專利名稱：頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下采礦方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法。
背景技術(shù)：
地下采礦方法包括采準(zhǔn)、切割和回采三項(xiàng)基本工序，按地壓維護(hù)的方式分為空?qǐng)雒椎V法、充填法和崩落米礦法二大類。 空?qǐng)霾傻V法在回采過(guò)程中，將礦塊劃分為礦房和礦柱，采場(chǎng)主要依靠暫留的礦柱或永久礦柱進(jìn)行自然支撐，有時(shí)輔以人工礦柱支撐，先采礦房，再采礦柱，并及時(shí)處理采空區(qū)，適用于開(kāi)采礦石和圍巖都很穩(wěn)固的礦床，采空區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)，允許有較大的暴露面積。充填采礦法也是將礦塊劃分為礦房和礦柱，隨著回采工作面的推進(jìn)，向采空區(qū)送入充填材料，以進(jìn)行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動(dòng)，并在形成的充填體上或在其保護(hù)下進(jìn)行回采。適用于開(kāi)采圍巖不穩(wěn)固的稀缺貴重礦石、地表不允許陷落的礦體。充填法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，礦石貧化率低，回采率高，作業(yè)較安全，能利用工業(yè)廢料，保護(hù)地表等；缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，成本高，勞動(dòng)生產(chǎn)率和礦塊生產(chǎn)能力都較低。空?qǐng)霾傻V法和充填采礦法都分成礦房和礦柱分別進(jìn)行回采，礦房回采損失貧化比較小，但礦柱的回采相當(dāng)困難，損失貧化比較大，另外工藝復(fù)雜，礦山生產(chǎn)能力都很低。崩落采礦法是用崩落圍巖充填采空區(qū)來(lái)控制和管理地壓的采礦方法，大量放礦的端部放礦崩落法，由于具有結(jié)構(gòu)和工藝簡(jiǎn)單、開(kāi)采強(qiáng)度大、效率高、機(jī)械化程度高、安全、采礦成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。大量放礦的端部放礦崩落法主要有分段崩落法、階段崩落法兩類。分段崩落法是將礦體劃分為若干階段，再將階段用回采巷道劃分為若干分段，由上向下逐個(gè)分段進(jìn)行回采，分段崩落法根據(jù)出礦方式分為有底柱分段崩落法和無(wú)底柱分段崩落法，有底柱分段崩落法底部設(shè)有底部結(jié)構(gòu)，主要在有色金屬礦山使用；無(wú)底柱分段崩落法分段下部不設(shè)出礦的底部結(jié)構(gòu)，不留任何礦柱，分段的鑿巖、崩礦和出礦等工作均在回采巷道中進(jìn)行，安全可靠，上下分段進(jìn)路在空間上呈菱形交錯(cuò)布置，從回采巷道一端開(kāi)始按一個(gè)較小的崩礦步距在覆蓋巖層下進(jìn)行爆破和放礦等回采工作，直到回采到另一端邊界為止，在冶金礦山特別是鐵礦山地下開(kāi)采中，該采礦法占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。階段崩落法的基本特征是回采高度等于階段全高。階段崩落法實(shí)際應(yīng)用方案比較多，目前國(guó)內(nèi)外只有有底柱階段崩落法方案，其中端部出礦的有底柱階段崩落法有一定的優(yōu)勢(shì)，是整個(gè)階段端壁處于同一垂直位置，呈直立狀態(tài)，在端部進(jìn)行回采，一次回采階段全高一個(gè)崩礦步距，在階段底部布置底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行出礦，礦塊生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，主要在有色金屬礦山使用。目前雖然沒(méi)有無(wú)底柱階段崩落法方案的提法，但無(wú)底柱階段崩落法與“高端壁無(wú)底柱分段崩落法”方案有相近的地方，高端壁無(wú)底柱分段崩落法是將幾個(gè)分段(通常2-3個(gè)分段)作為一組，其端壁在同一垂直位置呈直立狀態(tài)，形成高端壁，一次回采這幾個(gè)分段一個(gè)崩礦步距。專利(申請(qǐng)?zhí)?01110232079. 7)“一種帶鋼混結(jié)構(gòu)人工假頂?shù)奶糸苁綗o(wú)底柱階段崩落采礦法”與專利(申請(qǐng)?zhí)?01110232064. O) “一種挑檐式結(jié)構(gòu)的無(wú)底柱階段崩落采礦法”都涉及一種無(wú)底柱挑檐端壁階段崩落采礦法，是將礦體劃分為階段，在階段里再劃分為分段，上下分段回采巷道呈菱形交錯(cuò)布置，在回采巷道內(nèi)進(jìn)行回采工作，階段內(nèi)各分段一直保持一種下分段超前其上分段一個(gè)挑檐距離的挑檐結(jié)構(gòu)，以階段為單位，回采高度等于階段全高，階段內(nèi)各分段按由上而下的順序依次爆破一個(gè)崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道出礦。因此，無(wú)底柱階段崩落法按階段內(nèi)各分段端壁上下位置分垂直端壁和挑檐端壁兩種，無(wú)底柱垂直端壁階段崩落法是整個(gè)階段各分段端壁處 于同一垂直位置，而無(wú)底柱挑檐端壁階段崩落法是整個(gè)階段各分段端壁處于一種下分段超前其上分段一個(gè)挑檐距離的位置，都是回采高度等于階段全高。然而，端部出礦的崩落法存在兩大弊病1)損失貧化問(wèn)題。由于端部放礦是在覆蓋巖層下放礦，剛開(kāi)始放出的是純礦石，很快地頂部廢石降落，形成廢石漏斗，廢石提前混入并放出。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用截止品位放礦，當(dāng)放出礦石品位低于截止品位，即停止放礦，未放出的殘留礦石一部分在下分段放出，另一部分則損失在地下，礦石損失貧化大是其最大的缺陷，一般貧化率為20-25%，高的達(dá)42. 9%，回采率一般為55-70% ;2)地表塌陷問(wèn)題。隨著回采不斷進(jìn)行，上部礦體采空，覆蓋巖不斷下移，采場(chǎng)上部形成采空區(qū)，容易使地表塌陷。覆蓋巖層下端部放礦崩落采礦法礦石損失貧化大和地表塌陷一直是困擾采礦界的難題。覆蓋層下端部放礦礦石損失貧化大的主要原因是由于覆蓋層下礦巖直接接觸的放礦方式引起的。如果能控制廢石的流動(dòng)，將從根本上解決端部放礦崩落采礦法的礦石損失貧化問(wèn)題，并極大地提高礦石回采率。崩落采礦法覆蓋巖層長(zhǎng)期存在于采場(chǎng)，隨著回采的進(jìn)行，礦巖不斷流動(dòng)的磨蝕作用及頻繁的爆破擠壓作用，覆蓋巖中含有大量的小塊和粉末。大量的實(shí)、試驗(yàn)表明端部放礦過(guò)程中，小塊和粉末礦巖能穿越大塊空隙提前到達(dá)放礦口，其流動(dòng)速度比大塊礦巖快。在放礦截止時(shí)，放礦口周圍的覆蓋巖石塊度分布特點(diǎn)為離放礦口越近，粉巖和碎石越多。根據(jù)粉體工程知識(shí)，當(dāng)含粉末、碎石遇水，粘結(jié)性很容易變大，影響其流動(dòng)性。然而，對(duì)于一些新建礦山，或者由于覆蓋巖石性質(zhì)不同，覆蓋巖不容易磨蝕或碎裂，覆蓋巖中碎石和粉末含量比較少，采用水或膠都難以使覆蓋巖粘結(jié)，覆蓋巖的流動(dòng)性難以改變，需要人為增加粉末、碎石的含量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)端部放礦崩落法礦石損失貧化大和地表塌陷的兩大難題，提出一種頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法，本發(fā)明的目的如下1)在分段回采進(jìn)路端部注水，改變待崩礦體周圍的覆蓋巖流動(dòng)性，使其流動(dòng)性變差，下次崩落一個(gè)崩礦步距的礦體，新崩落礦石較干，流動(dòng)性好，實(shí)現(xiàn)覆蓋巖與崩落礦石的流動(dòng)性明顯不同，使礦石容易放出而巖石不容易放出，從而有效地提高礦石回采率、降低礦石貧化與損失；2)頂部采空區(qū)充入尾砂碎石，起到充填作用，防止地表塌陷，另外，隨著覆蓋巖的流動(dòng)，頂部充填的尾砂不斷滲入覆蓋巖，并到達(dá)放礦口附近，補(bǔ)充了覆蓋巖中粉末和碎石的含量，有利于改善回采過(guò)程中覆蓋巖注水粘結(jié)；3)由于頂部大量注入尾砂碎石，起到利用工業(yè)廢料、保護(hù)地表的作用，對(duì)環(huán)保有益。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯(cuò)方式布置回采進(jìn)路，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道內(nèi)完成，在回采巷道內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔，在覆蓋巖層下進(jìn)行回退式回采，當(dāng)階段內(nèi)各分段回采到端壁處于同一垂直位置或一種下分段超前其上分段一個(gè)挑檐距離的位置時(shí)，回采以階段為單位，整個(gè)階段各分段同次崩落一個(gè)崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道端部進(jìn)行出礦，其特征在于在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)，所述的在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，是在階段內(nèi)各分段放礦結(jié)束后，在除最下分段外的該階段各分段回采巷道端部的兩側(cè)和前部，采用注漿設(shè)備將注漿管深入回采巷道覆蓋巖石中，將水注入并均勻滲透到回采巷道放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石中，靜置
1-3天，通過(guò)回采巷道兩側(cè)的排水溝，將覆蓋巖中多余水分排掉，再進(jìn)行下一崩礦步距的爆破、放礦回采工作；所述的采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)，是在地表沿礦體走向布置若干充填井，通過(guò)充填井在采場(chǎng)采空區(qū)頂部充入尾砂與碎石，充滿采空區(qū)，所述尾砂與碎石的重量配比為尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1)頂部采空區(qū)注入尾砂碎石，起到充填和利用工業(yè)廢料的作用，防止地表塌陷，對(duì)環(huán)保有益；并可增加覆蓋巖中粉末、碎石含量，有益于分段注水控制覆蓋巖的流動(dòng)性；
2)分段注水，降低覆蓋巖流動(dòng)性，而新崩礦石較干，流行性好，實(shí)現(xiàn)礦石容易放出而廢石不容易放出，解決了端部放礦崩落法損失貧化大的問(wèn)題，對(duì)采場(chǎng)水量小、覆蓋層含粉末和碎石較少或較多的礦山效果都適用；
3)回采率預(yù)計(jì)回采率能達(dá)到80-92%，貧化率達(dá)到2-5%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。


圖I為菱形布置回采巷道示意圖。圖2為階段各分段端壁處于同一垂直位置示意圖。圖3為垂直端壁情況下采用注漿設(shè)備將注漿管深入回采巷道兩側(cè)和前部的覆蓋巖石中注水示意圖。圖4為垂直端壁情況下注水將覆蓋巖粘結(jié)后進(jìn)行下一個(gè)崩礦步距回采時(shí)礦石崩落情況示意圖。圖5為階段各分段端壁處于一種挑檐狀態(tài)時(shí)的示意圖。圖6為挑檐端壁情況下采用注漿設(shè)備將注漿管深入回采巷道兩側(cè)和前部的覆蓋巖石中注水示意圖。圖7為挑檐端壁情況下注水將覆蓋巖粘結(jié)后進(jìn)行下一個(gè)崩礦步距回采時(shí)礦石崩落情況示意圖。
圖8為在 回采巷道兩側(cè)和前部覆蓋巖石中多處插入注漿管注水示意圖。圖9為階段各分段注水范圍示意圖。圖10為挑檐端壁情況下在采空區(qū)頂部充填尾砂碎石方法示意圖。圖11為垂直端壁情況下在采空區(qū)頂部充填尾砂碎石方法示意圖。
圖中I為回采巷道，2-1為崩落的覆蓋巖石，2-2為充填的尾砂碎石覆蓋層，3為每條進(jìn)路礦體崩落范圍線，4為礦體,5為上向扇形中深孔,6為注衆(zhòng)管,7為注水的水流,8為注水靜置后濕的粘結(jié)覆蓋巖石，9為新崩落較干的礦石，10為階段各分段注水滲透范圍線，11為充填井，12為地表，13為充填的尾砂碎石流。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖f 11所示，本發(fā)明的頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯(cuò)方式布置回采進(jìn)路I，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道I內(nèi)完成，圖I中2-1為覆蓋巖石，3為每條進(jìn)路礦體崩落范圍線，在回采巷道I內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔5，在覆蓋巖層2-1下進(jìn)行回退式回采，當(dāng)階段內(nèi)各分段回采到端壁處于同一垂直位置或一種下分段超前其上分段一個(gè)挑檐距離的位置時(shí)，回采以階段為單位，整個(gè)階段各分段同次崩落一個(gè)崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道I端部進(jìn)行出礦，圖2、5中4為礦體，其特征在于在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)。所述的在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，是在階段內(nèi)各分段放礦結(jié)束后，在除最下分段外的該階段各分段回采巷道I端部的兩側(cè)和前部，采用注漿設(shè)備將注漿管6深入回采巷道覆蓋巖2-1中，將水注入并均勻滲透到回采巷道I放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石2-1中，由于覆蓋巖中塊度不均，放礦結(jié)束后回采巷道I放礦口和端壁周圍的覆蓋巖2-1中含有大量粉巖和碎石，這些粉巖和碎石在水的作用下，填充到覆蓋巖2-1空隙中，圖3、6、8中7為注水的水流，圖9中10為階段各分段注水滲透范圍線，經(jīng)過(guò)1-3天的靜置，通過(guò)回采巷道I兩側(cè)的排水溝，將覆蓋巖2-1中多余水分排掉，使放礦口周圍的覆蓋巖石較穩(wěn)定地粘結(jié)，流動(dòng)性很差，一般情況下，覆蓋巖穩(wěn)定粘結(jié)時(shí)最佳含水量為8-20%。再進(jìn)行下一崩礦步距的爆破、放礦回采工作，下一崩礦步距的爆破后，由于爆破的作用，再將較穩(wěn)定的潮濕覆蓋巖8壓實(shí)，使其更加穩(wěn)定，形成一道“擋土墻”；另外，由于新崩落的礦石9比較干，流動(dòng)性好，這樣造成覆蓋巖8與新崩落的礦石9的流動(dòng)性明顯不同，在放礦時(shí)，礦石9流動(dòng)快，而巖石8流動(dòng)慢，可以大幅度減少放礦過(guò)程中廢石的混入，提高純礦石的放出。為了防止和減少周圍潮濕覆蓋巖8中的水份滲入新崩礦石9中，要盡快進(jìn)行放礦工作；所述的采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)，是在地表12沿礦體走向布置若干充填井11，通過(guò)充填井11在采場(chǎng)采空區(qū)頂部充入尾砂與碎石，充滿采空區(qū)，充填物中碎石主要是起到改善流動(dòng)性防止尾砂板結(jié)的作用，以免堵塞充填井影響以后的充填作業(yè)。所述尾砂與碎石的重量配比為尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。圖10、11中的
2-2上部采空區(qū)充填的尾砂碎石覆蓋層，13充填的尾砂碎石流。充填井按采礦充填井規(guī)范布置，一般每隔30-50m布置一個(gè)，充填井直徑I. 8^2. 0m。頂部充填尾砂碎石作業(yè)可以隨采隨充填，由于地表沉陷是相當(dāng)慢的過(guò)程，因此，也可按月、季、年集中充填采空區(qū)。
挑檐端壁結(jié)構(gòu)，由于下分段超前上分段一個(gè)挑檐距離，注漿管插入深度淺，挑檐端壁結(jié)構(gòu)比垂直端壁結(jié)構(gòu)注水方便。本發(fā)明由于在采場(chǎng)采空區(qū)采用頂部充填尾砂碎石的方法處理，起到充填作用，有效地防止地表塌陷；頂部注入的尾砂隨著覆蓋巖的流動(dòng)不斷滲入覆蓋巖，并到達(dá)放出口附近，起到補(bǔ)充粉末含量的作用，通過(guò)分段注水，將待崩礦體周圍的覆蓋巖粘結(jié)起來(lái)，降低覆蓋巖流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)礦石容易放出而廢石不容易放出，解決了端部放礦崩落法損失貧化大的問(wèn)題；回采率預(yù)計(jì)回采率能達(dá)到80-92%，貧化率達(dá)到2-5%，經(jīng)濟(jì)效益明顯；由于頂部大量注入尾砂碎石，起到利用工業(yè)廢料、保護(hù)地表的作用，對(duì)環(huán)保有益。
與目前使用的地下開(kāi)采方法相比，本發(fā)明解決了崩落法損失貧化大和地表沉陷的問(wèn)題，損失貧化指標(biāo)比空?qǐng)龇ê统涮罘ㄟ€低，更具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明屬大量放礦崩落采礦法，適用性強(qiáng)，對(duì)于采場(chǎng)水量小的礦山，可以取代目前使用的空?qǐng)龇?、充填法和崩落法地下開(kāi)采方法。
權(quán)利要求
1.一種頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯(cuò)方式布置回采進(jìn)路，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道內(nèi)完成，在回采巷道內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔，在覆蓋巖層下進(jìn)行回退式回采，當(dāng)階段內(nèi)各分段回采到端壁處于同一垂直位置或一種下分段超前其上分段一個(gè)挑檐距離的位置時(shí)，回采以階段為單位，整個(gè)階段各分段同次崩落一個(gè)崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道端部進(jìn)行出礦，其特征在于在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)， 所述的在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，是在階段內(nèi)各分段放礦結(jié)束后，在除最下分段外的該階段各分段回采巷道端部的兩側(cè)和前部，采用注漿設(shè)備將注漿管深入回采巷道覆蓋巖石中，將水注入并均勻滲透到回采巷道放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石中，靜置1-3天，通過(guò)回采巷道兩側(cè)的排水溝，將覆蓋巖中多余水分排掉，再進(jìn)行下一崩礦步距的爆破、放礦回采工作； 所述的采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)，是在地表沿礦體走向布置若干充填井，通過(guò)充填井在采場(chǎng)采空區(qū)頂部充入尾砂與碎石，充滿采空區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法，其特征在于所述尾砂與碎石的重量配比為尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頂部尾砂碎石充填、分段注水粘結(jié)的無(wú)底柱階段崩落法，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯(cuò)方式布置回采進(jìn)路，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道內(nèi)完成，其特征在于在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過(guò)程中形成的頂部采空區(qū)，所述的在回采過(guò)程中采用注水的方法控制放礦，將水注入并均勻滲透到回采巷道放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石中，靜置1-3天。其優(yōu)點(diǎn)是解決了崩落法損失貧化大和地表沉陷的問(wèn)題，損失貧化指標(biāo)比空?qǐng)龇ê统涮罘ㄟ€低，更具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，由于頂部充入尾砂碎石，起到利用工業(yè)廢料的作用，對(duì)環(huán)保有益。
文檔編號(hào)E21F15/00GK102635357SQ20121012592
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者陳曉青 申請(qǐng)人:遼寧科技大學(xué)