一种嗣后充填采矿法全尾砂多点充填法的制作方法

1.本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种嗣后充填采矿法的全尾砂多点充填法。


背景技术：

2.在矿山生产过程中，国家大力提倡绿色无废开采，充填采矿法在矿山开采中得到大量应用。接顶充填接顶将充填材料充填到尽可能靠近矿石或岩石顶板或假顶处。通常对采用上向分层充填采矿法开采时的最上面分层的采空区，对采用上向进路充填采矿法、下向分层充填采矿法和全面垂直分条充填采矿法开采时的各个分层和分条的采空区，均需进行充填接顶。充填接顶能使充填体对采空区顶板或假顶起支撑作用，防止这些顶板或假顶冒落或防止第二步骤回采矿石时，矿石体受到过大的地压。
3.充填材料沉缩率越小，接顶效果越好充填接顶方法有：a、人工接顶常用于上向水平分层充填采矿法。用人工接顶方法时，沿采场长度将最上面分层的需充填空间分成1~2m宽的条带，在条带交接处架设1m多高的模板，随着充填体的增高而加高模板。当充填到距顶板0.5m时，用浆砌块石或混凝土预制块将残余空间填满。这样接顶，质量好，但劳动强度大，劳动生产率低，木材消耗量大。
4.b、自流接顶常用于上向进路和下向进路充填采矿法以及全面垂直分条和壁式垂直分条充填采矿法。用自流接顶方法时需使进路具有能使充填材料自流的倾角。垂直分条充填采矿法是指将矿块沿矿体走向划分若干垂直分条，依次采掘各个分条，采完数个分条后就充填采空区的充填采矿法。
5.充填接顶率是采矿过程中必须要关注的问题，因此，必须要更加重视充填接顶这个技术性的问题，在各个方面综合提高充填接顶率，不断提升矿山采矿的质量和效果。
6.影响充填接顶的主要因素：（1）充填料沉降当胶结充填料浆充满井下空区后，由于充填料在固化过程中会产生沉降，即使进路完全充满，仍然无法全部接顶，依旧存在微小的缝隙;另一方面，充填料中的大部分水离析在充填体表面，同时存在于固体颗粒间空隙中的重力水通过渗透方式排出，这些水排出后，充填体还会沉降，原本密实的空间就会出现未接顶的空间。
7.（2）充填料浆的滤水速度充填料浆中含有大量水，这些水不但占据充填空间，阻碍充填接顶。此外，随着充填体厚度的增高，越到接顶顶部，充填滤水速度越慢，难度亦越大。滤水速度的快慢直接影响了充填接顶效果。
8.（3）充填料浆的浓度充填料浆浓度越低，料浆中含水越多，充填骨料离析分层情况越明显，充填接顶效果就越差。
9.（4）采矿方法采矿方法的选择直接决定了采后空区顶板的形状，当顶板形状很不规整，特别是
下料点不是最高点时，充填过程中充填料在下料点逐渐堆积，形成较大自然坡角，在堆顶堵塞下料口后，致使部分空区无法充满，产生空顶。
10.传统大阶段空场嗣后充填法的实施中，充填料浆下料点少，基本上为空区两端下料，充填料浆在空区中流动距离长，易产生离析现象，充填体强度难以保证，充填接顶率低。脱水管布置采用临近空区下放脱水管，脱水管下放条数少，将脱水管固定在空区顶板，存在脱水管下放安全隐患大，下放脱水管工作人员存在坠落空区危险，固定脱水管难度大，随着爆破坡顶振动，固定在顶板的脱水管易脱落，脱水效果不佳，充填体强度达不到设计要求，矿山安全生产存在极大的安全隐患。


技术实现要素：

11.本发明的目的是为了解决现有的嗣后充填采矿法充填体强度达不到设计要求的缺点，而提出的一种嗣后充填采矿法全尾砂多点充填法，保证充填体强度。
12.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：s1:在矿房采空区上部一段安全距离间隔布置若干个充填平巷；s2:在充填平巷中向下设置若干组填充钻孔，每组填充钻孔至少包括3个以上充填钻孔，至少包括两侧的倾斜孔和竖直孔，充填钻孔孔底与采空区接触点均匀的分布在采空区长轴方向上；s3:在充填钻孔孔底采用球状药包爆破成喇叭口形状；s4:在充填钻孔中安装钻孔套管，所述充填钻孔套管安装在充填钻孔中，保护充填钻孔的完整性不被破坏，使充填料浆及脱水管下放更加顺畅；s5：在充填钻孔内设置脱水管，脱水管经过采空区，伸出采空区底部的封堵挡墙外，将充填体中水由脱水管排出充填体外。
13.作为上述技术方案的进一步描述：所述充填平巷位于矿房采空区上部20～40m，确保充填平巷安全。
14.作为上述技术方案的进一步描述：所述充填钻孔在充填平巷内施工，向下打竖直孔和倾斜孔，充填钻孔直径为165～255mm，倾斜孔倾角为40～50
°
，充填钻孔孔底距l=20～30m，且l《充填料浆流动度，靠近空区充填钻孔距离空区长轴边界10～15m。充填料浆流动度指充填下料口放料，料浆能流动的最远距离（类似于下料口为圆的中心，流动的最远距离为圆周，两个圆必须相交才可以，否则就出现了充填体充不满），如果下料口间距l大于流动度，那么两个下料口中间就没有了料浆。
15.作为上述技术方案的进一步描述：所述充填钻孔，充填钻孔孔底采用球状药包爆破出喇叭口，使充填下料点为空区最高点，保证充填接顶率。
16.作为上述技术方案的进一步描述：所述充填钻孔套管安装在充填钻孔中，保护充填钻孔的完整性不被破坏，使充填料浆及脱水管下放更加顺畅。
17.作为上述技术方案的进一步描述：钻孔套管上端设置有套管固定装置，套管固定装置包括4根钢筋，4根钢筋垂直焊接设置在钻孔套管外侧，通过套管固定装置将钻孔套管悬挂支撑设置在充填钻孔开孔处；并在钻孔套管中焊接挡片使钻孔套管分开为两个大小不同的区域，大区域作为充填料浆下料管，小区域下放脱水管。脱水管固定装置就是将脱水管固定住，使其不脱落，如果脱落就
失去了脱水效果。
18.作为上述技术方案的进一步描述：在充填套管小区域内下放脱水管经过采空区，延伸至空区底部，穿过封堵挡墙将充填体中水由脱水管排出充填体外。
19.作为上述技术方案的进一步描述：脱水管为耐磨pvc管，管壁有若干脱水孔。
20.作为上述技术方案的进一步描述：脱水管外包裹3～5层土工布。
21.作为上述技术方案的进一步描述：在下放脱水管后，在脱水管上端有脱水管固定装置，在脱水管及钻孔套管小区域中钻孔，通过钢筋穿过钻孔，实现脱水管固定装置功能。
22.作为上述技术方案的进一步描述：在下放脱水管后，脱水管末端伸出封堵挡墙0.3～0.6m。
23.作为上述技术方案的进一步描述：充填顺序为中间孔先下料，每班更换下料点，下料点逐步转向端部孔，如此循环。
24.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明中，设置了充填平巷，且充填平巷距离采空区顶板有一段安全距离，所有充填脱水作业人员均在充填平巷作业，避免工作人员在空区边缘作业，防止出现坠落事故造成人员伤亡。
25.2、本发明中，充填钻孔孔底为喇叭口形状，使充填下料点为空区最高点，保证充填接顶率。
26.3、本发明中，设置了充填钻孔套管，套管内设置挡片分割功能，使充填料浆下料与脱水管实现功能分区，同管不同道，避免了充填料浆下料过程中破坏脱水管，防止充填钻孔在充填下料时破坏钻孔，保证充填钻孔的稳定性，保证充填作业及脱水工作的正常进行。
27.4、本发明中，在充填平巷中施工多条充填钻孔，可实现多点下料及脱水，实现了多点下料、脱水一体操作，多点下料点即脱水点，在多点下料的同时进行快速脱水，避免了充填料浆在空区流动距离长产生离析现象，脱水效果好，保证了充填体强度，即多点下料、脱水一体操作，其效果远远超出理论上两者简单叠加的效果。
28.5、本发明中，在脱水管外包裹4-5层土工布，防止在充填过程中砂浆堵住脱水管的脱水孔，提高了脱水效率。
29.6、本发明中，在脱水管的上端布置有固定装置，防止在充填过程中脱水管脱落，保证脱水管正常脱水功能的实现。
30.7、本发明中，脱水管的末端伸出封堵挡墙一段距离，整个脱水管为一根完整的pvc管，没有任何其他连接装置，保证了脱水管的抗压及抗拉性能，保证脱水管不被拉断，实现正常的脱水功能。
31.8、本发明中，采用多点下料，并且在空区顶板下料，充填钻孔孔底自然会形成小的喇叭口，使下料点为空区顶板最高点，充填接顶率高。
附图说明
32.图1为本发明的剖面投影示意图；图2为本发明的充填平巷和矿房位置平面示意图；图3为本发明的充填钻孔开孔位置平面投影示意图。
33.图4为本发明的充填钻孔开孔位置剖面投影示意图。
34.图例说明：1、充填平巷；2、充填钻孔；2-1、充填钻孔开孔；2-2、充填钻孔终孔；3、脱水管；3-1、脱水管上端；3-2、脱水管末端；4、采空区；5、封堵挡墙；6、钻孔套管；7、脱水管固定装置；8、钻孔套管固定装置；9、原岩；10、充填顶水；11、充填料浆；12、挡片。
具体实施方式
35.下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.如图1-4所示，一种嗣后充填采矿法的全尾砂多点充填法，具体方法为：s1:在矿房采空区上部一段安全距离间隔布置若干个充填平巷1；s2:在充填平巷中向下设置若干组填充钻孔，每组填充钻孔至少包括3个以上充填钻孔2，至少包括两侧的倾斜孔和竖直孔，充填钻孔2孔底与采空区4接触点均匀的分布在采空区长轴方向上；s3:在充填钻孔2孔底采用球状药包爆破成喇叭口形状；s4:在充填钻孔2中安装钻孔套管6，所述充填钻孔套管安装在充填钻孔中，保护充填钻孔的完整性不被破坏，使充填料浆及脱水管下放更加顺畅；s5：在充填钻孔2内设置脱水管3，脱水管3经过采空区4，伸出采空区4底部的封堵挡墙5外，将充填体中水由脱水管排出充填体外。
37.进一步，所述充填平巷1位于矿房采空区4上部20～40m，确保充填平巷安全。
38.进一步，充填钻孔2在充填平巷1内施工，向下打竖直孔和倾斜孔，充填钻孔直径为165～255mm，倾斜孔倾角为40～50
°
，充填钻孔孔底距l=20～30m，且l《充填料浆流动度，靠近采空区4充填钻孔距离采空区4长轴边界10～15m。
39.进一步，充填钻孔孔底采用球状药包爆破出喇叭口，使充填下料点为空区最高点，保证充填接顶率。
40.进一步，钻孔套管6上端设置有套管固定装置8，套管固定装置8包括4根钢筋，4根钢筋垂直焊接设置在钻孔套管外侧，通过套管固定装置8将钻孔套管6悬挂支撑设置在充填钻孔2开孔处；并在钻孔套管中焊接挡片12使钻孔套管分开为两个大小不同的区域，大区域作为充填料浆下料管，小区域下放脱水管3，在充填套管小区域内下放脱水管经过采空区，延伸至空区底部，穿过封堵挡墙将充填体中水由脱水管排出充填体外。
41.进一步，脱水管3为耐磨pvc管，管壁有若干脱水孔。
42.进一步，脱水管3外包裹3～5层土工布。
43.进一步，在下放脱水管3后，在脱水管3上端有脱水管固定装置，即在脱水管及钻孔套管小区域中钻孔，通过钢筋穿过钻孔，实现脱水管固定装置功能。
44.进一步，在下放脱水管后，脱水管末端伸出封堵挡墙0.3～0.6m。
45.进一步，充填顺序为中间竖直孔先下料，每班更换下料点，下料点逐步转向端部孔，如此循环。
46.实施例一一种嗣后充填采矿法的全尾砂多点充填法，具体方法为：s1:在矿房采空区上部一段安全距离间隔布置若干个充填平巷1；s2:在充填平巷中向下设置若干组填充钻孔，每组填充钻孔至少包括3个以上充填钻孔2，至少包括两侧的倾斜孔和竖直孔，充填钻孔2孔底与采空区4接触点均匀的分布在采空区长轴方向上；s3:在充填钻孔2孔底采用球状药包爆破成喇叭口形状；s4:在充填钻孔2中安装钻孔套管6，所述充填钻孔套管安装在充填钻孔中，保护充填钻孔的完整性不被破坏，使充填料浆及脱水管下放更加顺畅；s5：在充填钻孔2内设置脱水管3，脱水管3经过采空区4，伸出采空区4底部的封堵挡墙5外，将充填体中水由脱水管排出充填体外。
47.在充填平巷1通过充填钻孔2与采空区4相连通，脱水管3通过充填钻孔2贯穿采空区，脱水管3末端伸出封堵挡墙5一段距离，脱水管上端3-1通过脱水管固定装置7固定在充填钻孔开孔2-1孔口。有效解决了传统中脱水性差、安全性差、施工工艺复杂等问题。
48.本实施例中，所述矿房本体、即采空区4本体长度120m，宽15m，高度60m。
49.本实施例中，通过废弃巷道充填试验，充填料浆流动度为25m。
50.本实施例中，所述充填平巷1位于采空区4上部，距离采空区4上部h=20m，充填平巷1和采空区4的长轴方向在平面上垂交，充填下料及下放脱水管均在充填平巷1中完成。
51.本实施例中，所述充填钻孔2，从充填平巷1施工充填钻孔2，通过大孔钻机施工180mm直径的大孔至采空区4，每个钻机位置施工三个大孔至采空区4，其中有竖直孔和倾斜孔，倾斜孔角度α按照tanα=l/h计算，本实施例中，α为45
°
，充填钻孔孔底间距l=20m，l《充填料浆流动度。
52.本实施例中，所述充填钻孔孔底2-2采用球状药包爆破成喇叭口形状。
53.本实施例中，钻孔套管6安装在充填钻孔2中，为普通圆钢管，长度1m，直径为170mm，进入充填钻孔中0.7m，外露0.3m，焊接有挡片12，挡片12为普通钢板，挡片和钻孔套管的弦心距为30mm，挡片将钻孔套管分隔为两个独立的功能区，大区域主要功能为充填下料，小区域主要功能为下放脱水管。
54.本实施例中，所述钻孔套管固定装置8为4根普通螺纹钢均匀焊接到钻孔套管6上，焊接位置为钻孔套管的7:3处。
55.本实施例中，所述脱水管3由钻孔套管6小区域中下放至采空区4，脱水管上端3-1通过脱水管固定装置7固定安装在钻孔套管6中。
56.本实施例中，所述脱水管固定装置7为一根普通螺纹钢穿过预先打孔的钻孔套管6和脱水管上端3-1处，打孔位置为钻孔套管外漏的5：5处，即距离钻孔套管固定装置8为0.15m。
57.本实施例中，所述脱水管3为耐磨pvc管，管壁上有若干脱水孔，管壁外围包裹4层土工布。
58.本实施例中，所述脱水管末端3-2伸出封堵挡墙5外一段距离，实现了脱水管由一根完整的耐磨pvc管组成。
59.本实施例中，充填顺序为空区中间向两端，每班更换下料点，所有充填钻孔下料一
班后为一个循环，下料再次由空区中间向两端推进，如此反复循环。
60.改进前的填充情况：以保山金厂河铅锌矿为例，为典型的空场嗣后充填采矿法，充填料浆浓度为70%，充填体28天强度设计值为3mpa，模拟真实采场尺寸比例缩小，建立半工业试验模型尺寸为7.5m
×
1m
×
1.5m（长
×
宽
×
高）。
61.本对比实施例主要将传统方式下料与发明中多点方式下料充填体强度值的对比。
62.发明前：目前大部分空场嗣后充填采矿法都采用沿采场走向两端下料，两端布置脱水管，按这种下料及脱水方式将充填料浆充入模型中，28天后，在模型平面范围内划分网格，网格尺寸为1000mm
×
250mm（长
×
宽），在网格的节点采用手持式取芯机向下取芯，取芯后加工为标准试件，试件尺寸为100mm
×
50mm（长
×
直径）。对若干标准件进行压力试验得到充填体平均强度值为1.8mpa。
63.对比实施例1：单独改进下料方式：多点下料布置，传统的两端布置脱水管后，在模型中沿长度走向上间隔2m作为下料点，共布置3个下料点，脱水管布置及28天后取芯点布置同“发明前”，得到充填体平均强度值为2.2mpa。
64.发明多点下料后效果改善明显，平均强度值增加22%，但并没有达到设计值。
65.对比实施例2：以保山金厂河铅锌矿为例，为典型的空场嗣后充填采矿法，充填料浆浓度为70%，充填体28天强度设计值为3mpa，模拟真实采场尺寸比例缩小，建立半工业试验模型尺寸为7.5m
×
1m
×
1.5m（长
×
宽
×
高）。
66.本对比实施例主要将传统脱水布置与发明中多点脱水布置充填体强度值的对比。
67.发明前：目前大部分空场嗣后充填采矿法都采用沿采场走向两端下料，两端布置脱水管，按这种下料及脱水方式将充填料浆充入模型中，28天后，在模型平面范围内划分网格，网格尺寸为1000mm
×
250mm（长
×
宽），在网格的节点采用手持式取芯机向下取芯，取芯后加工为标准试件，试件尺寸为100mm
×
50mm（长
×
直径）。对若干标准件进行压力试验得到充填体平均强度值为1.8mpa。
68.单独改进脱水方式：沿采场走向两端下料，多点脱水布置后，在模型中沿长度走向上间隔2m作为脱水管布置点，共布置3个脱水管，下料点及28天后取芯点布置同“发明前”，得到充填体平均强度值为2.4mpa。
69.发明多点下料后效果改善明显，平均强度值增加33%，但并没有达到设计值。
70.本发明技术方案实施例：以保山金厂河铅锌矿为例，为典型的空场嗣后充填采矿法，充填料浆浓度为70%，充填体28天强度设计值为3mpa，模拟真实采场尺寸比例缩小，建立半工业试验模型尺寸为7.5m
×
1m
×
1.5m（长
×
宽
×
高）。
71.本对比实施例主要将传统充填下料方式及脱水布置与发明中多点下料及多点脱水布置充填体强度值的对比。
72.发明前：目前大部分空场嗣后充填采矿法都采用沿采场走向两端下料，两端布置脱水管，按这种下料及脱水方式将充填料浆充入模型中，28天后，在模型平面范围内划分网格，网格尺寸为1000mm
×
250mm（长
×
宽），在网格的节点采用手持式取芯机向下取芯，取芯
后加工为标准试件，试件尺寸为100mm
×
50mm（长
×
直径）。对若干标准件进行压力试验得到充填体平均强度值为1.8mpa。
73.发明多点下料后及多点脱水布置后：在模型中沿长度走向上间隔2m作为下料点并作为脱水管布置点，布置了3个充填料浆下料点和3个脱水管，28天后取芯点布置同“发明前”，得到充填体平均强度值为3.2mpa。
74.发明多点下料及多点脱水共同作用后效果改善明显，平均强度值增加78%，充填体强度值达到了设计值。
75.综上所述，在充填料浆浓度不变的情况下，单独改善发明中多点下料能够使充填强度提高22%，但并未达到充填体强度设计值；单独改善发明中布置多条脱水管，充填体强度提高33%，但也并未达到充填体强度设计值；同时改善发明中多点下料和多条脱水管布置方法，充填体强度提高78%，能够满足充填体强度设计值，大大的改善了充填体强度值，并且达到设计要求。申请人发现：多点下料、脱水一体操作，其效果远远超出理论上两者简单叠加的效果，即多点下料、脱水一体充填体强度提升效果》单独改善多点下料充填体强度提升效果+单独改善多条脱水管充填体强度提升效果；即78%》22%+33%。
76.此发明能够真实有效的解决井下充填体强度值达不到设计要求的问题，改善了矿山的经济效益和安全，保障了资源的高效利用。
77.本发明的用途：1、适用于采用大阶段空场嗣后充填采矿法的矿山，特别是空区比较大的矿山；2、适用于尾砂充填法的矿山，特别是涌水量比较大的矿山；3、适用于大直径深孔侧向崩矿空场嗣后充填采矿法的矿山，特别适用于缓倾斜大直径深孔侧向崩矿空场嗣后充填采矿法的矿山。
78.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。