權(quán)利要求

1.集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于，包括如下步驟：

(1)分段布置

沿深度方向?qū)⒌V體(2)劃分為階段，其后再將階段劃分為分段；

(2)自穩(wěn)窿形計(jì)算

使用數(shù)值計(jì)算軟件計(jì)算高地應(yīng)力條件下，礦體(2)開(kāi)采后，礦體上部巖體塌落后的自穩(wěn)窿形形狀；

(3)采準(zhǔn)切割工程

采切工程包括掘進(jìn)階段運(yùn)輸巷道(7)、分段運(yùn)輸平巷(6)、回采巷道(3)、礦石溜井(14)、切割平巷(13)、切割天井(12)、放頂巷道(15)、通風(fēng)行人天井(9)和設(shè)備井(8)；其中，

放頂巷道布置于礦體上部巖體(1)中，回采巷道(3)布置于礦體(2)之中，切割天井(12)和切割平巷(13)布置于礦體(2)與上盤(pán)的交界處，先與回采巷道(3)相連接，其后連接下盤(pán)中布置的分段運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷道(6)，每個(gè)階段布置有階段運(yùn)輸巷道(7)，階段運(yùn)輸巷道(7)與礦石溜井(14)相連，設(shè)備井(8)、通風(fēng)行人天井(9)通過(guò)聯(lián)絡(luò)道與分段運(yùn)輸平巷(6)及回采巷道(3)相連接；

(4)回采

沿切割天井(12)，在回采巷道(3)內(nèi)鉆鑿上向扇形孔，以切割天井(12)和切割平巷(13)為松散空間爆破礦石，各分段自上而下進(jìn)行回采，回采順序?yàn)楹笸耸交夭?，在礦石分段開(kāi)挖過(guò)程中，礦體上部巖體(1)同時(shí)開(kāi)始爆破放頂作業(yè)，形成初始自穩(wěn)窿形(16)，初始自穩(wěn)窿形(16)將在礦體(2)后續(xù)開(kāi)采過(guò)程繼續(xù)塌落形成開(kāi)挖過(guò)程中的自穩(wěn)窿形(17)，同時(shí)放頂巷道(15)崩落的破碎巖石(5)將覆蓋在礦石分段上，形成緩沖保護(hù)層；

(5)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由通風(fēng)行人天井(9)進(jìn)入，污風(fēng)最終由回風(fēng)井排出；

(6)出礦

待炮煙排盡后，鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入回采巷道(3)鏟裝礦石，隨后運(yùn)到礦石溜井(14)，最終經(jīng)由階段運(yùn)輸巷道(7)出礦；

(7)充填

待礦體(2)整體采完后，由最頂部的放頂巷道(15)向采礦空區(qū)(4)內(nèi)灌注充填料漿，直至采空區(qū)(4)充填結(jié)頂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于：沿著深度方向按照40-50m的高度將礦體(2)劃分為多個(gè)階段，其后按照10-12m的高度將階段劃分為多個(gè)分段。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于：回采巷道(3)內(nèi)向上扇形炮孔(11)的直徑為70mm，排距為1.6m，孔底距為1.8-2.0m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于：采用乳化炸藥裝藥臺(tái)車(chē)向回采巷道(3)內(nèi)的炮孔中裝填乳化炸藥，由非電導(dǎo)爆管雷管起爆，單次起爆炮孔排數(shù)約2-3排，不同分段內(nèi)可以同時(shí)崩礦。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于：在放頂巷道(15)中使用鑿巖臺(tái)車(chē)按照設(shè)計(jì)角度和長(zhǎng)度施工炮孔，使用乳化炸藥裝藥臺(tái)車(chē)向炮孔內(nèi)裝填乳化炸藥，由非電導(dǎo)爆管雷管起爆，最終形成礦體(2)上方的緩沖保護(hù)層及礦體上部巖體(1)的自穩(wěn)窿形。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于：放頂巷道(15)中炮孔直徑為70mm，排距為2.0-2.5m，孔底距為2.0-2.5m。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,其特征在于：根據(jù)塌落事件與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選取礦體上部巖體(1)相對(duì)穩(wěn)定階段的塌落窿形為初始塌落窿形，根據(jù)初始自穩(wěn)窿形(16)的形狀，在礦體上部巖體(1)的巖體中布置放頂巷道(15)，在后續(xù)的步驟中，放頂巷道(15)將崩落上部巖石形成初始自穩(wěn)窿形(16)。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下礦山開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集空、崩、充一體的深 井厚大礦體采礦方法。

背景技術(shù)

自人類(lèi)社會(huì)發(fā)展以來(lái)，采礦業(yè)一直默默的為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、基礎(chǔ)建設(shè)提供 著礦產(chǎn)資源支持。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的采礦作業(yè)，淺部資源逐漸枯竭，礦山開(kāi)采逐 漸向深部發(fā)展。與此同時(shí)，深部高地應(yīng)力環(huán)境給采礦作業(yè)帶來(lái)了新的技術(shù)難題， 傳統(tǒng)的空?qǐng)龇?、崩落法、充填法逐漸難以適應(yīng)深部礦體安全高效開(kāi)采的需求， 需要?jiǎng)?chuàng)新性的提出新型采礦方法，以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

專(zhuān)利201710086913.3(一種深部高應(yīng)力環(huán)境下自穩(wěn)窿形采場(chǎng)布置采礦方 法)在礦塊的回采過(guò)程中將礦房和礦柱設(shè)置為橢圓狀礦房和自穩(wěn)窿形礦柱，避 免規(guī)則礦柱形狀導(dǎo)致的尖角處應(yīng)力集中和差穩(wěn)定性，但是該方法著意于單個(gè)礦 塊的設(shè)計(jì)和礦柱穩(wěn)定性，對(duì)于生產(chǎn)效率并無(wú)明顯的改善。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的目 的之一在于提供一種安全可靠、生產(chǎn)效率高的集空、崩、充一體的深井厚大礦 體采礦方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法,包括如下步驟：

(1)分段布置

沿深度方向?qū)⒌V體劃分為階段，其后再將階段劃分為分段；各分段自上而 下進(jìn)行回采。

(2)自穩(wěn)窿形計(jì)算，使用數(shù)值計(jì)算軟件計(jì)算高地應(yīng)力條件下，礦體開(kāi)采 后，礦體上部巖體塌落后的自穩(wěn)窿形形狀；

(3)采準(zhǔn)切割工程

采切工程包括掘進(jìn)階段運(yùn)輸巷道、分段運(yùn)輸平巷、設(shè)備井、通風(fēng)行人天井、 礦石溜井、聯(lián)絡(luò)道、放頂巷道、回采巷道、切割天井、切割平巷。

放頂巷道布置于礦體之上的巖體中，回采巷道布置于礦體之中。切割天井 和切割平巷布置于礦體與上盤(pán)的交界處，先與回采巷道相連接，其后連接下盤(pán) 中布置的分段運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷道。每個(gè)階段布置有階段運(yùn)輸巷道，階段運(yùn)輸巷道與 礦石溜井、底部分段的分段運(yùn)輸平巷相連。設(shè)備井、通風(fēng)行人天井通過(guò)聯(lián)絡(luò)道 等巷道與分段運(yùn)輸平巷、回采巷道相連接。

(4)回采

沿切割天井，在回采巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形孔，以切割天井和切割平巷為松 散空間爆破礦石，回采順序?yàn)楹笸耸交夭?，在礦石分段開(kāi)挖過(guò)程中，礦體上部 巖體同時(shí)開(kāi)始爆破放頂作業(yè)，形成初始自穩(wěn)窿形，初始自穩(wěn)窿形將在礦體后續(xù) 開(kāi)采過(guò)程繼續(xù)塌落形成開(kāi)挖過(guò)程中的自穩(wěn)窿形，同時(shí)放頂巷道崩落的破碎巖石 將覆蓋在礦石分段上，形成緩沖保護(hù)層；

(5)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由通風(fēng)行人天井進(jìn)入，污風(fēng)最終由回風(fēng)井排出；

(6)出礦

待炮煙排盡后，鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入回采巷道鏟裝礦石，隨后運(yùn)到礦石溜井，最終 經(jīng)由階段運(yùn)輸巷道出礦；

(7)充填

待礦體整體采完后，由最頂?shù)姆彭斚锏老虿傻V空區(qū)內(nèi)灌注充填料漿，直至 采空區(qū)充填結(jié)頂。

具體的，沿著深度方向按照40-50m的高度將礦體劃分為多個(gè)階段，其后 按照10-12m的高度將階段劃分為多個(gè)分段。

具體的，回采巷道內(nèi)向上扇形炮孔的直徑為70mm，排距為1.6m，孔底距 為1.8-2.0m。

具體的，采用乳化炸藥裝藥臺(tái)車(chē)向回采巷道內(nèi)的炮孔中裝填乳化炸藥，由 非電導(dǎo)爆管雷管起爆，單次起爆炮孔排數(shù)約2-3排，不同分段內(nèi)可以同時(shí)崩礦。

具體的，在放頂巷道中使用鑿巖臺(tái)車(chē)按照設(shè)計(jì)角度和長(zhǎng)度施工炮孔，使用 乳化炸藥裝藥臺(tái)車(chē)向炮孔內(nèi)裝填乳化炸藥，由非電導(dǎo)爆管雷管起爆，最終形成 礦體上方的緩沖保護(hù)層及礦體上部巖體的自穩(wěn)窿形。

具體的，放頂巷道中炮孔直徑為70mm，排距為2.0-2.5m，孔底距為 2.0-2.5m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：

根據(jù)經(jīng)典力學(xué)理論及工程經(jīng)驗(yàn)，礦體開(kāi)采后，頂部巖石將逐步塌落形成窿 形，最終以窿形的狀態(tài)逐步塌落至地表。其中，剛開(kāi)采完礦石至形成窿形的這 段時(shí)間是頂部巖石最活躍的階段，極易產(chǎn)生影響礦山安全生產(chǎn)的地壓活動(dòng)。

本發(fā)明在開(kāi)采之時(shí)，首先根據(jù)模擬計(jì)算得到的礦體上部巖體塌落過(guò)程布置 巖石分段，進(jìn)而在頂部形成初始自穩(wěn)窿形，極大的減少了不安全地壓活動(dòng)的產(chǎn) 生。其后，在自穩(wěn)窿形的保護(hù)下，本發(fā)明將通常用于淺部采礦的無(wú)底柱分段崩 落法引申至深部礦體開(kāi)采，獲得了集空?qǐng)龇ā⒈缆浞?、充填法于一體的綜合優(yōu) 勢(shì)，有效的提升了深部礦體開(kāi)采的采礦效率，破碎礦體上覆蓋的巖石緩沖層能 夠有效的保證采礦生產(chǎn)的安全。

本發(fā)明提供的采礦方法減少了地壓活動(dòng)、提高了工作效率、保證了地表的 安全，是深部礦體開(kāi)采方法的重要補(bǔ)充。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明 的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實(shí)施例中應(yīng)用本發(fā)明的采礦方法主視圖(未開(kāi)采)；

圖2為實(shí)施例中應(yīng)用本發(fā)明的采礦方法主視圖(已開(kāi)采)；

圖3為圖1中I-I剖面圖；

圖4為圖2中I-I剖面圖；

其中：1、礦體上部巖體；2、礦體；3、回采巷道；4、空區(qū)；5、破碎巖 石；6、分段運(yùn)輸平巷；7、階段運(yùn)輸巷道；8、設(shè)備井；9、通風(fēng)行人天井；10、 破碎礦體；11、扇形炮孔；12、切割天井；13、切割平巷；14、礦石溜井；15、 放頂巷道；16、初始自穩(wěn)窿形；17、開(kāi)挖過(guò)程中的自穩(wěn)窿形。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是 全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造 性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng) 度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、 “水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、 “周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為 了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有 特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示 相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的 描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

參見(jiàn)圖1-圖4，本發(fā)明提供的集空、崩、充一體的深井厚大礦體采礦方法， 包括以下步驟：

(1)分段布置

沿著深度方向按照40-50m的高度將礦體2劃分為多個(gè)階段，其后按照 10-12m的高度將階段劃分為多個(gè)分段。各分段自上而下進(jìn)行回采。

(2)自穩(wěn)窿形計(jì)算

使用數(shù)值計(jì)算軟件FLAC，計(jì)算當(dāng)前地應(yīng)力條件下，礦石開(kāi)采后，礦體上 部巖體1塌落過(guò)程及最終塌落形狀。根據(jù)塌落事件與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選取礦 體上部巖體1相對(duì)穩(wěn)定階段的塌落窿形為初始塌落窿形。根據(jù)初始自穩(wěn)窿形 16的形狀，在礦體上部巖體1中布置放頂巷道15，以差異化的放頂巷道長(zhǎng)度 及扇形炮孔布置方式實(shí)現(xiàn)預(yù)定的塌落窿形。在后續(xù)的步驟中，放頂巷道15將 崩落上部巖石形成覆蓋礦石分段的緩沖保護(hù)層，并在礦體上部巖體1的底面形 成弧拱形的初始自穩(wěn)窿形16面。

(3)采準(zhǔn)切割工程

采切工程主要階段運(yùn)輸巷道7、分段運(yùn)輸平巷6、回采巷道3、礦石溜井 14、切割平巷13、切割天井12、放頂巷道15、通風(fēng)行人天井9、設(shè)備井8等 巷道；

放頂巷道布置于礦體上部巖體1中，回采巷道3布置于礦體2之中。切割 天井12和切割平巷13布置于礦體2與上盤(pán)的交界處，先與回采巷道3相連接， 其后連接下盤(pán)中布置的分段運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷道6。每個(gè)階段布置有階段運(yùn)輸巷道7， 階段運(yùn)輸巷道7與礦石溜井14相連。設(shè)備井8、通風(fēng)行人天井9通過(guò)聯(lián)絡(luò)道 等巷道與分段運(yùn)輸平巷6、回采巷道3相連接。

(4)回采

沿著切割天井12，在回采巷道3內(nèi)鉆鑿上向扇形孔，以切割天井12和切 割平巷13為松散空間爆破礦石。回采順序?yàn)楹笸耸交夭?，在礦石分段開(kāi)挖過(guò) 程中，礦體上部巖體1同時(shí)開(kāi)始爆破放頂作業(yè)，形成初始自穩(wěn)窿形16，初始 自穩(wěn)窿形16將在礦體后續(xù)開(kāi)采過(guò)程繼續(xù)塌落形成開(kāi)挖過(guò)程中的自穩(wěn)窿形17， 同時(shí)放頂巷道崩落的破碎巖石5將覆蓋在破碎礦體10上，形成緩沖保護(hù)層。

其中扇形炮孔11應(yīng)盡量均勻布置。使用瑞典SANDVIK K41鑿巖臺(tái)車(chē)按照 設(shè)計(jì)角度和長(zhǎng)度施工，鉆孔直徑70mm，排距約1.6m，孔底距1.8～2.0m。采用 乳化炸藥裝藥臺(tái)車(chē)向炮孔內(nèi)裝填乳化炸藥，由非電導(dǎo)爆管雷管起爆。單次起爆 炮孔排數(shù)約2-3排，不同分段內(nèi)可以同時(shí)崩礦。

在礦石分段開(kāi)采過(guò)程中，頂部巖石分段同時(shí)開(kāi)始爆破放頂作業(yè)，在放頂巷 道15中使用瑞典SANDVIK K41鑿巖臺(tái)車(chē)按照設(shè)計(jì)角度和長(zhǎng)度施工。炮孔直徑 70mm，排距約2.0-2.5m，孔底距2.0-2.5m。使用乳化炸藥裝藥臺(tái)車(chē)向炮孔內(nèi) 裝填乳化炸藥，由非電導(dǎo)爆管雷管起爆，最終形成礦體2上方的緩沖保護(hù)層及 初始自穩(wěn)窿形16。

初始自穩(wěn)窿形16將在礦體2后續(xù)開(kāi)采過(guò)程繼續(xù)塌落，形成開(kāi)挖過(guò)程中的 自穩(wěn)窿形17，最終形成最終的采礦空區(qū)4以供采礦結(jié)束后的充填作業(yè)。

(5)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由通風(fēng)行人天井9進(jìn)入，在回采巷道3處采用局扇進(jìn)行局部通風(fēng)， 污風(fēng)最終由回風(fēng)井排出。

(6)出礦

待炮煙排盡后，4m3鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入回采巷道3鏟裝礦石，隨后運(yùn)到礦石溜井 14，最終經(jīng)由階段運(yùn)輸巷道7出礦。

(7)充填

待礦體2整體采完后，由最頂端的放頂巷道15向采礦空區(qū)4內(nèi)灌注充填 料漿，直至采空區(qū)4充填結(jié)頂。

本實(shí)施例根據(jù)經(jīng)典力學(xué)理論及工程經(jīng)驗(yàn)，礦體開(kāi)采后，頂部巖石將逐步塌 落形成窿形，最終以窿形的狀態(tài)逐步塌落至地表。其中，剛開(kāi)采完礦石至形成 窿形的這段時(shí)間是頂部巖石最活躍的階段，極易產(chǎn)生影響礦山安全生產(chǎn)的地壓 活動(dòng)。

本實(shí)施例在開(kāi)采之時(shí)，首先根據(jù)模擬計(jì)算得到的礦體上部巖體塌落過(guò)程布 置巖石分段，進(jìn)而在頂部形成初始自穩(wěn)窿形，極大的減少了不安全地壓活動(dòng)的 產(chǎn)生。其后，在自穩(wěn)窿形的保護(hù)下，本實(shí)施例將通常用于淺部采礦的無(wú)底柱分 段崩落法引申至深部礦體開(kāi)采，獲得了集空?qǐng)龇?、崩落法、充填法于一體的綜 合優(yōu)勢(shì)，有效的提升了深部礦體開(kāi)采的采礦效率，破碎礦體上覆蓋的巖石緩沖 層能夠有效的保證采礦生產(chǎn)的安全。

本實(shí)施例提供的采礦方法減少了地壓活動(dòng)、提高了工作效率、保證了地表 的安全，是深部礦體開(kāi)采方法的重要補(bǔ)充。

上述本發(fā)明所公開(kāi)的任一技術(shù)方案除另有聲明外，如果其公開(kāi)了數(shù)值范 圍，那么公開(kāi)的數(shù)值范圍均為優(yōu)選的數(shù)值范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理 解：優(yōu)選的數(shù)值范圍僅僅是諸多可實(shí)施的數(shù)值中技術(shù)效果比較明顯或具有代表 性的數(shù)值。由于數(shù)值較多，無(wú)法窮舉，所以本發(fā)明才公開(kāi)部分?jǐn)?shù)值以舉例說(shuō)明 本發(fā)明的技術(shù)方案，并且，上述列舉的數(shù)值不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造保護(hù)范圍的 限制。

同時(shí)，上述本發(fā)明如果公開(kāi)或涉及了互相固定連接的零部件或結(jié)構(gòu)件，那 么，除另有聲明外，固定連接可以理解為：能夠拆卸地固定連接(例如使用螺 栓或螺釘連接)，也可以理解為：不可拆卸的固定連接(例如鉚接、焊接)，當(dāng) 然，互相固定連接也可以為一體式結(jié)構(gòu)(例如使用鑄造工藝一體成形制造出來(lái)) 所取代(明顯無(wú)法采用一體成形工藝除外)。

上述實(shí)施例僅僅是清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而非對(duì)實(shí)施方式的限 定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它 不同形式的變化或變動(dòng)。這里也無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施例予以窮舉。而由此 所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。

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