一种缓倾斜中厚矿体多单元组合集约化采矿方法与流程

本发明属于地下采矿领域，尤其涉及一种适用于缓倾斜中厚矿体的多单元组合集约化采矿方法。

背景技术：

对于缓倾斜中厚矿体，尤其是矿体倾角大于15°的缓倾斜中厚矿体，开采难度大，要实现高效安全开采更是难上加难。目前开采该类矿体的采矿方法主要包括房柱法、崩落法、上向水平分层充填采矿方法、水平分条空场嗣后充填采矿方法等。这些采矿方法通常只考虑三级矿量和生产能力的要求，这样导致采矿工程师在开采设计中往往只是考虑回采采场和采准采场的布置，甚至为了追求利益最大化，致使采场“遍地开花”，各采场布置分散。另外，在单一采场中往往也存在充填、出矿、凿岩、爆破、采切等工艺的交叉和互相干扰，这样不仅导致设备利用率低，还大大降低了作业的安全性，这种传统的采矿方法很难适应条件更为复杂的深地矿床开采。为此，本发明创造一种新型的适用于缓倾斜中厚矿体的单元组合集约化采矿方法，旨在综合解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种安全可靠、生产能力稳定、集约化程度高的一种缓倾斜中厚矿体的单元组合集约化采矿方法。该方法适应于矿体倾角>15°，矿岩中等稳固的中厚缓倾斜矿体，通过单元组合形式，实现工艺的独立性和采场的集约化开采，保证规模化出矿，通过嗣后充填有效控制地压，最终实现安全、经济、高效开采。

一种缓倾斜中厚矿体多单元组合集约化采矿方法包括如下步骤：

1)将矿体沿走向划分为等宽的矿块，然后沿矿体倾向将各矿块划分为条形采场；

2)将各矿块内的s1、s2…sn等n个连续采场组合成1个单元，然后根据矿山生产能力将u1、u2…um等m个单元组合集约化开采，单元组合的布置形式以设备调动距离短为优；

所述采场个数n根据矿岩稳定性、充填体强度、矿体倾角以及采切工程布置形式而定，通常n等于4或6；

所述单元组合个数m由充填体达到稳定性强度的时间为依据，通常情况单元组合个数m≥6；

所述单元组合的布置形式根据矿体走向长度来确定，走向连续性好且足够长的矿体可将单元组合布置在同一标高内，走向连续性好且长度一般的矿体可将部分单元布置在相邻上或下一分段标高，走向连续性差且长度短的矿体可将单元布置在3个分段标高内。其中单元组合布置在同一标高内，设备调动距离最短，最有利于该方法的实施；

3)各单元及采场的回采顺序为u1单元s1采场→u2单元s1采场→……→um单元s1采场→u1单元s2采场→u2单元s2采场→……→um单元s2采场→……→u1单元sn采场→u2单元sn采场→……→um单元sn采场。

4)采场按照工艺不同划分为充填采场，出矿采场，凿岩采场，切割采场，采准采场等，这些采场按回采顺序依次布置在单元组合采场中，随着回采顺序的推进，出矿完毕的采场进行充填作业变为充填采场，凿岩完毕的采场进行爆破出矿作业变为出矿采场，切割完毕的采场进行凿岩作业变为凿岩采场，采准完毕的采场进行切割工程布置变为切割采场，在下一空白采场进行采准工程布置变为采准采场，采场随工艺依次不断推进和转变，充填管线、铲运机、中深孔台车和凿岩台车也随着依次推进和调配，各采场都是独立工艺的采场。

所述充填采场的主要工作是采用膏体充填材料(可加部分废石)充填出矿完毕的采场；

所述出矿采场的主要工作是采用铲运机将爆落的矿石运至矿石溜井；

所述凿岩采场的主要工作是采用中深孔凿岩台车进行钻孔工作；

所述切割采场的主要工作是采用天井钻机和中深孔凿岩台车进行切割天井和切割槽工作；

所述采准采场的主要工作是采用凿岩台车掘进出矿川和凿岩巷。

5)一种缓倾斜中厚矿体多单元集约化开采的采准工程布置具体步骤如下：

①在矿体下盘沿矿体走向布置中段运输平巷，沿矿体走向每隔200m布置垂直矿体走向的中段运输横巷；

②自中段运输平巷开口掘进采场斜坡道；

③自采场斜坡道每隔垂高20m开口掘进分段联络道，并沿矿体布置分段平巷，分段高度20m，每隔100m垂直矿体倾向掘进充填回风井联络道至矿体上盘，并在采场上盘中央掘进回风充填硐室，在回风充填硐室中向下掘进回风充填井与采场顶部贯通，充填回风井联络道可以满足多个分条采场的回风充填要求；

④在每个单元对应范围内，垂直分段平巷降坡布置采场出矿川联通s1、s2…sn/2(n/2取整数)采场，垂直采场出矿川在矿体下盘掘进采场凿岩巷；待s1、s2…sn/2(n/2取整数)采场回采充填完毕后，在s1、s2…sn/2(n/2取整数)采场出矿川的位置挑顶垫平形成sn/2+1、sn/2+2…sn(n/2取整数)采场出矿川，并垂直采场出矿川在矿体下盘掘进采场凿岩巷；

⑤在分段平巷每隔200m布置溜井联络巷和矿石溜井；

所述采场斜坡道为每隔600m设置一个，负责左右300m矿体的人员材料设备运输。

所述s1、s2…sn/2(n/2取整数)采场出矿川呈降坡，降坡坡度≤12％。

所述sn/2+1、sn/2+2…sn(n/2取整数)采场出矿川呈水平。

所述挑顶垫平指在原有巷道基础上采用上向炮孔爆落巷道顶板围岩，部分出渣后利用爆落的废石垫平至需要的标高，形成新的巷道工程。

所述s1、s2…sn/2(n/2取整数)采场出矿川和sn/2+1、sn/2+2…sn(n/2取整数)采场出矿川与分段平巷呈一定角度布置，有利于铲运机的出矿。

所述回风充填井用于采场爆破通风和采场的嗣后充填。

所述嗣后充填是指采场回采完毕后，在联通采场的开口处设置充填挡墙，然后先充填一部分采切工程产生的废石，最后用膏体充填材料进行充填接顶。

所述矿石溜井联络巷和矿石溜井需要在垂直方向上与中段运输横巷对应，可使分段的矿石下放至中段运输横巷并运出。

本发明的优点和积极效果包括：第一、采场构成单元，单元进行组合，有利于矿山整体规划、集约化开采和地压控制，最终实现贫富兼采和资源综合利用；第二、采场的回采顺序以单元为基础，以采场为串联，实现单元间采场的连续依次推进，有利于协同管控和设备调控；第三、按照工艺不同划分功能性采场，随着回采顺序的推进，不同功能性采场的主要工作也接替转换，使每种工艺独立分布在各自采场，避免了工艺的交错干扰，实现多工艺在空间上独立作业，时间上平行作业，提高了设备利用率，降低了安全风险性；第四、专门设置了通风充填系统，通风条件较好，并且充填采场可以采用上分段采切工程产生的废石，实现废石少出笼，最后采用膏体充填材料充填接顶，保证了充填体的整体性和强度，为后续间隔采场和间柱回采创造有利条件，废石和膏体充填相结合大大减少了水泥消耗量，降低了充填成本；第五、中深孔凿岩台车向上钻凿扇形炮孔，炮孔利用率高，材料单耗低，更重要的是可以采用一次性微差爆破实现大规模爆破，为单台自动化铲运机提供充足的矿量，避免了铲运机在多采场间频繁调度，减少了铲运机的闲置时间，提高了自动化铲运机的工作效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的a-a剖面图；

图2为本发明具体实施方式的b-b俯视图；

图中：1-中段运输平巷；2-中段运输横巷；3-斜坡道；4-分段联络道；5-分段平巷；6-s1、s2采场出矿川；7-s3、s4采场出矿川；8-凿岩巷；9-充填回风井联络道；10-充填硐室；11-充填回风井；12-矿石溜井联络巷；13-矿石溜井；14-充填体；15-矿柱；16-切割天井；17-切割槽；18-扇形孔；i-充填采场；ⅱ-出矿采场；ⅲ-凿岩采场；ⅳ-切割采场；v-采准采场。

具体实施方式

为使本发明实施目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种缓倾斜中厚矿体的多单元组合集约化采矿方法，包括以下步骤：

1)将矿体沿走向划分为100m的矿块，然后沿矿体倾向将各矿块划分为宽12.5m的条形采场；

2)将各矿块内的4个连续采场(包括s1采场、s2采场、s3采场、s4采场)组合成1个单元，然后将6个单元组合集约化连续开采，包括u1单元、u2单元、u3单元、u4单元布置在一个分段，u5单元、u6单元布置在上一个分段；

3)采场的回采顺序为u1单元s1采场→u2单元s1采场→……→u6单元s1采场→u1单元s2采场→u2单元s2采场→……→u6单元s2采场→u1单元s3采场→u2单元s3采场→……→u6单元s3采场→……→u1单元s4采场→u2单元s4采场→……→u6单元s4采场。

4)采场按照工艺不同划分为充填采场i，出矿采场ⅱ，凿岩采场ⅲ，切割采场ⅳ，采准采场v等，这些采场按回采顺序依次布置在单元组合采场中，随着回采顺序的推进，出矿完毕的采场进行充填作业变为充填采场i，凿岩完毕的采场进行爆破出矿作业变为出矿采场ⅱ，切割完毕的采场进行凿岩作业变为凿岩采场ⅲ，采准完毕的采场进行切割工程布置变为切割采场ⅳ，在下一空白采场进行采准工程布置变为采准采场v，采场随工艺依次不断推进和转变，充填管线、铲运机、中深孔台车和凿岩台车也随着依次推进和调配，各自采场都是独立工艺的封闭采场。

所述充填采场i的主要工作是采用膏体充填材料(可加部分废石)充填出矿完毕的采场；

所述出矿采场ⅱ的主要工作是采用铲运机将爆落的矿石运至矿石溜井13；

所述凿岩采场ⅲ的主要工作是采用中深孔凿岩台车进行钻凿扇形孔18工作；

所述切割采场ⅳ的主要工作是采用天井钻机和中深孔凿岩台车进行切割天井16和切割槽17工作；

所述采准采场v的主要工作是采用凿岩台车掘进出矿川和凿岩巷。

5)为了实现缓倾斜中厚矿体集约化开采，需要布置采准工程，具体步骤如下：

①在矿体下盘沿矿体走向布置中段运输平巷1，沿矿体走向每隔200m布置垂直矿体走向的中段运输横巷2；

②自中段运输平巷1开口掘进采场斜坡道3；

③自采场斜坡道3每隔垂高20m开口掘进分段联络道4，并沿矿体布置分段平巷5，分段高度20m，每隔100m垂直矿体倾向掘进充填回风井联络道9至矿体上盘，并在采场上盘中央掘进充填回风硐室10，在回风充填硐室10中向下掘进回风充填井11与采场顶部贯通，充填回风井联络道9可以满足4个分条采场的回风充填要求；

④垂直分段平巷5降坡布置s1、s2采场出矿川6联通s1采场和s2采场，垂直s1、s2采场出矿川6在矿体下盘掘进s1采场和s2采场的凿岩巷8；待s1采场和s2采场回采充填完毕后，在s1、s2采场出矿川6基础上挑顶垫平形成s3、s4采场出矿川7，并垂直s3、s4采场出矿川7在矿体下盘掘进s3采场和s4采场的凿岩巷8；

⑤在分段平巷5每隔200m布置溜井联络巷12和矿石溜井13；

所述采场斜坡道3为每隔600m设置一个，负责左右300m矿体的人员材料设备运输。

所述s1、s2采场出矿川6呈降坡，降坡坡度≤12％。

所述s3、s4采场出矿川7呈水平。

所述挑顶垫平指在s1、s2采场出矿川6基础上采用上向炮孔爆落巷道顶板围岩，部分出渣后利用爆落的废石垫平至需要的标高，形成s3、s4采场出矿川7。

所述s1、s2采场出矿川6和s3、s4采场出矿川7与分段平巷5呈一定角度布置，有利于铲运机的出矿。

所述回风充填井11用于采场爆破通风和采场的嗣后充填。

所述嗣后充填是指采场回采完毕后，在联通采场的开口处设置充填挡墙，然后先充填一部分采切工程产生的废石，最后用膏体充填材料进行充填接顶形成充填体14。

所述矿石溜井联络巷12和矿石溜井13需要在垂直方向上与中段运输横巷2对应，可使分段的矿石下放至中段运输横巷2并运出。

为了进一步说明该采矿方法的优越性，现对各功能性采场的采矿工艺做进一步说明。

1)充填采场i：首先将s1、s2采场出矿川6(或者s3、s4采场出矿川7)靠近凿岩巷8处设置充填挡墙，对于s3采场和s4采场还需要在凿岩巷8靠近充填回风井联络道9处设置挡墙，然后将充填管道经过分段平巷5和充填回风井联络道9架设至回风充填井11，最后将膏体充填料充往采场空区，充填体14养护28天后可以开采相邻采场矿体。

2)出矿采场ⅱ：利用已完毕的扇形孔18，采用微差起爆方式进行逐排爆破，爆破的矿石落入凿岩巷8中，山特维克自动化铲运机lh514经过中段运输平巷1、斜坡道3、分段联络道4、分段平巷5、s1、s2采场出矿川6(或者s3、s4采场出矿川7)到达落矿点。铲装落入凿岩巷8的矿石经过s1、s2采场出矿川6(或者s3、s4采场出矿川7)、分段平巷5、溜井联络巷12，倒入矿石溜井13。然后做往复循环出矿工作。

3)凿岩采场ⅲ：以已完毕的切割槽17为自由面，山特维克dl421中深孔凿岩台车沿凿岩巷8钻凿上向扇形孔18，直至完毕整个凿岩采场ⅲ的凿岩工作。

4)切割采场ⅳ：位于采场中央，阿特拉斯easerl天井钻机在凿岩巷8中向上钻凿切割天井16，山特维克dl421中深孔凿岩台车钻凿上向扇形孔18进行爆破形成切割槽17，完成切割工程；

5)采准采场ⅴ：对于采场s1和采场s2，采用山特维克dd422i液压自动化双臂凿岩台车掘进s1、s2采场出矿川6和凿岩巷8；对于s3采场和s4采场，采用山特维克dd422i液压自动化双臂凿岩台车挑顶垫平形成s3、s4采场出矿川7，并掘进完成凿岩巷8。

所述阿特拉斯easerl天井钻机、山特维克dl421中深孔凿岩台车、山特维克dd422i液压自动化双臂凿岩台车、山特维克自动化铲运机lh514等设备均为大型先进设备，因此对应的巷道工程为4.5m×4.5m的三心拱断面，矿石溜井13为3m直径圆形断面。

本发明适应于缓倾斜中厚矿体，尤其适用于大型现代化深地矿山。相比其他采矿方法，该采矿方法安全可靠、生产能力稳定、集约化程度高，通过单元组合形式，实现工艺的独立性和采场的集约化开采，保证规模化出矿，通过嗣后充填有效控制地压，最终实现安全、经济、高效的开采。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。