本發(fā)明涉及一種地下礦采礦法，具體涉及一種機械化上向分層楔合混合充填采礦法。

背景技術：

當地表不允許崩落、礦石品位較高、礦床價值較大或者礦體上下盤圍巖中等穩(wěn)固或穩(wěn)固性差時，一般采用充填采礦法進行開采。該方法利用充填體控制圍巖崩落和地表移動以進行地壓管理，并在形成的充填體上或在其保護下進行回采。具有適應性強，礦石回采率高，貧化率低，作業(yè)較安全，能利用工業(yè)廢料，保護地表等；缺點是工藝相對復雜，成本高，勞動生產率和礦塊生產能力相對較低。

目前我國礦山廢石堆存量高達440億噸，尾礦堆存150億噸，其中有色金屬礦山廢石利用率平均低于10％，尾礦綜合利用率為19％左右，造成很大的環(huán)境和安全隱患。隨著對生產安全、生態(tài)環(huán)境以及資源回采率要求的不斷提高，充填采礦法得到大力的推廣應用，甚至在鐵礦和低品位有色金屬礦體開采中也開始采用。從礦山固體廢棄物資源化利用方面，利用尾砂、廢石等礦山固體廢棄物作為井下充填材料是充填開采的最佳選擇。不僅解決礦山固體廢棄物的資源化利用問題，而且是降低采礦成本和提高企業(yè)效益的有效途徑。

目前利用全尾砂充填方面已開展了大量的研究和工業(yè)應用，部分礦山尾礦利用率均達到了較高的水平。充填技術也從早期的低濃度分級尾砂膠結充填向全尾砂高濃度膠結充填，膏體、似膏體，以及廢石-全尾砂高濃度管輸充填技術等過渡。縱觀當前礦山井下充填技術，尾砂與廢石依然是礦山充填骨料的主要來源。對于分層充填法開采的礦山，利用尾砂進行膠結充填的工藝和技術已比較成熟，但目前針對礦山廢石與全尾砂的充填工藝技術仍然是分而用之，因而絕大多數礦山未能有效利用廢石與全尾砂進行充填。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種作業(yè)安全、充填效率較高、成本低的機械化上向分層楔合混合充填采礦法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的機械化上向分層楔合混合充填采礦法，在采用上向水平分層充填法開采過程中，采用3m～4m一個分層上向回采和充填，自下向上的每一分層交替采用全尾砂膠結充填和廢石楔合混合充填；楔合混合充填時向上堆放廢石形成四菱臺形狀；底部廢石鋪設范圍根據采場尺寸設置并與相鄰采場保持一定的間距，在與相鄰采場方向的廢石堆兩側仍采用尾砂膠結充填，并與上、下分層尾砂膠結充填體接觸，保證混合充填體強度，防止礦體或圍巖不穩(wěn)固時垮落造成的貧化。

所述上向水平分層充填法開采的礦體為厚大傾斜至急傾斜礦體，厚度大于10m，有利于廢石的堆放，采用礦塊垂直走向布置，回采寬度取8m～10m。

所述的自下向上的每一分層交替采用全尾砂膠結充填和廢石楔合混合充填時，各分層按間隔方式進行回采，采場的最底部分層為尾砂膠結充填，從底部第二分層開始間隔進行廢石與全尾砂膠結楔合混合充填，采場最頂部分層采用尾砂膠結充填層以實現(xiàn)接頂。

所述的廢石與全尾砂膠結楔合混合充填時，在廢石堆放時形成四菱臺形狀，底部與兩側的相鄰采場方向保持0.3m～0.5m的距離，與圍巖方向則堆放接觸，不留空間。

所述的楔合混合充填所形成的廢石堆體以40°～45°的自然安息角進行堆放，堆放高度3.5m～3.8m，上表面鋪平，廢石堆體與兩側的相鄰采場方向及上部的剩余空間采用尾砂膠結充填。

每一分層的上部均需預留厚度0.4m～0.6m的澆面，鋪以混凝土地板，以便無軌設備運行。

采用上述技術方案的機械化上向分層楔合混合充填采礦法，其特征是：

a、確定采場結構參數：將礦塊垂直走向布置，礦塊高度與中段高度一致，礦房寬8m～10m，礦房長即為礦體厚度。沿著礦體走向方向進行隔一采一的連續(xù)方式推進，在回采過程中不留礦石間柱，當礦體的穩(wěn)定性較差時，采用混凝土澆灌隔墻，以隔離礦體和充填料。

b、采準工作：采準工程主要包括階段運輸平巷、分段平巷及分段出礦平巷、分段和分層聯(lián)絡道、回風充填井、回風平巷、溜井、充填排水井，切割橫巷和切割平巷等。

c、切采工作：主要為拉底工作，考慮礦石品位高、價值大，因此不留底柱。以拉底平巷為自由面擴大到礦房底部全面積，形成拉底空間，并澆灌形成鋼筋混凝土假底，以減少礦石損失。

d、回采工作：自下而上按3m～4m一個分層進行回采和充填，3個分層為一個分段。采用低矮式鑿巖臺車以提高鑿巖效率，若礦體穩(wěn)定性差時則可以采用水平淺孔崩礦。采用一采一充的回采作業(yè)方式，回采空間高度到達6m～7m時進行充填作業(yè)。采用鏟運機出礦，提高生產效率。對于礦石穩(wěn)固性差的礦體開采，當暴露面積大時，應注意采用錨桿或長錨索支護等措施控制地壓。

e、采場充填：第一分層采用全尾砂膠結充填，充填料通過充填回風井下放至采場，第二分層的廢石充填采用鏟運機將廢石運至采場，以廢石的自然安息角進行堆放，堆放時形成四菱臺形狀，底部分別與兩側相鄰采場保持0.3m～0.5m的距離，其余兩側與圍巖堆放接觸，上表面鋪平，廢石堆體的兩側采用全尾砂膠結充填，且上表面預留0.4m～0.6m混凝土澆面以保證上分層作業(yè)。

本發(fā)明在應用上行水平分層充填工藝開采時采用間隔分層楔合混合充填，通過對楔合混合充填層進行廢石堆存并與周圍的全尾砂膠結充填進行楔合和包裹，達到井下廢石最大化利用，并保證分層膠結充填體強度的目的，實現(xiàn)安全高效開采，大幅度減少礦山廢料向地表的排放從而降低充填成本。本發(fā)明利用井下廢石進行回填，并結合全尾砂膠結分層楔合混合充填，大大減少廢石的地表存放和運輸成本，提高廢石利用率，并結合全尾砂膠結充填實現(xiàn)對圍巖和相鄰采場礦體的支撐作用，具有作業(yè)安全、充填效率較高、成本低的特點。

本發(fā)明適用于礦石品位較高、礦床價值較大或者礦體上下盤圍巖中等穩(wěn)固或穩(wěn)固性差的礦體開采，尤其是適合上向水平分層充填工藝開采時應用。

本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明不需要把礦體劃分成礦房和礦柱，整個礦體的開采連續(xù)進行，鏟運機出礦；應用本發(fā)明，采場由全尾砂膠結和廢石堆放進行楔合混合充填，在混合充填體強度滿足圍巖與礦體穩(wěn)定性要求的同時，最大化程度利用了井下廢石，減少了廢石地表排放的土地占用、環(huán)境污染及誘發(fā)的地質災害風險，同時廢石回填采場可大幅度降低礦山的充填成本。

綜上所述，本發(fā)明是一種作業(yè)安全、充填效率較高、成本低的機械化上向分層楔合混合充填采礦法。

附圖說明

圖1是一種地下礦山機械化上向分層楔合混合充填采礦法的主視圖，即沿圖2的Ⅰ-Ⅰ剖面。

圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線剖面圖。

圖3是沿圖1中Ⅲ-Ⅲ線剖面圖。

圖4是廢石與全尾砂膠結楔合混合充填分層示意圖。

圖中：1-回風充填井；2-回采工作面；3-廢石；4-膠結充填體；5-鋼筋混凝土假底；6-回風平巷；7-階段運輸平巷；8-分段平巷；9-分層聯(lián)絡道；10-溜井；11-分段聯(lián)絡道；12-采準斜坡道；13-充填排水小井；14-充填排水井；15-礦體；16-切割平巷；17-混凝土澆面。

具體實施方式

本發(fā)明提出的采礦方案的具體用例是：針對上述類別礦體的開采，階段高度取40m～60m，礦塊長度一般取50m～60m，當礦體破碎且地壓較大時可減少至30m～40m。先通過礦體底板的中段運輸平巷和斜坡道掘進采區(qū)聯(lián)絡道、分段平巷、分段出礦平巷、溜礦井，然后靠近礦體底板掘進回風充填井與上中段探礦平巷相通。在回采前，在礦塊底部掘進切割橫巷，沿礦體走向掘進切割平巷，以切割橫巷為自由面沿切割平巷進行拉底，隨著分層的推進，架設濾水井和埋設有孔的塑料波紋管與充填排水小井相連，并對分段出礦平巷斜道進行挑頂，使之逐漸由重車上坡變?yōu)橹剀囅缕隆?/p>

在完成采準切割工作后，按自下而上的分層回采，采用一采一充的回采作業(yè)方式，利用低矮式鑿巖臺車鑿巖或淺孔鑿巖，鏟運機出礦。自下向上的每一分層交替采用全尾砂膠結充填和廢石楔合混合充填，采場最頂部分層為尾砂膠結充填層以實現(xiàn)接頂。廢石充填時向上堆放廢石形成四菱臺形狀。底部廢石鋪設范圍根據采場尺寸設置，與相鄰采場保持一定的間距，在廢石堆兩側及上部仍采用尾砂膠結充填，保證混合充填體強度，防止礦體或圍巖不穩(wěn)固時垮落造成的貧化。每一分層的上部預留厚度0.4m的澆面，鋪以混凝土地板，作為上一分層回采作業(yè)時的人工假底。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖2是本發(fā)明的一種機械化上向分層楔合混合充填法典型方案圖。首先根據礦體的實際厚度和傾角布置礦體的采礦礦段及礦塊的結構尺寸，礦塊高度取60m，礦房寬10m，礦房長即為礦體厚度，本附圖取12m；先通過礦體底板的中段運輸平巷7和采準斜坡道12掘進分段聯(lián)絡道11、分段平巷8、分層聯(lián)絡道9、充填排水井14和溜井10。然后靠近礦體底板掘進回風充填井1與上中段平巷相通。在回采前，在礦塊底部垂直礦體走向掘進切割平巷16，以切割橫巷為自由面沿切割平巷進行拉底。拉底空間形成后，澆灌形成鋼筋混凝土假底5，高度6m。自下而上按4m一個分層進行回采和充填，3個分層為一個分段。礦塊內設兩個回采單元，隔一采一，一個回采單元充填或養(yǎng)護時，另一回采單元可進行正?；夭?，在每一分段靠近礦體下盤處掘進充填排水小井，斷面1m×1m，便于采場充填脫水。

回采工作面2崩落的礦石利用鏟運機，通過分層聯(lián)絡道9、分段平巷9運至溜井10進行放礦。新鮮風流由中段運輸平巷7、充填排水井14、斜坡道12及分段聯(lián)絡道11進入，經分段平巷8、分層聯(lián)絡道9進入采場，沖刷采場后，污風從回風充填井1排入上中段回風充填平巷6。為了改善采場工作面通風條件，使用局扇加強通風。

作業(yè)循環(huán)為一采一充，即回采一個分層后立即充填，充填料通過回風充填井1下放至采場。第一分層采用全尾砂膠結充填，形成充填體4，水泥砂漿比采用1：8。第二分層采用廢石和尾砂混合充填，形成廢石堆3和全尾砂膠結充填體，其中廢石利用鏟運機堆放至采場，向上堆放廢石形成四菱臺形狀3，且底部的廢石鋪設與相鄰采場保持0.3m的間距，使廢石堆被膠結充填體包裹。堆放高度達到3.6m時即在廢石堆兩側采用水泥砂漿比為1:8的尾砂膠結充填體進行充填，直至與廢石堆放高度一致。在分層頂部0.4m高度采用1:4的水泥砂漿進行澆面，形成17，便于使鏟運機能在每分層上進行作業(yè)。自下向上的每一分層交替采用全尾砂膠結充填和廢石楔合混合充填，采場最頂部分層為尾砂膠結充填層以實現(xiàn)接頂。

當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。