一种露天运输系统下分区开采挂帮矿的方法

摘要

本发明属于金属矿床地下开采技术领域，具体涉及一种露天运输系统下分区开采挂帮矿的方法。本发明首先根据挂帮矿的矿体的走向划分开采区域，以露天运输系统的运输道为分割标准，运输道一侧靠近露天上边坡的挂帮矿区域作为第一分区，位于运输道下方的挂帮矿区域作为第二分区，将运输道另一侧向露天下边坡延伸的挂帮矿区域划分为N个开采区域，N≥1，在开采前对露天边坡加固，最后按照区域划分，从第一分区开始对每个分区依次进行开采，其中每个分区内按照矿体垂直方向，采用进路充填采矿法自下向上进行分层回采。本发明能够对露天运输道路下挂帮矿进行安全高效回收，并对边坡形成永久保护。

说明书

技术领域

本发明属于金属矿床地下开采技术领域，具体涉及一种露天运输系统下分区开采 挂帮矿的方法。

背景技术

露天开采是依照矿体赋存特征和经济合理剥采比来确定最终境界的，然而由于矿 脉赋存情况并不规则，很难将全部矿体圈入露天开采境界内进行开采。据有关统计资料显 示，遗留在露天边坡下的挂帮矿资源量约占露天开采总储量的5~16%。挂帮矿如不进行回 收，势必造成资源严重浪费。但由于露天开采循环扰动的影响，露天边坡处于一种复杂的应 力平衡状态，挂帮矿的回收将产生更加复杂的次生应力场，极易打破露天边坡的稳定状态， 引起边坡的变形和破坏，严重者导致边坡失稳、滑坡等重大工程灾害。

国内外针对露天转地下挂帮矿的回收方法开展了大量研究，其主要有露天和地下 开采两种方式。就露天开采来说又分为两种形式，一是在保证最终边坡角不变的情况下，扩 大开采最终境界，将境界外的挂帮矿纳入到露天开采范围内，通过扩帮作业，剥离废石，揭 露挂帮资源，马钢南山铁矿凹山采场，本钢南芬铁矿都属此类；二是保持境界不变，通过并 段或减小运输、安全平台宽度等措施，在保证边坡稳定的条件下提高最终边坡角，揭露挂帮 资源，首钢水厂铁矿，大冶铁矿北帮挂帮矿以及加拿大EquitySliverMine等均采用了这 种方法。露天开采挂帮矿的方法通常适用于最终境界形成之前，而对于最终境界已经形成 且又无法通过并段作业提供挂帮矿露天开采的作业空间时，只能采用地下开采方式进行回 收。当露天边坡无需保护，挂帮矿回收可采用无底柱分段崩落法，通过崩落边坡形成覆盖 层，既处理了边坡，又为崩落法放矿创造了条件，鞍钢矿业眼前山铁矿挂帮矿回收、太钢集 团峨口铁矿北翼挂帮矿体开采、武钢集团大冶铁矿挂帮矿的回收等均属于这种情况。当边 坡需要保护时，挂帮矿回收多采用浅孔留矿、分段矿房等空场嗣后充填法以及分层充填法 进行开采，大冶铁矿尖山矿区，谷山铁矿挂帮矿，通钢集团板石沟铁矿等均属此类。

随着开采深度的加大，国内外许多露天矿山陆续转入地下开采，如杏山铁矿、峨口 铁矿、黑山铁矿和归来庄金矿等，在露天转地下开采过渡过程中，由于两种开采方式在时间 和空间上的相关性，地下开采过程中可以借助露天开采的相关工程来节约地下工程投资， 加快地下工程生产的进度。如地下开采的斜坡道布设在露天坑内，借助露天运输系统，来减 少斜坡道长度。因此，在保证露天运输系统乃至整个边坡工程稳定的条件下，如何安全高效 的回收运输系统下挂帮矿，对于降低整个矿山开采成本，保证矿山安全生产具有重大的意 义。现有的挂帮矿回收方法虽然在开采过程中也通过保留矿柱或对采空区进行充填来减少 对边坡扰动，但是，针对露天高陡边坡和运输道路下挂帮矿的回收，特别是要保证露天运输 道路长期安全、高陡边坡永久稳定的条件下，安全、高效回收挂帮矿，同时对边坡进行永久 加固治理的研究尚未有报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种露天运输系统下分区开采挂帮矿的方 法，目的是对露天运输道路下挂帮矿进行安全高效回收，并对边坡形成永久保护。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）开采区域划分：根据挂帮矿的矿体的走向划分开采区域，以露天运输系统的运输道 为分割标准，运输道一侧靠近露天下边坡的挂帮矿区域作为第一分区，位于运输道下方的 挂帮矿区域作为第二分区，将运输道另一侧向露天上边坡延伸的挂帮矿区域划分为N个开 采区域，N≥1；

（2）露天边坡加固：对露天边坡治理加固，首先清理露天边坡表面浮石，然后施工锚杆， 对局部破碎区域挂设金属网，预留出挂帮矿运输巷道出口，砌筑边坡混凝土模板护坡，最后 在露天边坡剩余裸露区域进行混凝土喷浆支护；

（3）挂帮矿回采：按照分步骤（1）中的区域划分，从第一分区开始对每个分区依次进行 开采，其中每个分区内按照矿体垂直方向，采用进路充填采矿法自下向上进行分层回采。

所述的每个分区内按照矿体垂直方向，采用进路充填采矿法自下向上进行分层回 采具体按照以下步骤进行：

自第一分区开始，首先设计回采进路，从中间进路开始进行自下向上的分层掘进式回 采，掘进式回采凿岩采用气腿式浅孔凿岩，辅助采用局扇压入式通风，炮孔布置与平巷掘进 布孔方式相同，采用楔形掏槽，辅助孔和周边孔依次延时起爆，完成一次落矿过程，第一分 层出矿采用电动铲运机，第二分层及以上采用人工推车，将每次崩落矿石全部运出，为下次 爆破提供相应补偿空间；第一分区中间进路第一分层回采至第一、二分区交界位置时停止 向前掘进，在垂直矿体方向拉开联络横巷至上下盘矿岩交界位置，并于上盘矿岩交界处施 工人行通风充填井，于矿体下盘矿岩交界处施工矿石溜井，施工完毕后，在中间进路和联络 横巷分别架设钢拱架模板，并用水泥与尾砂料重量比为1:4的混凝土，以下简称为1:4混凝 土进行填充，形成人工假巷，至此，完成第一分区第一分层中间进路回采及第一、二分区间 的采准工程施工作业，为上分层的矿石回采提供条件；

然后从第一分层中间进路两侧以相同的进路尺寸自联络横巷向露天边坡方向采用进 路法进行回采，隔一采一，回采完毕后在露天边坡预先砌筑的混凝土模板上接续架设模板， 封堵进路出口采用1:4的混凝土进行充填，为了开采其他分区时矿石运输需要，第一分层的 人工假巷不进行充填，待第一分区第一分层充填完毕后，通过人行通风充填井进入上一分 层，施工该分层的联络横巷，同时连通矿石溜井与人行通风充填井，为第二分层回采提供两 个安全出口；

第一分区第二分层的回采工作从第二分层联络横巷的拉开开始，在第一分层联络横巷 的端部上下盘围岩中分别向上施工矿石溜井和人行通风充填井，在矿石溜井中垂直矿体方 向施工上一分层联络横巷，联通人行通风充填井，完成第二分层的采准工作后，架设钢拱架 模板，并用1:4混凝土进行充填，形成混凝土人工假巷，待达到预定强度以后从中间进路开 始回采第二分层挂帮矿，凿岩、爆破方式与第一分层相同，运搬采用人工推车方式将崩落矿 石经人工假巷运至矿石溜井放至第一分层，待第二分层回采完毕以后，同样在露天边坡预 先砌筑的混凝土模板上接续架设模板，而在联络横巷两侧的矿石溜井与人行通风充填井上 接续套接铁皮套筒至上一分层，封堵进路出口采用1:4混凝土和废石胶结充填；

第一分区其他分层的回采参照第二分层的回采方式首先垂直矿体施工联络横巷，施工 完毕后，架设钢拱架模板并进行充填形成人工假巷，待人工假巷达到一定强度后拆除模板， 进行挂帮矿的分进路回采，最后在露天边坡预先砌筑的混凝土模板上接续架设模板，在联 络横巷两侧的矿石溜井与人行通风充填井上接续套接铁皮套筒至上一分层，封堵进路出口 进行充填，重复之前步骤直至完成第一分区所有分层的回采工作；

第一分区回采完毕，将第一分区人工假巷延伸到下一分区边界，并架设钢拱架模板，采 用1:4的混凝土进行充填，形成第二分区第一分层中间进路人工假巷，由于第二分区位于露 天运输系统运输道正下方，因此，第二分区的回采施工均采用小进尺掘进，减小爆破振动影 响，第二分区的回采利用第一分区回采时候施工的联络横巷、矿石溜井和人行通风充填井 进行开采，第一分层回采时，类似于第一分区，采用进路回采，隔一采一，回采完毕，封堵进 路出口，进行接顶充填，待本分层最后一条进路回采完毕后，封堵联络横巷与矿石溜井、人 行通风天井的联接口，将本层联络横巷和最后一条进路一起进行接顶充填，其余分层开采 方法类似于第一分层；

第二分区回采完毕以后，将人工假巷沿矿体走向延伸至下一分区边界，并垂直矿体施 工联络横巷，在矿体下盘施工矿石溜井，矿体上盘施工人行通风充填井，然后架设钢拱架模 板并用1:4的混凝土进行充填形成人工假巷，然后仿照先前分区回采工艺过程，直到将所有 的矿体回收完毕，由于第二分区回采完毕以后，运输系统下部矿体已经被高强度混凝土充 填体置换完毕，因此下一分区及之后的分区回采作业对边坡的影响作用较小，因此回采采 用大进尺，回采完毕后采用1:10的混凝土进行充填，直到所有分区回采充填完毕。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

（1）本发明针对挂帮矿受其上覆露天运输系统影响而在开采时又必须予以保护的情 况，为了尽可能削减其影响，将挂帮矿体按照延伸方向分成不同分区进行回采，使得在进行 露天运输系统下矿体回采时其先前分区已开采完毕并进行充填，形成一个有力的人工混凝 土矿柱，在隔离露天坑与内部矿体间联系的同时，也为内部矿体的回收提供了条件，使露天 运输系统下挂帮矿的回收对露天运输系统的影响大幅降低；

（2）由于受并段开采以及长期风化和雨水侵蚀作用，高陡边坡存在较大安全隐患，挂帮 矿开采扰动势必增加边坡失稳发生的概率，本发明在对挂帮矿回收前即对露天边坡相关区 域进行处理，既为挂帮矿资源的回收创造良好条件，同时也为中长期边坡维护，安全稳定奠 定了基础；

（3）本发明各分区挂帮矿的回收采用分条开采的方式，将对边坡扰动和对露天运输系 统的影响降到最低，同时在开采过程中利用钢拱架模板浇筑人工假巷，在很大程度上保证 了施工的安全，同时由于在每分层回采前均进行联络横巷人工假巷的施工作业，这也为分 层回采完毕后进路出口封堵创造了条件，有利于提高充填效率，减少充填体流失以及避免 充填挡墙垮塌。

（4）本发明挂帮矿分区分条开采并及时进行充填，不存在大空区长期暴露情况，避 免空区垮塌而引起的边坡失稳事故发生，另外整个挂帮矿回采完毕后，相当于采用混凝土 与矿体进行了置换，如此将对边坡形成永久保护，对于露天系统保护及需要长期完整保留 的露天边坡来说具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例中挂帮矿位置平面示意图；

其中：a：露天下边坡；b：露天上边坡；c：露天运输系统运输道；A：第一分区；B：第二分 区；C：第三分区；

图2是本发明实施例采矿方法的施工过程示意图；

图3是图2的Ⅰ—Ⅰ剖面图；

图4是图2的Ⅱ—Ⅱ剖面图；

图5是图2的Ⅴ—Ⅴ剖面图；

其中：1：边坡下围岩；2：探矿巷道；3：未采挂帮矿；4：边坡混凝土模板；5：已充填回采进 路；6：人工假巷；7：联络横巷；8：矿石溜井；9：人行通风充填井；10：待采进路；

图6是人工假巷施工效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施案例对本发明采矿方法作进一步详细说明。

实施例

如图1所示为本实施例某露天转地下金属矿山挂帮矿位置平面图，露天运输系统 运输道所处位置为图1中b所指区域，挂帮矿自图1中a所指位置露天下边坡内向外延伸至露 天上边坡c之外的区域，根据挂帮矿延伸走向，并结合挂帮矿上覆露天运输系统具体位置， 首先进行开采区域划分，将挂帮矿划分为A、B、C三个分区，其中A分区靠近露天境界内，B分 区位于露天运输系统正下方，C分区为除上述分区以为的其余矿体，在边坡下围岩一侧有探 矿巷道；

露天边坡加固：在挂帮矿回采以前，首先对图2中A分区第一分层挂帮矿附近露天边坡 进行加固治理，清理边坡浮石，并按照22m的网度施工锚杆，对于局部破碎的区域挂设金属 网，采用1:4的混凝土浆体构筑如图2中所示的边坡混凝土模板4护坡，砌厚为1m，高度5m，预 留挂帮矿运输巷道出口，并对边坡的其余裸露部分实施≥10cm的喷浆支护，至此完成挂帮 矿回采前的边坡加固工作；

挂帮矿回采：按照图1中的区域划分，从A分区开始对每个分区依次进行开采，其中每个 分区内按照矿体垂直方向，采用进路充填采矿法自下向上进行分层回采，具体按照以下步 骤进行：

首先是A分区回采，A分区设计5条回采进路，进路宽4m，高3.5m，从中间进路开始进行自 下向上的分层掘进式回采。A分区中间进路第一分层开采采用YT-24气腿式凿岩机浅孔凿 岩，炮孔布置与平巷掘进布孔方式相同，采用楔形方式进行掏槽，而后辅助孔和周边孔依次 延时起爆，完成一次落矿作业，崩落矿石采用2m³电动铲运机全部运出，开采到AB分区交界 处时，垂直矿体方向拉开联络横巷7，施工完毕后，在A分区第一分层中间进路和AB分区间联 络横巷7架设钢拱架模板，宽2.5m，高2.5m，并用1:4的混凝土进行充填，施工完毕后形成混 凝土人工假巷6，如图6所示，然后于矿体下盘矿岩交界处施工矿石溜井8，矿石溜井8断面尺 寸2.52.5m，于矿体上盘矿岩交界处施工人行通风充填井9，人行通风充填井9断面尺寸22m，如图3所示。完成上述工程以后，在中间进路左右两侧自AB分区交界位置联络横巷7开始 向露天境界内按照进路法进行开采，隔一采一，采完一条进路马上封堵进路出口，同时接续 图2中的边坡混凝土模板4，封堵拟充填进路的两端，采用1:4的混凝土进行充填，重复以上 进路回采过程，直至完成A分区第一分层所有挂帮矿的回采工作；

在联络横巷7的两端，分别向上施工矿石溜井8和人行通风井9，施工到第二分层顶部高 度后，垂直矿体施工第二分层联络横巷7，连通矿石量溜井8和人行通风井9，形成第二层次 的采准工程。此时架设钢拱架模板，宽2.5m，高2.5m，并用1:4混凝土进行充填，施工完毕后 形成混凝土人工假巷6，待达到预定强度以后仍然从联络横巷7开始，首先开采中间进路，然 后从中间进路左右两侧进行回采，隔一采一，采完一条进路马上封堵进路出口并采用1:4的 混凝土进行充填，崩落矿石采用人工推车由联络横巷7中预制人工假巷6经矿石溜井8放至 第一分层，并最终由铲运机运出，该分层回采完毕后仍然首先于边坡位置接续架设混凝土 模板，封堵进路入口，采用1：4混凝土进行充填，A分区剩余上部分层参照第二分层的工艺过 程进行施工，直至完成A分区挂帮矿的回采工作；

A分区开采完毕后，将第一分区人工假巷6延伸到下B分区边界，从B分区第一分层联络 横巷7沿B分区中间进路进行施工，进路宽4m，高3.5m，开采到BC分区交界位置，停止继续掘 进，架设钢拱架模板，采用1:4的混凝土进行充填形成人工假巷，待人工假巷达到预定强度 以后，在B分区中间进路左右两侧自AB分区第一分层交界处人工假巷开始以宽4m，高3.5m的 进路分条进行回采，隔一采一，采完一条进路马上进行充填，如图4、图5所示，由于B分区位 于露天运输系统下方，B分区挂帮矿的回采工作均采用小进尺掘进，每次进尺控制在1.2m， 降低装药量，减小爆破振动影响。待B分区第一分层最后一条进路回采完毕，封堵进路出口 进行接顶充填，这里由于回采B分区上部分层的需要，第一分层联络横巷不进行充填。B分区 第二及以上分层的回采参照第一分层的回采工艺过程，采用小进尺掘进，隔一采一的方式 进行回采，回采完毕封堵该分层联络横巷7与矿石溜井8、人行通风充填井的联接口，将本层 联络横巷7和最后一条进路一起进行接顶充填，完成B分区挂帮矿的回采工作；

C分区的回采同样从第一分层人工假巷6的向内延伸开始，沿C分区第一分层中间进路 开始施工，进路宽4m，高3.5m，开采到矿岩交界处停止向前施工并垂直矿体拉开联络横巷7， 施工完成后于联络横巷7和C分区中间进路架设钢拱架模板并采用1:4的混凝土进行充填形 成人工假巷，然后分别在矿体下盘和矿体上盘施工矿石溜井8和人行通风充填井9，待人工 假巷6达到预定强度后，从联络横巷7开始在中间进路两侧分条进行回采，隔一采一，采完一 条进路马上进行充填，由于后期对C分区的强度要求较低，可采用1:10的混凝土进行充填， 节省矿山开采成本。待第一分层回采完毕封堵最后一条回采进路出口进行充填，其它分层 的回采参照A分层的工艺过程进行施工，直到完成C分区所有分层的回采工作。