急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法及用途与流程

1.本发明属于矿山采矿技术领域，具体而言，涉及急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法及用途。


背景技术：

2.钨矿多采用地下开采，平硐+盲竖井+盲斜井联合开拓，浅孔留矿法采矿。鉴于矿场开采历史一般较长，如从70年代开矿至今，经过近五十年开采，开采深度不断加深，各矿组、中段矿房留下了大量的矿柱并形成一定规模采空区，随矿房回采逐步推进，新的采空区还在不断增加，受技术因素及经济因素影响，历史遗留部分采空区暂未进行处理。目前，对采空区的治理越来越受重视，对于新建地下矿山，要首选充填采矿法，确实不能采用的要经过设计单位或专家论证。但是，急倾斜极薄矿体充填采矿工艺却因设备、工艺问题难以推广。为此，迫切需要对矿山采空区进行嗣后回填处理，消除老采空区隐患，建立和完善采空区长效管理制度，实行边开采边治理，从源头上控制新采空区安全隐患的出现，有效遏制采空区隐患导致安全生产事故发生。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法及用途，以解决具有点多面广且开采深度较深的极薄单体矿脉采空区充填难度大的问题。
4.本技术主要是基于以下问题和发现提出的：
5.本发明主要是解决薄单体矿脉采空区治理中的充填技术难题。国内外对充填采矿方法主要有干式充填法、尾砂充填法、胶结充填法三类，针对极薄单体矿脉，且点多面广，开采深度较深的采空区(如淘锡坑钨矿采空区)，采用胶结充填及尾砂充填成本高，例如需要在各层各个区域均设置充填站和管道来实现胶结充填，不仅施工和操作难度大，而且设备人工等成本均较高，超过了企业承受范围。发明人发现，可以采用干式充填作为首选的充填采矿工艺，具体可以利用平巷掘进及扒栏分选废石对开采完的采空区进行干式充填，以达到回填采空区，控制采场地压活动，同时减少固体废料排出地表，有效保护环境的技术效果。
6.为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
7.(1)对中段采场进行回采，并留置采场顶板；
8.(2)在所述采场顶板上施工数个沿上部中段矿块走向间隔布置充填井，所述充填井贯通所述中段采场和上部中段；
9.(3)对所述中段采场进行放矿形成采空区，通过所述充填井将上部中段的废石填充至所述采空区直至所述充填井填满；
10.(4)对填满的所述充填井进行封闭处理。
11.本发明上述实施例的急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法施工方便，操作简单，经济成本低，不需建设充填站等充填设施，可以直接使用井下废石作为充填原料，对井下采空区进行充填，既能有效回填采空区，解决矿山采空区治理的难题，并对地压活动及地表移动等进行合理的控制，还能减少固体废料排出地表，保护环境。由此，将该方法用于急倾斜极薄矿体采空区的治理，可以实现边开采边治理，从源头上控制新采空区安全隐患的出现，有效遏制采空区隐患导致安全生产事故发生。
12.另外，根据本发明上述实施例的急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法还可以具有如下附加的技术特征：
13.在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述中段采场包括至少一个子采场，每个所述子采场的回采矿块的长度分别独立地为50m～80m，采幅宽度分别独立地不小于1.2m，高度分别独立地为40～60m。
14.在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述回采矿块高度与上部中段和/或下部中段的高度相同。
15.在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述采场顶板的厚度为3～5m。
16.在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，相邻两个充填井之间的间隔距离为8～10m。
17.在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述充填井邻近沿脉巷道布置，每个所述充填井与所述沿脉巷道之间的距离分别独立地为0.5～1.5m。
18.在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，每个所述充填井的规格尺寸分别独立地为(1～2)m
×
(1～2)m。
19.在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，每个所述充填井的规格尺寸分别独立地为(1～1.5)m
×
(1～1.5)m。
20.在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述废石包括扒栏分选废石和/或平巷掘进废石。
21.在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，采用细砂、水泥或塑料薄膜对填满的所述充填井进行封闭处理。
22.在本发明的一些实施例中，所述采空区的充填率不低于95％。
23.根据本发明的再一个方面，本发明还提出了上述急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法在急倾斜极薄矿体开采和采空区嗣后充填中的用途。与现有技术相比，上述采空区嗣后干式充填采矿方法更有利于实现具有点多面广且开采深度较深的极薄单体矿脉采空区的充填，能够边开采边治理，从源头上控制新采空区安全隐患的出现，有效遏制采空区隐患导致安全生产事故发生。
24.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1是根据本发明一个实施例的急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法流
程图。
27.图2是根据本发明一个实施例的采空区回填前的结构示意图。
28.图3是根据本发明一个实施例的采空区回填后的结构示意图。
29.附图标记：
30.100-底部结构；200-预留顶板；300-沿脉巷道；400-充填井；500-废石；
31.600-封闭层；700-保安矿柱；800-永久保安矿柱；900-无法充填区域。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的一个方面，本发明提出了一种急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法。根据本发明的实施例，该方法在矿块回采完成后，在采场留置顶板上施工数个充填井与上部中段贯穿，通过充填井向采空区充填废石，待采空区充填结束后对采空区进行封闭。其中，本发明中急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法主要针对极薄单体矿脉，尤其是具有点多面广、开采深度较深的矿体。下面参考图1～3对本发明上述实施例的急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
34.s100：对中段采场进行回采，并留置采场顶板
35.根据本发明的实施例，对中段采场进行回采时，可以先划分回采矿块，其中矿块沿矿脉走向布置。具体地，矿山开采过程中沿其高度方向通常划分为多个采矿中段，每个中段采场可以包括一个或多个子采场，对于急倾斜极薄矿体，每个子采场的回采矿块的长度可以分别独立地为50m～80m，例如可以为55m、60m、65m、70m或75m等；回采矿块的采幅宽度可以分别独立地不小于1.2m，例如可以为1.3m、1.5m、1.7m、1.9m、2m、2.1m、2.2m、2.3m、2.4m或2.5m等；回采矿块的高度可以分别独立地为40～60m，例如可以为42m、44m、46m、48m、50m、52m、54m、55m、56m或58m等，具体可以根据矿脉走向和周向围岩结构等实际情况灵活选择，例如，回采矿块高度可以与上部中段和/或下部中段的高度相同。
36.其中，参考图2所示，可以采用有底部结构100(底柱)布置，沿矿块走向方向，在底部结构100上部沿矿块长度方向施工切割平巷(砂巷)，矿块与矿块之间留有间柱，作为永久保安矿柱800，以确保采矿中段各采场及各子采场之间的稳固。其中，回采工作可以自下而上分层进行施工，分层高度可以为2m左右，矿块回采可以采用浅孔落矿，回采工作包括凿岩、爆破、通风、局部放矿、二次破碎、平场及采场二端顺路井支护、采场安全检查等作业。在回采过程中也可以在中段采场中预留多个保安矿柱700，以进一步预防或控制采场上采过程中的片帮，其中多个保安矿柱700可以沿采场上采方向间隔布置，确保围岩稳固。其中，采场向上回采到离上部中段3～5m时停止采矿，即可以控制采场顶板200的厚度为3～5m，采场顶板200可以理解为上下相邻的两个中段之间的隔板，由此可以确保采矿中段与上部中段间的结构稳定性。
37.s200：在采场顶板上施工数个沿上部中段矿块走向间隔布置充填井，充填井贯通中段采场和上部中段
38.根据本发明的实施例，施工的充填井400不仅可以在回采和放矿的过程中兼做通风使用，而且在日后回填的过程中可以作为采空区充填废石的入口，将上部中段的废石用于采空区的回填。
39.根据本发明的一个具体实施例，相邻两个充填井400之间的间隔距离可以为8～10m，例如可以为8.5m、9m或9.5m等，发明人发现，相邻两个充填井之间的间距越小，后续对采空区进行回填时的填充系数越大，安息角越小，填充率越高，进而通过废石的支撑使采空区视作实体结构的效果越好，能够更好的避免其它地方的垮塌；但若相邻两个充填井之间的间距过小，又会影响采场顶板以及采矿中段与上部中段的结构稳定性，导致地压难以控制，如果上面采空区地压显现，可能导致留置的采场顶板留不住，采空区大面积垮落；而若相邻两个充填井之间的间距过大，又会导致填充系数较低，安息角较大，采空区不能被回填的区域900过大(参考图3理解)，同样会导致地压难以控制，容易出现采场顶板及上部采矿区垮塌等安全问题。本发明中通过控制相邻两个充填井之间的距离为上述范围，既可以获得较高的填充系数，使采空区可以视作实体结构，还能使采矿顶板及相邻两个中段具有较好的结构稳性，确保采矿顶板能够承受上部中段采场在采矿、放矿及采空区回填阶段的低压活动，保证相邻两个采矿中段在各个阶段的结构稳定性(包括上部中段回采、放矿、采空区充填和上部采空区回填等阶段)和作业安全性。
40.根据本发明的再一个具体实施例，参考图2或图3理解，在采场顶板200上施工的充填井400可以邻近上部采矿中段的沿脉巷道300布置，每个充填井400与沿脉巷道300之间的距离可以分别独立地为0.5～1.5m，例如可以为0.7m、0.9m、1m、1.2m或1.5m等，由此既可以保证放矿出矿的安全性，还更有利于及时将平巷掘进废石通过充填井回填至采空区和通过巷道将扒栏分选等废石运输至充填井附件作为回填使用，从而更便于采空区的回填操作。需要说明的是，本发明中所述的充填井与沿脉巷道之间的距离指的是沿脉巷道靠近充填井一侧的轨道边缘与充填井之间的最小距离。
41.根据本发明的又一个具体实施例，充填井400的形状并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，充填井400可以为圆形或矩形等，再例如每个充填井400可以分别独立地为直径为1～2m的圆形充填井或长
×
宽分别独立地为(1～2)m
×
(1～2)m的矩形充填井，发明人发现，过大的充填井尺寸会产生严重的安全隐患，不仅会影响采矿顶板及相邻两个中段的结构稳定性，还会影响作业安全，而平巷掘进和扒栏分选产生的废石尺寸通常在40cm以下，本发明中通过控制充填井为上述尺寸范围，既可以使废石顺利通过，保证填充速率，避免废石在充填口堵塞，还可以保证采矿顶板及相邻两个中段的结构稳定性，避免矿车和作业人员掉落的风险，确保矿山安全以及转运小车和人的作业安全。需要说明的是，本发明中所述的圆形或矩形既可以为规则的圆形或矩形，也可以为不规则的圆形或矩形。优选地，每个充填井400可以分别独立地为直径为1～1.5m的圆形充填井或长
×
宽分别独立地为(1～1.5)m
×
(1～1.5)m的矩形充填井，由此可以在保证废石顺利通过的前提下进一步保证矿山安全和作业安全。
42.s300：对中段采场进行放矿形成采空区，通过充填井将上部中段的废石填充至采空区直至充填井填满
43.根据本发明的实施例，参考图2和图3理解，采场回采结束后，根据矿山配矿需要即可开始大量放矿，直至放完所有矿石，形成采空区(如图2所示的采空区a-3)。而对采空区进
行回填时采用的废石500的来源并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以包括扒栏分选废石和/或平巷掘进废石，具体可以通过有轨运输平巷掘进及扒栏分选废石至采空区上部中段平巷进行充填作业，沿上部中段沿脉巷道中施工的充填井往采空区充填废石，直至每个充填井都被充填满。
44.s400：对填满的充填井进行封闭处理。
45.根据本发明的实施例，参考图3理解，当充填井400填满后，可以对充填井400进行封闭，以防止充填井漏风、串风进而影响通风系统。其中，需要说明的是，本发明中采用的封闭材料的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够达到防止充填井漏风、窜风的效果即可，优选地，既可以采用采用细砂和/或水泥等小粒径材料进行该封闭处理，也可以采用塑料薄膜对填满的充填井进行封闭处理，由此既可以进一步满足干式充填的基本要求，还能在充填井口形成封闭层600并达到较好的封闭效果；再例如，本技术还可以采用混凝土对充填口进行封闭，与现有湿法充填相比，本发明中仅需要对充填口顶部进行封闭，封闭所需的混凝土用量极少，无需铺设管道等即可实现。优选地，采空区的充填率可以不低于95％，例如可以不低于96％、97％、98％或99％等，由此可以进一步确保回填后的采空区可以达到近似于实体结构的效果，能够进一步保证矿山安全和作业安全。
46.综上所述，本发明上述实施例的急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法施工方便，操作简单，经济成本低，不需建设充填站等充填设施，可以直接使用井下废石作为充填原料，对井下采空区进行充填，既能有效回填采空区，解决矿山采空区治理的难题，并对地压活动及地表移动等进行合理的控制，还能减少固体废料排出地表，保护环境。由此，将该方法用于急倾斜极薄矿体采空区的治理，可以实现边开采边治理，从源头上控制新采空区安全隐患的出现，有效遏制采空区隐患导致安全生产事故发生。
47.根据本发明的再一个方面，本发明还提出了上述急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法在急倾斜极薄矿体开采和采空区嗣后充填中的用途。与现有技术相比，上述采空区嗣后干式充填采矿方法更有利于实现具有点多面广且开采深度较深的极薄单体矿脉采空区的充填，能够边开采边治理，从源头上控制新采空区安全隐患的出现，有效遏制采空区隐患导致安全生产事故发生。需要说明的是，针对上述急倾斜极薄矿体采空区嗣后干式充填采矿方法所描述的特征及效果同样适用于该用途，此处不再一一赘述。
48.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
49.实施例1
50.淘锡坑钨矿某片区+006m中段a-3#采场长度为76.8m，平均采幅为1.3m，矿块高度为49.7m，回采工作自下而上分层进行施工。分层高度为2m左右。采场向上回采到离上部中段4.5m时停止采矿。如图2～3所示，预留保安矿柱500的个数为5个，在留置的采场顶板200上与上部中段沿脉平巷侧边施工贯通7个规格为1.5
×
1.5m的充填口400，相邻两个充填口400的间距约为8-10m，作为日后作废石充填井之用。采场回采结束后，进行大量放矿，直至放完所有矿石，形成了采空区a-3#，a-3#采空区的体积约为3943m3。后期通过有轨运输废石至a-3#采空区对应+056m中段平巷，通过沿巷道300中施工的充填井往a-3#采空区充填废石，充填量约为3769m3，充填空间占采场采空区体积的95％。全部充填井充填满后，在充填
井表面使用混凝土进行密闭形成封闭层600，防止上下中段漏风、串风影响通风系统。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
52.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。