一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是提供了一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法。

背景技术：

下向进路充填采矿法一般适用于围岩和矿体不稳固，且矿石品位高、经济价值大的矿体。其适用于矿体厚度从薄至厚、倾角从缓倾斜到急倾斜的情况。因其在开采过程中顶板跨度小，防止上下盘围岩废石的垮落，使得回采作业安全性高，矿石损失率、贫化率较低。

然而，在现有技术中，采用下向进路充填采矿法时，存在一些方面的不足和问题，主要包括以下几个方面：(1)当前在下向进路充填采矿法时，无论矿体厚度如何，普遍是将采准巷道(人行通风天井、放矿溜井、阶段运输巷道、分层巷道、分段巷道等)布置于上下盘围岩之中(即脉外采准布置方式)，且这些巷道均位于靠近矿体中央处，无疑增加了额外的掘进和生产费用。(2)对于急倾斜软破薄矿体而言(厚度小于5～6m时)，需采用单一巷道进路式回采方式进行采矿作业。同一分层仅布置一条进路，上分层进路回采与充填完毕后直接进行下分层的回采，因此上下分层进路必须平行布置。为了确保上覆充填体的稳定性，需将一定长度的长锚杆打入矿房两侧矿柱之中以使充填假顶-长锚杆-两侧矿柱形成“嵌固梁”结构；形成这种结构的直接后果就是两侧矿柱无法回收，从而造成资源损失与浪费。

为此需要对现有的下向进路充填采矿法做进一步的改进，优化巷道布置方式，降低矿石损失与贫化、减少生产与掘进成本、确保上覆充填假顶的稳定性。

技术实现要素：

在矿体较薄，且矿体与围岩均破碎、且矿石价值比较高的条件下，为了降低矿石损失与贫化、减少生产与掘进成本、确保上覆充填假顶的稳定性，本发明提供了一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法，具体的技术方案如下。

一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法，对厚度小于5～6m的急倾斜破碎围岩薄矿体进行开采，步骤包括：

s1.利用脉内布置采准的方式，在矿房的两侧分别布置人行通风天井，在采场最下一分层靠近下盘围岩接触面处布置阶段运输巷道，阶段运输巷道连通人行通风天井，保留上一个阶段的运输巷道作为本阶段的回风巷道；

s2.在矿房内沿矿体走向布置多个分层，每一分层布置一条进路，自上而下分层回采矿体，各个分层采用水平浅孔落矿的方式回采；

s3.分层完成回采后立即在采空区的上盘和下盘围岩中设置长锚杆，通过钢筋网连接上下盘围岩中长锚杆的外露端；

s4.对开采后分层的采空区进行胶结充填，充填体稳定后进行下一个分层的开采；

s5.逐层开采各个分层并进行胶结充填，本矿房内矿石全部开采完毕并完成充填后，采用胶结充填方式对一侧的人行通风天井进行充填；

s6.保留并维护另一侧的人行通风天井，为相邻矿房的行人、运料、回采、通风作业服务，进行下一个相邻矿房的开采；

重复步骤s2至s6，完成本阶段内各个矿房的回采和充填。

优选的是，人行通风天井的断面近似的呈矩形，人行通风天井中部设置间隔，一侧设置人行梯和运料梯，另一侧为放矿通道。

优选的是，人行通风天井施工完成后再进行矿房的回采，所述进路的宽度等于矿体的平均水平厚度。

还优选的是，进路内布置电耙，电耙将崩落的矿石耙运至人行通风天井的放矿通道。

还优选的是，采空区上盘设置的长锚杆间排距和采空区下盘设置的长锚杆间排距相等，上盘和下盘相对位置设置对应的长锚杆。

进一步优选的是，尾砂胶结充填的充填管路依次经过回风巷道和人行通风天井，经过联络巷进入采场。

进一步优选的是，人行通风天井的充填采用一次尾砂胶结充填作业，人行通风天井充填中使用的充填材料灰砂比小于矿房充填中使用的充填材料。

进一步优选的是，为相邻矿房回采服务的人行通风天井在施工时进行支护延长服务年限。

本发明提供的一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法的有益效果包括：

(1)该方法采用下向进路充填采矿法回采急倾斜软破贵重矿体，将采准巷道布置于脉内，所以在施工人行通风天井时即可采出部分矿体，同时还避免了间柱的留设；另外通过矿房两侧的人行通风天井进行放矿作业，所以不需要再额外布置矿石溜井，大大降低了掘进成本和生产成本。

(2)通过在采空区内分别向上盘和下盘施工长锚杆，依靠上下盘围岩内的长锚杆、采空区内的钢筋网以及充填体与围岩的粘结力共同承载上覆充填假顶，保证其始终处于稳定状态；在回采并充填完本矿房以后，立即对矿房一侧天井进行充填作业，确保了采场整体处于稳定状态。另外通过保留一侧人行通风天井，使之能够服务于相邻矿房回采时行人、通风、提料和放矿作业，实现采准巷道的反复利用，降低了掘进成本，有利于生产接续，提高了工作效率；待相邻矿房回采并充填完毕以后，再对该人行通风天井进行充填作业，减少了充填工序。

附图说明

图1是用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法的布置示意图；

图2是图1中的ⅰ-ⅰ截面示意图；

图3是图1中的ⅱ-ⅱ截面示意图；

图4是人行通风天井的截面示意图；

图5是长锚杆和钢筋网的布置结构示意图；

图中：1-回风巷道；2-充填假顶；3-人行通风天井；4-矿房；5-阶段运输巷；6-进路回采巷道；7-回采工作面；8-待回采矿体；9-人行梯；10-运料梯；11-放矿巷道；12-长锚杆；13-钢筋网；14-上盘，15-下盘。

具体实施方式

结合图1至图5所示，对本发明提供的一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法的具体实施方式进行说明。

实施例1

在矿体倾角较大、较薄，且矿体与围岩均破碎、且矿石价值比较高条件下，为了降低矿石损失与贫化、减少生产与掘进成本、确保上覆充填假顶的稳定性，提供了一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法，具体是对厚度小于5～6m的急倾斜破碎围岩薄矿体进行开采，其步骤包括：

步骤s1.利用脉内布置采准的方式，在矿房的两侧分别布置人行通风天井，人行通风天井的两侧均为矿房。在采场最下一分层靠近下盘围岩接触面处布置阶段运输巷道，阶段运输巷道连通人行通风天井，保留上一个阶段的运输巷道作为本阶段的回风巷道。采用下向进路充填采矿法回采急倾斜软破贵重矿体，将采准巷道布置于脉内，所以在施工人行通风天井时即可采出部分矿体，同时还避免了间柱的留设。通过矿房两侧的人行通风天井进行放矿作业，所以不需要再额外布置矿石溜井，大大降低了掘进成本和生产成本。

由于矿体厚度很薄，一般小于5m或小于6m，所以采用脉内采准布置方式，从而可以大大减小掘进的费用，缓解采掘接续紧张的问题。其中人行通风天井的断面近似的呈矩形，人行通风天井中部设置间隔，将其划分为两个通道，一侧设置人行梯和运料梯，另一侧为放矿通道，分别满足人行通风天井的行人、通风、提料和放矿的需求。另外，为相邻矿房回采服务的人行通风天井在施工时进行支护以延长服务年限，可以采用锚杆支护等支护方式，保证人行通风天井的使用寿命。

步骤s2.在矿房内沿阶段高度布置多个分层，每一分层只布置一条进路，自上而下分层回采矿体，各个分层采用水平浅孔落矿的方式回采，由矿房的两翼向中央同时回采，直至采完本分层内的全部矿体。在人行通风天井施工完成后再进行矿房的回采，人行通风天井又被称为先进天井，进路的宽度等于矿体的平均水平厚度。进路内布置电耙，利用电耙将崩落的矿石耙运至人行通风天井的放矿通道。

步骤s3.每一分层完成回采后，立即在采空区的上盘和下盘围岩中安装长锚杆，通过钢筋网连接上下盘围岩中长锚杆的外露端，不仅对上下盘围岩进行有效支护，还可以提高充填假顶结构的稳定性。其中采空区上盘设置的长锚杆间排距和采空区下盘设置的长锚杆间排距相等，即在上盘和下盘相对位置设置对应的长锚杆，从而方便钢筋网的连接，钢筋网和长锚杆之间可以通过焊接固定。通过在采空区内分别向上盘和下盘施工长锚杆，依靠上下盘围岩内的长锚杆、采空区内的钢筋网以及充填体与围岩的粘结力共同承载上覆充填假顶，保证其始终处于稳定状态。

步骤s4.对每分层开采后的采空区进行胶结充填，充填体稳定后进行下一个分层的开采。待回采并充填完本矿房以后，立即对矿房一侧天井进行充填作业，从而确保了采场整体处于稳定状态。

其中尾砂胶结充填的充填管路依次经过回风巷道和人行通风天井，经过联络巷进入采场；从而不需要设置单独的充填-回风井。

步骤s5.逐层开采各个分层的矿石，开采后进行尾砂胶结充填，本阶段内矿石开采完毕并完成充填后，立即采用尾砂胶结充填方式对一侧的人行通风天井进行充填。

其中人行通风天井的充填采用一次尾砂胶结充填作业，人行通风天井充填中使用的充填材料灰砂比小于矿房充填中使用的充填材料，从而可以节约成本。充填管路经过回风巷道可以对人行通风天井进行直接充填。

步骤s6.保留另一侧人行通风天井可为相邻矿房提供回采服务；保留的人行通风天井在下一个要开采的相邻矿房和当前开采的矿房之间，从而可以为下一个矿房的开采继续服务。

重复步骤s2至s6，完成本阶段内各个矿房的回采和充填。

上述步骤中通过保留一侧的人行通风天井，用于相邻矿房回采时行人、通风、提料和放矿作业，实现了采准巷道的反复利用，降低了掘进成本，有利于生产接续，提高了工作效率；待相邻矿房回采并充填完毕以后，再对该人行通风天井进行充填作业，减少了充填工序。

该方法简化了巷道布置，在脉内布置采准，降低了生产成本；矿房两侧不留间柱，减少矿石损失；依靠上下盘围岩内的长锚杆、采空区内的钢筋网以及充填体与围岩的粘结力共同承载上覆充填假顶，稳定性显著增强；人行通风天井即兼做行人、通风，也兼做提料、放矿，同时可以为两个矿房提供服务，极大降低掘进费用，缓解接续紧张的问题。

实施例2

在实施例1的基础上，为了进一步说明一种用于急倾斜薄矿体的下向单一进路胶结充填采矿方法的有益效果，以某金矿的开采为例，对该方法进行说明。

某金矿采场的矿体平均厚度小于5m，结合具体地质资料和开采技术条件可知，该矿体距地表250～300m，平均厚度3.0m，采场矿体平均长度40m，采场内不留间柱、顶柱和底柱，高度50m，倾角约75°，矿石平均品位3.98g/t，矿体自身较破碎。矿石岩性为黄铁绢英岩，自然塌落现象较严重；矿体围岩为绢英岩化花岗岩，矿体上盘较破碎，下盘稳固性一般，厚度均在2m以上，局部存在塌方现象。矿石普氏系数为6～8，岩石普氏系数为4～6。矿石密度为2.68t/m³。

采用本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法和与下向进路分层无分段巷道充填采矿方法，分别对采场内矿体进行回采，计算两种采矿方法采准、回采工作量、支护、充填、矿物加工所需的成本与回采矿石的效益。

对于本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法进行开采，开采中根据矿井地质条件和开采技术条件，每分层高度设定3m，共分为17个分层。采用单一巷道式进路式回采，采场每一分层只布置一条进路，进路宽度即为矿体平均水平厚度。

首先，对采准工作量进行比较。

两种采矿方法布置采准巷道工程量如表1和表2所述。其中，在本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法中，人行通风天井即可以为本矿房进行服务，也可以为相邻矿房服务，因此实际上分摊到每一个矿房的人行通风天井数量仅为1条。通过对比表1和表2可知，采用本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法相比于下向进路分层无分段巷道充填采矿方法而言可减少采准工程量1002.6m³。按照造价1000元/m³计算，每个采场可节约投资额102万元人民币。

表1本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法的采准巷道工程量表

表2下向进路分层无分段巷道充填采矿方法的采准巷道工程量表

其次，对回采工作量的成本、充填成本和支护成本进行对比。

对于回采工作量的成本，由于两种采矿方法在回采矿房时均采用凿岩爆破的方式，且矿房内矿石量相同，因此该部分回采工作量的成本基本一致。

对于充填成本，两种采矿方法在充填矿房时均采用胶结充填法，且矿房内采空区体积相同，因此该部分充填成本基本一致。然而，采用本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法除了充填矿房以外，还需对回收完的一侧天井进行充填，因此充填费用会有所增加。按照每个采场充填一个天井来计算，采用胶结充填的方式进行充填，胶结材料为425#普通硅酸盐水泥，充填骨料为该矿尾矿库尾砂，充填用水为井下矿坑废水。采用1:8的灰砂比，即水泥含量为100kg/m³。以每吨300元价格计算，每立方米所需水泥成本30元，考虑尾砂和水的成本，约为40元/m³。充填工艺包括通风、料浆制备、输送、设备损耗、供电、供水、排水等因素，预计成本为10元/m³。以每个天井的体积为750m³计算，充填成本共计50×750＝3.75万元人民币。

对于支护成本，两种采矿方法在支护上下盘围岩时实际都采用了锚杆支护方式，但本发明的下向单一进路胶结充填采矿方法采用的是长锚杆，而下向进路分层无分段巷道充填采矿方法采用的是常规锚杆，因此在支护成本上有所不同。施工超长锚杆等环节，预计每立方米比常规锚杆所需成本多30元。以每个矿房实际体积为7500m³计算，支护以及维持充填假顶稳定性所需成本约为22.5万元。

最后，结合选矿成本和黄金的市场价格，对比两种采矿方法的收益。

选矿成本按照每吨50元计算，施工一个天井矿石选矿成本约为50×2010＝10.05万元。

下向进路分层无分段巷道充填采矿方法需要在矿房两侧留设一定厚度的间柱以形成“嵌固梁”式结构，导致间柱内矿石无法采出，造成部分资源的浪费。而下向单一进路胶结充填采矿方法，在施工人行通风天井时即视为回收矿石，且无需留设间柱。以每个天井可采出矿石量按照750m³计算，通过计算可计算矿石重量为2010吨，即可采出黄金7999.8克，按照黄金市场价370元/克计算，可以实现总收益约296万元。

综合对比两种采矿方法，相比于下向进路分层无分段巷道充填采矿方法而言，采用本发明的下向单一进路胶结充填的采矿方法，每个采场的生产总成本可节省约65.7万元，新增收益约累计达361.7万元。按照一个矿山每年回采5个采场(矿块)计算，每年新增收益1805.5万元，极大提升了矿山效益。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。