专利名称：露天转地下矿山开采嵌入式人工境界矿柱的构建方法
技术领域：
本发明涉及矿山开采技木，特别是ー种露天转地下矿山开采嵌入式人工境界矿柱的构建方法。
背景技术：
众所周知，当矿山的矿体埋藏较浅或在地表有露头时，适用露天开采。露天开采具有回采率高、贫化率低、产量大、成本低和作业安全的优点。但因露天开采需要剥离大量土岩以揭露矿体，使其开采深度受到极大限制。随着开采深度的増加，露天开采会因越来越不适合矿山生产要求而需转入地下开采。这种先用露天方法开采矿床上部、然后过渡到用地下开采的方法开采矿床的下部的方法称之为露天转地下开采。从20世纪70年代开始，国内外大量的金属矿山开始采用露天转地下开采。特別是随着社会发展对资源需求的急剧增加，越来越多的露天矿山都将面临露天转地下开采的问题。对于露天转地下开采的矿山，整个矿山的开采期一般要经过露天开采期、露天与地下联合开采的过渡期和地下开采期三个阶段。在过渡期以及地下开采期，一般都存在露天与地下同时开采作业的安全问题，尤其是当地下开采是在露天坑底下方进行回采作业时，地下开采会对露天边坡稳定性造成很大影响；同时，露天坑底的密闭性不好对井下通风和排水也会造成很大影响。因此，露天坑底必须采取合理的工程措施，才能保证露天转地下开采的安全平稳过渡。据文献报道，目前露天转地下开采坑底处理有两种方法ー种是预留境界矿柱，即在露天坑底部地下开采的第一中段的顶部保留一定厚度的矿柱；第二种是通过崩落边坡或回填废石，形成岩石覆盖层，以隔离露天与地下生产。前ー种方法多用于采用空场法和充填法进行地下开采的矿山。该方法根据K. B.鲁别涅伊特、平板梁理论等相关理论计算，境界矿柱的留存厚度在10-30m之间，依据露天坑底的大小，其占用矿量一般在15-30万吨之间。因境界矿柱属于保护性矿柱，其回收率通常较低(一般为50-60%)，损失贫化巨大，造成大量不可再生资源的永久浪费，给矿山开采带来巨大经济损失，同时丧失了可用于缓解露天转地下开采过渡期生产压カ的巨大矿量。后ー种方法多用于采用崩落法进行地下开采的矿山。该方法是用崩落边坡或废石回填露天坑的方式，形成一定厚度的岩石覆盖层以满足崩落法的生产要求。由于这种岩石覆盖层内岩石堆积松散，颗粒不均，岩石之间存在大量缝隙，密闭性差，势必给生产带来如下问题ー是雨季时，露天汇水和地表降水会从坑内直接穿越覆盖层涌入井下，给井下排水带来巨大压力，也给生产带来重大安全隐患；ニ是井下通风系统易发生漏风、跑风现象，给井下生产通风管理造成困难；三是冬季气温下降，冷空气直接通过覆盖层进入井下，井下易产生冰冻，结冰后的巷道会使车辆行驶困难，作业条件恶化，严重影响生产效率
发明内容
针对上述露天转地下开采坑底处理技术的缺陷，本发明的任务是提供ー种露天转地下矿山开采嵌入式人工境界矿柱的构建方法，采用该方法进行坑底处理，达到回收矿柱资源、维护边坡稳定、隔离露天涌水、隔断井下漏风、阻挡外部天气对井下生产影响的目的。本发明的基本原理是利用地下开采方法对露天坑底的境界矿柱进行回采，同时用充填材料充填采空区，使充填体与上下盘围岩构成完整的覆盖矿体一定厚度的人工境界矿柱，以达到以上目的。本发明露天转地下矿山开采嵌入式人工境界矿柱的构建方法，包括以下步骤(I)首先从露天坑底标高开挖沟槽作为运输道路，沟槽设置于坑底矿体中，沟槽按运输要求的坡度挖掘至境界矿柱底面标高变平，沿矿体下盘拉开推至端帮边坡坡脚； (2)采用上向进路充填采矿法对坑内矿体分三层进行回采，回采进路垂直矿体布置，回采长度为矿体全厚，且进路要超采进入上盘围岩中；同一水平内，回采顺序为“隔ー采一，，，即先回采ー步骤进路，再回采ニ步骤进路，由里向外依次回采，不同水平内，自下而上回采，上下两层进路交错布置；(3)第一分层进路的回采和充填先开采ー步骤进路，回采完毕后，在进路的底部铺设钢筋混凝土人工假底；人エ假底采用单层钢筋网结构，钢筋网布置于人工假底的底部，钢筋网的构造筋(穿矿脉方向)采用螺纹钢筋，钢筋网的结构筋(沿矿脉方向)采用光面钢筋；钢筋网两侧有连接相邻进路的构造筋，钢筋网后部有连接进路与围岩的构造筋，钢筋网前部有连接进路与沟槽的构造筋；铺筋时，将ー侧的连接相邻进路的构造筋向上直角弯曲，使之紧贴ニ步骤进路待采矿体侧壁；使连接进路与围岩的构造筋一部分进入围岩，一部分外露；在进路封ロ模板底部设钢筋预留孔，连接进路与沟槽的结构筋通过该孔外露，并埋土保护；此后，用混凝土充填一歩骤进路，使充填后的一步骤进路与围岩形成嵌入式连接；一歩骤进路充填完毕后进行ニ步骤进路回采；ニ步骤进路回采完毕后，与ー步骤进路相同，在进路的底部铺设钢筋混凝土人工假底；之后用风镐将上述已充填的一步骤进路ー侧弯曲的连接相邻进路的构造筋剔开并整直，与ニ步骤进路人工假底的钢筋网进行搭接；在ニ步骤进路充填之前对ー步骤进路的混凝土界面进行清理，除去界面上的浮渣和浮石，并用清水冲洗，然后充填ニ步骤进路，使充填后的一歩骤进路和ニ步骤进路相互连成ー体；(4)第一分层进路回采和充填完毕后，进行沟槽的充填在沟槽充填之前先对第一分层进路与沟槽间的界面进行凿毛处理，同时在该界面上加设由螺纹钢筋构成的混凝土植筋，混凝土植筋的施工方式与锚杆的施工方式相同；在沟槽的底部铺设钢筋混凝土人工假底，该人工假底的结构与上述人工假底相同；将沟槽人工假底与第一分层进路人工假底的连接进路与沟槽的结构筋搭焊连接，然后在沟槽中充填一个分层高度的混凝土至第二分层进路，完成第一分层进路与沟槽的连接；(5)采用与(3)和(4)同样的方法依次对第二分层进路和第三分层进路进行回采和充填，以及对沟槽的充填，最后形成露天坑底下完全覆盖矿体的钢筋混凝土人工假底，完成露天转地下开采嵌入式人工境界矿柱的构建。为使露天坑内的涌水汇集，以便用泵及时排出，在所述步骤(5)的完全覆盖矿体的钢筋混凝土人工假底的最上层混凝土胶结面上设有排水坡和位于排水坡坡底的永久水坑。本发明与现有技术相比，具有以下优点I、铺设境界矿柱与回采坑内矿石同步进行，采用露天和地下开采相结合的手段，最大限度地回收坑内资源，回收率可提高到95%以上。2、铺设的境界矿柱属于嵌入式复合结构人工矿柱，该矿柱从底部到上部依次为高强度钢筋混凝土假底、普通强度钢筋混凝土假底和素混凝土充填物三个分层。各分层通过锚杆焊接与上下盘围岩相连，形成完 整的嵌入式复合结构，其強度与支撑能力大于原始矿岩，完整性、稳定性好，可大大提高对边坡的维护作用，很好地隔离露天与地下的相互影响。3、由于复合结构嵌入式人工境界矿柱密闭性能优良，同时利用人工假底最上层混凝土胶结面上预留的排水坡度和永久水坑将露天涌水汇集，并通过坑底固定泵站及时排出，从而更好地达到隔水和防水目的。4、由于复合结构人工境界矿柱能够很好地隔离露天与地下生产，使井下通风系统不受外界影响，不会发生跑漏风现象，从而确保井下通风系统运行正常。
附图为本发明实施例——国内某黄金矿山采用本发明方法构建露天转地下开采嵌入式人工境界矿柱的施工原理图，其中图I为施工原理平面图；图2为沿图IA-A剖面图；图3为图IB-B铺面图(剖视图);图4为本发明步骤⑴挖掘沟槽示意图；图5为本发明步骤⑵进路回采示意图；图6为本发明步骤(3)中钢筋混凝土人工假底结构示意图；图7为图6中人工假底钢筋网前端局部放大图。图中1_露天坑，2-沟槽(运输道路)3-坑底矿体，4-第一分层进路，5-第二分层进路，6-第三分层进路，7-—步骤进路，8-ニ步骤进路，9-连接进路与围岩的构造筋，10-钢筋网的构造筋，11-连接相邻进路的构造筋，12-钢筋网的结构筋，13-连接进路与沟槽的构造筋。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进ー步描述。參照图I至图6，本实施例黄金矿山露天转地下开采嵌入式人工境界矿柱构建方法，施工步骤如下(I)首先从露天坑I底标高开挖沟槽2，沟槽设置于坑底矿体3与围岩的交界处，沟槽按运输要求的坡度挖掘至境界矿柱底面标高变平，沿矿体下盘拉开推至端帮边坡坡脚。(2)采用上向进路充填采矿法对坑内矿体自下而上分三层(图中第一分层进路4、第二分层进路5和第三分层进路6)进行回采，回采进路垂直矿体布置，回采进路宽度4m，第一分层进路4m，高3m，回采长度为矿体全厚，且进路要超采，使之进入上盘围岩2m ;同一水平内，回采顺序为“隔ー采一”，即先采一歩骤进路7，后采ニ步骤进路8，由里向外依次回采；不同水平内，自下而上回采，上下两层进路应交错布置。(3)第一分层进路的回采和充填先开采一歩骤进路7，回采完毕后，在进路的底部铺设钢筋混凝土人工假底；人工假底采用单层钢筋网结构，钢筋网布置于人工假底的底部，保护层厚度为O. 15m，钢筋网的构造筋10 (穿矿脉方向)采用20HRB335螺纹钢筋，间距为O. 25m,钢筋网的结构筋12 (沿矿脉方向)采用12R235光面钢筋，间距为O. 5mm ;钢筋网两侧有连接相邻进路的构造筋11，钢筋网后部有连接进路与围岩的构造筋9，钢筋网前部有连接进路与沟槽的构造筋13，构造筋11、9和13均采用12R235光面钢筋，间距分别为O. 25m ;铺筋时，将ー侧的连接相邻进路的构造筋向上直角弯曲，使之紧贴ニ步骤进路8待采矿体侧壁；使连接进路与围岩的构造筋9 一部分进入围岩，一部分外露；在进路封ロ模板底部设钢筋预留孔，连接进路与沟槽的结构筋13通过该孔外露，并埋土保护；此后，用混凝土充填ー步骤该进路，使充填后的一歩骤进路与围岩形成嵌入式连接；一歩骤进路7充填完毕后进行ニ步骤进路8回采；ニ步骤进路回采完毕后，与一歩骤进路相同，在进路的底部铺设钢筋混凝土人工假底；之后用风镐将上述已充填的ー步骤进路ー侧弯曲的连接相邻进路的构造筋剔开并整直，与ニ步骤进路人工假底的钢筋网进行搭接；在ニ步骤进路充填之前要对ー步骤进路的混凝土界面进行清理，除去界面上的浮渣和浮石，并用清水冲洗，然后充填ニ步骤进路，使充填后的一歩骤进路和ニ步骤进路相互连成一体；(4)第一分层进路4回采和充填完毕后，进行沟槽2的充填在沟槽充填之前先对第一分层进路与沟槽间的界面进行凿毛处理，同时在该界面上加设由螺纹钢筋构成的混凝土植筋，混凝土植筋的施工方式与锚杆的施工方式相同；在沟槽的底部铺设钢筋混凝土人エ假底(该人工假底的结构与第一分层进路人工假底相同)；将沟槽的人工假底与第一分层进路的人工假底的连接进路与沟槽的结构筋相互搭焊连接，然后在沟槽中充填一个分层高度的混凝土至第二分层进路5，完成第一分层进路4与沟槽的连接；(5)采用与步骤(3)和(4)同样的方法依次对第二分层进路和第三分层进路进行回采和充填，以及对沟槽的第二次和第三次充填，最后在露天坑底下形成完全覆盖矿体的钢筋混凝土人工假底；同时，在人工假底最上层混凝土胶结面上留出利于汇集露天坑内涌水的排水坡度和位于坡底的永久水坑，露天转地下开采嵌入式人工境界矿柱即告建成。
权利要求
1.ー种露天转地下矿山开采嵌入式人工境界矿柱的构建方法，其特征是，包括以下步骤 (1)首先从露天坑底标高开挖沟槽作为运输道路，沟槽设置于坑底矿体中，沟槽按运输要求的坡度挖掘至境界矿柱底面标高变平，沿矿体下盘拉开推至端帮边坡坡脚； (2)采用上向进路充填采矿法对坑内矿体分三层进行回采，回采进路垂直矿体布置，回采长度为矿体全厚，且进路要超采进入上盘围岩中；同一水平内，回采顺序为“隔ー采一”，即先回采ー步骤进路，再回采ニ步骤进路，由里向外依次回采，不同水平内，自下而上回采，上下两层进路交错布置； (3)第一分层进路的回采和充填 先开采ー步骤进路，回采完毕后，在进路的底部铺设钢筋混凝土人工假底；人工假底采用单层钢筋网结构，钢筋网布置于人工假底的底部，钢筋网的构造筋采用螺纹钢筋，钢筋网的结构筋采用光面钢筋；钢筋网两侧有连接相邻进路的构造筋，钢筋网后部有连接进路与围岩的构造筋，钢筋网前部有连接进路与沟槽的构造筋；铺筋时，将ー侧的连接相邻进路的构造筋向上直角弯曲，使之紧贴ニ步骤进路待采矿体侧壁；使连接进路与围岩的构造筋一部分进入围岩，一部分外露；在进路封ロ模板底部设钢筋预留孔，连接进路与沟槽的结构筋通过该孔外露，并埋土保护；此后，用混凝土充填一歩骤进路，使充填后的一步骤进路与围岩形成嵌入式连接； 一歩骤进路充填完毕后进行ニ步骤进路回采；ニ步骤进路回采完毕后，与一歩骤进路相同，在进路的底部铺设钢筋混凝土人工假底；之后用风镐将上述已充填的一歩骤进路一侧弯曲的连接相邻进路的构造筋剔开并整直，与ニ步骤进路人工假底的钢筋网进行搭接；在ニ步骤进路充填之前对ー步骤进路的混凝土界面进行清理，除去界面上的浮渣和浮石，并用清水冲洗，然后充填ニ步骤进路，使充填后的一歩骤进路和ニ步骤进路相互连成ー体； (4)第一分层进路回采和充填完毕后，进行沟槽的充填在沟槽充填之前先对第一分层进路与沟槽间的界面进行凿毛处理，同时在该界面上加设由螺纹钢筋构成的混凝土植筋，混凝土植筋的施工方式与锚杆的施工方式相同；在沟槽的底部铺设钢筋混凝土人工假底，该人工假底的结构与上述人工假底相同；将沟槽人工假底与第一分层进路人工假底的连接进路与沟槽的结构筋搭焊连接，然后在沟槽中充填一个分层高度的混凝土至第二分层进路，完成第一分层进路与沟槽的连接； (5)采用与步骤(3)和(4)同样的方法依次对第二分层进路和第三分层进路进行回采和充填，以及对沟槽的充填，最后形成露天坑底下完全覆盖矿体的钢筋混凝土人工假底，完成露天转地下开采嵌入式人工境界矿柱的构建。
2.根据权利要求I所述的露天转地下矿山开采嵌入式人工境界矿柱的构建方法，其特征是，在所述步骤(5)的完全覆盖矿体的钢筋混凝土人工假底的最上层混凝土胶结面上设有排水坡和位于排水坡坡底的永久水坑。
全文摘要
一种露天转地下开采人工境界矿柱构建方法，先在露天坑底矿体与围岩交界处挖掘沟槽作运输道路；然后采用上向进路充填法对坑内矿体分三层进行回采和充填，各分层进路要超采进入上盘围岩中，每一进路回采完毕在底部铺设钢筋混凝土人工假底，然后充填；通过连接相邻进路的构造筋实现充填单元间的连接；每一分层进路回采充填完毕，在沟槽中铺设钢筋混凝土人工假底，将连接进路与沟槽的构造筋搭焊接，然后在沟槽中充填一个分层高度至下一分层，最后形成整个露天坑底下嵌入式人工境界矿柱。用该方法进行坑底处理可达到回收矿柱资源、维护边坡稳定、隔离露天涌水、隔断井下漏风和阻挡外部天气对井下生产影响的目的。
文档编号E21C41/16GK102644464SQ20121010677
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者刘建坡, 卢栋, 张凤鹏, 徐帅, 李元辉, 杨成祥, 王立君, 金长宇 申请人:东北大学