专利名称：联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法
技术领域：
本发明涉及一种地下有用矿床开采方法，特别适用于矿体稳固性差—中等的矿床开采。
背景技术：
上向水平分层充填采矿法近年来被广泛应用，主要有上向分层充填采矿、上向进路充填采矿以及点柱式充填采矿三种典型类型。武山铜矿上向进路水砂充填采矿法，将采场沿矿体走向布置划分为几个分段，每个分段又划分为几个分层，每一分层采用进路由两翼向中央或由下盘向上盘连续回采；回采结束后，除首采分层采用胶结充填便于分段顶底柱的回收外，其余分层均采用非胶结充填。新城金矿机械化盘区上向分层充填采矿法，将盘区沿矿体走向布置，盘区内沿垂直矿体走向布置多个采场，各采场分别进行凿岩爆破、矿石装运、支护和充填作业，整个盘区分三部回采，第一步用上向分层胶结充填法采矿房，第二步用上向分层尾砂充填法采间柱，第三步用上向进路充填法采上部的顶底柱。三山岛金矿点柱式机械化上向水平分层充填采矿法，在采场内设规则的点柱，进行分层回采，分层充填的基层为尾砂和废石充填、表层为胶结充填并形成采场的作业底板。这些采矿法虽然具有较高的采矿效率，但因其充填不接顶，充填体起不到直接支撑采场项板的作用，只适应于矿体稳固性好的矿床开采。对于矿体稳固性较差的矿床开采会频繁出现大面积冒顶事故，严重威胁采矿安全生产作业，并造成大量采下或冒落的矿石无法出矿，对空区的超高充填还会导致出矿中大量的充填料混入，造成采矿损失率、贫化率大大提高，处理隐患和维护采场的成本增加，技术经济指标下降。
发明内容
为解决上向水平分层充填采矿法在矿体稳固性差—中等的矿床开采中遇到的上述问题，本发明利用矿房矿柱两步回采原理，提供一种采矿效率高，采矿损失率低、作业安全、技术经济指标好的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成的联合支柱支撑顶板，联合支柱两侧建有隔墙，沿矿体走向、按一定间距垂直矿体走向布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成多个采场，阶梯形向上推进；联合支柱宽3-6米、高为分层高度、长为矿体厚，间距为10-20米；联合支柱的构筑过程为按3-6米宽进路和分层高度3-4米回采矿石，平整进路底板并在底板上铺设木地梁，按一定间距在木地梁上支木立柱并抵紧空区顶板、立柱间用木条连接钉紧，再安装纵、横向注浆管，在空区两侧构筑充填柔性隔墙，然后向空区进行水砂充填、再向充填体内进行高压注浆，形成人工胶结支柱；各采场各自形成出矿、通风、充填系统，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式；构筑充填柔性隔墙过程为在矿体回采完的上下盘围岩上按40-70厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径10-20毫米的钢丝绳在上下盘锚杆上缠绕拉紧，中间用立木(间距1-3米)加以固定，在钢绳上铺设金属网、悬挂滤布形成充填柔性隔墙。
该联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特殊之处是采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成联合支柱支撑顶板。沿矿体走向、按10-20米间距垂直矿体走向布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成多个采场(根据矿体分布特征采准结构确定其划分数量)，各采场阶梯形向上推进。联合支柱宽度为3-6米、高为分层高度(3-4米)，长为矿体厚，其构筑过程为按3-6米宽进路和分层高度3-4米回采矿石，平整进路底板并在底板上铺设木地梁，按一定间距(0.5-1米)在木地梁上支木立柱并在空区两侧构筑充填柔性隔墙，然后向空区进行水砂充填，并向充填体内进行高压注浆(用注浆泵通过注浆管进行)，形成人工胶结支柱。
充填柔性隔墙的构筑过程为在矿体回采完的上下盘围岩上按40-70厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径10-20毫米的钢丝绳在上下盘锚杆上缠绕拉紧，中间用立木(间距1-3米)加以固定，在钢绳上铺设金属网、悬挂滤布形成充填柔性隔墙。
各采场各自形成出矿、通风、充填系统(下盘矿石溜井、折返式斜坡道、布设充填管道等)，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式。
本发明的采矿方法由于采用木柱与充填胶结体构成直接支撑采场顶板的联合矿柱，对顶板起到了有效的支撑作用，使顶板得到有效控制，可保证回采至上盘围岩，大大减少了上盘损失矿量；再加之分区阶梯状回采可以避开高次生应力影响区，减少了应力集中释放的可能，加快了回采速度，提高生产能力，减少了采场顶板冒落的频率和规模，提高了采场的安全作业性；同时，采矿损失率、贫化率都大大减小，处理隐患和维护采场的成本减小，技术经济指标提高。
下面将结合附图进一步说明本发明的实质。
图1为本发明联合矿柱布置平面示意2为本发明联合矿柱布置纵剖面示意3为本发明联合矿柱结构侧面示意4为本发明柔性隔墙结构示意图1—联合支柱；2—矿房(充填体)；3—采区出矿巷；4—采区矿石溜井；5—未采矿石；6—中段沿脉；7—木立柱；8—充填料；9—半圆木地梁；10—注浆胶结充填体；11—充填柔性隔墙；12—倒楔式锚杆；13—为金属网；14—隔墙站柱；15—钢丝绳。
具体实施方案实施例1如图1、2所示，该联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成联合支柱支撑顶板，沿矿体走向、按10米间距垂直矿体布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成5个采场(各采场长50米)，各采场各自形成出矿、通风、充填系统，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式。
如图3所示，联合支柱宽度为3米、高为分层高度3米、长为矿体厚，其构筑过程为按3米宽进路和分层高度3米回采矿石，平整进路底板并在底板上铺设半圆木地梁，按0.5米间距在木地梁上支木立柱并抵紧空区顶板、立柱间用木条连接钉紧，再安装纵、横向注浆管，在空区两侧构筑充填柔性隔墙，然后向空区进行水砂充填、并通过注浆管用注浆泵向充体内进行高压注浆，形成人工胶结支柱支撑顶板。
如图4所示，柔性隔墙的构筑过程为矿块矿石回采完毕，在隔墙建造位置的上下盘围岩中，按40厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径10毫米的钢丝绳与倒楔式锚杆互相缠绕拉紧，中间用立木(间距1米)固定，在钢绳上铺设金属网，最后悬挂1层滤布，形成充填柔性隔墙。
采准切割工程主要是在矿体的下盘和脉内布置矿石溜井、折返式斜坡道、充填井、分层出矿道、沿脉、进路等。
其回采工艺为各采区分别沿矿体下盘掘进沿脉道至采区两端，从两端向中部进行退采。回采矿房采用一般的粗粒级水砂充填，到设计联合支柱位置按联合支柱施工工艺进行施工。打眼采用气腿式凿岩机，爆破采用2#岩石硝胺炸药，非电导爆管—火雷管起爆系统。用电动铲运机出矿(斗容为0.75-1.5立方米)。矿石由铲运机从采场装卸到放矿溜井，进入中段运输平巷。采场顶板采用管缝式锚杆按1.5×1.5米网度安装支护。各采区向上的推进速度按相邻采区最多不超过三个分层的高度进行控制。
粗粒级水砂充填工艺为废石在地表充填料制备站、经两段颚式破碎机开路破碎至块度小于40毫米的砂石进入砂仓备用。充填时将砂石与水在控制室按一定比例混合进入充填管，接至井下采空区进行充填(充填前井下构筑柔性隔墙)。
实施例2如图1、2所示，该联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成联合支柱支撑顶板，沿矿体走向、按20米间距垂直矿体布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成3个采场(各采场长100米)，各采场各自形成出矿、通风、充填系统，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式。
如图3所示，联合支柱宽度为6米、高为分层高度4米、长为矿体厚，其构筑过程为按6米宽进路和分层高度4米回采矿石，平整进路底板并在底板上铺设半圆木地梁，按1米间距在木地梁上支木立柱并抵紧空区顶板、立柱间用木条连接钉紧，再安装纵、横向注浆管，在空区两侧构筑充填柔性隔墙，然后向空区进行水砂充填、并通过注浆管用注浆泵向充体内进行高压注浆，形成人工胶结支柱支撑顶板。
如图4所示，柔性隔墙的构筑过程为矿块矿石回采完毕，在隔墙建造位置的上下盘围岩中，按70厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径20毫米的钢丝绳与倒楔式锚杆互相缠绕拉紧，中间用立木(间距3米)固定，在钢绳上铺设金属网，最后悬挂2层滤布，形成充填柔性隔墙。
采准切割工程主要是在矿体的下盘和脉内布置矿石溜井、折返式斜坡道、充填井、分层出矿道、沿脉、进路等。
其回采工艺及粗粒级水砂充填工艺与例一相同。
实施例3如图1、2所示，该联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成联合支柱支撑顶板，沿矿体走向、按15米间距垂直矿体布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成4个采场(各采场长80米)，各采场各自形成出矿、通风、充填系统，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式。
如图3所示，联合支柱宽度为4米、高为分层高度3.5米、长为矿体厚，其构筑过程为按4米宽进路和分层高度3.5米回采矿石，平整进路底板并在底板上铺设半圆木地梁，按0.8米间距在木地梁上支木立柱并抵紧空区顶板、立柱间用木条连接钉紧，再安装纵、横向注浆管，在空区两侧构筑充填柔性隔墙，然后向空区进行水砂充填、并通过注浆管用注浆泵向充体内进行高压注浆，形成人工胶结支柱支撑顶板。
如图4所示，柔性隔墙的构筑过程为矿块矿石回采完毕，在隔墙建造位置的上下盘围岩中，按50厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径14毫米的钢丝绳与倒楔式锚杆互相缠绕拉紧，中间用立木(间距2米)固定，在钢绳上铺设金属网，最后悬挂1层滤布，形成充填柔性隔墙。
采准切割工程主要是在矿体的下盘和脉内布置矿石溜井、折返式斜坡道、充填井、分层出矿道、沿脉、进路等。
其回采工艺及粗粒级水砂充填工艺与实施例1相同。
本发明联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法的各项主要技术特征来看，其工艺技术主要表现在以下几方面(1)联合支柱的应用，从根本上解决了一般充填采矿法充填难以接顶的技术难题，从而有效改善了采场顶板的安全生产环境。
(2)利用联合支柱，合理的将矿体划分为多个采场同时进行回采，各采场的采矿高度在一定的范围内可以灵活调整，最大限度的缩短了矿石回采周期，提高了采场的安全作业性，加大了生产能力。
(3)充填柔性隔墙的使用，滤水效果好，滤水快，不跑砂，减少了井下环境污染，且成本低，构筑工艺简单，减少了井下辅助作业的时间。
(4)由于采场顶板的垮落得到控制，保证了整个采场的充填料面平整。所以这种采矿方法矿石损失和贫化率指标都很低。
权利要求
1.联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成的联合支柱支撑顶板，联合支柱两侧建有隔墙，沿矿体走向、按一定间距垂直矿体走向布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成多个采场，阶梯形向上推进。
2.如权利要求1所述的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是联合支柱宽3-6米、高为分层高度、长为矿体厚，间距为10-20米。
3.如权利要求1或2所述的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是联合支柱的构筑过程为按3-6米宽进路和分层高度3-4米回采矿石，平整进路底板并在底板上铺设木地梁，按一定间距在木地梁上支木立柱并抵紧空区顶板、立柱间用木条连接钉紧，再安装纵、横向注浆管，在空区两侧构筑充填柔性隔墙，然后向空区进行水砂充填、再向充填体内进行高压注浆，形成人工胶结支柱。
4.如权利要求1或2所述的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是各采场各自形成出矿、通风、充填系统，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式。
5.如权利要求3所述的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是各采场各自形成出矿、通风、充填系统，分别由两端向中部退采，并控制各采场采矿进度，使采场在纵剖面上形成阶梯状向上推进形式。
6.如权利要求1或2所述的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是构筑充填柔性隔墙过程为在矿体回采完的上下盘围岩上按40-70厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径10-20毫米的钢丝绳在上下盘锚杆上缠绕拉紧，中间用立木(间距1-3米)加以固定，在钢绳上铺设金属网、悬挂滤布形成充填柔性隔墙。
7.如权利要求3所述的联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，其特征是构筑充填柔性隔墙过程为在矿体回采完的上下盘围岩上按40-70厘米的间距安装倒楔式锚杆，用直径10-20毫米的钢丝绳在上下盘锚杆上缠绕拉紧，中间用立木(间距1-3米)加以固定，在钢绳上铺设金属网、悬挂滤布形成充填柔性隔墙。
全文摘要
本发明涉及一种联合支柱支撑顶板、采场分区、阶梯式回采采矿方法，采用矿房矿柱两步骤上向水平分层水砂充填回采方法，用木支柱与胶结充填体形成的联合支柱支撑顶板，沿矿体走向按一定间距布置联合支柱，将矿体沿走向在平面上分成多个采场，阶梯形向上推进。具有采矿效率高、采矿损失率及贫化率低、作业安全、技术经济指标高等优点。
文档编号E21D15/00GK1546839SQ20031011119
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月11日 优先权日2003年12月11日
发明者浦恩社, 蒋绍平, 周斌 申请人:云南驰宏锌锗股份有限公司