一种薄小矿体的开采方法

摘要

本发明公开了一种薄小矿体的开采方法，具体包括矿石回采和空区充填，自下向上水平分层交错循环进行，随工作面向上推进，逐层采用石灰、黄土及废石等混合充填料充填采空区，充填体支撑上下盘围岩，并作为上分层回采和出矿的工作平台，用机械方法将矿石运至溜矿井中，每个回采崩落步距崩落矿石出矿与采空区充填工序交错进行，矿房回采到最上水平分层时，进行机械和人工接顶充填。本发明既解决了掘进废石的排放问题，又使采空区得到有效处理，防止地表塌陷，符合循环经济发展和绿色矿山建设的要求。经生产实践该采矿方法与浅孔留矿法比较，提高了矿石回采率，降低了矿石贫化率，提高了出矿品位和出矿效率。

说明书

技术领域

本发明涉及金属矿山地下开采，具体涉及一种薄小矿体的开采方法。 

背景技术

矿山对于平均厚度小于2.5m的矿体，以往采用浅孔留矿法进行回采，在回采过程中上盘围岩塌落严重，临时支护量大、安全作业条件差、矿石损失贫化率高；对于采矿过程中形成的空区，一般不作处理，致使地表工业场地局部有陷落裂缝现象，威胁到地表建构筑物的安全，不利于安全生产。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述问题，提供了一种薄小矿体的开采方法。

本发明采用如下技术方案：一种薄小矿体的开采方法，具体包括以下步骤：

1）采准与切割：

将倾斜的薄小矿体划分为若干个采区，在采区顶部沿矿体掘进上分段回采运输巷道，采区底部掘进下分段回采运输巷道，自下分段回采运输巷道至上分段回采运输巷道之间掘进分层脉内回采和充填巷道，上、下分段回采运输巷道及各分层脉内回采和充填巷道的始端通过联络道与布置在矿体上盘的人材井及矿体下盘的矿石溜井和直通地表的充填井贯通；上、下分段回采运输巷道及各分层脉内回采和充填巷道的末端通过沿矿体端部掘进的切割天井贯通；下分段回采运输巷道的始端设有进风巷道，进风巷道与下分段回采运输巷道和人材井贯通，上分段回采运输巷道的始端设有回风巷道并与其贯通；

2）采矿与出矿

采区回采采取自下向上进行，在采矿作业前，首先在下分段回采运输巷道底板上施工钢筋砼假底，作为下阶段采区矿房顶板；矿体首采下分段回采运输巷道以上的区域，从下分段回采运输巷道与切割天井结合部开始，采幅宽度为矿体厚度，一次回采崩落步距为4~5m；崩落矿石铲运机铲装矿，通过下分段回采运输巷道运输倒入矿石溜井；

3）充填

每个回采崩落步距崩落的矿石出矿后，将堆存在地表已混均匀的干充填料通过机械倒运至充填井内，装入自卸运输设备，通过与下分段回采运输巷道相邻的上分层回采充填巷道，机械倒运至第一个采矿出矿工序后形成的空区内进行充填。每个回采崩落步距崩落矿石出矿与采空区充填工序交错进行；下分段回采运输巷道本分段回采充填结束后，转移至上分层回采和充填巷道再从切割天井处开始回采充填，直至回采充填上分段回采运输巷道。采区最后一个分层采取边回采边完成充填接顶。

进一步的，在充入采空区充填料形成的充填体上覆盖废旧运输皮带。为了将崩落矿石与充填体隔开，避免崩落的矿石损失和充填料混入矿石中，控制矿石损失与贫化。

进一步的，采区每个分层矿石回采及充填结束后，采用钢筋混凝土挡墙封闭下分段回采运输巷道及分层回采和充填巷道端口，混凝土挡墙留3-5个φ100mm的排水孔。一个分层矿石回采及充填结束后，为了避免地表水或井下裂隙水渗入采空区充填体内，造成井下泥石流灾害，采用700mm厚钢筋混凝土挡墙封闭下分段回采运输巷道或回采和充填巷道的端口；挡墙的钢筋网与预先在巷道岩壁上施工的楔缝式锚杆电焊连接，混凝土挡墙预留3-5个φ100mm的排水孔，排出充填体内渗入的积水。

进一步的，充填料为石灰、黄土及粒径小于350mm废石按体积比为1:4:5混合，现场充填时加水搅拌，水耗为充填干料的5~8%。充填结实牢固，不易塌陷。

进一步的，钢筋砼假底包括厚度300mm的钢筋混凝土，钢筋混凝土底部设有30-50mm的保护层。混凝土标号C20，钢筋网采用φ14mm螺纹钢，网度40×40mm，搭接部位用6﹟铁丝扎牢，在上下盘围岩网度为1m安设φ18钢筋锚杆，锚杆锚固长度不小于1m，钢筋网与锚杆焊接，混凝土在地表搅拌成干料，运至井下现场加水拌匀后振实，作为下阶段采区矿房顶板。

进一步的，矿体回采炮孔交错布置，回采炮孔排距0.8~1.0m，回采炮孔间距0.7~0.9m，爆破采用2﹟岩石炸药药卷浅孔装药，半秒或微秒导爆管分段，电激发器起爆。

进一步的，每层充填井设有振动漏斗，振动漏斗将充填干料放入自卸运输设备上，运输至已经出矿结束的采空区，然后浇水混合搅拌充填。使充填过程能够连续进行，省时省力。

进一步的，充填接顶先采用铲运机将混匀的充填料堆至采空区，再采用混凝土喷浆机喷射混凝土充填采区顶板下方余留的空间。使接顶充填扎实牢固，无间隙余留，不易塌陷。

进一步的，回采和充填巷道的进风端设有封闭巷道口的风门，回风巷道设有天井平台，天井平台位于人材井上端，并与采区上分段回采运输巷道的底板等齐。采区通风，一个采区暂不进行采矿充填作业的回采和充填巷道进行临时封闭，使进风巷道、人材井的新鲜风流将回采、充填工作面粉尘及有毒气体经切割天井、上分段回采运输巷道、回风巷道排至地表，避免新鲜风流和污风混合，保证采场作业岗位符合职业卫生标准要求。

本发明的原理是：地压得到有效控制。自下向上、分层、分步距后退式回采矿石嗣后采用石灰、黄土及废石等混合充填料充填采空区，充填体经过平整后作为上分层的回采运输巷道底板，同时起到控制围岩垮塌移动和地表下陷，提高矿柱的承载能力；充填随着矿石回采崩落步距同步进行，一个采区矿石回采结束，石灰、黄土及废石等混合充填料随后充满采空区形成一定强度的充填体，支撑上下盘围岩，确保围岩不移动地表不塌陷。

本发明的有益效果是：

1、本发明包括矿石回采和空区充填，自下向上水平分层交错循环进行，随工作面向上推进，逐层采用石灰、黄土及废石等混合充填料充填采空区，充填体支撑上下盘围岩，并作为上分层回采和出矿的工作平台，矿石与充填体用废旧运输带隔开避免了矿石的损失与贫化，用机械方法将矿石运至溜矿井中，矿房回采到最上水平分层时，进行机械和人工接顶充填。该开采方法既解决了掘进废石的排放问题，采空区又得到有效处理，符合循环经济发展和绿色矿山建设的要求。本发明经过生产实践该采矿方法与浅孔留矿法比较，矿石回采率提高5%，可达到96%以上；矿石贫化率降低4%，实际采出矿石贫化率为4.5%；出矿品位提高8~10%，出矿效率提高20%以上。空区进行有效处理，防止地表塌陷，保证地表建构筑物的安全使用。

2、本发明提高回采率，采矿步距及采幅随着矿体的厚度变化而变化；通过施工钢筋混凝土假底，减少采场预留矿石顶柱及底柱结构的矿石损失，提高矿石回采率；矿石回采率可达到96%以上。

3、本发明降低矿石贫化率，在石灰、黄土及废石等混合充填料形成的充填体上覆盖废旧运输带，将崩落矿石与充填体隔开，控制废石和非矿石混入，控制矿石贫化，矿石贫化率小于5%。

4、本发明充填料为石灰、黄土、掘进废石等废弃物，充填干料按照石灰：黄土：废石体积比为1:4:5在地表混合搅拌成干充填料，采空区充填时边充填边浇水混合搅拌，水耗为充填干料的5~8%，经过夯实后形成充填实体，支撑采空区上下盘围岩，防止地表塌陷。

5、本发明优化了作业环境，通过设置采区回采和充填巷道风门及人材井封闭平台，畅通采场通风环境，保障了新鲜风压，使得采场污风及粉尘及时排出，被排入回风巷至地表，采场尘毒危害达到职业卫生控制标准要求。

附图说明

图1本发明薄小矿体开采方法主视图；

图2本发明薄小矿体开采方法俯视图；

图3本发明薄小矿体开采方法侧视图；

图4本发明采区通风系统图；

图5本发明充填井示意图；

图6本发明充填接顶示意图。

具体实施方式

一种薄小矿体的开采方法，具体包括以下步骤；

1）采准切割：

a.如图1、2所示，将倾斜或急倾斜薄小矿体根据走向长度划分为若干个采区，一般一个采区长度为100m,阶段高度为50m，分段（层）高度7m，在矿体上盘设计布置人材井8兼进风井，矿体下盘设计布置地表至采区的充填井10、采区至下个阶段矿石溜井9，通过联络道13与采区贯通。

b.在采区顶部沿矿体掘进上分段回采运输巷道3兼采区回风巷，下分段掘进回采运输巷道4，自下分段回采运输巷道4至上分段回采运输巷道3，每间隔7m掘进脉内分层回采和充填进路15，通过联络道13与人材井8、矿石溜井9及充填井10贯通；从下分段回采运输巷道4沿矿体端部掘进切割天井5与各分层回采和充填进路15及上分段回采运输巷道3贯通。

c.采区在采矿作业前，首先在下分段回采运输巷道4底板上施工钢筋砼假底17，钢筋混凝土厚度300mm，底部钢筋保护层厚度30-50mm，混凝土标号C20，钢筋网采用φ14mm螺纹钢，网度40×40mm，搭接部位用6﹟铁丝扎牢，在上下盘围岩网度为1m安设φ18钢筋锚杆，锚杆锚固长度不小于1m，钢筋网与锚杆焊接，混凝土在地表搅拌成干料，运至井下现场加水拌匀后振实。钢筋砼假底17作为下阶段采区最上分层矿房顶板。

2)回采工艺：

a. 如图3、4所示，矿体14回采自下向上进行，采幅宽度为矿体厚度，一次回采崩落步距11为4~5m，采用YT-28和YSP-45风动凿岩机凿岩，回采炮孔16交错布置，回采炮孔16排距0.8~1.0m，回采炮孔16孔间距0.7~0.9m；爆破采用2﹟岩石炸药药卷浅孔装药，半秒或微秒导爆管分段，电激发器起爆。

b.出矿，爆破结束后对顶板及上、下盘围岩进行检查，处理浮石，采用钢筋锚杆及金属网支护局部不稳固围岩；崩落矿石20铲运机铲装矿，通过下分段回采运输巷道4或各分层回采和充填进路15运输倒入矿石溜井9。

3)充填方式：

a.在每个崩矿步距11崩落矿石20出矿结束后，用混合充填料6进行采空区充填，充填料6为石灰、黄土及粒径小于350mm废石按体积比为1:4:5的混合物。如图5所示，堆存在地表已混合均匀的干充填料6通过机械倒运至直通地表的充填井10内，分层充填井充填料6排放振动漏斗22将充填干料放入自卸运输设备上，通过下分段回采运输巷道4上个分层的回采和充填巷道15，运输至采空区，边充填边浇水混合搅拌，充填过程需要连续进行，充填混合料填至与上分层巷道底板平或略高100mm时，平整夯实。下分段回采运输巷道本分段（层）回采、充填结束后，转移至上分层回采和充填巷道再从切割天井处开始回采、充填，直至回采、充填上分段回采运输巷道。充填料最大骨料粒径不得大于350mm，为了控制大块废石进入充填井影响分层充填料漏斗正常排放，在地表充填井井口设置钢制格筛21。充填分层随着回采分层的转移同步向上转移。

b.矿石损失贫化控制措施，在充入采空区充填料6形成的充填体6上覆盖废旧运输皮带12，将崩落矿石20与充填体6隔开，避免崩落的矿石损失和充填料混入矿石中，控制矿石损失与贫化。

c.充填接顶办法：如图6所示，采区最后一个分层矿体回采与充填，采取边回采矿体边充填接顶，回采一个崩落步距11充填接顶一次如图6，采用铲运机将混合均匀的充填料6堆至一定高度，混合充填料6与采区顶板的空间，采用混凝土喷浆机喷射混凝土23充填。

4）采区通风：

采区通风如图4，一个采区暂不进行采矿充填作业的回采和充填巷道15进风端使用风门19进行临时封闭，人材井8上端口与上分段回采运输巷道3联通处设置天井平台18隔绝新鲜风与污风风流，避免新鲜风和污风混合，使进风巷道1、人材井8的新鲜风流将回采和充填巷道15回采、充填工作面的粉尘及有毒气体冲洗后经切割天井5、上分段回采运输巷道3、回风巷道2排至地表，保证采场作业岗位符合职业卫生标准要求。