專利名稱：一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下采礦方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法。
背景技術(shù)：
地下采礦方法包括采準、切割和回采三項基本工序，按地壓維護的方式分為空場采礦法、充填法和崩落采礦法三大類，崩落采礦法的基本特征是用崩落圍巖的方法充填采空區(qū)來控制和管理地壓的，在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，崩落法中分段崩落法、階段崩落法開采強度大、機械化程度高，在大中型地下礦山應(yīng)用最廣，分段崩落法是將礦體劃分為若干階段，再將階段用回采巷道劃分為若干分段，由上向下逐個分段進行回采，分段崩落法根據(jù)出礦方式有、無底部結(jié)構(gòu)分為有底柱分段崩落法和無底柱分段崩落法，有底柱分段崩落法底部設(shè)有底部結(jié)構(gòu)，主要在有色金屬礦山使用；無底柱分段崩落法分段下部不設(shè)底部結(jié)構(gòu)，不留任何礦柱，分段的鑿巖、崩礦和出礦等工作均在回采巷道中進行，安全可靠，上下分段回采進路在空間上呈菱形交錯布置，從回采巷道一端開始按一個較小的崩礦步距在覆蓋巖層下進行爆破和放礦等回采工作，直到回采到另一端邊界為止，在冶金礦山特別是鐵礦山地下開采中，該采礦法占絕對優(yōu)勢。階段崩落法的基本特征是回采高度等于階段全高，階段崩落法實際應(yīng)用方案比較多，目前國內(nèi)外沒有無底柱階段崩落法的方案，只有有底柱階段崩落法方案，其中端部放礦的有底柱階段崩落法有一定的優(yōu)勢，是在端部進行回采，一次回采階段全高，在階段底部布置底部結(jié)構(gòu)進行出礦。無底柱分段崩落法和端部放礦的階段崩落法都在覆蓋巖層下進行端部放礦，剛開始放出的是純礦石，很快地頂部廢石降落，形成廢石漏斗，廢石提前混入并放出。放礦時放出礦石在原來崩落礦體里的形狀(稱作放出體的形狀)，國內(nèi)外公認橢球體理論，認為放出體形狀為一橢球體，且在放礦過程中放出橢球體不斷擴大，端部放礦時放出體的形狀為半個前傾的偏橢球體。目前國內(nèi)外廣泛采用截止品位放礦，當放出礦石品位低于截止品位，即停止放礦，未放出的殘留礦石一部分在下分段放出，另一部分則損失在地下，礦石的損失率和貧化率高是其最大的缺陷，一般貧化率為20-25%，高的達42. 9%，回采率一般為55-70%。覆蓋巖層下端部放礦礦石損失貧化大一直是困擾采礦界的一大難題，為了減少貧化次數(shù)及每次貧化的程度，國內(nèi)外有人提出礦石隔離層下放礦、無貧化放礦和低貧化放礦等方法。礦石隔離層放礦方法是在形成覆蓋層時不采用廢石作覆蓋層，而采用礦石作覆蓋層，這樣能減少巖石的混入。然而，隨著開采的延深，覆蓋層不斷下降，上部巖層不斷剝落， 這些剝落巖石漸漸覆蓋在原礦石覆蓋層上。如果放礦管理不當，很容易將礦石隔離層放漏， 破壞礦石隔離層，因此，這種方法必須采用均勻(平面)放礦，以保證礦巖界面平面下降，對放礦管理工作要求過嚴，由于地下礦放礦過程是不可視的，因此，該方法不容易實現(xiàn)；另外， 由于采場礦石積壓量大，積壓了大量流動資金，該方法也難以采用。
無貧化放礦、低貧化放礦方法是介于礦石隔離層放礦和截止品位放礦之間的方法，無貧化放礦是在上部分段各個步距的放礦過程中，見到廢石就停止放礦的一種工藝；低貧化放礦方式的基本特點與無貧化類似，是當?shù)V巖界面正常到達出礦口水平，亦即放出礦石開始正常貧化(混入巖石)時，便停止放礦。無貧化放礦、低貧化放礦方法都是以數(shù)個分段作為礦石回采的考核單元，上部各分段的每個步距在出礦時有意識地適當殘留部分礦石在采場內(nèi)，在最后分段出礦時依據(jù)截止品位放礦要求進行出礦。從整體上來講，低貧化放礦方法所獲得的礦石回收指標比截止品位放礦方式要好，但不如無貧化放礦效果。雖然無貧化放礦、低貧化放礦方法都降低了礦石貧化，但是也面臨著放礦管理工作要求嚴和礦石積壓引起礦石產(chǎn)量降低的問題。放礦過程中形成的廢石漏斗是造成礦石損失率和貧化率最直接的原因，然而國內(nèi)外對廢石漏斗的控制缺乏研究。如果能控制廢石漏斗的形成，將從根本上解決覆蓋巖下端部放礦類采礦方法的礦石損失貧化問題，極大地提高礦石回采率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上存在的問題，吸取了無底柱分段崩落法和階段崩落法的優(yōu)點，提出一種有效的阻止廢石漏斗的形成、降低礦石貧化與損失、提高礦石回采率的挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法，包括將礦體劃分為階段，在階段里再劃分為分段，上下分段回采巷道呈菱形交錯布置，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道內(nèi)完成，在回采巷道內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔，在覆蓋巖層下進行回退式回采，其特征在于以階段為單位，階段內(nèi)各分段從回采巷道一端開始，先切割，再連續(xù)回采，同時上部覆蓋巖層充滿新采空區(qū)，當階段內(nèi)每個分段端部回采到同一個垂直位置，階段各分段端壁整體呈垂直狀態(tài)，然后階段的最頂分段停止回采，以下各分段依次繼續(xù)回采， 直到每個下分段都超過其上分段一個挑檐距離，完成端部挑檐結(jié)構(gòu)的準備工作。以后的開采，階段內(nèi)各分段一直保持這種挑檐結(jié)構(gòu)，回采高度等于階段全高，階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距，再按“由上而下”的順序依次在各分段回采巷道出礦， 直到回采完階段各回采進路，再開始下階段的回采。所述上向扇形中深孔，在上向扇形中深孔最底的炮孔下設(shè)置一排密集的預(yù)裂爆破孔，預(yù)裂爆破孔與水平間的夾角30-45°，長度為巷道壁到扇形中深孔爆破范圍界線的距離，預(yù)裂爆破孔間距為0. 5-0. 8m，孔徑與上向扇形中深孔相同。所述的挑檐距離D取值為h. ctan a彡D彡ξ B，其中h為巷道高，a崩落礦石自然休止角，ξ為礦石爆破膨脹系數(shù)，B為一次崩礦步距。所述階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距，其爆破包括兩部分，第一部分為本次崩礦步距的扇形中深孔爆破，崩落崩礦步距上部的礦體，第二部分為后一崩礦步距的預(yù)裂爆破，兩部分的爆破同次完成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有如下優(yōu)點
由于本發(fā)明在回采巷道工作面末端形成挑檐結(jié)構(gòu)，除階段最頂分段外其它回采巷道都在其正上方挑檐結(jié)構(gòu)的遮掩下進行爆破與出礦，挑檐結(jié)構(gòu)可以將崩落礦石與其上部覆蓋巖石隔離開，放礦時有效地阻止廢石漏斗的形成，從而減少了礦石貧化，放出體形態(tài)將放大，也大大地提高礦石回采率，有效地解決了損失貧化問題。


圖1為端部挑檐結(jié)構(gòu)的準備工作示意圖。圖2為圖1階段各分段端壁整體呈垂直狀態(tài)位置的A-A剖面圖。圖3為圖2完成端部挑檐結(jié)構(gòu)準備后的狀態(tài)圖。圖4為上向扇形中深孔與預(yù)裂爆破孔結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的A-A剖面圖。圖6為保證挑檐結(jié)構(gòu)能遮擋崩落礦體的挑檐距離的取值范圍說明圖。 圖7為不能超過廢石自然休止角到達位置的挑檐距離取值范圍說明圖。圖8為傳統(tǒng)方法放礦效果示意圖。圖9為本發(fā)明多進路情況下階段第2分段放礦效果示意圖。圖10為本發(fā)明階段第3分段及以下分段放礦效果示意圖。圖中
1為回采巷道，2為覆蓋巖層，3為礦體，4為階段各分段端壁整體呈垂直狀態(tài)的位置，5 為礦體端部圍巖，6為上向扇形中深孔，7為扇形中深孔爆破范圍界線，8為預(yù)裂爆破孔，9為崩落礦石碎脹后到達的位置，10為崩落礦石在回采巷道自由堆落位置，11為傳統(tǒng)放礦的廢石漏斗，12為傳統(tǒng)方法截止品位放出橢球體，13為崩落礦石，14為挑檐上部放出橢球體，15 為挑檐下部放出橢球體，δ為預(yù)裂爆破孔間距，β為預(yù)裂爆破孔與水平間的夾角，B為崩礦步距，D為挑檐距離，h為巷道高，a為崩落礦石自然休止角，L為預(yù)裂爆破孔長度。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體實施方式
。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明的一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法，包括將礦體劃分為階段，在階段里再劃分為分段，上下分段回采巷道1呈菱形交錯布置，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道1內(nèi)完成，在回采巷道1內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔6，在覆蓋巖層2下進行回退式回采，其特征在于以階段為單位，階段內(nèi)各分段從回采巷道1 一端開始，先切割，再連續(xù)回采，同時上部覆蓋巖層2充滿新采空區(qū)，當階段內(nèi)每個分段端部到達同一個垂直位置4時，階段各分段端壁整體呈垂直狀態(tài)，如圖2所示，然后，階段的最頂分段停止回采，以下各分段依次繼續(xù)回采，直到每個下分段都超過其上分段一個挑檐距離D，完成端部挑檐結(jié)構(gòu)的準備工作，如圖3所示。以后的開采，階段內(nèi)各分段一直保持這種挑檐結(jié)構(gòu)，回采高度等于階段全高，階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距B，再按“由上而下”的順序依次在各分段回采巷道1出礦，直到回采完階段各回采進路，再開始下階段的回采。圖中3為礦體，5為礦體端部圍巖。為了防止下分段爆破將上分段預(yù)先布置的炮孔破壞，影響其裝藥和爆破，本發(fā)明所述的上向扇形中深孔6，在上向扇形中深孔6最底部設(shè)置一排密集的預(yù)裂爆破孔8，預(yù)裂爆破孔8與水平間的夾角β為30-45°，預(yù)裂爆破孔8的長度L為巷道壁到扇形中深孔爆破范圍界線7的距離，預(yù)裂爆破孔間距δ為0.5-0. 8m，孔徑與上向扇形中深孔6相同，如圖4、圖5所示。本發(fā)明所述的挑檐距離D取值為h. ctan a彡D彡ξ B，其中h為巷道高，a 崩落礦石自然休止角，ξ為礦石爆破膨脹系數(shù)，B為一次崩礦步距。挑檐距離D通常取為 1. 5-3m,其取值范圍1)其取值必須保證爆破后，崩落礦石在其上挑檐結(jié)構(gòu)的遮擋之內(nèi)，否則挑檐結(jié)構(gòu)對下部放礦口的放礦不起保護作用，即D > ξ . B，如圖6所示，9為崩落礦石碎脹后到達的位置，崩礦后挑檐結(jié)構(gòu)端壁必須到達這個位置；2) D值不允許過大，如果超過崩落礦石按自然休止角在回采巷道自由堆落位置10時，就會在工作面出現(xiàn)一個空區(qū)，影響爆破裝藥，即D ctana，如圖6、圖7所示。本發(fā)明所述階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距，其爆破包括兩部分，第一部分為本次崩礦步距B的扇形中深孔爆破，崩落崩礦步距上部的礦體，第二部分為后一崩礦步距的預(yù)裂爆破，兩部分的爆破同次完成。下面通過圖8和圖9、圖10的對比來進一步說明本發(fā)明的有益效果
1 )、圖8示出了傳統(tǒng)放礦方法很快形成廢石漏斗11，廢石提前混入，其放出橢球體12得不到發(fā)育，放出橢球體12長、短軸都小，放出礦石量少。2)、本發(fā)明階段第1分段放礦口上部沒有挑檐結(jié)構(gòu)的遮掩，直接在覆蓋巖層下放礦，效果與傳統(tǒng)方法一樣。3 )、圖9示出了本發(fā)明階段第2分段放礦效果，本發(fā)明放出橢球體為挑檐下部放出橢球體15和挑檐上部的放出橢球體14的組合體，挑檐下部放出橢球體15為本次爆破崩落礦石的放出體，由于正上方有挑檐結(jié)構(gòu)的遮擋，阻止了放礦過程中廢石漏斗的形成，挑檐下部放出橢球體15充分發(fā)育，長、短軸都大，本次新崩落礦石得到充分放出，殘留小。挑檐上部的放出橢球體14主要是上分段放礦遺留下來的脊部殘留礦石的放出體，在多進路情況下，脊部殘留上部由于存在覆蓋巖，放出橢球體14形態(tài)比挑檐下部放出橢球體15??；在單進路情況下，由于上部放礦口不正對下部放礦口，且有挑檐結(jié)構(gòu)和上盤未爆破的圍巖壁的遮掩，放礦橢球體14發(fā)育條件好，放出橢球體14形態(tài)比多進路長、短軸大些。4)、圖10示出了本發(fā)明階段第3分段及以下分段的放礦效果，本發(fā)明放出橢球體為挑檐下部放出橢球體15和挑檐上部的放出橢球體14的組合體，挑檐下部放出橢球體 15為本次爆破崩落礦石的放出體，由于正上方有挑檐結(jié)構(gòu)的遮擋，阻止了放礦過程中廢石漏斗的形成，挑檐下部放出橢球體15充分發(fā)育，長、短軸都大，本次新崩落礦石得到充分放出，殘留小。挑檐上部的放出橢球體14主要是上分段放礦遺留下來的脊部殘留礦石的放出體，在多進路情況下，由于正上方放礦口放礦后遺留下一個廢石漏斗，放出橢球體14形態(tài)比挑檐下部放出橢球體15??；在單進路情況下，上部放礦口不正對下部放礦口，且有挑檐結(jié)構(gòu)和上盤未爆破的圍巖壁的遮掩，放礦橢球體14發(fā)育條件好，放出橢球體14形態(tài)比多進路長、短軸大些?？傮w上看，本發(fā)明放出橢球體形狀與崩落礦石13形狀相近，放出礦石量大，與傳統(tǒng)方法相比能降低貧化率約10-15%，并提高回采率10-30%。因此本發(fā)明適用于中穩(wěn)以上礦體的地下開采，工藝簡單，生產(chǎn)能力大，成本低，且安全可靠、簡單易行、效益好，可以取代目前的無底柱分段崩落采礦法。
權(quán)利要求
1.一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法，包括將礦體劃分為階段，在階段里再劃分為分段，上下分段回采巷道呈菱形交錯布置，在回采巷道內(nèi)完成鑿巖、爆破與出礦，在回采巷道內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔，在覆蓋巖層下進行回退式回采，其特征在于以階段為單位，階段內(nèi)各分段從回采巷道一端開始，先切割，再連續(xù)回采，同時上部覆蓋巖層充滿新采空區(qū)，當階段內(nèi)每個分段端部回采到同一個垂直位置，階段各分段端壁整體呈垂直狀態(tài)，然后階段的最頂分段停止回采，以下各分段依次繼續(xù)回采，直到每個下分段都超過其上分段一個挑檐距離D，完成端部挑檐結(jié)構(gòu)的準備工作，以后的開采，階段內(nèi)各分段一直保持這種挑檐結(jié)構(gòu)，回采高度等于階段全高，階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距，再按“由上而下”的順序依次在各分段回采巷道出礦，直到回采完階段各回采進路，再開始下階段的回采。
2.根據(jù)權(quán)利要求1挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法，其特征在于所述上向扇形中深孔，在上向扇形中深孔最底的炮孔下設(shè)置一排密集的預(yù)裂爆破孔，預(yù)裂爆破孔與水平間的夾角30-45°，長度為巷道壁到扇形中深空爆破范圍界線的距離，預(yù)裂爆破孔間距為 0. 5-0. 8m，孔徑與上向扇形中深孔相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法，其特征在于所述挑檐距離D 取值為h. ctan a彡D彡ξ B其中h為巷道高，a崩落礦石自然休止角，ξ為礦石爆破膨脹系數(shù)，B為一次崩礦步距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法，其特征在于所述的階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距，其爆破包括兩部分，第一部分為本次崩礦步距的扇形中深孔爆破，崩落崩礦步距上部的礦體，第二部分為后一崩礦步距的預(yù)裂爆破，兩部分的爆破同次完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法。包括將礦體劃分為階段，在階段里再劃分為分段，上下分段回采巷道呈菱形交錯布置，在回采巷道內(nèi)完成鑿巖、爆破與出礦，其特征是以階段為單位，完成端部挑檐結(jié)構(gòu)后，階段內(nèi)各分段一直保持這種挑檐結(jié)構(gòu)，回采高度等于階段全高，階段內(nèi)各分段按“由上而下”的順序依次爆破一個崩礦步距，再按“由上而下”的順序依次在各分段回采巷道出礦，直到回采完階段各回采進路，再開始下階段的回采。其優(yōu)點是挑檐結(jié)構(gòu)可將崩落礦石與覆蓋巖石隔開，放礦時有效地阻止廢石漏斗的形成。
文檔編號E21C41/16GK102261248SQ20111023206
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者陳曉青 申請人:遼寧科技大學(xué)