本發(fā)明巨厚鉀鹽礦床豎向深槽底卸式開(kāi)采方法，屬于鹽類(lèi)礦床開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于厚度30m以上特厚鉀鹽及類(lèi)似條件鹽類(lèi)礦床的井工開(kāi)采。

背景技術(shù)：

世界鉀資源豐富，90%以上為海相鹽類(lèi)沉積礦床，少部分為含鉀鹵水，大約95%的鉀鹽被利用生產(chǎn)鉀肥。鉀鹽礦床主要有鉀石鹽礦和光鹵石礦，用鉀石鹽礦生產(chǎn)鉀肥產(chǎn)生的尾礦為kcl產(chǎn)品3～5倍的氯化鈉固體，用光鹵石礦生產(chǎn)鉀肥產(chǎn)生的尾礦為kcl產(chǎn)品2～3倍的氯化鈉固體和4～8倍的氯化鎂溶液，一直以來(lái)，尾礦氯化鈉固體和氯化鎂溶液能否實(shí)現(xiàn)有效回填是關(guān)系到生態(tài)環(huán)保、制約鉀鹽礦可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。分析目前固體鉀鹽礦床的開(kāi)采技術(shù)發(fā)展水平，世界上各主要鉀鹽礦開(kāi)采國(guó)家普遍采用全斷面采鉀機(jī)、連采機(jī)、綜掘機(jī)等機(jī)械化開(kāi)采設(shè)備，巷道布置多采用房式開(kāi)采(留設(shè)條帶狀保護(hù)礦柱)或房柱式開(kāi)采(留設(shè)網(wǎng)格狀保護(hù)礦柱)的布置方式，少數(shù)礦井將尾礦氯化鈉固體和氯化鎂溶液部分回填至采空區(qū)。由于采空區(qū)為近水平空間結(jié)構(gòu)的特征，回填的尾礦難以有效接頂，采空區(qū)充填率大多維持在80%以下，充填體不能起到頂板支護(hù)的作用，主要依靠留設(shè)的條帶狀或網(wǎng)格狀礦柱控制采空區(qū)圍巖。因此，目前的固體鉀鹽礦床開(kāi)采方法均屬于固體礦床水平房柱式開(kāi)采采空區(qū)部分回填的技術(shù)范疇，解決了厚度30m以下鉀鹽礦床的高效開(kāi)采問(wèn)題，但尾礦回填依然嚴(yán)重制約著礦井的可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采，當(dāng)其應(yīng)用于厚度大于30m的巨厚鉀鹽礦床開(kāi)采時(shí)，缺點(diǎn)更為突出，需采用沿礦層厚度方向進(jìn)行分層、逐層間隔開(kāi)采的巷道布置方式，主要存在以下方面的問(wèn)題：(1)采掘設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備及各配套生產(chǎn)系統(tǒng)需多次進(jìn)行搬家倒面作業(yè)，搬家倒面成本加大；(2)運(yùn)輸系統(tǒng)多次轉(zhuǎn)載搭接，生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)輸效率降低，運(yùn)輸成本加大，同時(shí)制約礦石生產(chǎn)能力；(3)采礦設(shè)備水平落礦的方式，在提高采礦能力的同時(shí)需保障設(shè)備自身工作的穩(wěn)定性，采礦設(shè)備的重量和功率增大，目前每臺(tái)采礦設(shè)備的重量已增大到90～135t左右、功率已增大到515～795kw左右；(4)采空區(qū)近水平空間結(jié)構(gòu)的特征，為提高充填率，需構(gòu)筑充填設(shè)施逐段進(jìn)行尾礦回填，充填工藝系統(tǒng)復(fù)雜、充填難度大、充填成本高；(5)沿礦層厚度進(jìn)行多次分層，充填率難以保障，頂板及上覆地層控制難度增大，安全隱患增多，安全可靠程度降低；(6)充填體難以有效接頂，需要留設(shè)大量的保護(hù)礦柱控制采空區(qū)圍巖，資源回收率降低，約在20%～30%左右；(7)尾礦氯化鈉固體和氯化鎂溶液不能全部回填至采空區(qū)，帶來(lái)生態(tài)環(huán)保問(wèn)題，制約礦井可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采。綜上所述，固體礦床水平房柱式開(kāi)采采空區(qū)部分回填的開(kāi)采方法，主要存在采掘工作面搬家倒面次數(shù)多、搬家倒面成本高，運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜、效率低、運(yùn)輸成本高，設(shè)備重量和功率大、投資高、能耗大、落礦成本高，充填工藝系統(tǒng)復(fù)雜、充填成本高，圍巖控制難度大、礦井安全可靠程度低，保護(hù)礦柱留設(shè)多、資源回收率低，尾礦不能全部回填、生態(tài)環(huán)保問(wèn)題突出等技術(shù)缺陷，難以實(shí)現(xiàn)厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的安全、高效、生態(tài)環(huán)保、可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種巨厚鉀鹽礦床豎向深槽底卸式開(kāi)采方法，通過(guò)改變水平落礦為豎向落礦、減少礦床分層次數(shù)、自溜連續(xù)運(yùn)輸?shù)V石和低成本回填尾礦，減少設(shè)備重量、功率和能耗、降低落礦成本，減少采掘工作面搬家倒面次數(shù)多、降低搬家倒面成本，簡(jiǎn)化運(yùn)輸系統(tǒng)、提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本，簡(jiǎn)化充填工藝系統(tǒng)、降低充填成本，低成本全部回填尾礦、解決尾礦堆積生態(tài)環(huán)保問(wèn)題，安全前提下盡可能的回收保護(hù)礦柱、減少保護(hù)礦柱留設(shè)、提高資源回收率，有效控制采空區(qū)圍巖、提高礦井安全可靠程度，開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)現(xiàn)厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的安全、高效、生態(tài)環(huán)保、可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：巨厚鉀鹽礦床豎向深槽底卸式開(kāi)采方法，按照下述步驟進(jìn)行：

第一步，根據(jù)厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的厚度、埋深、形態(tài)和地層等賦存條件，對(duì)礦體及圍巖的力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，合理確定工作面開(kāi)采塊段的長(zhǎng)度、寬度、厚度，分層厚度，深槽長(zhǎng)度、寬度、高度、夾層厚度和保護(hù)礦柱寬度等開(kāi)采技術(shù)參數(shù)，布置巷道進(jìn)行礦石開(kāi)采；

第二步，按長(zhǎng)度500～2000m、寬度70～200m、厚度為礦體厚度，劃分工作面開(kāi)采塊段，沿礦層上部頂板布置上水平順槽巷道，沿礦層下部底板布置下水平順槽巷道，上下水平順槽巷道通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷道相聯(lián)；

第三步，在工作面上、下水平順槽巷道內(nèi)，按照6～12m的深槽寬度、8～15m的保護(hù)礦柱寬度，分別布置上、下水平開(kāi)采巷道，在上水平開(kāi)采巷道內(nèi)采用反井鉆機(jī)或聯(lián)絡(luò)巷道鉆機(jī)按照20～50m的間距預(yù)先施工直徑為0.8～1.4m的溜礦孔貫穿上水平開(kāi)采巷道和下水平開(kāi)采巷道；

第四步，按照20～50m的分層厚度進(jìn)行分層，與上、下水平順槽巷道上下重疊、沿每一分層分別布置分層順槽巷道，分層順槽巷道根據(jù)開(kāi)采順序、自下而上依次施工，且通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷與上、下水平順槽巷道相聯(lián)；

第五步，在每一分層順槽巷道內(nèi)，按照500～2000m的長(zhǎng)度、6～12m的寬度、15～40m的高度布置開(kāi)采深槽，首先在深槽上部采用掘進(jìn)機(jī)形成4m高度的開(kāi)采巷道，并沿頂板敷設(shè)充填管路，之后采用豎向采礦機(jī)進(jìn)行豎向、深槽、底卸式開(kāi)采，采落的礦石由推礦機(jī)推送至溜礦孔、自溜連續(xù)運(yùn)輸至下水平開(kāi)采順槽內(nèi)的膠帶輸送機(jī)；

第六步，豎向采礦機(jī)開(kāi)采深槽的過(guò)程中，每開(kāi)采2m左右的深度，構(gòu)建溜礦設(shè)施，以彌補(bǔ)采空的溜礦孔，貫通上下部溜礦孔，為上一分層的開(kāi)采服務(wù)；豎向采礦機(jī)開(kāi)采至預(yù)定的深度，留設(shè)5～10m的夾層厚度，由聯(lián)絡(luò)巷道進(jìn)入下一開(kāi)采深槽進(jìn)行開(kāi)采；

第七步，在每一分層開(kāi)采巷道內(nèi)，依次順序開(kāi)采完各深槽后，根據(jù)尾礦處理、環(huán)境保護(hù)和采空區(qū)圍巖控制的要求，進(jìn)行采空區(qū)充填，進(jìn)行采空區(qū)充填時(shí)，根據(jù)采礦充填銜接關(guān)系、采空區(qū)力學(xué)結(jié)構(gòu)特征和尾礦回填料漿特性，合理確定充填工藝，通過(guò)各充填管路閥門(mén)的配合、充填設(shè)施的構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)深槽采空區(qū)的立體式、有序化、全體積充填；

第八步，分層充填完畢后，布置上一分層進(jìn)行開(kāi)采、充填，工作面開(kāi)采塊段各分層的深槽整體開(kāi)采、充填穩(wěn)定之后，采用豎向柱狀開(kāi)采方法對(duì)深槽之間的部分保護(hù)礦柱進(jìn)行回收；部分保護(hù)礦柱回收完畢之后，對(duì)采空的采柱空間進(jìn)行立體式、有序化、全體積充填；

第九步，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的安全高效開(kāi)采、尾礦低成本回填、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和礦井可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采。

所述第八步中，深槽間保護(hù)礦柱的回收順序?yàn)椋涸诒Ｗo(hù)礦柱上方施工上水平回收巷道，在保護(hù)礦柱下方施工下水平回收巷道；在上水平回收巷道內(nèi)，采用豎向立式采礦掘進(jìn)機(jī)或反井鉆井開(kāi)采回收柱形采柱，回收采落的礦石自溜連續(xù)運(yùn)輸至下水平回收巷道內(nèi)的膠帶輸送機(jī)。

采用豎向立式采礦掘進(jìn)機(jī)回收時(shí)，按照11～17m的間距、布置直徑為8～12m的回收采柱，每個(gè)回收的采柱預(yù)先采用反井鉆機(jī)或聯(lián)絡(luò)巷道鉆機(jī)施工直徑為0.8～1.4m的溜礦孔貫穿上水平回收巷道和下水平回收巷道。

采用反井鉆井回收時(shí)，按照6～11m的間距、布置直徑為3.5～6m的回收采柱。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。

1、本發(fā)明解決了厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的安全、高效、生態(tài)環(huán)保和可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采，并為類(lèi)似條件鹽類(lèi)礦床的安全高效開(kāi)采提供了有力的技術(shù)支持。

2、本發(fā)明改變水平落礦為豎向落礦，可充分借助采礦設(shè)備自身重量實(shí)現(xiàn)礦石破碎和保障設(shè)備自身工作穩(wěn)定，改變了水平落礦需要通過(guò)增加采礦設(shè)備重量和功率以實(shí)現(xiàn)礦石破碎和保障設(shè)備自身工作穩(wěn)定的方式，減少了設(shè)備重量、功率和能耗，降低了落礦成本。

3、本發(fā)明采用豎向深槽的巷道布置方式，減少了礦床分層次數(shù)和采掘工作面搬家倒面的次數(shù)，降低了搬家倒面成本。

4、本發(fā)明采用溜礦孔自溜連續(xù)運(yùn)輸?shù)V石，簡(jiǎn)化了運(yùn)輸系統(tǒng)，提高了運(yùn)輸效率，降低了運(yùn)輸成本；綜合落礦成本、運(yùn)輸成本及搬家倒面成本，采礦成本可減少20%左右。

5、本發(fā)明采用豎向深槽的采空區(qū)空間特征，有利于提高采空區(qū)充填率、實(shí)現(xiàn)采空區(qū)全體積充填，簡(jiǎn)化了充填工藝系統(tǒng)，減低了充填成本；有利于低成本回填全部尾礦，解決尾礦堆積生態(tài)環(huán)保問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)礦井可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采。

6、本發(fā)明利用礦柱與充填體相互耦合的作用，有效控制采空區(qū)圍巖，提高礦井安全可靠程度，并利用豎向柱狀開(kāi)采方法回收深槽之間的部分保護(hù)礦柱，減少保護(hù)礦柱留設(shè)，提高資源回收率，資源回收率可提高10%左右。

7、本發(fā)明是厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床開(kāi)采方法的開(kāi)創(chuàng)性革新。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明工作面開(kāi)采塊段開(kāi)采布置平面圖。

圖2為圖1中a-a截面的剖面圖。

圖3為本發(fā)明豎向深槽底卸式開(kāi)采示意圖。

圖4為本發(fā)明深槽間保護(hù)礦柱部分回收平面圖。

圖5為圖4中b-b截面的剖面圖。

圖6為本發(fā)明開(kāi)采后采空區(qū)全體積充填示意圖。

圖中：a為工作面開(kāi)采塊段的長(zhǎng)度或深槽長(zhǎng)度，b為工作面開(kāi)采塊段的寬度，c為工作面開(kāi)采塊段的厚度，d為分層厚度，e為深槽寬度，f為深槽高度，g為夾層厚度，h為保護(hù)礦柱寬度，1為上水平順槽巷道，2為下水平順槽巷道，3為上水平開(kāi)采巷道，4為下水平開(kāi)采巷道，5為溜礦孔，6為分層順槽巷道，7為分層開(kāi)采巷道，8為正在開(kāi)采的深槽，9為已采空的深槽，10為采空并充填的深槽，11為自溜連續(xù)運(yùn)輸?shù)牡V石，12為下水平開(kāi)采順槽內(nèi)的膠帶輸送機(jī)，13為開(kāi)采過(guò)后構(gòu)建的溜礦設(shè)施，14為上水平回收巷道，15為下水平回收巷道，16為深槽間正在回收的采柱，17為深槽間已回收的采柱，18為回收并充填的采柱，19為殘留礦體。

具體實(shí)施方式

如圖1～圖6所示，本發(fā)明巨厚鉀鹽礦床豎向深槽底卸式開(kāi)采方法，按照下述步驟進(jìn)行：

第一步，根據(jù)厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的厚度、埋深、形態(tài)、地層等賦存條件，對(duì)礦體及圍巖的力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，合理確定工作面開(kāi)采塊段的長(zhǎng)度、寬度、厚度，分層厚度，深槽長(zhǎng)度、寬度、高度、夾層厚度和保護(hù)礦柱寬度等開(kāi)采技術(shù)參數(shù)，布置巷道進(jìn)行礦石開(kāi)采。

第二步，按長(zhǎng)度500～2000m、寬度70～200m、厚度為礦體厚度，劃分工作面開(kāi)采塊段，沿礦層上部頂板布置上水平順槽巷道，沿礦層下部底板布置下水平順槽巷道，上下水平順槽巷道通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷道相聯(lián)。

第三步，在工作面上、下水平順槽巷道內(nèi)，按照6～12m的深槽寬度、8～15m的保護(hù)礦柱寬度，分別布置上、下水平開(kāi)采巷道，在上水平開(kāi)采巷道內(nèi)采用反井鉆機(jī)或聯(lián)絡(luò)巷道鉆機(jī)按照20～50m的間距預(yù)先施工直徑為0.8～1.4m的溜礦孔貫穿上水平開(kāi)采巷道和下水平開(kāi)采巷道。

第四步，按照20～50m的分層厚度進(jìn)行分層，與上、下水平順槽巷道上下重疊、沿每一分層分別布置分層順槽巷道，分層順槽巷道根據(jù)開(kāi)采順序、自下而上依次施工，且通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷與上、下水平順槽巷道相聯(lián)。

第五步，在每一分層順槽巷道內(nèi)，按照500～2000m的長(zhǎng)度、6～12m的寬度、15～40m的高度布置開(kāi)采深槽，首先在深槽上部采用掘進(jìn)機(jī)形成4m高度的開(kāi)采巷道，并沿頂板敷設(shè)充填管路，之后采用豎向采礦機(jī)進(jìn)行豎向、深槽、底卸式開(kāi)采，采落的礦石由推礦機(jī)推送至溜礦孔、自溜連續(xù)運(yùn)輸至下水平開(kāi)采順槽內(nèi)的膠帶輸送機(jī)。

第六步，豎向采礦機(jī)開(kāi)采深槽的過(guò)程中，每開(kāi)采2m左右的深度，構(gòu)建溜礦設(shè)施，以彌補(bǔ)采空的溜礦孔，貫通上下部溜礦孔，為上一分層的開(kāi)采服務(wù)；豎向采礦機(jī)開(kāi)采至預(yù)定的深度，留設(shè)5～10m的夾層厚度，由聯(lián)絡(luò)巷道進(jìn)入下一開(kāi)采深槽進(jìn)行開(kāi)采。

第七步，在每一分層開(kāi)采巷道內(nèi)，依次順序開(kāi)采完各深槽后，根據(jù)尾礦處理、環(huán)境保護(hù)和采空區(qū)圍巖控制的要求，進(jìn)行采空區(qū)充填。進(jìn)行采空區(qū)充填時(shí)，根據(jù)采礦充填銜接關(guān)系、采空區(qū)力學(xué)結(jié)構(gòu)特征和尾礦回填料漿特性，合理確定充填工藝，通過(guò)各充填管路閥門(mén)的配合、充填設(shè)施的構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)深槽采空區(qū)的立體式、有序化、全體積充填。

第八步，分層充填完畢后，布置上一分層進(jìn)行開(kāi)采、充填，工作面開(kāi)采塊段各分層的深槽整體開(kāi)采、充填穩(wěn)定之后，采用豎向柱狀開(kāi)采方法(專(zhuān)利號(hào)為201611217933.1的特厚鉀鹽礦床豎向綜合機(jī)械化開(kāi)采方法)對(duì)深槽之間的部分保護(hù)礦柱進(jìn)行回收。深槽間保護(hù)礦柱的回收順序?yàn)椋涸诒Ｗo(hù)礦柱上方施工上水平回收巷道，在保護(hù)礦柱下方施工下水平回收巷道；在上水平回收巷道內(nèi)，采用豎向立式采礦掘進(jìn)機(jī)或反井鉆井開(kāi)采回收柱形采柱，采用豎向立式采礦掘進(jìn)機(jī)回收時(shí)，按照11～17m的間距、布置直徑為8～12m的回收采柱，每個(gè)回收的采柱預(yù)先采用反井鉆機(jī)或聯(lián)絡(luò)巷道鉆機(jī)施工直徑為0.8～1.4m的溜礦孔貫穿上水平回收巷道和下水平回收巷道，采用反井鉆井回收時(shí)，按照6～11m的間距、布置直徑為3.5～6m的回收采柱；回收采落的礦石自溜連續(xù)運(yùn)輸至下水平回收巷道內(nèi)的膠帶輸送機(jī)；采柱回收完畢之后，對(duì)采空的采柱空間進(jìn)行立體式、有序化、全體積充填。

第九步，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)厚度30m以上巨厚鉀鹽礦床的安全高效開(kāi)采、尾礦低成本回填、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和礦井可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采。

本發(fā)明巨厚鉀鹽礦床采用水平分層自下而上的上行開(kāi)采順序，在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，該發(fā)明同樣適用于巨厚鉀鹽礦床水平分層自上而下的下行開(kāi)采順序。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化，且均處于本發(fā)明創(chuàng)造權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。