专利名称：一种带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法的制作方法
技术领域：
本发明属于地下采矿方法技术领域，尤其涉及一种带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法。
背景技术：
地下采矿方法包括采准、切割和回采三项基本工序，通常它可分为空场采矿法、充填法和崩落采矿法三大类，而崩落采矿法中的无底柱分段崩落法被公认为开采厚大矿体的最佳采矿法之一，目前已在世界范围内得到广泛的应用。无底柱分段崩落法是将矿体划分为若干阶段，再将阶段用回采巷道划分为若干分段，由上向下逐个分段进行回采，分段下部不设出矿的底部结构，不留任何矿柱，分段的凿岩、崩矿和出矿等工作均在回采巷道中进行，安全可靠；上下分段回采进路在空间上呈菱形交错布置，从回采巷道一端开始按一个较小的崩矿步距在覆盖岩层下进行爆破和放矿等回采工作，直到回采到另一端边界为止。 传统的无底柱分段崩落法在覆盖岩层下放矿，刚开始放出的是纯矿石，很快地顶部废石降落，形成废石漏斗，废石提前混入并放出。放矿时放出矿石在原来崩落矿体里的形状(称作放出体的形状)，国内外公认椭球体理论，认为放出体形状为一椭球体，且在放矿过程中放出椭球体不断扩大，端部放矿时放出体的形状为半个前倾的偏椭球体。目前国内外广泛采用截止品位放矿，当放出矿石品位低于截止品位，即停止放矿，未放出的残留矿石一部分在下分段放出，另一部分则损失在地下。矿石的损失率和贫化率高是无底柱分段崩落法最大的缺陷，一般贫化率为20-25%，高的达42. 9%，回采率一般为55-70%。无底柱分段崩落法矿石损失贫化大一直是困扰采矿界的一大难题，为了减少贫化次数及每次贫化的程度，国内外有人提出矿石隔离层下放矿、无贫化放矿、低贫化放矿方法和人工假顶等方法。矿石隔离层放矿方法是在形成覆盖层时不采用废石作覆盖层，而采用矿石作覆盖层，这样能减少岩石的混入。然而，随着开采的延深，覆盖层不断下降，上部岩层不断剥落， 这些剥落岩石渐渐覆盖在原矿石覆盖层上。如果放矿管理不当，很容易将矿石隔离层放漏， 破坏矿石隔离层，因此，这种方法必须采用均勻(平面)放矿，以保证矿岩界面平面下降，对放矿管理工作要求过严，由于地下矿放矿过程是不可视的，因此，该方法不容易实现；另外， 由于采场矿石积压量大，积压了大量流动资金，该方法也难以采用。无贫化放矿、低贫化放矿方法是介于矿石隔离层放矿和截止品位放矿之间的方法，无贫化放矿是在上部分段各个步距的放矿过程中，见到废石就停止放矿的一种工艺；低贫化放矿方式的基本特点与无贫化类似，是当矿岩界面正常到达出矿口水平，亦即放出矿石开始正常贫化(混入岩石)时，便停止放矿。无贫化放矿、低贫化放矿方法都是以数个分段作为矿石回采的考核单元，上部各分段的每个步距在出矿时有意识地适当残留部分矿石在采场内，在最后分段出矿时依据截止品位放矿要求进行出矿。从整体上来讲，低贫化放矿方法所获得的矿石回收指标比截止品位放矿方式要好，但不如无贫化放矿效果。虽然无贫化放矿、低贫化放矿方法都降低了矿石贫化，但是也面临着放矿管理工作要求严和矿石积压引起矿石产量降低的问题。《云南冶金》1988年05期“金属软假顶无底柱分段崩落法的应用”在昆钢八街铁矿采用金属网软假顶进行了人工假顶无底柱分段崩落法试验。它是将相邻的两个回采巷道之间的矿体拉开，形成一个空区，空区底部全面铺设钢丝绳网，目的是想将上部废石与下部崩落矿石隔离开，减少矿石贫化。铺顶工艺复杂，工效低，文中分析钢丝绳网经常放漏，试验结果很不理想。专利CN97116^5. 9 “地下厚富矿体绳网隔离法无贫损开采工艺”，是在无底柱首采分层，在进路间的间柱中穿凿绳孔，用绳(筋)穿过这些孔，在进路中连接网绳，并对交叉点进行加固联结，形成一层或多层将上部岩体和下部厚富矿体隔离的隔离网，之后，可在网下或网内的厚富矿体内执行采准和回采工序，该方法在网上间柱部分矿体的回采相当复杂，且随着开采的延深，隔离网容易出现断、漏现象。人工假顶是控制放矿过程废石混入的一种有效办法，崩落法中使用人工假顶比较早，比如分层崩落法，该法将矿体划分成矿块，矿块在自上而下分层进行回采。每一分层随着回采工作的进行，在整个矿块底板上全面铺设假底，然后把上部假顶及覆盖层放下来，使其充满采空区，作为下一分层回采时的假顶，假顶起到隔离覆盖层和崩落矿石的作用，由于木材消耗大，这种方法已逐渐被淘汰。目前的崩落法使用的人工假顶都是在覆盖岩层与矿石之间全面铺设假顶的方法，将覆盖层和崩落矿石隔离开来，施工复杂，材料消耗过大。放矿过程中形成的废石漏斗是造成矿石损失率和贫化率最直接的原因，然而国内外对废石漏斗的控制缺乏研究。如果能控制废石漏斗的形成，将从根本上解决无底柱分段崩落法矿石损失贫化问题，极大地提高矿石回采率。
发明内容
本发明的目的是针对无底柱分段崩落法以上存在的问题，提出一种可有效的阻止废石漏斗的形成、降低矿石贫化与损失、提高矿石回采率的一种带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。本发明的带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，包括在覆盖岩层下进行分段回采，上下分段回采巷道呈菱形交错布置，在回采巷道内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路回采巷道末端的废石漏斗控制点连续地铺设与回采巷道同宽的钢混结构人工假顶，所有正上方有人工假顶的回采巷道都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。本发明所述的凿岩，对于需要铺设钢混结构人工假顶的回采巷道，其下方扇形炮孔凿岩时，应使扇形炮孔孔底与该回采巷道底距离0.1-0. ail。本发明所述废石漏斗控制点为放矿口正上方覆盖岩石与崩落矿石分界处，并与放矿口同宽的区域，在无底柱分段崩落法中废石漏斗控制点为放矿口正上方回采巷道的整个底部。本发明所述钢混结构人工假顶由底层的型钢支托网、上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成，两层钢网焊接在一起，并用混凝土浇灌成钢混结构整体，所述的钢混结构人工假顶的宽度与回采巷道宽度相同。
所述的底层型钢支托网由5-6根型钢焊接而成，并设有加强筋。所述的上层菱形钢筋网由钢筋焊接而成，其菱形钢筋网的宽度和长度与底层型钢支托的宽度和长度相匹配。所述的混凝土浇灌层的浇灌厚度为0. 3 0. 5m。与现有技术相比，本发明的具有如下优点
1)本发明采用人工假顶是不改变原无底柱分段崩落法的基础上，在回采巷道底部铺设，人工假顶与回采巷道同宽，铺设范围小，施工简单。而传统人工假顶都是在覆盖岩层与矿石之间全面铺设假顶，材料消耗过大，施工复杂；
2)由于本发明在回采巷道末端底部连续铺设钢混结构人工假顶，所有正上方有人工假顶的回采巷道都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿，人工假顶可以将崩落矿石与其上部中心区域的覆盖岩石隔离开，有效地阻止废石漏斗的形成，从而减少了矿石贫化，放出体形态将放大，也大大地提高矿石回采率，有效地解决了损失贫化问题。
图1为本发明阶段内上下分段回采巷道呈菱形交错布置铺设人工假顶立体示意图。图2为本发明在回采巷道末端底部随回采工作面的回采连续地铺设与巷道同宽的钢混结构人工假顶的示意图。图3为铺有人工假顶的回采巷道下分段的扇形炮孔孔底与回采巷道底的距离示意图。图4为端部放矿废石漏斗形成及放出体形态示意图。图5为端部放矿废石漏斗控制点的结构示意图。图6为本发明钢混结构人工假顶结构示意图。图7为本发明与传统方法放矿效果的区别示意图。图8为本发明图7的A-A剖面图。图中
I为第ι分段，II为第2分段，III为第3分段，IV为第4分段；
1为回采工作面，2为回采巷道，3为钢混结构人工假顶，3-1为底层型钢支托网，3-2为上层钢筋网，3-3混凝土，4为扇形炮孔，5为覆盖层岩石，6为崩落矿石，7为原覆盖层与崩落矿石分界线，8为废石漏斗，9为放矿口，10为放矿过程不断扩大的放出椭球体，10-1为传统方法放矿椭球体，10-2为本发明放矿椭球体，11为放出口上方的柱状体，12为端部放矿废石漏斗控制点，13为未崩矿体，δ为铺有人工假顶的回采巷道下分段的扇形炮孔孔底与回采巷道底的距离。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式
。如图1、图2、图3、图5所示，本发明的带钢混结构人工假顶无底柱阶段崩落法，包括在覆盖岩层5下进行分段回采，上下分段回采巷道2呈菱形交错布置，在回采巷道内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于随回采工作面1的回采，在正下方有回采进路的所有进路回采巷道2末端的废石漏斗控制点12，连续地铺设与回采巷道2同宽的钢混结构人工假顶3， 所有正上方有人工假顶3的回采巷道2都在人工假顶3的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。如图3所示，本发明所述的凿岩，对于那些需要铺设钢混结构人工假顶3的回采巷道2，为了使下分段的爆破不破坏钢混结构人工假顶3，回采巷道2下方的扇形炮孔4凿岩时，应使扇形炮孔孔底与该回采巷道2底的距离δ为0.1-0. an。如图4所示，5为覆盖层岩石，6为崩落矿石，7为原覆盖层与崩落矿石分界线，在放矿口 9放矿，刚开始放出的是纯矿石，很快地顶部废石降落，形成废石漏斗8，废石提前混入并放出。放出矿石在原来崩落矿体里的形状为椭球体10，且在放矿过程中放出椭球体不断扩大。如图5所示，本发明所述废石漏斗控制点12是指放矿时可以阻止废石漏斗形成的控制点，实验及生产实践表明1)放矿时，矿岩散体颗粒在向放矿口 9移动的过程中，放矿口 9之上的垂直柱状体11中颗粒的运动速度远大于与其相邻区域内颗粒的速度；2)每次放矿结束，废石在放矿口堆积形状为一漏斗(在此称为废石漏斗8)，废石漏斗8底宽与放矿口 9宽相等。只要将放出口 9正上方废石漏斗8底控制住，即可阻止放矿时废石漏斗的形成。 因此，本发明覆盖岩下放矿，废石漏斗的控制点12为放矿口 9正上方覆盖岩石5与崩落矿石6分界处，并与放矿口 9同宽的区域，在无底柱分段崩落法中，由于回采巷道即为放矿口， 且回采巷道为菱形布置，废石漏斗控制点即为放矿口(本分段回采巷道)正上方回采巷道的整个底部。如图6所示，本发明的用于无底柱分段崩落法的钢混结构人工假顶，其特征在于由底层的型钢支托网3-1、上层的菱形钢筋网3-2和混凝土浇灌层3-3组成，所述的型钢支托网3-1和上层的菱形钢筋网3-2焊接在一起，并用混凝土浇灌成钢混结构整体，所述的钢混结构人工假顶3的宽度与回采巷道2宽度相同。所述的底层型钢支托网3-1由5-6根型钢焊接而成，并设有加强筋。所述的上层菱形钢筋网3-2由钢筋焊接而成，其菱形钢筋网的宽度和长度与底层型钢支托网3-1的宽度和长度相匹配。所述的混凝土浇灌层3-3的浇灌厚度为0. 3 0. 5m。如图7、图8所示，本发明与传统放矿方法对比，传统的放矿方法很快形成废石漏斗8，废石提前混入，其放出椭球体10-1得不到发育，放出椭球体10-1长、短轴都小，放出矿石量少；而本发明在回采巷道2的正上方铺有钢混结构人工假顶3，从而阻止了放矿过程中废石漏斗8的形成，放出椭球体10-2长、短轴都扩大，放出矿石量大，与传统方法相比能降低贫化率约10-15%，并提高回采率10-30%。图中的13为未崩矿体。由于本发明钢混凝土结构人工假顶只对其正下方回采巷道起作用，因此本发明适用于菱形布置的多进路回采的无底柱分段崩落法，工艺简单，简单易行、效益好。
权利要求
1.一种带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，包括在覆盖岩层下进行分段回采， 上下分段回采巷道呈菱形交错布置，在回采巷道内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路回采巷道末端的废石漏斗控制点连续地铺设与回采巷道同宽的钢混结构人工假顶，所有正上方有人工假顶的回采巷道都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。
2.根据权利要求1所述的带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，其特征在于所述的凿岩，对需要铺设钢混结构人工假顶的回采巷道，其下方扇形炮孔凿岩时，应使炮孔孔底与该回采巷道底部距离0.1-0. ail。
3.根据权利要求1所述的带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，其特征在于所述的废石漏斗控制点为放矿口正上方覆盖岩石与崩落矿石分界处，并与放矿口同宽的区域， 在无底柱分段崩落法中废石漏斗控制点为放矿口正上方回采巷道的整个底部。
4.根据权利要求1所述的带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，其特征在于所述的钢混结构人工假顶由底层的型钢支托网、上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成，所述的底层型钢支托网和上层的菱形钢筋网焊接在一起，并用混凝土浇灌成钢混结构整体，所述的钢混结构人工假顶的宽度与回采巷道宽度相同。
5.根据权利要求4所述的带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，其特征在于所述的型钢支托由5-6根型钢焊接而成，并设有加强筋。
6.根据权利要求4所述的带钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，其特征在于所述的上层菱形钢筋网由钢筋焊接而成，其菱形钢筋网的宽度和长度与底层型钢支托网的宽度和长度相匹配。
7.根据权利要求4所述的带刚性钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法，其特征在于所述的混凝土浇灌层的浇灌厚度为0. 3 0. 5m。
全文摘要
本发明涉及一种带刚性钢混结构人工假顶的无底柱分段崩落法。包括在覆盖岩层下进行分段回采，上下分段回采巷道呈菱形交错布置，在回采巷道内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路回采巷道末端的废石漏斗控制点连续地铺设与回采巷道同宽的钢混结构人工假顶，所有正上方有人工假顶的回采巷道都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。其钢混结构人工假顶由底部底层的型钢支托和上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成。本发明的优点是可以将崩落矿石与其上部中心区域的覆盖岩石隔离开，放矿时有效地阻止废石漏斗的形成，从而减少了矿石损失贫化。
文档编号E21C41/22GK102419139SQ20111023206
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者陈晓青 申请人:辽宁科技大学