本發(fā)明涉及采礦工程領域，特別是涉及一種地下鹽礦大規(guī)模高效開采的應力釋放采礦方法。

背景技術：

鹽巖作為重要的化工原料一直被廣泛開發(fā)應用。鹽巖由于其自身成礦特性、力學性質較差、具有顯著的流變特性等獨特特征，其地下開采受到一定制約。早期的鹽礦開采多以水溶開采為主，隨著采礦技術的不斷發(fā)展，由于開采規(guī)模大、生產效率高等優(yōu)勢，鹽巖的地下井工開采日益受到青睞。鹽巖礦體及圍巖屬軟巖至極軟巖，開展的相關開采方法研究較少，主要借鑒煤礦地下開采方案，以條帶式房柱法開采為主，即礦房、礦柱在采區(qū)范圍內呈條帶式間隔布置，采一條帶狀礦房留一條帶狀礦柱，以保持上覆圍巖穩(wěn)定、控制地表沉陷變形。

就現有開采技術方案而言，水溶開采存在管理難度大、礦石貧化率高，地表沉陷變形嚴重，開采后處理不當地表安全風險大等問題；條帶式房柱法開采為維護上覆巖體穩(wěn)定、控制地表沉陷變形，往往需留設較大尺寸的礦柱，導致回采率極低，尤其是開采向深部發(fā)展后，回采率往往低于30％，導致資源浪費嚴重；此外，由于鹽巖具有顯著的流變特性，如采空區(qū)不加以充填，10～20年甚至更長時間的巖體不斷流變將導致災害性的地表塌陷，然而充填過高成本嚴重制約了鹽礦尤其是深部鹽礦的大規(guī)模地下井工開采。

技術實現要素：

基于上述現有技術所存在的問題，本發(fā)明提供一種地下鹽礦的采礦方法，其回采率高、生產效率較高、生產成本較低，尤其適用于深埋大規(guī)模鹽礦的高效開采。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種地下鹽礦的采礦方法，包括：

(a)沿所開采礦體走向布置開采盤區(qū)，開采盤區(qū)內劃分采區(qū)，采區(qū)內劃分開采單元；

(b)開采單元采用的進路系統(tǒng)的采場結構包括：應力釋放進路、屈服間柱、受保護進路、穩(wěn)定間柱和采場極限平衡礦柱；

(c)在所述開采單元內，先開采一側第一應力釋放進路，在該側第一屈服間柱內布置監(jiān)測設備監(jiān)測該屈服間柱內應力狀態(tài)，間隔一定時間待第二應力釋放進路應力釋放完成后，開采另一側的第二應力釋放進路，在另一側的第二屈服間柱內布置監(jiān)測設備監(jiān)測該側屈服間柱內應力狀態(tài)，間隔一定時間待第二應力釋放進路應力釋放完成后，開采兩個應力釋放進路之間靠近第一應力釋放進路的第一受保護進路；此時，應力已經控制性的轉移至采場極限平衡礦柱內，間隔一定時間后按順序依次開采第一受保護進路至第二應力釋放進路之間的各受保護進路。

本發(fā)明的有益效果為：通過合理的采場布置方案、進路-礦柱布置匹配參數、合理的回采順序，充分利用鹽巖長期蠕變特性，有序的控制蠕變破壞開采單元兩側應力釋放進路及屈服間柱，達到釋放應力并轉移開采單元頂板高應力至采場極限平衡礦柱內，從而保護開采單元內其它進路及礦柱的長期穩(wěn)定。該采礦方法回采率高、生產效率較高、生產成本較低，能夠在無須充填的前提下控制采場上覆巖體移動、地表沉陷位移并保障地表的長期穩(wěn)定性，尤其適用于深埋大規(guī)模鹽礦的高效開采。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的應力釋放采礦方法的三進路系統(tǒng)的采場結構示意圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的應力釋放采礦方法的五進路系統(tǒng)的采場結構示意圖；

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的應力釋放采礦方法的七進路系統(tǒng)的采場結構示意圖；

圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的應力釋放采礦方法總體布置方案示意圖；

圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例的應力釋放采礦方法實施方案示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明實施例提供一種地下鹽礦的采礦方法，是一種對地下鹽礦大規(guī)模高效開采的應力釋放采礦方法，包括以下步驟：

(a)沿所開采礦體走向布置開采盤區(qū)，開采盤區(qū)內劃分采區(qū)，采區(qū)內劃分開采單元；

優(yōu)選的，如圖4所示，采區(qū)的運輸及通風巷道22垂直于所述開采盤區(qū)的運輸巷道21，開采單元處于所述采區(qū)的運輸及通風巷道22兩側，各開采單元采用的進路系統(tǒng)斜向“呈魚刺狀”分布設在所述采區(qū)的運輸及通風巷道22兩側，兩側對應的開采單元通過設在運輸巷道21上的聯絡道23連通。

(b)開采單元采用的進路式采場結構包括：應力釋放進路、屈服間柱、受保護進路、穩(wěn)定間柱和采場極限平衡礦柱；

優(yōu)選的，開采單元采用的進路系統(tǒng)可采用三進路系統(tǒng)、五進路系統(tǒng)、七進路系統(tǒng)中的任一種；其中，三進路系統(tǒng)如圖1所示，其采場結構為：依次排列的第一應力釋放進路、第一屈服間柱、第一受保護進路、第二屈服間柱和第二應力釋放進路，相鄰的兩個三進路系統(tǒng)的采場結構之間經采場極限平衡礦柱連接；

所述五進路系統(tǒng)如圖2所示，其采場結構為：依次排列的第一應力釋放進路、第一屈服間柱、第一受保護進路、第二受保護進路、穩(wěn)定間柱、第三受保護進路、第二屈服間柱和第二應力釋放進路，相鄰的兩個五進路系統(tǒng)的采場結構之間經采場極限平衡礦柱連接；

所述七進路系統(tǒng)如圖3所示，其采場結構為：依次排列的第一應力釋放進路、第一屈服間柱、第一受保護進路、第二受保護進路、穩(wěn)定間柱、第三受保護進路、第四受保護進路、第五受保護進路、第二屈服間柱和第二應力釋放進路，相鄰的兩個七進路系統(tǒng)的采場結構之間經采場極限平衡礦柱連接。

上述采礦方法中，采場結構中，第一屈服間柱的尺寸與所述第一應力釋放進路的尺寸相匹配；所述第二屈服間柱的尺寸與所述第二應力釋放進路的尺寸相匹配。

屈服間柱設計尺寸可根據現場試驗確定，它是應力釋放采礦方案的關鍵。若尺寸過大導致礦柱強度較高，應力釋放進路頂板將保持穩(wěn)定，失去應力釋放并轉移應力至采場極限平衡礦柱上的作用；反之，若尺寸過小導致礦柱強度較低，應力釋放進路頂板隨著開采即發(fā)生破壞，進而導致更大規(guī)模的失穩(wěn)破壞，采礦生產安全將受到嚴重威脅；只有合理的屈服間柱與合理的應力釋放進路尺寸匹配方案，才能保證充分發(fā)揮應力釋放進路由于長期蠕變破壞特性，實現可控性的失穩(wěn)破壞，釋放應力并轉移開采單元頂板高應力至采場極限平衡礦柱內。

(c)在所述開采單元內，先開采一側第一應力釋放進路，在該側第一屈服間柱內布置監(jiān)測設備監(jiān)測該屈服間柱內應力狀態(tài)，間隔一定時間待第二應力釋放進路應力釋放完成后，開采另一側的第二應力釋放進路，在另一側的第二屈服間柱內布置監(jiān)測設備監(jiān)測該側屈服間柱內應力狀態(tài)，間隔一定時間待第二應力釋放進路應力釋放完成后，開采兩個應力釋放進路之間靠近第一應力釋放進路的第一受保護進路；此時，應力已經控制性的轉移至采場極限平衡礦柱內，間隔一定時間后按順序依次開采第一受保護進路至第二應力釋放進路之間的各受保護進路。

上述采礦方法的步驟(c)中，在該側第一屈服間柱內布置監(jiān)測設備監(jiān)測該屈服間柱內應力狀態(tài)，間隔一定時間待第二應力釋放進路應力釋放完成的間隔一定時間為：半年至一年，應力釋放完成的狀態(tài)為：應力釋放至第一應力釋放進路的頂板有控制性的破壞；

在另一側的第二屈服間柱內布置監(jiān)測設備監(jiān)測該側屈服間柱內應力狀態(tài)，間隔一定時間待第二應力釋放進路應力釋放完成的間隔一定時間為：三個月至半年，應力釋放的狀態(tài)為：應力釋放至第二應力釋放進路的頂板有控制性的破壞；

間隔一定時間后按順序依次開采第一受保護進路至第二應力釋放進路之間的各受保護進路的間隔一定時間為：一個月。

本發(fā)明的采礦方法，能合理的利用鹽巖的蠕變特性，通過合理的采場布置方案、礦房礦柱匹配關系、回采順序的選取，達到安全、有序的控制性應力釋放，保證回采安全以及上覆巖層穩(wěn)定，避免地表沉陷災害的發(fā)生，滿足礦區(qū)的長期安全性要求?？捎糜诘叵蔓}礦大規(guī)模高效開采，尤其適用于深埋大規(guī)模鹽礦的開采，是一種回采率高、生產效率較高、生產成本較低，能夠在無須充填的前提下控制采場上覆巖體移動、地表沉陷位移并保障地表的長期穩(wěn)定性的新型采礦方法。

下面結合具體實施例對本發(fā)明的采礦方法作進一步說明。

本發(fā)明提供一種地下鹽礦大規(guī)模高效開采的應力釋放采礦方法，其具體實施方案為：

(a)采場結構主要包括：應力釋放進路1、受保護進路2、屈服間柱3、穩(wěn)定間柱4和采場極限平衡礦柱5；

(b)盤區(qū)內劃分采區(qū)，采區(qū)內劃分開采單元，各開采單元可根據相關研究、工程實際分別設置為三進路系統(tǒng)、五進路系統(tǒng)、七進路系統(tǒng)(如圖1～圖3所示)。其中，所述進路系統(tǒng)包括應力釋放進路1、受保護進路2、屈服間柱3、穩(wěn)定間柱4，開采單元間由采場極限平衡礦柱5間隔并維持長期穩(wěn)定；

(c)所述屈服間柱3設計尺寸應著重開展研究、現場試驗確定，它是應力釋放采礦方案的關鍵。若尺寸過大導致礦柱強度較高，應力釋放進路1頂板將保持穩(wěn)定，失去應力釋放并轉移應力至采場極限平衡礦柱5上的作用；反之，若尺寸過小導致礦柱強度較低，應力釋放進路1頂板隨著開采即發(fā)生破壞，進而導致更大規(guī)模的失穩(wěn)破壞，采礦生產安全將受到嚴重威脅；只有合理的屈服間柱3與合理的應力釋放進路1尺寸匹配方案，才能保證充分發(fā)揮應力釋放進路由于長期蠕變破壞，實現可控性的失穩(wěn)破壞，釋放應力并轉移開采單元頂板高應力至采場極限平衡礦柱5內；

(d)所述開采單元內，首先開采應力釋放進路①，在屈服間柱3內布置監(jiān)測設備監(jiān)測間柱內應力狀態(tài)，一般地間隔半年～一年待應力釋放，應力釋放進路頂板有控制性的破壞后，開采應力釋放進路②；在該側屈服間柱3內布置監(jiān)測設備監(jiān)測間柱內應力狀態(tài)，一般地間隔3個月～半年待應力釋放，應力釋放進路頂板有控制性的破壞后，開采受保護進路③；此時，應力已經控制性的轉移至采場極限平衡礦柱5內，一般地間隔1個月后即可按順序依次開采受保護進路④、⑤(5進路系統(tǒng))和⑥、⑦(7進路系統(tǒng))。

實施例

某鉀鹽礦光鹵石礦層埋深450m；礦層呈近水平層狀分布，礦層傾角小于3°；平面上控制南北長度8.4km，東西長度11.4km，區(qū)內分布面積大于60km²。初步設計采用常規(guī)條帶式房柱法開采，設計參數：(a)在開采區(qū)域內，每250m×1000m劃分為一個盤區(qū)，盤區(qū)內有56個8m寬的礦房、55個20m寬的間柱及四周的盤區(qū)隔離礦柱組成；(b)礦房的尺寸是長124m，寬8m，采高6m，礦房之間由長124m，寬20m的連續(xù)間柱隔開。該采礦方案回采率低(盤區(qū)回采率28％)、生產效率低，經過詳盡的科學論證、研究，采用本發(fā)明所述采礦方法，盤區(qū)回采率達到45％，回采率提高60％，達到了安全、高效、大規(guī)模開采深埋地下鹽礦的效果，具體實施例采礦方案設計說明如下：

(a)如圖4所示，開采盤區(qū)沿礦體走向布置，回采進路呈“魚刺狀”布置在盤區(qū)內，開采單元采用七進路系統(tǒng)方案；

(b)圖5為圖4中的A-A處剖面示意圖，如圖5所示，采場結構主要包括：應力釋放進路1、10、受保護進路2、屈服間柱3、30、穩(wěn)定間柱4和采場極限平衡礦柱5；其中，所述應力釋放進路1、受保護進路2斷面尺寸為8m×6m，長124m，所述屈服間柱3寬度為6m，所述穩(wěn)定間柱4寬度為8m，采場極限平衡礦柱5寬度為30m；

(c)如圖3所示，所述開采單元內，首先開采應力釋放進路①，在屈服間柱3內布置監(jiān)測設備監(jiān)測間柱內應力狀態(tài)，一般地間隔半年～一年待應力釋放，應力釋放進路頂板有控制性的破壞后，開采應力釋放進路②；在該側屈服間柱3內布置監(jiān)測設備監(jiān)測間柱內應力狀態(tài)，一般地間隔3個月～半年待應力釋放，應力釋放進路頂板有控制性的破壞后，開采受保護進路③；此時，應力已經控制性的轉移至采場極限平衡礦柱5內，一般地間隔1個月后即可按順序依次開采受保護進路④、⑤、⑥、⑦。

本發(fā)明的采礦方法基于鹽巖的蠕變特性，通過合理的采場結構布置方案、進路-礦柱布置匹配參數、合理的回采順序，有序的控制應力釋放并轉移開采單元頂板高應力至采場極限平衡礦柱內，從而保護開采單元內其它進路及礦柱的長期穩(wěn)定。該采礦方法回采率高、生產效率較高、生產成本較低，能夠控制采場上覆巖體移動、地表沉陷位移并保障地表的長期穩(wěn)定性，尤其適用于深埋大規(guī)模鹽礦的高效開采。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。