一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法與流程

本發(fā)明涉及一種上向進路分層充填采礦法，特別適用于不穩(wěn)定巖層的地下礦山充填采礦，可廣泛適用于黑色、有色等金屬地下礦山的分層全尾砂膠結充填開采。

背景技術：

上向進路分層充填法是一種由下而上，以巷道進路方式分層回采并充填的采礦方法。該法具有回采安全、回收率高、貧化低的優(yōu)點，主要適用于：①礦巖均不穩(wěn)固或礦石相對穩(wěn)固的礦床；②礦體形態(tài)不規(guī)則，厚度變化大，分支復合多含有夾石的礦床；③地表需要保護的礦床。

該法的特點是自下而上分層回采，每一分層的回采是在掘進分層聯(lián)絡道后，以分層全高沿走向或垂直走向劃分進路，間隔進路采礦。一步驟進路回采完畢立即充填接頂，然后再回采并充填二步驟進路，待整個分層的進路回采充填結束后，再用進路回采上一分層。該法最早在瑞典部分礦山中使用，我國自1984年在金川二礦區(qū)引進試驗該方法成功以來，已在很多礦山推廣應用，如山東黃金焦家金礦、魯中礦業(yè)張家礦區(qū)、安徽淮北礦區(qū)等。

目前該法仍存在一定的局限性，如：受采場布置和作業(yè)條件的限制，無法實現(xiàn)大規(guī)模開采；采礦工藝復雜，采準工程量大；二步驟礦房回采必須在一步驟回采的充填體內(nèi)進行采準施工，安全可靠性差；采用二步驟回采，無法實現(xiàn)礦山連續(xù)開采等；采場參數(shù)受礦巖穩(wěn)固性的制約，采場支護成本高；充填分層高度小，無法實現(xiàn)大產(chǎn)能充填，充填成本高。

例如，《現(xiàn)代礦業(yè)》2012年7月第7期刊登的“上向進路( 分層) 充填采礦法在淮北礦區(qū)的應用”中介紹了劉樓銅鐵( 金) 礦屬于2010 年初該礦開始籌建尾砂充填系統(tǒng)，調(diào)整井下生產(chǎn)布局，引進上向進路( 分層) 充填采礦法， 2010 年下半年開始對原有采空區(qū)和新采空區(qū)進行了膠結充填。實踐證明該方法具有回采安全、礦石回收率高、貧化率低等優(yōu)點，但也存在以下3個問題：（1）充填接頂率難以達到設計要求，對厚大礦體多進路回采頂板管理帶來難度；（2）下盤布置溜井，鏟運機斜巷工程要求圍巖相對穩(wěn)固。對破碎圍巖，必須采取支護措施；（3）要求探礦超前，摸清礦體的規(guī)模形態(tài)，工程地質(zhì)條件，方案設計才能綜合考慮，保證其相對合理性；（4）開采生產(chǎn)能力較小，難以實現(xiàn)大規(guī)模開采。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對目前上向進路分層充填法生產(chǎn)能力低、采準工程量大、工藝復雜、采場支護成本高及二步驟無法實現(xiàn)連續(xù)開采等問題，提出了一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法，旨在實現(xiàn)高效連續(xù)大規(guī)模開采，降低開采成本。

為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法，根據(jù)采場布置，沿礦體走向方向，每40～60m劃分為一個采場，以每50～60m劃分為一個采場為優(yōu)；一個采場布置8～12條進路，進路的寬度為4～6m，6～9 m為一個分段的高度；在礦體上盤的脈外布置上盤溜井，在礦體下盤脈外布置下盤溜井，中段下盤運輸大巷布置在礦體下盤的礦脈外，中段上盤運輸大巷布置在礦體上盤的礦脈外。將每一個分段分為上分層、下分層，在上分層之礦體下盤一側布置下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷，在下分層之礦體上盤一側布置上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷；下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷作為上分層回采的出礦聯(lián)絡巷，上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷作為下分層回采的出礦聯(lián)絡巷；中段上盤運輸大巷通過裝礦穿脈聯(lián)巷與中段下盤運輸大巷相通，下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷通過采場分層聯(lián)絡斜坡道與中段下盤運輸大巷相通，從而形成一個完整的運輸系統(tǒng)。本發(fā)明開采方向仍為自下而上，以分層全高沿走向或垂直走向劃分進路，間隔進路采礦。與傳統(tǒng)的上向進路分層充填法不同的是，本發(fā)明采用的開采方式為：

1）將上分層、下分層合并為一個分段開采，一步驟首先開采上分層，在上分層上分層進路回采完畢后，先根據(jù)礦石穩(wěn)固性對上分層頂板或者全斷面進行支護，再開采下分層進路礦體；

2）同一盤區(qū)水平方向上根據(jù)礦石的穩(wěn)固性，選擇隔一采一或者隔二采一的方式進行回采，在一步驟上分層礦房、下分層礦房回采完成后，進行膠結充填，充填體達到養(yǎng)護強度后立即進行相鄰礦房的回采，實現(xiàn)連續(xù)開采，一個分段全部回采完成后，統(tǒng)一升層進行上分層進路回采工作，以減少二步驟礦柱回采的采準工程量，提高回采效率，降低采礦成本。

上分層采用鑿巖臺車水平鑿巖，如Boomer281全液壓鑿巖臺車，水平孔落礦；下分層進路回采采用下向垂直孔鑿巖后退式回采，側向崩礦，分層高度可增加至4.5m，減少一次護頂支護，且下分層回采爆破自由面更多，提高了爆破效率，降低施工成本。爆破炸藥選用乳化炸藥，起爆采用非電導爆管分段起爆。

上述每個分段的高度以7～8 m為宜，以7 m為佳。

采場結構較優(yōu)參數(shù)為：沿礦體走向方向，每50m劃分為一個采場，一個采場布置10條進路，進路的寬度為5m，每個分段的高度為7m，分層高度為3.5m。

對于水平厚度大于15m的礦塊，采場垂直礦體走向布置，采場長度為礦體水平厚度；當?shù)V體水平厚度過大時，應按不大于60m的原則劃分為多個盤區(qū)。

本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法，采用的是相向進路上向分層全尾砂膠結充填采礦方法，在傳統(tǒng)的上向進路分層膠結充填采礦方法基礎上進行了采場結構參數(shù)優(yōu)化，簡化礦山采礦工藝，減少采場支護工程量及采準工程量，從而降低采礦成本，充填分段高度由傳統(tǒng)的3～5m提高到7～8m，提高了充填效率及礦山生產(chǎn)效率，保障了礦山開采安全及回采率，降低礦石貧化率。詳細技術經(jīng)濟比較如下表1：

表1 兩種采礦方法技術經(jīng)濟比較

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法側視圖。

圖2是一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法俯視圖。

圖3是一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法正視圖。

附圖標記為：1-中段下盤運輸大巷；2-中段上盤運輸大巷；3-下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷；4-上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷；5-上中段下盤運輸大巷；6-穿脈運輸巷礦柱；7-采場分層聯(lián)絡斜坡道；8-下盤溜井；9-上盤溜井； 10-上分層回采工作面；11-下分層回采工作面；12-裝礦穿脈聯(lián)巷；13-采場充填通風井；14-充填體；15-待采礦體；16-下分層回采炮孔；S-采場；b-進路；c-分段；c₁-上分層；c₂-下分層。

具體實施方式

為進一步描述本發(fā)明，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

我國中部某火山沉積變質(zhì)型鐵礦床，礦山工程地質(zhì)復雜，礦石品位低，礦體呈緩傾斜、傾斜分布且礦石夾層較多，礦體直接接觸頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固性差，上盤冒頂較為嚴重，且礦區(qū)周邊多為村莊和農(nóng)田，周邊環(huán)境復雜。

礦山前期采用上向進路分層充填法開采，兩步驟回采，每分層進路隔一采一，生產(chǎn)能力約為3000t/d，由于受采場布置的影響和作業(yè)條件的限制，無法實現(xiàn)大規(guī)模開采，且每分層充填完畢后立即換層，造成二步驟礦房回采難度較大。

針對以上問題，本發(fā)明對原采礦方法進行技術改進，發(fā)明了相向進路上向分層全尾砂膠結充填采礦法。

由圖1所示的本發(fā)明一種適合于不穩(wěn)定巖層的高效上向進路分層充填采礦方法俯視圖并結合圖2、圖3看出，本發(fā)明采用的采場結構參數(shù)、采準工程、回采工藝分別為：

（1）采場結構參數(shù)：根據(jù)采場布置，沿礦體走向方向，每50m劃分為一個采場S，一個采場S布置10條進路b，進路b的寬度為5m，7 m為一個分段c的高度；將每一個分段c分為上分層c₁、下分層c₂，分上分層和下分層相向進路回采，上分層c₁、下分層c₂的高度皆為3.5m。

（2）采準工程：在礦體上盤的脈外布置上盤溜井9，在礦體下盤脈外布置下盤溜井8，中段下盤運輸大巷1布置在礦體下盤的礦脈外，中段上盤運輸大巷2布置在礦體上盤的礦脈外，上中段下盤運輸大巷5布置在上一個中段礦體下盤的礦脈外。在上分層c₁之礦體下盤一側布置下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷3，在下分層c₂之礦體上盤一側布置上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷4；下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷3作為上分層c₁回采的出礦聯(lián)絡巷，上盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷4作為下分層c₂回采的出礦聯(lián)絡巷；裝礦穿脈聯(lián)巷12布置在穿脈運輸巷礦柱6的下方，中段上盤運輸大巷2通過裝礦穿脈聯(lián)巷12與中段下盤運輸大巷1相通，下盤脈內(nèi)沿脈聯(lián)絡巷3通過采場分層聯(lián)絡斜坡道7與中段下盤運輸大巷1相通，從而形成一個完整的運輸系統(tǒng)；每個采場下盤中間位置布置一條充填兼采場回風的通風井13，作為充填管路布置和采場回風的主要通道。

（3）回采工藝：將上分層c₁、下分層c₂合并為一個分段c開采，一步驟首先開采上分層c₁，在上分層上分層c₁進路回采完畢后，先根據(jù)礦石穩(wěn)固性對上分層頂板或者全斷面進行支護，再開采下分層c₂進路礦體；同一盤區(qū)水平方向上根據(jù)礦石的穩(wěn)固性，選擇隔一采一或者隔二采一的方式進行回采，在一步驟上分層c₁礦房、下分層c₂礦房回采完成后，進行膠結充填，充填體達到養(yǎng)護強度后立即進行相鄰礦房的回采，實現(xiàn)連續(xù)開采，一個分段全部回采完成后，統(tǒng)一升層進行上分層進路回采工作。

上分層c₁采用鑿巖臺車水平鑿巖，水平孔落礦；下分層c₂進路回采采用下向垂直孔鑿巖后退式回采，側向崩礦。

回采工藝具體為：

a.鑿巖爆破：采用Boomer281全液壓鑿巖臺車，選擇D45mm的七齒鉆頭，釬桿型號為R38/T38-H35-R32，長度3.7m，上分層c₁采用水平孔落礦，炮眼深度為3.7m。下分層c₂采用下向垂直平行孔—下分層回采炮孔16，孔深3.5m，側向崩礦，后退式回采，一次崩4排孔，約6m。爆破炸藥選用乳化炸藥，起爆采用非電導爆管分段起爆，落礦眼為一段，周邊控制眼為二段。上分層c₁分5段起爆，其中一階掏槽孔和二階掏槽孔各為一段，輔助眼分兩段起爆，周邊眼一段。下分層c₂回采，邊眼和落礦炮孔分兩段起爆，保護相鄰采場或者充填體不被破壞，加強采場的穩(wěn)定性和降低貧化率。

b.采場通風：利用礦山通風系統(tǒng)所形成壓力差來完成的。新鮮風流經(jīng)中段下盤運輸大巷1、中段上盤運輸大巷2、裝礦穿脈聯(lián)巷12、采場分層聯(lián)絡斜坡道7進入采場，清洗上分層回采工作面10、下分層回采工作面11后的污風，經(jīng)采場充填通風井13排到上中段回風系統(tǒng)內(nèi)。

c.頂板管理：一個分段c內(nèi)分上分層c₁、下分層c₂兩個分層相向回采，上分層c₁回采時，對采場頂板必須進行錨桿或錨網(wǎng)全斷面支護。采場內(nèi)遠離斷層或圍巖處，采用錨桿支護，靠近斷層或圍巖處采用錨網(wǎng)支護方式。下分層c₂回采，每次出礦前加強對頂板的觀測，發(fā)生變形或者支護破壞時應立即進行加固處理。

d.采場出礦：采場崩落礦石由WJD-2鏟運機鏟裝后經(jīng)裝礦穿脈聯(lián)巷12卸入下盤溜井8或者直接卸入采場內(nèi)的脈內(nèi)順路溜井，再由設在溜井底部的振動放礦機向礦車放礦，通過電機車牽引運至主井。為減少礦石對底部振動放礦機和溜井的沖擊，下盤溜井8、上盤溜井9應保持充滿狀態(tài)。每個盤區(qū)配備一臺鏟運機，采場落下的礦石，由鏟運機鏟裝，經(jīng)裝礦穿脈聯(lián)巷12運至下盤溜井8卸載。出礦塊度控制在400mm以下，大于400mm的，在采場內(nèi)進行二次爆破處理。

（4）采場充填：所有充填準備工作完成后即可按配比進行進路充填，連續(xù)充填必須精心組織。根據(jù)地表充填料漿制備站充填材料儲備情況和進路充填體積確定連續(xù)充填的時間。一步采進路充填體14的28d抗壓強度不低于1.0MPa，二步采進路進行非膠結充填，采場一、二步采進路均進行澆面充填28ｄ抗壓強度不低于1.5 MPa，澆面厚度40cm，以利于上分層回采時無軌設備的行走。所有進路充填完畢后封閉聯(lián)絡道，用同樣方法充填分層聯(lián)絡道，統(tǒng)一升層進行上分層進路回采工作，回采上部的待采礦體15。

通過改進回采工藝配合高效機械化鑿巖鏟裝裝備，礦山在采用該法后，生產(chǎn)能力由原來的3000t/d提高至5000t/d，回收率提高了1%，貧化降低了2%，生產(chǎn)成本降低了約20%，取得了非常好的技術、經(jīng)濟效果。