不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法

本发明属于地下采矿方法领域，具体涉及不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法。

背景技术：

1、由于成矿作用比较复杂，矿体的产状一般会发生变化，特别是部分矿山矿体的赋存情况比较复杂，矿体出现分支、重叠、产状变化大及断层构造、节理裂隙比较发育的情况，使用单一的采矿方法不能够满足生产需要，这就要求矿山在进行开采时选择两种及以上采矿方法联合开采，以期达到最优效果。

2、无底柱崩落法可大大简化采矿方法结构，给使用无轨自行设备创造有利条件，并可保证工人在安全条件下进行工作；该方法最基本的使用条件是地表允许沉降，随着矿山开采进入深部，地表沉降区扩展到建筑区，无底柱崩落法就不太适用此种情况，而解决地表沉降最有效的方法是对采空区进行充填，可引入充填法与崩落法同时进行。充填采矿方法主要优点表现在减少矿石贫化率、提高通风效率、预防井底火灾以及控制岩爆和地表塌陷等。但充填采矿方法生产效率较低，成本较高，在目前矿石价格较低的情况下难以满足矿山需求。

3、随着矿山开采进入深部，地表沉降区域扩展到建筑区，面临选厂生产安全和地下高效开采矛盾，常规的充填与崩落法联合开采虽然通过设置隔离矿柱一定程度上解决了预留大量保安矿柱的问题，但造成后期隔离矿柱残矿回收困难、残矿回收地质条件复杂。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，能够实现深部矿体高效开采，且不用设置隔离矿柱、有效减少残矿量，提高矿山的回收率。

2、本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

3、本发明提供不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，用于在矿体由崩落法开采至塌陷区域接近地表建筑物所在区域的情况下进行后续开采，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1、沿竖向将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内各分段布置运输巷道，采场通过联络巷道与各分段运输巷道联通；

5、步骤2、初步拟定开采方式：

6、将地表建筑物所在区域的边缘作为地表基础边界，对于位于地表基础边界的地表建筑物所在那一侧的矿体拟采取充填法开采，对远离地表建筑物的另一侧矿体拟采取崩落法开采；两种开采方法阶段高度一致，整体上采取自上向下回采顺序；

7、步骤3、确定两种开采方式的竖向分界：

8、采用以下公式计算出移动角参数x和y的值：

9、

10、

11、式中，α为矿体的倾角，β0为初始破坏面移动角，h0为上覆散体的深度，h1为开采结束时深度，γ为上盘围岩容重，c’为内聚力，γc为崩落散体的容重，为散体和岩体间的内摩擦角，kp1为作用于初始滑移面上的侧压力系数，kp2为作用于上盘围岩上的侧压力系数；

12、然后，根据移动角参数x和y，求得上盘移动角β，进一步基于开采深度h1和地表基础边界，确定位于地下待开采矿体顶部、且与地表基础边界的连接面由上至下向着远离地表建筑物所在侧倾斜延伸、夹角为β的矿体上分界线；

13、接着，在与出矿进路相垂直的截面上：以矿体上分界线所在的点c0为起点，向下且向着远离地表建筑物所在侧呈阶梯状倾斜延伸直至最后开采阶段底部c1形成竖向分界线c0c1，并且该竖向分界线的倾斜角度大于岩石移动角；以竖向分界线为最终分界划分两种开采方式的开采区域，位于竖向分界线的地表建筑物所在侧的矿体为充填法开采区域，远离地表建筑物所在侧的矿体为崩落法开采区域；阶梯状的竖向分界线与崩落法开采区域边界处各阶段炮孔的边缘轮廓重合，阶梯轮廓是按照向上扇形孔轮廓呈现的；

14、步骤4、充填法与崩落法同时开采：

15、对于充填法开采区域：充填法开采区域采取由竖向分界线侧向远离竖向分界线的外侧进行回采的顺序；

16、对于崩落法开采区域：采用无底柱崩落法，崩落法开采区域采取由远离竖向分界线的外侧向竖向分界线侧进行回采的顺序。

17、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤4中，设竖向分界线侧为内侧，远离竖向分界线侧为外侧；对于崩落法开采区域，每个阶段内由外侧至内侧沿着水平方向依次设置各开采子阶段；对于充填法开采区域，每个阶段内由内侧至外侧沿着水平方向隔一采一依次设置各开采子阶段。

18、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤4中，对于充填法开采区域，竖向分界线附近奇数阶段的脊部残留由偶数阶段矿房打上向扇形孔回采。

19、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以包括：在步骤4中，多个开采阶段和子阶段可同时进行回采；在步骤1中，各阶段的划分方法为：在对待采矿体岩体质量进行分级基础上，对不同采矿方法采场最大允许暴露体积进行评定，以中深孔采场允许采空区暴露高度为依据，确定分段高度。

20、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤4中，对于采用崩落法开采的临近分界线区域处的矿体，采用预裂爆破的方式爆破；对于采用充填法开采的临近竖向分界线区域处的矿体采用光面爆破的方式爆破，并且，充填法爆破高度小于等于3m。

21、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤4中，对于充填法开采的区域，水平方向沿矿体走向将待采矿体划分为矿房、矿柱，采用进路式充填采矿方法联合中深孔分段嗣后充填采矿方法进行回采，矿房、矿柱中各采场垂直矿体走向进行布置；先回采矿房，再回采矿柱，快采快充，竖向分界线附近矿房采空区使用高浓度充填体充填，并辅以钢筋、金属网加固。

22、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤4中，崩落法进行开采时，由上而下、由远离竖向分界线的外侧向竖向分界线侧开采，采用多分段同时作业的方式，各分段矿体通过溜井进入阶段运输巷道，在集矿点装车运出；集中爆破落矿后，采用局部通风扇将分段道的新鲜风流压入进路内，污风经分段道、回风道，然后进入矿山主回风井，最后被排出地表。

23、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤4中，充填法进行开采时，以矿房宽度为一个进路采场宽度，采场长度为矿体厚度；矿柱宽度为一个进路采场宽度，采场长度为矿体厚度，凿岩爆破采用向上扇形中深孔与水平孔联合方式崩落矿体。

24、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤3中，竖向分界线中每级阶梯均与一阶段的位于边界处崩落法炮孔对应，且由上至下先沿着该炮孔的内侧顶端竖直延伸再倾斜向着下一阶段位于边界处崩落法炮孔的内侧顶端延伸。

25、优选地，本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，还可以具有这样的特征：在步骤3中，上盘移动角β计算公式为：

26、

27、式中，为有效内摩擦角。

28、发明的作用与效果

29、本发明提供的不设置隔离矿柱的崩落与充填安全高效联合采矿方法，能够在保证地表不发生破坏(避免塌陷区周围地表进一步塌陷)的前提下，通过确定崩落与充填两种开采方式的竖向分界，合理划分各采矿方式的开采范围，位于竖向分界线的地表建筑物所在侧的矿体为充填法开采区域，远离地表建筑物所在侧的矿体为崩落法开采区域，阶梯状的竖向分界线与崩落法开采区域边界处各阶段炮孔的边缘轮廓重合，然后进行充填法与崩落法同时开采，崩落法开采区域采取由远离竖向分界线的外侧向竖向分界线侧进行回采的顺序，充填法开采区域采取由竖向分界线侧向远离竖向分界线的外侧进行回采的顺序，从而无需任何隔离矿柱就实现矿山深部矿体安全高效开采，而且不仅有效减少残矿量，提高了矿山的回收率，确保了产能，还保证了开采的安全性，保护了地表的稳定性和地表构(建)筑物的安全。