專利名稱：斜壁粗顆粒水砂充填采礦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傾斜緩傾斜中厚礦體的采礦方法。
一般說來，傾斜、緩傾斜中厚礦體的開采難度大，實(shí)屬難采礦體之列，主要是難在采場頂板管理、礦石運(yùn)搬和礦房、礦柱二步驟回采上。據(jù)地質(zhì)部門探明我國此類礦體的金屬總儲(chǔ)量占五分之一強(qiáng)，因此對(duì)這種礦體的先進(jìn)采礦方法的研究與創(chuàng)新就具有相當(dāng)重要的作用。
經(jīng)國際聯(lián)機(jī)檢索，沒有查到有關(guān)斜壁粗顆粒水砂充填采礦方法的資料。
本發(fā)明人在研究改進(jìn)舊采礦方法的基礎(chǔ)上，采用沿走向斜壁布置采場，盤區(qū)內(nèi)礦體連續(xù)回采，不留礦柱，從根本上解決了二步驟回采難的問題;用鏟運(yùn)機(jī)出礦解決了礦石搬運(yùn)難的問題;使用專門研制的采場頂板作業(yè)車及新型水泥藥卷錨桿支護(hù)頂板，從而解決了這類礦體頂板管理難的問題。此外，爆破采用多排多向微差爆破一次成切割立槽和雙排同段多排微差雙重起爆側(cè)向崩礦新工藝;采用先進(jìn)的粗顆粒水砂充填技術(shù)充填采空區(qū);此外，從脈外斜坡道開拓，采準(zhǔn)回采，處理頂板松石等形成一整套無軌化作業(yè);并首次采用鋼筋網(wǎng)濾水擋墻密閉采空區(qū)等技術(shù)措施。
因此，本發(fā)明提供了一種斜壁粗顆粒水砂充填采礦的方法。
下面就本發(fā)明的必要技術(shù)特征逐一作更為詳細(xì)地描述。


圖1為本發(fā)明采礦方法正視立體圖。
圖2為本發(fā)明采礦方法右視立體圖。
圖3為采準(zhǔn)布置示意側(cè)視圖。
圖4為采準(zhǔn)布置示意俯視圖。
圖5為預(yù)埋荊芭棍示意圖。
圖6為鋼筋網(wǎng)濾水擋墻正面結(jié)構(gòu)圖。
圖7為鋼筋網(wǎng)濾水擋墻側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。
沿走向布置采場(圖1、2)。
采場沿礦體走向布置，長度為50～60米，采場寬度(沿傾斜方向)為8米，高8米，當(dāng)?shù)V體厚度超過8米時(shí)實(shí)行分采。將礦體劃分為條帶式采場，相鄰采場之間按60°斜壁劃分，改傳統(tǒng)的直壁為斜壁，這樣采空區(qū)充填后的充填體就形成60°斜壁。本采礦法采準(zhǔn)工程量很小，采準(zhǔn)工程包括分段鑿裝道1，分段聯(lián)絡(luò)道2，放礦溜井3和充填通風(fēng)井4，千噸采準(zhǔn)比為16.5米/千噸。分段鑿裝道1布置在分段沿礦體傾向的的下角部位，規(guī)格為3×3m，主要做為分段中深孔鉆鑿和電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦之用，其兩端與分段聯(lián)絡(luò)道相通。分段聯(lián)絡(luò)道2布置在采區(qū)兩翼的邊緣部位，規(guī)格為3×3m，除了與分段鑿裝道連接部分外，均掘在礦體底盤中，其兩端分別連接斜坡道和分段鑿裝道，并與放礦溜井相通，分段聯(lián)絡(luò)道既做為各分段的聯(lián)絡(luò)巷和出礦過程中鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)行干線，同時(shí)又做為各分段進(jìn)風(fēng)巷和設(shè)備停放，調(diào)運(yùn)巷道。放礦溜井3分別與分段聯(lián)絡(luò)道和中段水平運(yùn)輸?shù)老嗤?，?guī)格為2×2m，為加速采場出礦作業(yè)，在采區(qū)兩翼各布置一個(gè)放礦溜井。分段切割井布置在靠近采場的兩端或中部皆可，由鑿裝道上掘與水平成60°角，規(guī)格為2×2m，切割井與靠近礦體頂板的充填通風(fēng)井連通，該井同時(shí)做采場通風(fēng)和行人用。充填通風(fēng)井4布置在整個(gè)試采區(qū)靠近礦體頂板的最高處，規(guī)格為2×2m，其分別與切割井和上一中段主回風(fēng)巷連通。充填管路通過充填通風(fēng)井進(jìn)入采場，采場污風(fēng)通過充填通風(fēng)井進(jìn)入上一中段的主回風(fēng)巷，同時(shí)該井還兼做行人之用。圖3、4上述采準(zhǔn)工程中，分段聯(lián)絡(luò)道，放礦溜井和充填通風(fēng)井基本上可以整個(gè)試采區(qū)一次性掘好，只分段鑿裝道只能一個(gè)分段接著一個(gè)分段依次掘進(jìn)。
采準(zhǔn)施工的順序是先從斜坡道掘分段聯(lián)絡(luò)道，然后再由分段聯(lián)絡(luò)道按設(shè)計(jì)掘各分段鑿裝道和充填通風(fēng)井，從分段鑿裝道中上掘切割井，放礦溜井則由中段運(yùn)輸?shù)郎暇蚺c分段聯(lián)絡(luò)道聯(lián)通。本采礦法的回采是首先從沿礦體傾向靠下部第一個(gè)分段開始，此分段回采完后采用膠結(jié)充填，做為下一個(gè)中段回采的人工頂柱，緊接進(jìn)行高效率的粗顆粒水砂充填，然后向上一個(gè)分段接著一個(gè)分段進(jìn)行回采，相鄰分段之間，充填體5側(cè)面形成60°斜壁，分段之間不留礦柱，上一個(gè)分段中深孔鉆鑿或充填期間可進(jìn)行后續(xù)一個(gè)分段的鑿裝道和切割井的掘進(jìn)，以形成回采充填與采準(zhǔn)施工平行作業(yè)，在一個(gè)采區(qū)內(nèi)實(shí)行采、掘、出、充連續(xù)或平行作業(yè)，以加快回采速度提高生產(chǎn)能力。
采場頂板作業(yè)車處理松石。
由于采區(qū)礦體厚度不同，采場頂板管理有二種，一是當(dāng)?shù)V體厚度大于8m時(shí)，一次回采高度只有8米，采場頂板巖石是穩(wěn)固的，爆破后只需用采場頂板作業(yè)車處理頂板和側(cè)幫松石;二是當(dāng)?shù)V體厚度小于或等于8m時(shí)，則應(yīng)在扇形中深孔分段爆破前進(jìn)行預(yù)控頂處理，即首先切頂和安裝水泥藥卷錨桿支護(hù)采場頂板。采場頂板作業(yè)車采用電動(dòng)機(jī)和低污染的柴油機(jī)兩套動(dòng)力系統(tǒng)，通過電控液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)工作中的升降、平衡和擺動(dòng)，該機(jī)車作業(yè)高度可達(dá)12m，作業(yè)寬度可達(dá)9m以上，它除用于采場頂板和側(cè)壁松石的處理外，還用于采場頂板錨桿安裝、裝藥等其它作業(yè)。
斜壁布置礦房，實(shí)現(xiàn)了礦體的連續(xù)開采，從根本上解決了傾斜、緩傾斜礦體二步驟回采難的問題。
采用極限平衡理論，對(duì)斜壁充填體穩(wěn)定性作電算模擬分析，為斜壁布置礦房提供理論依據(jù)。
為了加強(qiáng)成60°角的斜壁充填體的穩(wěn)定性，采取了荊色棍6加固斜壁充填體穩(wěn)定性的措施，采場之間就不用留礦柱，即在充填作業(yè)過程中，緊靠上一個(gè)分段采空區(qū)的斜壁，每隔2～3米高度(靠采場底板取大值，靠采場頂板取小值)鋪一層荊芭棍，目的是起到加強(qiáng)筋的作用，即能加強(qiáng)斜壁充填料的穩(wěn)定性，減少下一個(gè)分段回采時(shí)充填料的崩垮量，從而降低礦石貧化;盤區(qū)內(nèi)礦體實(shí)現(xiàn)連續(xù)回采。圖5采礦工藝從脈外斜坡道開拓，采準(zhǔn)回采處理頂板松石各個(gè)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)一整套機(jī)械化作業(yè)用鑿巖臺(tái)車打眼，裝藥器裝藥。
用電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦(斗容為0.75立方)。在一個(gè)分段內(nèi)實(shí)行雙機(jī)三班作業(yè)，單機(jī)單人操作。礦石由鏟運(yùn)機(jī)從采場裝卸到放礦溜井，再由7t電機(jī)車牽引1.2立方的側(cè)卸式礦車裝礦，通過中段運(yùn)輸平巷和石門轉(zhuǎn)運(yùn)，倒入豎井主礦侖。
經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)采場裝礦的運(yùn)距為40m時(shí)，每一斗平均裝御時(shí)間為3′30″，平均每斗裝礦1.33t，鏟運(yùn)機(jī)每小時(shí)出礦能力為22.8t，在正常情況下，臺(tái)班效率可達(dá)120～150t，完全可以滿足礦山生產(chǎn)對(duì)出礦工作的要求，若采用斗容更大的(如1.5立方或2立方)電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，則出礦臺(tái)班效率可提高到200～300t。
扇形中深孔落礦，采場頂板作業(yè)車處理松石，維護(hù)頂板，無軌設(shè)備通過斜坡道和聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場。
爆破;采取多排多向微差爆破一次成切割立槽和雙排同段多排微差雙重起爆側(cè)向崩礦的落礦方式。
使用自制銨鄰粉狀炸藥，采用毫秒(或半秒)非電塑料導(dǎo)爆管-導(dǎo)爆索-火雷管起爆系統(tǒng)?？靠卓诓谎b藥的長度一般為1.5～2.0～3.0m，裝藥系數(shù)為0.6～0.7，炮泥堵塞長度0.2m。在同排和排與排的炮孔之間采取不同的裝藥系列，以提高爆破能的利用率和減少大聲的形成。
多排多向微差爆破一次成切割立槽的目的是為大量崩礦創(chuàng)造爆破的自由面和一定的補(bǔ)償空間，它對(duì)上向扇形中深孔崩礦是一項(xiàng)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。切割立槽的形成是利用切割井兩側(cè)4～5排上向扇形中深孔以切割井為自由面，各排炮孔交錯(cuò)分7～8段一次起爆成槽。切割立槽的爆破，裝藥系數(shù)一般不應(yīng)小于0.7，按設(shè)計(jì)的起爆程序連接網(wǎng)絡(luò)。
雙排同段多排微差雙重起爆側(cè)向崩礦是在切割立槽形成后，即可以切割槽為自由面分次進(jìn)行大量崩礦。每次爆破8～10排炮孔，每兩排炮孔同段，每個(gè)炮孔內(nèi)同時(shí)安設(shè)導(dǎo)爆索和毫秒雷管，一次崩礦長度為12～15米。崩礦量1500～2000t。
采用粗顆粒水砂充填技術(shù)充填采空區(qū)。
粗顆粒水砂充填料不用水泥，它是經(jīng)破碎站加工后裝運(yùn)至貯倉，充填時(shí)，儲(chǔ)砂倉中的充填料經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)轉(zhuǎn)皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)而卸入混料倉，與分級(jí)尾砂和水混合而制成砂漿，經(jīng)過流量與濃度的調(diào)節(jié)，砂漿通過鉆孔和管道，輸送至斜壁布置的采場。對(duì)成60°角的斜壁采空區(qū)進(jìn)行充填。
在充填工作開始前，鑿裝道兩端要設(shè)置濾水擋墻，鋼筋網(wǎng)濾水擋墻的四周采用紅磚砌筑，目的是為了防止裂隙跑砂，和保證充填料快速脫水。其厚度為0.38m，濾水擋墻中間留出矩形濾水口，規(guī)格為1.5×3.5m二個(gè)。在四周圍巖中錨設(shè)固定鋼筋的新型水泥藥卷錨桿，在錨桿7上焊接Φ18mm的圓鋼8，焊成網(wǎng)格為0.3×0.5m的鋼筋網(wǎng)9，主筋插入擋墻四周的厚巖中，再在采場一側(cè)將鋼板網(wǎng)、尼龍編織布和稻草簾等濾水材料綁扎在鋼筋網(wǎng)上，組成一個(gè)完整的鋼筋網(wǎng)濾水擋墻。圖6、7本發(fā)明的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。
本發(fā)明斜壁粗顆粒水砂充填采礦方法的各項(xiàng)主要技術(shù)特征來看屬國際首創(chuàng)，其工藝技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，主要表現(xiàn)在以下幾方面(1)斜壁布置采場，實(shí)現(xiàn)了盤區(qū)間礦體的連續(xù)開采，從根本上解決了傾斜緩傾斜礦體二步驟回采難的問題。
(2)沿走向條帶式采場，采礦鑿巖，裝礦巷道沿走向布置，為無軌設(shè)備的采用創(chuàng)造了條件，從而解決了傾斜緩傾斜中厚礦體采場運(yùn)搬難的問題。
(3)在頂板管理問題上采用了頂板作業(yè)車，從而較好地解決了傾斜緩傾斜中厚礦體開采的第三個(gè)難題-頂板管理問題。
(4)采用先進(jìn)的粗顆粒水砂充填技術(shù)充填采空區(qū)，使采礦充填工藝達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
(5)采礦工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，鑿巖臺(tái)車鑿巖，裝藥器裝藥，電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，頂板作業(yè)車處理松石，形成一整套無軌化作業(yè)，可大大提高采場生產(chǎn)能力。
(6)在回采工藝上采用了多排多向微差爆破一次成切割立槽和雙排同段多排微差雙重起爆側(cè)向崩礦新工藝，一次落礦量大，為提高生產(chǎn)能力創(chuàng)造了條件。
(7)采用極限平衡理論，對(duì)充填體斜壁穩(wěn)定性進(jìn)行了電算模擬分析，為斜壁布置采場提供理論依據(jù)。
(8)采用了有限元法優(yōu)化了采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，使采場結(jié)構(gòu)合理，采準(zhǔn)工程量少。
(9)首次采用鋼筋網(wǎng)濾水擋墻密閉采空區(qū)，濾水效果好，濾水快，且不跑砂減少了井下環(huán)境污染。
(10)采用混合充填料和預(yù)埋荊芭棍的技術(shù)措施，保證了斜壁充填體的穩(wěn)定，避免了充填體垮落造成礦石貧化。對(duì)頂板不穩(wěn)固的中厚礦體采取先切頂措施，不但隔絕了頂板圍巖的混入，而且大大減少了礦石的損失。所以這種采礦方法損失和貧化指標(biāo)都很低。
主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)總表1序號(hào) 項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 備注1 采場綜合生產(chǎn)能力 t/日 1922 工作面采礦效率 t/工班 30.83 臺(tái)車鑿巖效率 t/臺(tái)班 116.44 鏟運(yùn)機(jī)出礦效率 t/臺(tái)班 120～1505 采礦作業(yè)成本 元/t 10.596 充填作業(yè)成本 元/m 9.317 礦石損失率 % 8.458 礦石貧化率 % 6.839 采準(zhǔn)比 m/千t 16.410
權(quán)利要求
1.一種斜壁粗顆粒水砂充填采礦方法，其特征在于該方法包括(1)采場沿礦體走向布置，斜壁布置礦房；在盤區(qū)內(nèi)沿礦體走向長50～60米，逆礦體傾向由下而上每斜長8米，將礦體劃分為條帶式采場，相鄰采場之間按60°斜壁劃分，改傳統(tǒng)的直壁為斜壁，這樣采空區(qū)充填后的充填體就形成60°斜壁，配備預(yù)埋荊芭棍6，保證自身的穩(wěn)定，采場之間就不用留礦柱，盤區(qū)內(nèi)礦體實(shí)現(xiàn)連續(xù)回采；(2)采用電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，采用頂板作業(yè)車處理松石，維護(hù)頂板；采用先進(jìn)的粗顆粒水砂充填技術(shù)充填采空區(qū)；(3)運(yùn)用鋼筋網(wǎng)濾水擋墻密閉采空區(qū)，它的四周由紅磚砌筑，中間鋪設(shè)網(wǎng)狀鋼筋和固定鋼筋的水泥藥卷錨桿7，鋼筋網(wǎng)9上綁扎尼龍編織布和草簾等濾水材料；(4)采用預(yù)留荊笆棍技術(shù)加固斜壁充填體的穩(wěn)定，在充填過程中，緊靠上一個(gè)分段采空區(qū)的斜壁每隔2～3m高度鋪一層荊笆棍；(5)采礦工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化鑿巖臺(tái)車鑿巖，裝藥器裝藥，電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，頂板作業(yè)車處理松石，形成一整套無軌化作業(yè)；(6)回采爆破采用多排多向微差爆破一次成切割立槽和雙排同段多排微差雙重起爆側(cè)向崩礦工藝；(7)對(duì)頂板不穩(wěn)固的中厚礦體的開采，進(jìn)行先切頂?shù)募夹g(shù)措施。
2.如權(quán)利要求1所述的采礦方法，其特征是用極限平衡理論對(duì)斜壁充填體穩(wěn)定性進(jìn)行了電算模擬分析。
3.如權(quán)利要求1所述的采礦方法，其特征是用有限元方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合對(duì)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種斜壁粗顆粒水砂充填采礦的方法。本發(fā)明較好地解決了傾斜緩傾斜中厚礦體開采過程中的采場頂板管理、礦石運(yùn)搬和礦房、礦柱二步驟回采等三大難題。我國探明金屬總儲(chǔ)量五分之一強(qiáng)的礦床為此類礦體，因而該方法具有廣闊的適用前景。
文檔編號(hào)E21C41/22GK1067477SQ9110358
公開日1992年12月30日 申請(qǐng)日期1991年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月3日
發(fā)明者魏寶林, 楊和平, 余斌 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院