专利名称：无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于地下采矿方法技术领域，尤其涉及一种无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺。
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，按地压维护的方式分为空场采矿法、充填法和崩落采矿法三大类，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工艺结构简单、开采强度大、效率高、机械化程度高、安全、采矿成本低等优点，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和阶段崩落法两类。分段崩落法是将矿体划分为若干阶段，将阶段划分为若干分段，按菱形交错的方式布置分段回采进路，由上向下逐个分段按一个较小的崩矿步距在覆盖岩层下进行回采工作，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，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，是整个阶段端壁呈直立状态，在端部进行回采，一次回采阶段全高一个崩矿步距，通过阶段底部布置的底部结构进行出矿，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)作为一组，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。无底柱垂直端壁阶段崩落法是指整个阶段各分段端壁处于同一垂直位置，回采高度等于阶段全高。端部出矿的崩落法是在覆盖岩层下进行端部放矿，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以矿岩混杂的方式放出，另一部分则损失在地下。覆盖岩层下端部放矿矿石损失贫化大的问题一直没有得到很好的解决，是困扰采矿界的一大难题。一般贫化率为20-25%，高的达42. 9%，回采率一般为55-70%。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口，其流动速度比大块矿岩快。在放矿截止时，出矿口周围的覆盖岩石块度分布特点为离放矿口越近，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，对于一些新建矿山，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
本发明针对端部出矿损失贫化大问题，采用在覆盖岩内注入一种起粘结作用的液态介质的方法，使覆盖岩处于粘结状态，改变覆盖岩流动性，根据“覆盖岩与崩落矿石的流动性明显不同，使矿石容易放出而岩石不容易放出”的原理，提出一种无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，目的是有效地提高矿石回采率、降低矿石贫化损失。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。本发明的无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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同一垂直位置时，回采以阶段为单位，整个阶段各分段同次崩落一个崩矿步距，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，其特征在于阶段内各分段放矿结束后，在除最下分段外的该阶段各分段回采巷道两侧和前部，采用将注浆管深入到放矿口和端壁周围的覆盖岩石中，将一种液态介质注入并均匀渗透到回采巷道放矿口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。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。
本发明的优点是
1)矿石基本以纯矿石的形式放出，损失贫化很小，解决了端部放矿损失贫化大的问
题；
2)工艺简单，生产能力大，成本低，且安全可靠、简单易行、效益好。
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一种垂直状态时的示意图。
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为在回采巷道两侧和前部覆盖岩石中多处插入注浆管注浆示意图。图6为阶段各分段注浆范围示意图。 图中I为回采巷道,2为覆盖岩石,3为每条进路矿体崩落范围线,4为矿体,5为上向扇形中深孔，6为注浆管，7为注浆的浆流，8为注浆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。
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、2、3、4、5、6所示，本发明的无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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，在覆盖岩层下进行回退式回采，当阶段内各分段回采到端壁处于同一垂直位置时，回采以阶段为单位，整个阶段各分段同次崩落一个崩矿步距，再按由上而下的顺序依次在各分段回采巷道I端部进行出矿，图2中的4为矿体，其特征在于阶段内各分段放矿结束后，在除最下分段外的该阶段各分段回采巷道I两侧和前部多处，采用注浆设备将注浆管6深入放矿口和端壁周围的覆盖岩石2中，再将一种液态介质注入并均匀渗透到回采巷道I放矿口和端壁周围的覆盖岩石2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，静置1-3天，通过回采巷道I两侧的排水沟，将覆盖岩石2中多余水分排掉，使放矿口周围的覆盖岩石较稳定地粘结，流动性很差，再进行下一崩矿步距的爆破、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，可以大幅度减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。本发明所述的液态介质为一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，为了增强粘结强度，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(T15%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，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。本发明效果非常明显，预计回采率能达到80-92%，贫化率达到2-5%。本发明所述采矿法属大量放矿崩落采矿法，解决了端部放矿损失贫化大的问题，安全可靠、简单易行、成本低，效益好。对于采场水量小的矿山，可以取代目前较流行的无底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和有底柱阶段崩落法等地下采矿方法。
权利要求
1.无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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同一垂直位置时，回采以阶段为单位，整个阶段各分段同次崩落一个崩矿步距，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，其特征在于阶段内各分段放矿结束后，在除最下分段外的该阶段各分段回采巷道两侧和前部，采用将注浆管深入到放矿口和端壁周围的覆盖岩石中，将一种液态介质注入并均匀渗透到回采巷道放矿口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。
2.根据权利要求I的无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，其特征在于所述的液态介质为水、液态胶结材料或尾砂浆。
3.根据权利要求2的无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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。
4.根据权利要求3的无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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。
5.根据权利要求2的无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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。
6.根据权利要求3的无底柱挑檐端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，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
本发明涉及一种无底柱垂直端壁阶段崩落法控制矿岩流动性的放矿工艺，在一种无底柱垂直端壁阶段崩落采矿法中，阶段内各分段放矿结束后，在除最下分段外的该阶段各分段回采巷道端部，采用注浆方法，将一种起粘结作用的液态介质注入并渗透到回采巷道放矿口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.本发明的优点是矿石基本以纯矿石的形式放出，损失贫化很小，解决了端部放矿损失贫化大的问题；工艺简单，生产能力大，成本低，且安全可靠、简单易行、效果明显。
文档编号E21F16/00GK102619519SQ20121012592
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