一种垂直中深孔落矿小分段进路充填采矿法

摘要

本发明公开了一种在回采进路中应用中深孔落矿分段充填的采矿方法。同一回采进路中上下分段的凿岩巷道对齐布置，回采时在上部分段凿岩巷道中钻凿垂直中深孔，并采用微差爆破以减少单次起爆药量。由于上部分段凿岩巷道的周边眼及回采进路两帮垂直边孔实施了光面爆破，且对顶板局部不稳固区域及时进行了支护，因此爆破后进路顶板及采空区两帮平整光滑，无大块倒悬及突出帮壁的现象，同时由于采用小分段和拱形顶板，留场松散矿石平衡了采空区两帮变形，因此采空区地压管理合理经济，为铲运机进入采空区进行铲运矿石提供了有力的安全保障。另一方面该方案布局简单易行、作业效率高、掘采比低、回采成本低，易于在中小有色金属矿山推广。

说明书

技术领域

本发明涉及金属矿山地下开采技术，尤其是进路式充填采矿法。

背景技术

避免凿岩爆破作业人员在顶板暴露面积较大的空间中长时间作业是预防采场冒顶片帮事故、保证矿业安全生产最行之有效的方法。上向进路式充填采矿法采场顶板暴露面积小，但其采准工程量大，架设充填挡墙多，采矿作业效率低，且充填接顶困难而难以在部分矿山使用，该方法适用于价值较高、品位较富的矿体回采，对于一般的有色金属矿山来说其采矿成本偏高，不利于控制成本。而分段充填采矿法虽然也避免了凿岩爆破作业人员在顶板暴露面积较大的环境中作业的方式，但其采用扇形炮孔，上下分段凿岩巷道交错布置，爆破作业后采场顶板极不平整，危岩倒挂现象普遍，敲帮问顶作业难以进行，给后续出矿作业的铲运机司机等人员的安全构成了威胁。VCR法采用大直径深孔进行球形药包分次爆破落矿，回采结束后矿房空帮面积大，对于稳固性较差到一般的矿体，极易产生大面积片帮，对于中小型有色金属矿山企业、非急倾斜矿体及矿岩边界变化较复杂的中小矿体难以适用。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种既能够使凿岩爆破作业人员处在暴露面积较小且进行过有效支护的顶板下作业，同时具有采准工程量小、充填挡墙少、采矿作业效率高、无需充填接顶、对各种中等倾斜以上矿体具有良好适应性的充填采矿方法。

本发明的垂直中深孔落矿小分段进路充填采矿法，分段凿岩巷道3、回采进路4及矿柱5垂直矿体走向布置，分段凿岩巷道3宽3～5米，高2～3米，矿柱5宽度3～5米，分段联络巷7沿矿体走向布置，溜矿井9和回风充填井6位于分段联络巷7下盘布置，分段高度5～8米。

上述的采矿法，沿矿体走向的侧面上，上下两个分段的凿岩巷道3对齐布置，上部分段凿岩巷道的宽度不小于下部回采进路4的宽度，所有分段凿岩巷道3掘进时均需要进行光面爆破，且须对局部进行锚网支护。

上述的采矿法，各回采进路4内的中深孔2垂直布置，其中靠进路两帮边上的中深孔2为光爆孔，孔深为分段高度，进路迎头3~5排炮孔采用球形药包分次爆破形成切割天井，其余炮孔采用线形药包爆破，各炮孔间微差起爆，单次落矿起爆后，采用出矿设备运出爆落矿石的1/3，其余矿石留待本进路中所有爆破作业结束后一次清运完毕。

上述的采矿法，每个分段中，单条进路回采结束后，在下部分段凿岩巷道3的开口处架设充填挡墙8和滤水设施并进行尾砂胶结充填，充填管路由中段运输巷道10经回风充填井6进入上部分段联络巷7和分段凿岩巷道3，并将管口固定于上部分段凿岩巷道的帮上进行尾砂胶结充填，回采进路充填体单轴抗压强度不应小于2MPa，含水率不应大于15%，自立高度不小于10米；矿柱5回采后胶结面单轴抗压强度应满足出矿设备运行要求。

上述的采矿法，矿柱5在回采进路4回采结束后再进行回采，回采方案同回采进路4的回采方案一致。

上述的采矿法，按照下列步骤施工：

第一步，由分段联络巷7向采场上盘施工分段凿岩巷道3，当上下两个分段对应的分段凿岩巷道3均施工结束后，使用中深孔钻机钻凿垂直的中深孔2，钻孔顺序为由进路迎头向分段联络巷后退施工；

第二步，在前3~5排炮孔中安置球形药包，分次爆破形成切割天井，然后其余各排炮孔2采用线形药包逐次起爆，每次起爆后，运出崩落矿量的1/3，其余矿石待全部爆破工作完成后一次运出；

第三步，每个分段中单个回采进路4回采结束后，在进路入口处架设充填挡墙8和滤水设施，将充填管由中段运输巷道10经回风充填井6引入上部分段联络巷7和分段凿岩巷道3，开始充填作业；

第四步，采场内所有分段的回采进路回采结束后，开始进行矿柱5的回采作业；矿柱回采时利用前期回采进路回采时施工的分段联络巷7、溜矿井9、回风充填井6直接施工分段凿岩巷道3，其余回采作业工序与回采进路4的回采完全相同。

本发明的特点：

（1）在分段联络巷内沿矿体走向每隔3～5米布置一条垂直走向的分段凿岩巷道，上下分段凿岩巷道在沿走向侧面上对齐布置，分段凿岩巷道自分段联络巷施工至矿体上盘边界，施工时分段凿岩巷道顶板呈拱形，周边眼采用光面爆破，掘进后对中等稳固以下的顶板及时进行锚网支护。

（2）上下分段凿岩巷道均施工结束后，在分段凿岩巷道迎头钻凿下向垂直中深孔，孔深为分段高度，爆破宽度不大于分段凿岩巷道宽度，前3～5排炮孔内安置球形药包分次起爆落矿以形成分段切割天井，其余炮孔安置线型药包逐次起爆，各孔间采用微差起爆方法以控制单次起爆药量，后退式落矿，其中靠近两帮的边孔为光爆孔。

（3）每次爆破后用铲运机运出约1/3的崩落矿石，其余矿石待整个回采进路全部爆破结束后集中运出。留场的矿堆除了使后续爆破作业形成挤压爆破外，亦可以临时控制采空区岩壁变形和片帮，同时在出矿过程中，可利用矿堆作为作业平台对出露的破碎帮壁进行及时支护。

（4）单个进路内矿石全部运出后，在下部分段凿岩巷道的开口处架设充填挡墙和滤水设施，将充填管经回风充填井和分段联络巷引入上分段凿岩巷道进行尾砂充填作业，要求进路回采时充填体强度不低于2MPa，含水率不大于15%，自立高度不低于10米。

本发明有益效果：

（1）采准工程量小、布置简单。

采用小分段中深孔落矿，与分层进路法相比采准工程量、充填挡墙数量及管路长度等大为减少，分段联络巷与凿岩进路的布置简单明了，采矿及充填工艺简单，利于生产组织。

（2）回采进路顶板暴露面积小、平整光滑且易于支护，作业环境安全程度高。

上段凿岩进路顶板作为整个回采进路的顶板，在施工之初即进行光面爆破，使顶板呈拱形结构，平整光滑，受力合理，且能够提前进行支护加固，避免了凿岩、爆破、出矿作业人员在暴露面积较大的顶板下作业存在的安全风险。

（3）中深孔作业，集中出矿，生产能力大。

采用垂直中深孔爆破，钻孔方向、深度易于控制，布孔简单，爆破作业效率高。主要采用集中出矿方式，进路采矿产能较大。

（4）回采成本低

本发明采用小分段设计，较分层进路充填法大幅降低了采准工程量，同时采用中深孔落矿，单次爆破崩矿量大，集中出矿，作业效率高，单位体积矿石回采成本低。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的左视图。

具体实施方式：

本发明提出的垂直中深孔小分段进路布置方法施工方案如下：

（1）采场采切：

分段联络巷道与凿岩进路均位于采场底柱之上，分段联络巷距底盘矿岩边界5～8米，分段联络巷掘进至一定位置后，掘进贯通下部中段运输平巷的溜矿井及贯通上部中段运输平巷的回风充填井，然后每隔3～5米由分段联络巷垂直矿体走向向上盘掘进宽高比较大的分段凿岩巷道，分段凿岩巷道掘进时周边眼应当采用光面爆破，且需对上部凿岩巷道顶板中不稳固区域进行锚网支护。

（2）凿岩爆破

上下分段凿岩巷道准备结束后即开始在上部分段凿岩巷道中钻凿下向垂直中深孔，孔深为分段高度，爆破宽度不大于分段凿岩巷道宽度，前3～5排炮孔内安置球形药包分次起爆落矿以形成分段切割天井，其余炮孔安置线型药包逐次起爆，各孔间采用微差起爆方法以控制单次起爆药量，后退式落矿。

（3）装矿与凿岩作业顺序

每次爆破后用铲运机运出约1/3的崩落矿体，其余矿石待整个分段进路全部爆破结束后集中运出。留场的矿堆除了使后续爆破矿体形成挤压爆破外，亦可以临时控制采空区岩壁变形和片帮。在下部分段凿岩巷道进行出矿作业的同时，上部分段凿岩巷道内可同步进行凿岩作业，互不影响，因此凿岩爆破作业可连续循环进行。

（4）采场通风

本发明中由于出矿和凿岩均为独头巷道内作业，因此需要进行局扇强制通风，污风风流由上部分段凿岩巷道经分段联络巷和充填井汇入上部回风通道。新鲜风流从进风巷到达采场底部后路径为：中段运输巷→斜坡道及联络道→分段联络巷→分段凿岩巷道。污风路径为：分段凿岩巷道→分段联络巷→回风充填井→总回风巷→回风井→地表。

（5）采场充填

单个进路内矿石全部运出后，在下部分段凿岩巷道的开口处架设充填挡墙和滤水设施，将充填管经充填井和分段联络巷引入上分段凿岩巷道进行尾砂充填作业，要求进路回采时充填体强度不低于2MPa，含水率不大于15%，自立高度不低于10米。

本发明公开了在回采进路中应用中深孔落矿分段充填的采矿方法。同一回采进路中上下分段的凿岩巷道对齐布置，回采时在上部分段凿岩巷道中钻凿垂直中深孔，并采用微差爆破以减少单次起爆药量。由于上部分段凿岩巷道的周边眼及回采进路两帮垂直边孔实施了光面爆破，且对顶板局部不稳固区域及时进行了支护，因此爆破后进路顶板及采空区两帮平整光滑，无大块倒悬及突出帮壁的现象，同时由于采用小分段和拱形顶板，留场松散矿石平衡了采空区两帮变形，因此采空区地压管理合理经济，为铲运机进入采空区进行铲运矿石提供了有力的安全保障。另一方面该方案布局简单易行、作业效率高、掘采比低、回采成本低，易于在中小有色金属矿山推广。