矿：矿柱爆破后落入采场底部，在出矿进路中采用铲运机将矿石装入矿车中，再运出地表；

空区封闭：出矿完成后，将通往空区的出矿进路2、分段联络巷5、采场天井4的上口等处使用密闭墙16进行封闭。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。