專利名稱：垂直方向上連續(xù)開采方法及在全礦體連續(xù)開采中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直方向連續(xù)開采方法及在全礦體垂直方向開采中的應(yīng)用，屬于采礦技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)80年代以來，國際礦業(yè)界已將實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效開采問題視為發(fā)展礦山生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益最有效的途徑。地下礦山采礦連續(xù)工藝的基本定義為在一個礦體、階段或礦塊的回采過程中，落礦、出礦和運(yùn)礦三大工序各自具有相對獨(dú)立的作業(yè)條件，各工序間相互協(xié)調(diào)，在不同的空間平行連續(xù)進(jìn)行所組成的機(jī)械化采礦作業(yè)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的自上而下的礦床開采方法中，相鄰階段之間需要保留水平礦柱，水平礦柱主要由下部采場的頂柱、上部采場的底柱或?qū)ｉT的階段隔離礦柱構(gòu)成，回采順序一般是先回采完上中段再采下中段，或者上中段超前下中段回采。水平礦柱的基本作用是隔離上下階段，控制地壓活動，保護(hù)階段巷道。這種保留水平礦柱的開采方式，存在一些無法解決的問題1.上下階段的回采完畢后，水平礦柱作為上下盤圍巖的支撐體，往往承受著巨大載荷，形成強(qiáng)應(yīng)力集中，從而發(fā)生強(qiáng)烈變形甚至破壞，由于水平礦柱及其附近一般地壓活動強(qiáng)烈，存在較大的地壓災(zāi)害隱患，尤其對于深井礦山，水平礦柱及其附近往往是巖爆多發(fā)地；2.水平礦柱一般只作為殘礦回收，其回收在技術(shù)上存在較多的問題，因此回收率較低，有的甚至無法回收，造成礦產(chǎn)資源大量損失；3.由于水平礦柱回收滯后，致使階段的作業(yè)長期不能結(jié)束，井巷工程、風(fēng)水管線及設(shè)備維護(hù)工作量大，直接影響井下開采的經(jīng)濟(jì)效益；4.由于水平礦柱不能在正?；夭蓡卧獌?nèi)回采，這就減小了正?；夭蓡卧纳a(chǎn)礦量，從而直接影響采切比及采場綜合生產(chǎn)能力等多項(xiàng)采礦技術(shù)指標(biāo)；5.由于水平礦柱回收滯后，回收困難，生產(chǎn)率又低，致使井下作業(yè)線拉長，給礦山生產(chǎn)管理帶來很多困難，也影響井下人均勞動生產(chǎn)率的提高，礦山的經(jīng)濟(jì)效益受到影響，在已完成建設(shè)投資的情況下，保留水平礦柱相當(dāng)于占用了部分建設(shè)資金，從而直接影響投資收益。另外，傳統(tǒng)的自上而下非連續(xù)采礦方式，在上下階段間的生產(chǎn)銜接方面也存在一些問題由于下部階段需在推進(jìn)方向上滯后于上部階段回采，因此必然會限制下部階段的開采范圍，使得上下階段能同時作業(yè)的采場數(shù)量減少，限制了礦山可達(dá)到的生產(chǎn)能力，對于二步驟采礦方式和走向長度較短的礦體條件，這種影響更為突出。在地下礦山廣泛采用的充填法采礦二步驟回采方式中，上下階段非連續(xù)開采易造成一步驟采場和二步驟采場的回采失衡。因二步驟采場的礦石混有一定數(shù)量的充填材料， 礦石貧化相對較大，生產(chǎn)能力也相對較低，所以兩類采場需要均衡生產(chǎn)。但是，傳統(tǒng)的上下階段非連續(xù)開采方式，在上下相鄰階段過渡開采前，易形成二步驟采場集中出現(xiàn)的局面，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)的均衡性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決在傳統(tǒng)的自上而下的礦床開采方法中存在由水平礦柱難以回收、承受壓力較大且容易被地質(zhì)活動破壞導(dǎo)致的生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)安全性較差，以及非連續(xù)開采影響礦山生產(chǎn)的均衡性的問題，提供了一種垂直方向上連續(xù)開采方法及在全礦體連續(xù)開采中的應(yīng)用。該方法包括在垂直方向，將礦體劃分為若干個中段，并將每個所述中段劃分為上中段、中間中段和下中段，按預(yù)定的方向?qū)λ鋈舾蓚€中段進(jìn)行編號；對所述編號為奇數(shù)且至少間隔兩個所述中段的上中段和中間中段先后進(jìn)行開采， 并對開采完成的中間中段采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的上中段及中間中段的其余部分采用膠結(jié)充填；當(dāng)所有的所述編號為奇數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對所述編號為偶數(shù)且至少間隔兩個所述中段的下中段和中間中段先后進(jìn)行開采，對開采完成的下中段的頂部和底部以及中間中段的底部都采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成下中段的其余部分采用膠結(jié)充填，對開采完成的中間中段的其余部分采用非膠結(jié)充填；對已經(jīng)完成開采并充填的所述編號為偶數(shù)的中段的上中段進(jìn)行開采，并對開采完成的上中段采用非膠結(jié)充填；當(dāng)所有的所述編號為偶數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對所述編號為奇數(shù)區(qū)域的下中段進(jìn)行開采，并開采完成的下中段的底部采用高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的下中段的其余部分采用膠結(jié)充填。該方法用于在垂直方向上進(jìn)行全礦體連續(xù)開采。由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過在垂直方向?qū)ΦV體進(jìn)行劃分，并分別對礦塊同時進(jìn)行開采和充填，保證了礦山生產(chǎn)的均衡性，并且在開采和充填階段間不預(yù)留水平礦柱，有效減少了階段間水平礦柱礦量的損失，還能保證各中段采場安全回采和有效的銜接，通過沿用礦山大規(guī)模、高強(qiáng)度的集中強(qiáng)化開采，提高采場的綜合生產(chǎn)能力，縮短采場的回采周期。


圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的垂直方向連續(xù)開采方法的流程示意圖。圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的采場分配示意圖；圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供的開采及充填順序示意具體實(shí)施例方式本具體實(shí)施方式
提供了一種垂直方向連續(xù)開采方法，包括在垂直方向，將礦體劃分為若干個中段，以三個中段為例，按預(yù)定方向?qū)ι现卸?、中間中段及下中段進(jìn)行編號；對編號為奇數(shù)且至少間隔兩個中段的上中段和中間中段先后進(jìn)行開采，并對開采完成的中間中段采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的上中段及中間中段的其余部分采用膠結(jié)充填；當(dāng)所有的編號為奇數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對編號為偶數(shù)且至少間隔兩個中段的下中段和中間中段先后進(jìn)行開采，對開采完成的下中段的頂部和底部以及中間中段的底部都采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成下中段的其余部分采用膠結(jié)充填， 對開采完成的中間中段的其余部分采用非膠結(jié)充填；對已經(jīng)完成開采并充填的編號為偶數(shù)的中段的上中段進(jìn)行開采，并對開采完成的上中段采用非膠結(jié)充填；當(dāng)所有的編號為偶數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對編號為奇數(shù)區(qū)域的下中段進(jìn)行開采，并開采完成的下中段的底部采用高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的下中段的其余部分采用膠結(jié)充填。為了更清楚的說明該技術(shù)方案，下面以具體的礦場環(huán)境并結(jié)合說明書附圖進(jìn)行說明，如圖1所示，該方法具體可以包括步驟1，在垂直方向，將礦體劃分為若干個中段，并將每個中段劃分為上中段、中間中段和下中段，按預(yù)定的方向?qū)θ舾蓚€中段進(jìn)行編號。以一個生產(chǎn)能力為3500t/d的礦山為例，其礦體平均厚為40至50m，最大厚度達(dá) 80至100m，傾角70°以上，礦體形態(tài)較規(guī)整，采礦方法主要為大直徑深孔嗣后充填采礦法， 采場垂直礦體走向布置，分礦房、礦柱，間隔式兩步回采。為便于說明，本實(shí)施例選擇礦體在-400m至-560m階段之間，從上至下為3個階段。如圖2所示，采場依次編號1 15，奇數(shù)編號為礦房采場，用R表示，偶數(shù)編號為礦柱采場，用P表示。三個中段分別為上中段(-400m -460m階段)、中間中段 (-460m -510m階段)、下中段(_510m -560m階段)，并依次用編號1、2、3表示，將具體采場所在或所包含的階段編號作為采場標(biāo)識的后綴，如R礦塊劃分為R12礦塊和R3礦塊， 并且R12為雙階段礦塊，R3為單階段礦塊；P礦塊劃分為Pl礦塊和P23礦塊，即Pl礦塊為單階段礦塊，P23為雙階段礦塊。在本具體實(shí)施方式
中，“R”和“P”只是標(biāo)識，并不一定代表就是“礦房”和“礦柱”。當(dāng)上中段和中間中段兩相鄰的一步驟礦塊回采及充填完畢后，它們中間的二步驟礦塊是從中間中段和下中段開始回采，回采完后再采上中段礦塊。因此稱一步驟礦塊為礦房，二步驟礦塊為礦柱，則可將這一布置方式稱為“礦房礦柱上下交錯布置”。這種采場布置方式的主要特點(diǎn)是可以不留-510m水平礦柱，礦房礦柱在-510m垂直交錯布置，與目前礦柱對應(yīng)的采場直接從-560m往上回采，是一個-400m _560m的整體開采方案。步驟2，對編號為奇數(shù)且至少間隔兩個中段的上中段和中間中段先后進(jìn)行開采，并對開采完成的中間中段采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的上中段及中間中段的其余部分采用膠結(jié)充填。開采及充填的順序如圖3所示，按數(shù)字標(biāo)注的順序進(jìn)行開采，首先從圖3左端的 1R12礦塊進(jìn)行開采，為了實(shí)現(xiàn)全礦體同時開采并保證礦巖的穩(wěn)定性，可以先對編號為1、5、 9和13的中間間隔一個R12的礦塊進(jìn)行同時開采，再對編號為3、7和11的R12礦塊進(jìn)行開采。對所有的R12礦塊采用膠結(jié)充填，并且對R12礦塊的底部充填厚度為10米的高強(qiáng)度膠結(jié)，在R12礦塊的底部兩側(cè)各保留一塊三角區(qū)域的礦塊不采。步驟3，當(dāng)所有的編號為奇數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對編號為偶數(shù)且至少間隔兩個中段的下中段和中間中段先后進(jìn)行開采，對開采完成的下中段的頂部和底部以及中間中段的底部都采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成下中段的其余部分采用膠結(jié)充填，對開采完成的中間中段的其余部分采用非膠結(jié)充填。開采及充填的順序如圖3所示，為了實(shí)現(xiàn)全礦體同時開采，可以對編號為2、6和10的中間間隔一個P23的礦塊進(jìn)行同時開采，再對編號為4、8和12的P23礦塊進(jìn)行開采。開采完成后對編號為偶數(shù)的采場下中段頂部、底部及中間中段底部采用灰沙比為1比4的高強(qiáng)度尾砂膠結(jié)充填，充填的厚度為20米，下中段其余部分采用膠結(jié)充填，中間中段其余部分采用非膠結(jié)充填。步驟4，對已經(jīng)完成開采并充填的編號為偶數(shù)的中段的上中段進(jìn)行開采，并對開采完成的上中段采用非膠結(jié)充填。開采及充填的順序如圖3所示，，為了實(shí)現(xiàn)全礦體同時開采，可以對編號為2、6和 10的中間間隔一個Pl的礦塊進(jìn)行同時開采，再對編號為4、8和12的Pl礦塊進(jìn)行開采。開采完成后對Pi礦塊采用非膠結(jié)充填。步驟5，當(dāng)所有的編號為偶數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對編號為奇數(shù)區(qū)域的下中段進(jìn)行開 采，并開采完成的下中段的底部采用高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的下中段的其余部分采用膠結(jié)充填。開采及充填的順序如圖3所示，，當(dāng)所有的編號為偶數(shù)的區(qū)域都回采并充填完畢后，為了實(shí)現(xiàn)全礦體同時開采，可以對編號為1、5、9和13的中間間隔一個R3的礦塊進(jìn)行同時開采，再對編號為3、7和11的R3進(jìn)行開采。開采完成后對對R3礦塊德下中段底部采用高強(qiáng)度膠結(jié)充填，其余部分采用膠結(jié)充填。采用步驟2-5的充填方式后，在-510m隔離層由_400m至_510m礦房采場的高強(qiáng)度充填體、三角形礦柱以及-460m至-560m礦柱采場的中部高強(qiáng)度充填第構(gòu)成。經(jīng)數(shù)值模擬， 其中，-400m至-510m礦房采場充填體強(qiáng)度應(yīng)不小于(C = 0. 7MPa、= 30，對應(yīng)c = 2. 4MPa)， 厚度應(yīng)不小于IOm ;-460m至-560m礦柱采場的中部高強(qiáng)度充填體的強(qiáng)度應(yīng)不小于(C = 0. 9MPa、= 30，對應(yīng)c = 3. IMPa)，其厚度應(yīng)不小于20m。根據(jù)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，由于充填體有良好的“讓壓性”，該隔離層的安全隔離效果好于原巖礦柱，而且這種充填方式也使上下中段間不存在膠結(jié)充填接頂問題，能從根本上解決世界性的充填接頂難題。本實(shí)施例提供的垂直方向連續(xù)開采方法適合于礦體厚大(厚度> 40m)，礦體傾角 65 90度，礦體和圍巖穩(wěn)固性好，且使用階段空場嗣后充填采礦法回采的礦山。該方法在階段間不預(yù)留水平礦柱的基礎(chǔ)上，既保證各中段采場安全回采，有效的銜接，又沿用礦山大規(guī)模、高強(qiáng)度的集中強(qiáng)化開采，改善井下工人的作業(yè)環(huán)境和工作條件，提高采場的綜合生產(chǎn)能力，縮短采場的回采周期。在我國進(jìn)行推廣，將有效減少階段間水平礦柱礦量的損失；提升我國地下金屬礦山的采礦技術(shù)水平，促進(jìn)全國地下金屬礦山連續(xù)采礦技術(shù)的發(fā)展；有效改觀全國地下金屬礦山生產(chǎn)水平低下(特別是水平礦柱回采)的被動局面；降低全國地下金屬礦山間柱采場的貧化率和損失率，促進(jìn)金屬資源最大化回收；提升全國地下礦山采礦的機(jī)械化水平，進(jìn)而促使提高國產(chǎn)采礦機(jī)械的革新與進(jìn)步。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種垂直方向上連續(xù)開采方法，其特征在于，包括在垂直方向，將礦體劃分為若干個中段，并將每個所述中段劃分為上中段、中間中段和下中段，按預(yù)定的方向?qū)λ鋈舾蓚€中段進(jìn)行編號；對所述編號為奇數(shù)且至少間隔兩個所述中段的上中段和中間中段先后進(jìn)行開采，并對開采完成的中間中段采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的上中段及中間中段的其余部分采用膠結(jié)充填；當(dāng)所有的所述編號為奇數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對所述編號為偶數(shù)且至少間隔兩個所述中段的下中段和中間中段先后進(jìn)行開采，對開采完成的下中段的頂部和底部以及中間中段的底部都采用預(yù)定厚度的高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成下中段的其余部分采用膠結(jié)充填，對開采完成的中間中段的其余部分采用非膠結(jié)充填；對已經(jīng)完成開采并充填的所述編號為偶數(shù)的中段的上中段進(jìn)行開采，并對開采完成的上中段采用非膠結(jié)充填；當(dāng)所有的所述編號為偶數(shù)的中段都開采并充填完畢后，對所述編號為奇數(shù)區(qū)域的下中段進(jìn)行開采，并開采完成的下中段的底部采用高強(qiáng)度膠結(jié)充填，對開采完成的下中段的其余部分采用膠結(jié)充填。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高強(qiáng)度尾砂膠結(jié)為預(yù)定厚度的灰沙比為1比4的尾砂膠結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在對所述編號為奇數(shù)中段的上中段和中間中段進(jìn)行開采的過程中，在所述中間中段的底部兩側(cè)各保留一塊三角區(qū)域的礦塊。
4.基于權(quán)利要求1至3所述的垂直方向上連續(xù)開采方法的應(yīng)用，其特征在于，該方法用于在垂直方向上進(jìn)行全礦體連續(xù)開采。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種垂直方向上連續(xù)開采方法及在全礦體連續(xù)開采中的應(yīng)用，包括將礦體劃分為若干個中段，各中段間隔式劃分礦房和礦柱，并對礦房和礦柱進(jìn)行編號；以三個中段為例，對編號為奇數(shù)的采場上中段和中間中段先后進(jìn)行開采，采完后對編號為奇數(shù)的采場上中段和中間中段采用膠結(jié)充填，底部采用一定厚度高強(qiáng)度膠結(jié)充填；對編號為偶數(shù)的采場下中段和中間中段先后進(jìn)行開采，采完后對編號為偶數(shù)的采場下中段頂部、底部及中間中段底部采用一定厚度高強(qiáng)度膠結(jié)充填，下中段其余部分采用膠結(jié)充填，中間中段其余部分采用非膠結(jié)充填；對偶數(shù)區(qū)域的上中段進(jìn)行開采，采完后采用非膠結(jié)充填；對編號為奇數(shù)的采場下中段進(jìn)行開采，采完后對編號為奇數(shù)的采場下中段底部采用高強(qiáng)度膠結(jié)充填，其余部分采用膠結(jié)充填。底部結(jié)構(gòu)的三角礦柱和高強(qiáng)度膠結(jié)充填體構(gòu)成隔離層，隔離層取代原巖水平礦柱。實(shí)現(xiàn)礦體自上而下連續(xù)開采。
文檔編號E21C41/22GK102155227SQ20111004086
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者楊小聰, 楊志強(qiáng), 解聯(lián)庫, 許文遠(yuǎn), 郭利杰 申請人:北京礦冶研究總院