专利名称：斜壁粗颗粒水砂充填采矿方法
技术领域：
本发明涉及倾斜缓倾斜中厚矿体的采矿方法。
一般说来，倾斜、缓倾斜中厚矿体的开采难度大，实属难采矿体之列，主要是难在采场顶板管理、矿石运搬和矿房、矿柱二步骤回采上。据地质部门探明我国此类矿体的金属总储量占五分之一强，因此对这种矿体的先进采矿方法的研究与创新就具有相当重要的作用。
经国际联机检索，没有查到有关斜壁粗颗粒水砂充填采矿方法的资料。
本发明人在研究改进旧采矿方法的基础上，采用沿走向斜壁布置采场，盘区内矿体连续回采，不留矿柱，从根本上解决了二步骤回采难的问题;用铲运机出矿解决了矿石搬运难的问题;使用专门研制的采场顶板作业车及新型水泥药卷锚杆支护顶板，从而解决了这类矿体顶板管理难的问题。此外，爆破采用多排多向微差爆破一次成切割立槽和双排同段多排微差双重起爆侧向崩矿新工艺;采用先进的粗颗粒水砂充填技术充填采空区;此外，从脉外斜坡道开拓，采准回采，处理顶板松石等形成一整套无轨化作业;并首次采用钢筋网滤水挡墙密闭采空区等技术措施。
因此，本发明提供了一种斜壁粗颗粒水砂充填采矿的方法。
下面就本发明的必要技术特征逐一作更为详细地描述。
图1为本发明采矿方法正视立体图。
图2为本发明采矿方法右视立体图。
图3为采准布置示意侧视图。
图4为采准布置示意俯视图。
图5为预埋荆芭棍示意图。
图6为钢筋网滤水挡墙正面结构图。
图7为钢筋网滤水挡墙侧视结构图。
沿走向布置采场(图1、2)。
采场沿矿体走向布置，长度为50～60米，采场宽度(沿倾斜方向)为8米，高8米，当矿体厚度超过8米时实行分采。将矿体划分为条带式采场，相邻采场之间按60°斜壁划分，改传统的直壁为斜壁，这样采空区充填后的充填体就形成60°斜壁。本采矿法采准工程量很小，采准工程包括分段凿装道1，分段联络道2，放矿溜井3和充填通风井4，千吨采准比为16.5米/千吨。分段凿装道1布置在分段沿矿体倾向的的下角部位，规格为3×3m，主要做为分段中深孔钻凿和电动铲运机出矿之用，其两端与分段联络道相通。分段联络道2布置在采区两翼的边缘部位，规格为3×3m，除了与分段凿装道连接部分外，均掘在矿体底盘中，其两端分别连接斜坡道和分段凿装道，并与放矿溜井相通，分段联络道既做为各分段的联络巷和出矿过程中铲运机的运行干线，同时又做为各分段进风巷和设备停放，调运巷道。放矿溜井3分别与分段联络道和中段水平运输道相通，规格为2×2m，为加速采场出矿作业，在采区两翼各布置一个放矿溜井。分段切割井布置在靠近采场的两端或中部皆可，由凿装道上掘与水平成60°角，规格为2×2m，切割井与靠近矿体顶板的充填通风井连通，该井同时做采场通风和行人用。充填通风井4布置在整个试采区靠近矿体顶板的最高处，规格为2×2m，其分别与切割井和上一中段主回风巷连通。充填管路通过充填通风井进入采场，采场污风通过充填通风井进入上一中段的主回风巷，同时该井还兼做行人之用。图3、4上述采准工程中，分段联络道，放矿溜井和充填通风井基本上可以整个试采区一次性掘好，只分段凿装道只能一个分段接着一个分段依次掘进。
采准施工的顺序是先从斜坡道掘分段联络道，然后再由分段联络道按设计掘各分段凿装道和充填通风井，从分段凿装道中上掘切割井，放矿溜井则由中段运输道上掘与分段联络道联通。本采矿法的回采是首先从沿矿体倾向靠下部第一个分段开始，此分段回采完后采用胶结充填，做为下一个中段回采的人工顶柱，紧接进行高效率的粗颗粒水砂充填，然后向上一个分段接着一个分段进行回采，相邻分段之间，充填体5侧面形成60°斜壁，分段之间不留矿柱，上一个分段中深孔钻凿或充填期间可进行后续一个分段的凿装道和切割井的掘进，以形成回采充填与采准施工平行作业，在一个采区内实行采、掘、出、充连续或平行作业，以加快回采速度提高生产能力。
采场顶板作业车处理松石。
由于采区矿体厚度不同，采场顶板管理有二种，一是当矿体厚度大于8m时，一次回采高度只有8米，采场顶板岩石是稳固的，爆破后只需用采场顶板作业车处理顶板和侧帮松石;二是当矿体厚度小于或等于8m时，则应在扇形中深孔分段爆破前进行预控顶处理，即首先切顶和安装水泥药卷锚杆支护采场顶板。采场顶板作业车采用电动机和低污染的柴油机两套动力系统，通过电控液压系统来实现工作中的升降、平衡和摆动，该机车作业高度可达12m，作业宽度可达9m以上，它除用于采场顶板和侧壁松石的处理外，还用于采场顶板锚杆安装、装药等其它作业。
斜壁布置矿房，实现了矿体的连续开采，从根本上解决了倾斜、缓倾斜矿体二步骤回采难的问题。
采用极限平衡理论，对斜壁充填体稳定性作电算模拟分析，为斜壁布置矿房提供理论依据。
为了加强成60°角的斜壁充填体的稳定性，采取了荆色棍6加固斜壁充填体稳定性的措施，采场之间就不用留矿柱，即在充填作业过程中，紧靠上一个分段采空区的斜壁，每隔2～3米高度(靠采场底板取大值，靠采场顶板取小值)铺一层荆芭棍，目的是起到加强筋的作用，即能加强斜壁充填料的稳定性，减少下一个分段回采时充填料的崩垮量，从而降低矿石贫化;盘区内矿体实现连续回采。图5采矿工艺从脉外斜坡道开拓，采准回采处理顶板松石各个环节全部实现一整套机械化作业用凿岩台车打眼，装药器装药。
用电动铲运机出矿(斗容为0.75立方)。在一个分段内实行双机三班作业，单机单人操作。矿石由铲运机从采场装卸到放矿溜井，再由7t电机车牵引1.2立方的侧卸式矿车装矿，通过中段运输平巷和石门转运，倒入竖井主矿仑。
经试验，当采场装矿的运距为40m时，每一斗平均装御时间为3′30″，平均每斗装矿1.33t，铲运机每小时出矿能力为22.8t，在正常情况下，台班效率可达120～150t，完全可以满足矿山生产对出矿工作的要求，若采用斗容更大的(如1.5立方或2立方)电动铲运机出矿，则出矿台班效率可提高到200～300t。
扇形中深孔落矿，采场顶板作业车处理松石，维护顶板，无轨设备通过斜坡道和联络道进入采场。
爆破;采取多排多向微差爆破一次成切割立槽和双排同段多排微差双重起爆侧向崩矿的落矿方式。
使用自制铵邻粉状炸药，采用毫秒(或半秒)非电塑料导爆管-导爆索-火雷管起爆系统。靠孔口不装药的长度一般为1.5～2.0～3.0m，装药系数为0.6～0.7，炮泥堵塞长度0.2m。在同排和排与排的炮孔之间采取不同的装药系列，以提高爆破能的利用率和减少大声的形成。
多排多向微差爆破一次成切割立槽的目的是为大量崩矿创造爆破的自由面和一定的补偿空间，它对上向扇形中深孔崩矿是一项很关键的环节。切割立槽的形成是利用切割井两侧4～5排上向扇形中深孔以切割井为自由面，各排炮孔交错分7～8段一次起爆成槽。切割立槽的爆破，装药系数一般不应小于0.7，按设计的起爆程序连接网络。
双排同段多排微差双重起爆侧向崩矿是在切割立槽形成后，即可以切割槽为自由面分次进行大量崩矿。每次爆破8～10排炮孔，每两排炮孔同段，每个炮孔内同时安设导爆索和毫秒雷管，一次崩矿长度为12～15米。崩矿量1500～2000t。
采用粗颗粒水砂充填技术充填采空区。
粗颗粒水砂充填料不用水泥，它是经破碎站加工后装运至贮仓，充填时，储砂仓中的充填料经振动给料机转皮带转载机而卸入混料仓，与分级尾砂和水混合而制成砂浆，经过流量与浓度的调节，砂浆通过钻孔和管道，输送至斜壁布置的采场。对成60°角的斜壁采空区进行充填。
在充填工作开始前，凿装道两端要设置滤水挡墙，钢筋网滤水挡墙的四周采用红砖砌筑，目的是为了防止裂隙跑砂，和保证充填料快速脱水。其厚度为0.38m，滤水挡墙中间留出矩形滤水口，规格为1.5×3.5m二个。在四周围岩中锚设固定钢筋的新型水泥药卷锚杆，在锚杆7上焊接Φ18mm的圆钢8，焊成网格为0.3×0.5m的钢筋网9，主筋插入挡墙四周的厚岩中，再在采场一侧将钢板网、尼龙编织布和稻草帘等滤水材料绑扎在钢筋网上，组成一个完整的钢筋网滤水挡墙。图6、7本发明的主要技术经济指标见表1。
本发明斜壁粗颗粒水砂充填采矿方法的各项主要技术特征来看属国际首创，其工艺技术达到了国际先进水平，主要表现在以下几方面(1)斜壁布置采场，实现了盘区间矿体的连续开采，从根本上解决了倾斜缓倾斜矿体二步骤回采难的问题。
(2)沿走向条带式采场，采矿凿岩，装矿巷道沿走向布置，为无轨设备的采用创造了条件，从而解决了倾斜缓倾斜中厚矿体采场运搬难的问题。
(3)在顶板管理问题上采用了顶板作业车，从而较好地解决了倾斜缓倾斜中厚矿体开采的第三个难题-顶板管理问题。
(4)采用先进的粗颗粒水砂充填技术充填采空区，使采矿充填工艺达到了世界先进水平。
(5)采矿工艺的各个环节全部实现了机械化，凿岩台车凿岩，装药器装药，电动铲运机出矿，顶板作业车处理松石，形成一整套无轨化作业，可大大提高采场生产能力。
(6)在回采工艺上采用了多排多向微差爆破一次成切割立槽和双排同段多排微差双重起爆侧向崩矿新工艺，一次落矿量大，为提高生产能力创造了条件。
(7)采用极限平衡理论，对充填体斜壁稳定性进行了电算模拟分析，为斜壁布置采场提供理论依据。
(8)采用了有限元法优化了采场结构参数，使采场结构合理，采准工程量少。
(9)首次采用钢筋网滤水挡墙密闭采空区，滤水效果好，滤水快，且不跑砂减少了井下环境污染。
(10)采用混合充填料和预埋荆芭棍的技术措施，保证了斜壁充填体的稳定，避免了充填体垮落造成矿石贫化。对顶板不稳固的中厚矿体采取先切顶措施，不但隔绝了顶板围岩的混入，而且大大减少了矿石的损失。所以这种采矿方法损失和贫化指标都很低。
主要技术经济指标总表1序号 项目 单位 指标 备注1 采场综合生产能力 t/日 1922 工作面采矿效率 t/工班 30.83 台车凿岩效率 t/台班 116.44 铲运机出矿效率 t/台班 120～1505 采矿作业成本 元/t 10.596 充填作业成本 元/m 9.317 矿石损失率 % 8.458 矿石贫化率 % 6.839 采准比 m/千t 16.410
权利要求
1.一种斜壁粗颗粒水砂充填采矿方法，其特征在于该方法包括(1)采场沿矿体走向布置，斜壁布置矿房；在盘区内沿矿体走向长50～60米，逆矿体倾向由下而上每斜长8米，将矿体划分为条带式采场，相邻采场之间按60°斜壁划分，改传统的直壁为斜壁，这样采空区充填后的充填体就形成60°斜壁，配备预埋荆芭棍6，保证自身的稳定，采场之间就不用留矿柱，盘区内矿体实现连续回采；(2)采用电动铲运机出矿，采用顶板作业车处理松石，维护顶板；采用先进的粗颗粒水砂充填技术充填采空区；(3)运用钢筋网滤水挡墙密闭采空区，它的四周由红砖砌筑，中间铺设网状钢筋和固定钢筋的水泥药卷锚杆7，钢筋网9上绑扎尼龙编织布和草帘等滤水材料；(4)采用预留荆笆棍技术加固斜壁充填体的稳定，在充填过程中，紧靠上一个分段采空区的斜壁每隔2～3m高度铺一层荆笆棍；(5)采矿工艺的各个环节全部实现了机械化凿岩台车凿岩，装药器装药，电动铲运机出矿，顶板作业车处理松石，形成一整套无轨化作业；(6)回采爆破采用多排多向微差爆破一次成切割立槽和双排同段多排微差双重起爆侧向崩矿工艺；(7)对顶板不稳固的中厚矿体的开采，进行先切顶的技术措施。
2.如权利要求1所述的采矿方法，其特征是用极限平衡理论对斜壁充填体稳定性进行了电算模拟分析。
3.如权利要求1所述的采矿方法，其特征是用有限元方法和数理统计相结合对采场结构参数进行了优化研究。
全文摘要
本发明提供了一种斜壁粗颗粒水砂充填采矿的方法。本发明较好地解决了倾斜缓倾斜中厚矿体开采过程中的采场顶板管理、矿石运搬和矿房、矿柱二步骤回采等三大难题。我国探明金属总储量五分之一强的矿床为此类矿体，因而该方法具有广阔的适用前景。
文档编号E21C41/22GK1067477SQ9110358
公开日1992年12月30日 申请日期1991年6月3日 优先权日1991年6月3日
发明者魏宝林, 杨和平, 余斌 申请人:北京矿冶研究总院