专利名称：一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于地下采矿方法技术领域，尤其涉及一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺。
背景技术：
地下采矿方法包括采准 、切割和回采三项基本エ序，按地压维护的方式分为空场米矿法、充填法和崩落米矿法ニ大类。空场采矿法在回采过程中，将矿块划分为矿房和矿柱，采场主要依靠暂留的矿柱或永久矿柱进行自然支撑，有时辅以人工矿柱支撑，先采矿房，再采矿柱，并及时处理采空区，适用于开采矿石和围岩都很稳固的矿床，采空区在一定时间内，允许有较大的暴露面积。充填采矿法也是将矿块划分为矿房和矿柱，随着回采工作面的推迸，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。适用于开采围岩不稳固的稀缺贵重矿石、地表不允许陷落的矿体。充填法的优点是适应性強，矿石贫化率低，回采率高，作业较安全，能利用エ业废料，保护地表等；缺点是エ艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力都较低。空场采矿法和充填采矿法都分成矿房和矿柱分别进行回采，矿房回采损失贫化比较小，但矿柱的回采相当困难，损失贫化比较大，另外エ艺复杂，矿山生产能力都很低。崩落采矿法是用崩落围岩充填采空区来控制和管理地压的采矿方法，大量放矿的端部放矿崩落法，由于具有结构和エ艺简单、开采强度大、效率高、机械化程度高、安全、采矿成本相对较低等优点，在世界范围内得到广泛的应用。大量放矿的端部放矿崩落法主要有分段崩落法、阶段崩落法两类。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，分段崩落法根据出矿方式分为有底柱分段崩落法和无底柱分段崩落法，有底柱分段崩落法底部设有底部结构，主要在有色金属矿山使用；无底柱分段崩落法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，在冶金矿山特别是铁矿山地下开采中，该采矿法占绝对优势。阶段崩落法的基本特征是回采高度等于阶段全高。阶段崩落法实际应用方案比较多，目前国内外只有有底柱阶段崩落法方案，其中端部出矿的有底柱阶段崩落法有一定的优势，是整个阶段端壁处于同一垂直位置，呈直立状态，在端部进行回采，一次回采阶段全高ー个崩矿步距，在阶段底部布置底部结构进行出矿，矿块生产能力大，劳动生产率高，主要在有色金属矿山使用。目前虽然没有无底柱阶段崩落法方案的提法，但无底柱阶段崩落法与“高端壁无底柱分段崩落法”方案有相近的地方，高端壁无底柱分段崩落法是将几个分段(通常2-3个分段)作为ー组，其端壁在同一垂直位置呈直立状态，形成高端壁，一次回采这几个分段一个崩矿步距。专利(申请号201110232079. 7)“一种带钢混结构人工假顶的挑檐式无底柱阶段崩落采矿法”与专利(申请号201110232064. O) “ー种挑檐式结构的无底柱阶段崩落采矿法”都涉及ー种无底柱挑檐端壁阶段崩落采矿法，是将矿体划分为阶段，在阶段里再划分为分段，上下分段回采巷道呈菱形交错布置，在回采巷道内进行回采工作，阶段内各分段一直保持一种下分段超前其上分段ー个挑檐距离的挑檐结构，以阶段为单位，回采高度等于阶段全高，阶段内各分段按由上而下的顺序依次爆破ー个崩矿步距，再按由上而下的顺序依次在各分段回采巷道出矿 。然而，端部出矿的崩落法存在两大弊病1)损失贫化问题。由于端部放矿是在覆盖岩层下放矿，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。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，矿石损失贫化大是其最大的缺陷，一般贫化率为20-25%，高的达42. 9%，回采率一般为55-70% ;2)地表塌陷问题。随着回采不断进行，上部矿体采空，覆盖岩不断下移，采场上部形成采空区，容易使地表塌陷。覆盖岩层下端部放矿崩落采矿法矿石损失贫化大和地表塌陷一直是困扰采矿界的难题。覆盖层下端部放矿矿石损失贫化大的主要原因是由于覆盖层下矿岩直接接触的放矿方式引起的。如果能控制废石的流动，将从根本上解决端部放矿崩落采矿法的矿石损失贫化问题，并极大地提高矿石回采率。崩落采矿法覆盖岩层长期存在于采场，随着回采的进行，矿岩不断流动的磨蚀作用及频繁的爆破挤压作用，覆盖岩中含有大量的小块和粉末。大量的实、试验表明端部放矿过程中，小块和粉末矿岩能穿越大块空隙提前到达出矿ロ，其流动速度比大块矿岩快。在放矿截止吋，出矿ロ周围的覆盖岩石块度分布特点为离放矿ロ越近，粉岩和碎石越多。根据粉体工程知识，当含粉末碎石遇水，粘结性很容易变大，影响其流动性。然而，对于ー些新建矿山，或者由于覆盖岩石性质不同，覆盖岩不容易磨蚀或碎裂，覆盖岩中碎石和粉末含量比较少，采用水或胶都难以使覆盖岩粘结，覆盖岩的流动性难以改变，需要人为增加粉末、碎石的含量。
发明内容
本发明的目的是针对端部放矿崩落法矿石损失贫化大和地表塌陷的两大难题，提出在顶部采空区充入尾砂碎石、分段注入ー种起粘结作用的液态介质改变覆盖岩流动性的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。本发明的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，包括将矿体划分为阶段，在阶段里按菱形交错方式布置回采进路，将阶段划分为分段，凿岩、爆破与出矿都在回采巷道内完成，在回采巷道内采用预先集中凿岩方式布置上向扇形中深孔，在覆盖岩层下进行回退式回采，当阶段内各分段回采到端壁处于ー种下分段超前其上分段一个挑檐距离的位置时，回采以阶段为单位，整个阶段各分段同次崩落ー个崩矿步距，再按由上而下的顺序依次在各分段回采巷道端部进行出矿，其特征在于在回采过程中采用注浆的方法控制放矿，采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区，所述的在回采过程中采用注浆的方法控制放矿，是在放矿结束后，在除最下分段巷道外的回采巷道端部的两侧和前部，将注浆管深入到放矿口和端壁周围的覆盖岩石中，将ー种液态介质注入并均匀渗透到回采巷道放矿ロ和端壁周围的覆盖岩石中，静置1-3天，通过回采巷道两侧的排水沟，将覆盖岩中多余水分排掉，再进行下一崩矿步距的爆破、放矿回采工作；所述的采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区，是在地表沿矿体走向布置若干充填井，通过充填井在采场采空区顶部充入尾砂与碎石，充满采空区， 本发明所述顶部充填的尾砂与碎石的重量配比为尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%ο
本发明所述的液态介质为水、液态胶结材料或尾砂浆
本发明所述的液态胶结材料，为单液注浆用的水玻璃溶液、粘土浆或双液注浆用的水玻璃与氯化钙溶液。本发明所述的粘土浆为粘土与水配成浓度为10-50%的粘土浆。本发明所述的尾砂浆为选矿尾砂与水配成浓度为10-50%的尾砂浆。本发明的优点
I)顶部采空区注入尾砂碎石，起到充填和利用エ业废料的作用，防止地表塌陷，对环保有益。并可增加覆盖岩中粉末、碎石含量，有益于分段注水控制覆盖岩的流动性。2)分段注入液态介质，降低覆盖岩流动性，而新崩矿石较干，流行性好，实现矿石容易放出而废石不容易放出，解决了端部放矿崩落法损失贫化大的问题。3)回采率预计回采率能达到80-92%，贫化率达到2_5%，经济效益明显；
4 )挑檐结构由于下分段超前上分段ー个挑檐距离，注浆管插入深度浅，注浆比较方便。
图I为菱形布置回采巷道示意图。图2为阶段各分段端壁处于ー种挑檐状态时的示意图。图3为采用注浆设备将注浆管深入回采巷道两侧和前部的覆盖岩石中注浆示意图。图4为注浆将覆盖岩粘结后进行下一个崩矿步距回采时矿石崩落情况示意图。图5为在回米巷道两侧和前部覆盖岩石中多处插入注衆管注衆不意 图6为阶段各分段注浆范围示意图。图7为在采空区顶部充填尾砂碎石方法示意图。图中1为回采巷道,2-1为崩落法覆盖岩石,2-2充填的尾砂碎石覆盖层,3为姆条进路矿体崩落范围线，4为矿体,5为上向扇形中深孔,6为注衆管,7为注衆的衆流,8为注水静置后湿的粘结覆盖岩石，9为新崩落较干的矿石，10为阶段各分段注浆渗透范围线，11为充填井，12为地表，13为充填的尾砂碎石流。
具体实施例方式下面结合附图进ー步说明本发明的具体实施方式
。
如图f 7所示，本发明的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，包括将矿体划分为阶段，在阶段里按菱形交错方式布置回采进路1，将阶段划分为分段，凿岩、爆破与出矿都在回采巷道I内完成，图I中2-1为覆盖岩石，3为每条进路矿体崩落范围线，在回采巷道I内采用预先集中凿岩方式布置上向扇形中深孔5，在覆盖岩层2-1下进行回退式回采，当阶段内各分段回采到端壁处于ー种下分段超前其上分段一个挑檐距离的位置时，回采以阶段为单位，整个阶段各分段同次崩落ー个崩矿步距，再按由上而下的顺序依次在各分段回采巷道I端部出矿。图2中的4为矿体，其特征在于在回采过程中采用注浆的方法控制放矿，采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区，所述的在回采过程中采用注浆的方法控制放矿，是在放矿结束后，在该组除最下分段巷道外的各分段回采巷道I端部的两侧和前部，采用注浆设备将注浆管6深入回采巷道覆盖岩2-1中，将ー种液态介质注入并均匀滲透到回采巷道I放矿ロ和端壁周围的覆盖岩石2-1中，由 于覆盖岩中块度不均，放矿结束后回采巷道I放矿口和端壁周围的覆盖岩2中含有大量粉岩和碎石，这些粉岩和碎石在液态介质的作用下，填充到覆盖岩2空隙中并粘结覆盖岩，图
3、5中7为注浆的浆流，图6中10为阶段各分段注浆渗透范围线，经过1-3天的静置，通过回采巷道I两侧的排水沟，将覆盖岩2-1中多余水分排掉，使放矿ロ周围的覆盖岩石较稳定地粘结，流动性很差，一般情况下，覆盖岩稳定粘结时最佳含液量为8-20%。再进行下ー崩矿步距的爆破、放矿回采工作，下一崩矿步距的爆破后，由于爆破的作用，再将较稳定的潮湿覆盖岩8压实，使其更加稳定，形成一道“挡土墙”；另外，由于新崩落的矿石9比较干，流动性好，这样造成覆盖岩8与新崩落的矿石9的流动性明显不同，在放矿时，矿石9流动快，而岩石8流动慢，可以大幅度減少放矿过程中废石的混入，提高纯矿石的放出。为了防止和减少周围潮湿覆盖岩8中的水份渗入新崩矿石9中，要尽快进行放矿工作；所述的采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区，是在地表12沿矿体走向布置若干充填井11，通过充填井11在米场米空区顶部充入尾砂与碎石，充满米空区，充填物中碎石主要是起到改善流动性防止尾砂板结、增强充填強度的作用，以免堵塞充填井影响以后的充填作业。所述尾砂与碎石的重量配比为尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。图7中的
2-2上部采空区充填的尾砂碎石覆盖层，13充填的尾砂碎石流。充填井按采矿充填井规范布置，一般每隔30-50m布置ー个，充填井直径I. 8^2. 0m。顶部充填尾砂碎石作业可以随采随充填，由于地表沉陷是相当慢的过程，因此，也可按月、季、年集中充填采空区。本发明所述的液态介质为ー种注入覆盖岩中起粘结作用、降低覆盖岩流动性但不会使覆盖岩整体固结的液态介质，为水、液态胶结材料或尾砂浆。当覆盖岩中粉末含量比较大时，可以直接注入成本低廉的水，为了增强粘结強度，也可以注入液态胶结材料；当覆盖岩中粉末含量比较少时，如一些新建矿山矿山，或者由于覆盖岩石性质不同，覆盖岩不容易磨蚀或碎裂，覆盖岩中碎石和粉末含量比较少时，采用水或胶都难以使覆盖岩粘结，覆盖岩的流动性难以改变，需要人为增加覆盖岩中粉末的含量，可以采用尾砂浆。本发明所述的液态胶结材料，为单液注浆用的水玻璃溶液、粘土浆或双液注浆用的水玻璃与氯化钙溶液。水玻璃溶液为水玻璃与水配成浓度为10-50%的溶液；粘土浆为粘土与水配成浓度为10-50%的粘土浆；双液注浆用的水玻璃与氯化钙溶液，双液注浆时，可采用双液注浆机，将水玻璃与氯化钙溶液交替注入，两种溶液的体积用量应相当，水玻璃浓度为20%时，氯化钙的浓度以1(Γ15%为宜，两种溶液反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用。本发明所述的尾砂浆为选矿尾砂与水配成浓度为10-50%的尾砂浆，为了提高浆液的粘结力，也可以在尾砂浆中添加水玻璃溶液，配成含10-50%尾砂、30%水、10-20%水玻璃的尾砂浆。由于注入了尾砂，具有处理工业废料的作用，对环保有益。本发明不仅限于上述液态介质，但一般不能使用使覆盖岩整体固结的水泥材料。本发明顶部采空区注入尾砂碎石，起到充填作用，有效地防止地表塌陷；且顶部注入的尾砂随着覆盖岩的流动不断渗入覆盖岩，并到达放出ロ附近，起到补充粉末含量的作用，通过分段注浆，将待崩矿体周围的覆盖岩粘结起来，降低覆盖岩流动性，实现矿石容易放出而废石不容易放出，解决了端部放矿崩落法损失贫化大的问题；回采率预计回采率能 达到80-92%，贫化率达到2-5%，经济效益明显。本发明属大量放矿崩落采矿法，适用性强，对于采场水量小的矿山，可以取代目前使用的空场法、充填法和崩落法地下开采方法。
权利要求
1.一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，包括将矿体划分为阶段，在阶段里按菱形交错方式布置回采进路，将阶段划分为分段，凿岩、爆破与出矿都在回采巷道内完成，在回采巷道内采用预先集中凿岩方式布置上向扇形中深孔，在覆盖岩层下进行回退式回采，当阶段内各分段回采到端壁处于ー种下分段超前其上分段一个挑檐距离的位置时，回采以阶段为单位，整个阶段各分段同次崩落ー个崩矿步距，再按由上而下的顺序依次在各分段回采巷道端部进行出矿，其特征在于在回采过程中采用注浆的方法控制放矿，采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区，所述的在回采过程中采用注浆的方法控制放矿，是在放矿结束后，在除最下分段巷道外的回采巷道端部的两侧和前部，将注浆管深入到放矿口和端壁周围的覆盖岩石中，将ー种液态介质注入并均匀滲透到回采巷道放矿ロ和端壁周围的覆盖岩石中，静置1-3天，通过回采巷道两侧的排水沟，将覆盖岩中多余水分排掉，再进行下一崩矿步距的爆破、放矿回采工作；所述的采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区，是在地表沿矿体走向布置若干充填井，通过充填井在采场采空区顶部充入尾砂与碎石，充满采空区。
2.根据权利要求I的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，其特征在于所述顶部充填尾的尾砂与碎石的重量配比为尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。
3.根据权利要求I的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，其特征在于所述的液态介质为水、液态胶结材料或尾砂浆。
4.根据权利要求3的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，其特征在于所述的液态胶结材料，为单液注浆用的水玻璃溶液、粘土浆或双液注浆用的水玻璃与氯化钙溶液。
5.根据权利要求4的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，其特征在于所述的粘土浆为粘土与水配成浓度为10-50%的粘土浆。
6.根据权利要求3的一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采エ艺，其特征在于所述的尾砂浆为选矿尾砂与水配成浓度为10-50%的尾砂浆。
7.根据权利要求4的无底柱挑檐端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿エ艺，其特征在于所述的双液注浆为水玻璃与氯化钙溶液配成浓度10-50%的溶液。
全文摘要
本发明涉及一种顶部充填的无底柱挑檐端壁阶段崩落法开采工艺，在一种无底柱挑檐端壁阶段崩落法中，其特征在于1)放矿结束后，除最下分段巷道外的回采巷道端部两侧和前部，采用注浆设备将注浆管深入覆盖岩石中，将一种液态介质注入并渗透到放矿口和端壁周围的覆盖岩石中，静置1-3天，排掉覆盖岩中多余水分，再进行下一崩矿步距的爆破、回采工作；2)采空区顶部充入尾砂碎石，起到充填作用，防止地表塌陷。与目前使用的地下开采方法相比，本发明解决了崩落法损失贫化大和地表沉陷的问题，损失贫化指标比空场法和充填法还低，更具有结构简单、生产能力大和生产效率高的优点。
文档编号E21C41/16GK102619514SQ20121012592
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者邵安林 申请人:鞍钢集团矿业公司