预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统的制作方法

1.本实用新型涉及地下矿山采矿技术领域，特别是涉及一种预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统。


背景技术：

2.在采矿领域中，特别是对于二步骤间柱采场这种开采条件复杂的矿体。二步骤采场回采时两侧为充填体，同时，二步骤采场受一步骤采场内充填体泌水、充填体强度不足等影响。一步骤采场的充填体强度不足以支撑整个二步骤采场的稳定性，导致二步骤采场回采安全条件极差。即由于一步骤采场充填体质量不达标，出现充填体垮塌现象，导致一步骤充填体无法满足二步骤的回采要求。目前传统的采矿方法较难适应这种矿体开采。
3.现有技术提供了一种破碎矿体夹层的分层分段组合开采方法，该采矿方法沿破碎矿体夹层走向依次划分盘区、盘区间柱，在每个盘区内垂直走向依次划分一步骤矿房采场、二步骤矿柱采场。一步骤矿房采场水平方向由两个并行进路构成，竖直方向的进路数量由分段高度决定，采完即充，形成胶结充填体置换条柱。盘区内一步骤矿房采场采充完毕之后，转为二步骤矿柱采场回采，二步骤采场两侧为一步骤胶结充填体，二步骤矿柱采场采用长锚索预加固的下向平行深孔分段空场嗣后充填的高效采矿方法。这种方法虽然对二步骤矿柱采场采用长锚索预加固，并对其采用分段采矿充填的方法，在一定程度上提高了二步骤矿柱采场开采时的效率以及安全性，但是这种回采及充填的方式仍然采用传统的方式，其开采效率并没有得到本质上的提高，且充填体强度较差，给作业人员带来一定的安全隐患。
4.因此，设计一种结构简单、安全性较强、回采效率高、生产能力强的二步骤机械化上向高分层充填采矿系统就很有必要。


技术实现要素：

5.为了克服上述问题，本实用新型提供了一种预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统，该系统将采场自下而上分成若干个矿段，并将任意一个矿段自下而上分成若干个矿层，采用自下而上的高分层逐层回采，并在矿层回采完成后对矿层进行充填，当连续回采3至4层矿层后，对完成回采的最上层的矿层顶板采用长锚索作为支护。从而结合传统的上向分层充填法和分段充填法，将“单分层”高度变成“高分层(双分层高度)”，减少了整体的支护费用和工程量，提高采场的生产能力，并加快生产效率，缩短采场的作业循环时间。
6.为实现上述的目的，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统，采用所述的预控顶留护壁式的二步骤机械化上向高分层充填采矿方法，包括并列设置的若干采场、设置于所述采场外周壁的矿壁、设置于所述采场顶端的顶板、以及设置于所述顶板顶端的长锚索预控顶支护；
8.任意一个所述采场包括自下而上分段设置的若干矿段，任意一个所述矿段包括自下而上分层设置的若干矿层，自下而上依次排列的三个相邻所述矿段构成一个采矿阶层。
9.进一步的，任意一个所述矿层包括下部充填区域、以及设置于所述下部充填区域的顶端的上部充填区域；所述下部充填区域用于充填低强度配比的胶结充填体，所述上部充填区域用于充填高强度配比的胶结充填体。
10.进一步的，位于最下方的所述采矿阶层的三个所述矿段的底端沿水平方向设置有下盘沿脉运输巷，所述下盘沿脉运输巷通过沿倾斜方向设置的采区斜坡道连通；位于最下方的三组所述下盘沿脉运输巷的远离矿区的一端通过沿竖直方向设置的溜井连通。
11.进一步的，位于所述采矿阶层的上下两端的所述下盘沿脉运输巷与所述采区斜坡道的连接位置处设置有中段运输巷，所述中段运输巷与所述下盘沿脉运输巷位于同一平面内，并彼此呈垂直状态设置；位于所述采矿阶层的中间位置处的所述下盘沿脉运输巷与所述采区斜坡道的连接位置处设置有分段运输巷，所述分段运输巷与所述下盘沿脉运输巷连通；所述矿层与所述中段运输巷以及所述分段运输巷之间设置有分层联络道。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.1.本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统，通过将采场自下而上分成若干个矿段，并将任意一个矿段自下而上分成若干个矿层，采用自下而上的高分层逐层回采，并在矿层回采完成后对矿层进行充填，当连续回采3至4层矿层后，对完成回采的最上层的矿层顶板采用长锚索作为支护。从而结合传统的上向分层充填法和分段充填法，将“单分层”高度变成“高分层 (双分层高度)”，减少了整体的支护费用和工程量，提高采场的生产能力，并加快生产效率，缩短采场的作业循环时间。
14.2.本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统，通过对采场留设相应厚度的矿壁来回采二步骤采场，从而维持二步骤采场的整体稳定性，同时减少一步骤采场充填体强度不足等影响。
15.3.本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统，通过采用长锚索作为预控顶的支护方式来加固顶板，以实现顶板的预控重构，构建高分层采场安全作业的顶板环境。
16.4.本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统，通过将同一矿层采用不同的充填体进行充填，降低充填成本，矿层的底部可采用低强度配比的充填体进行充填，矿层的上部采用高强度胶结充填体浇面作为铲运机工作的平台，构筑上向水平高分层充填的作业条件。
附图说明
17.图1是本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统的结构示意图；
18.图2是本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统的预控顶长锚索支护的布置示意图；
19.图3是图1中沿
ⅱ‑ⅱ
方向的剖视示意图；
20.图4是图1中沿
ⅲ‑ⅲ
方向的剖视示意图；
21.图5是本实用新型的预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填方法的流程示意图；
22.附图中各部件的标记如下：11、底柱；12、间柱；13、滤水井；14、水平炮孔；15、充填
回风井；16、长锚索；17、充填体；18、矿体；20、矿段；21、矿层；22、矿壁；23、中段运输巷；24、溜井；25、采区斜坡道；26、下盘沿脉运输巷；27、分段运输巷；28、分层联络道；29、采场联络道。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
24.实施例1
25.如图1至3所示，一种预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统100，包括并列设置的若干采场、设置于采场外周壁的矿壁22、设置于采场顶端的顶板、以及设置于顶板顶端的长锚索16预控顶支护。矿壁22的厚度设置为2～3m，从而维持二步骤采场的整体稳定性，同时减少一步骤采场充填体17强度不足等影响。长锚索16预控顶支护能够加固顶板，以实现顶板的预控重构，构建高分层采场安全作业的顶板环境。特别的，长锚索16预控顶支护的高度为3～4个矿层21的高度，并将长锚索16预控顶支护的网度设置为3.0
×
2.5m。即锚索排距为3.0m，间距为2.5m，在确认采场支护的安全后方可进行下一矿层21的回采作业。
26.如图3至4所示，在一些实施例中，任意一个采场包括自下而上分段设置的若干矿段20，任意一个矿段20包括自下而上分层设置的若干矿层21。特别的，矿段20的高度为20m，矿层21的高度为4～6m。分层控顶高度为6～8m，最下层的矿层21的采高为6～8m。
27.矿层21的分层充填高度为2～3m，每次上分层回采结束后，再进行胶结充填。任意一个矿层21包括下部充填区域、以及设置于下部充填区域的顶端的上部充填区域。下部充填区域用于充填低强度配比的胶结充填体17，上部充填区域用于充填高强度配比的胶结充填体17。对同一矿层21采用不同的充填体17 充填，能够降低充填成本。矿层21的底部可采用低强度配比的充填体17进行充填，矿层21的上部采用高强度胶结充填体17浇面作为铲运机工作的平台，构筑上向水平高分层充填的作业条件。
28.如图3至4所示，在一些实施例中，位于最下方的相邻三个矿段20构成下盘的采矿阶层，位于同一采矿阶层的三个矿段20的底端沿水平方向设置有下盘沿脉运输巷26，下盘沿脉运输巷26通过沿倾斜方向设置的采区斜坡道25连通，以实现各个矿段20的连通。位于最下方的三组下盘沿脉运输巷26的远离矿区的一端通过沿竖直方向设置的溜井24连通。溜井24是在脉外每隔100～150m 布置一条。
29.位于采矿阶层的上下两端的下盘沿脉运输巷26与采区斜坡道25的连接位置处设置有中段运输巷23，中段运输巷23与下盘沿脉运输巷26连通，以将不同的采场连通。位于采矿阶层的中间位置处的下盘沿脉运输巷26与采区斜坡道 25的连接位置处设置有分段运输巷27，分段运输巷27与下盘沿脉运输巷连通。矿层21与中段运输巷23以及分段运输巷27之间设置有分层联络道28，以将采场与分段运输巷27连通。各个采场均通过采场联络道29与下盘沿脉运输巷26 连通。
30.如图3至4所示，并参阅图1，在一些实施例中，矿体18的顶端沿竖直方向设置有充
填回风井15。采场的左侧两端设置有滤水井13。新鲜的空气从滤水井13的底端进入采场，对工作面进行清洗。同时，污风从充填回风井15回到上中段回风巷内。采场内可由局扇辅助通风，确保良好的作业环境。
31.如图5所示，一种采用上述预控顶留护壁式的机械化上向高分层充填系统的预控顶留护壁式的二步骤机械化上向高分层充填采矿方法，包括以下步骤：
32.s1、将二步骤间柱12划分为若干个采场，并在相邻两个采场之间设置矿壁 22。
33.在本步骤中，留设间柱12的宽度设置为4～6m，采场沿矿体18走向布置，并将采场的长度设置为40m，其宽度设置为12m，矿壁22的厚度为2～3m。
34.s2、将任意一个采场自下而上划分为若干个矿段20，并将任意一个矿段20 自下而上划分为若干个矿层21。
35.在本步骤中，将采场由上至下分为上中下三段采矿阶层，单个采矿阶层的高度为40～60m。每个采矿阶层包括多个矿段20。矿段20的高度为20m，矿层 21的高度为4～6m。当采场回采超过2～3个矿层21后，方可回采相邻采场。采场的底端设置有底柱11，底柱11的高度设置为6m，并不设顶柱。
36.s3、对采场进行切割，并在采场的上向高分层顶板处设置预控顶支护。
37.在本步骤中，预控顶支护为长锚索16预控顶支护，长锚索16预控顶支护的高度为3～4个矿层21的高度，并将长锚索16预控顶支护的网度设置为3.0
ꢀ×
2.5m。即锚索排距为3.0m，间距为2.5m，在确认采场支护的安全后方可进行下一矿层21的回采作业。
38.s4、对位于最下层的矿层21进行回采。
39.s5、对上一次回采完后的矿层21进行充填，并在充填完成后对位于矿层21 上一层的矿层21进行回采。
40.在本步骤中，回采采用沿矿体18走向内全面回采的方式，并进行自下而上的高分层逐层回采，分层控顶高度为6～8m，最下层的矿层21的采高为6～8m。
41.回采过程包括凿岩与爆破两个阶段。具体来讲，采用boomer281全液压凿岩台车机械化且智能化地钻凿水平炮孔14，以提高凿岩效率。压顶采用亚光面控制爆破，保证顶板平整与稳定。凿岩结束后，清洁炮孔，采用人工装药，炸药采用2#岩石炸药，起爆器击发导爆管雷管，导爆管雷管再引爆导爆索，由导爆索起爆每个炮孔中敷设的导爆管雷管，引爆炸药。
42.回采是由铲运机运输矿石，铲运机由分段运输巷27经分层联络道28进入采场装矿，铲取矿石后直接卸往脉外溜井24，经电机车运至主溜井24。当采场顺路溜井24暴露出来后，则由脉内顺路溜井24出矿。
43.在本步骤中，对每个矿层21采用分级充填的方式，其充填高度为2～3m，以对其下一矿层21预留2～3m的回采空间。矿层21的底部采用低强度配比的胶结充填体17进行充填；矿层21的顶部采用高强度配比的胶结充填体17进行充填，其充填高度为0.5～1m。矿层21的上部采用高强度胶结充填体17浇面作为铲运机工作的平台，构筑上向水平高分层充填的作业条件。
44.充填是在每个矿层21的矿石清理完毕后，根据充填的要求，进行充填准备及充填作业。在分层联络巷内砌筑充填挡墙，充填管道从每个采场的充填回风井15进入采场进行充填，并预留2～3m的作业空间。井下掘进的废石可就近充填于采空区，采场中的废石留在采场充填。
45.s6、重复步骤s5，直至连续对3～4个矿层21完成回采。
46.s7、在完成回采后的最上层矿层21的顶板处设置预控顶支护。
47.在本步骤中，预控顶支护采用长锚索16的支护方式，并在3～4个矿层21 完成回采后，安装长锚索16预控顶支护，能够保证回采充填过程的安全性。
48.s8、依次重复步骤s5、s6、以及s7，直至回采至采场的顶板。
49.以上所述仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。