一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿方法，即水体下的缓倾斜极薄矿体首先使用房柱法开采，然后再用人工矿柱置换，最后再用掘进废石进行充填。本发明综合壁式削壁充填采矿法和分条式掏切法的特点，扬长避短，探索出一种全新的极薄矿体的采矿方法，并在矿体开采后采用废石进行充填，具有良好的控制围岩移动变形的特点，适用于对地表沉降要求较高的“三下矿体”开采条件，特别适合用于开采水体下厚度在0.8m以下，倾角在30度以下的缓倾斜极薄矿体。
【专利说明】
一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿方法，属于地下矿山开 采技术领域，特别适合于水体下极薄矿体的开采。
【背景技术】
[0002] (1)缓倾斜极薄矿体采矿 缓倾斜极薄矿体采矿是国内外采矿界的难题，由于矿体薄、倾角缓，作业空间有限，矿 石不能自溜，机械化设备无法使用，生产效率低，贫化损失大，采准、切割、充填费用大，生产 成本高。这些因素严重影响资源的有效利用，严格制约矿山的生产发展。
[0003] 国内外采矿界对缓倾斜极薄矿体采矿方法做了很多尝试。根据矿山地质条件不 同，衍生出多种采矿方法，这些方法的共同点是剥离围岩，拓展作业空间，满足采矿作业的 空间需要。根据拓展作业空间的方式不同，归纳起来为两大类，一大类为壁式削壁充填法， 另一大类为分条式掏切法。这两种方法各有优缺点。
[0004] 壁式削壁充填采矿法和分条式掏切法相比，减少了切割工程，但为了拓高作业空 间，必须全部削壁充填，特别是可采厚度在〇.8m以下，倾角在30度以下的缓倾斜极薄矿体， 削壁的厚度大于矿脉厚度，增加的削壁费用、充填费用比采矿费用还高。现在有些矿山引进 低矮铲运车（如湘西金矿引进EHST-05型电动铲运车)进行充填、出矿，虽然提高了充填、出 矿速度，但为了适应铲运车作业，必须增加削壁的高度及宽度，增加削壁充填工程费用，增 加贫化损失(贫化率大于50%)，采矿成本仍无法降低。
[0005] 分条式掏切法是在沿走向按一定宽度(6~8m)先掘进切割上山和上中段沿脉运输 巷贯通，再在切割上山中往两边凿岩、爆破、出矿。切割上山能满足凿岩、行人、通风、出矿的 空间需要，不必全面削壁，充填时也只是在此分条采完后，在切割上山一侧进行全粒级条带 式充填，削壁充填量只有壁式削壁充填法的20%。分条式掏切法虽然大大减少了削壁充填 量，但每8m就得掘进一条切割上山，其切割工程费用大大增加，采矿成本还是无法降低。
[0006] (2)水体下采矿 水体下采矿大部分采用充填采矿法。根据所用充填材料和输送方式不同，充填采矿法 可分三种:①干式充填法，充填材料为专用露天采石场采出的碎石、露天矿剥离或地下矿采 掘的废石等。经破碎，用机械、人工或风力输送至采场。②水力充填法，充填材料为砂、碎石、 选厂尾砂或炉渣等，用管道借水力输送至采场。③胶结充填法，充填材料为水泥等胶凝材料 和砂石、炉渣或尾砂等配制的浆状胶结物料，凝固后有一定强度，用管道借水力或机械输送 至采场。干式充填法应用最早，它的生产效率低，劳动强度大，采矿成本高。至20世纪50年 代，已逐渐为其他高效率采矿方法所取代。由于开采深度增加，环境保护要求严格，又急需 降低稀缺高价矿石的损失和贫化，各国都加强了对充填新工艺的研究。50~60年代水力充 填和胶结充填新工艺投入生产，克服了干式充填的一系列缺点，使充填采矿法的应用比例 逐年增加。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是:提供一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿 方法，以解决采用现有技术来开采水体下厚度在〇.8m以下，倾角在30度以下的缓倾斜极薄 矿体存在的采矿成本高，矿体损失率大，以及掘进废石的运输及地表堆存等问题。
[0008] 本发明采用的技术方案是：一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿方法， 水体下的缓倾斜极薄矿体首先使用房柱法开采，然后再用人工矿柱置换，最后再用掘进废 石进行充填。
[0009] 具体来说，本发明的技术方案包括如下步骤： (1)矿房结构:沿井下矿层走向划分标准矿块，其走向长60m，中段垂高10m，斜长50~ 60m，将所述标准矿块分为5个矿房，矿房跨度为12m，在矿房内布置有矿柱，所述矿柱包括间 柱、点柱、顶柱和底柱； (2 )采准:在所述标准矿块内上下两侧沿矿层走向布置两条中段运输平巷，沿标准矿块 矿层走向每12m布置一条切割上山，在位于底部的中段运输平巷的外侧，即与每条切割上山 下部相对一侧布置一个电耙硐室，其中，切割上山沿矿层倾向往上开掘； (3) 回采:从切割上山开始，矿房内沿倾斜方向自上而下回采，回采高度为矿体高度； (4) 凿岩爆破:首先从切割上山顶部向两侧凿顺斜炮孔，逐渐形成锥形工作面，然后凿 与锥形工作面平行的炮孔，采用岩石炸药，人工装药，导爆管连接起爆； (5) 矿石运搬:将崩下的矿石采用电耙搬运至中段运输平巷内，中段运输平巷采用调度 绞车牵引矿车将矿石运出采场；当矿房采完后，利用采场上山在保证安全前提下回采矿柱， 并用人工矿柱置换间柱、顶柱和底柱； (6) 采空区充填:当标准矿块回采完毕后，采用掘进的废石充填采空区。
[0010] 所述间柱为3m，点柱尺寸6 X 6m，顶柱3m，底柱4m，间柱设置在两标准矿块之间。
[0011] 所述矿柱面积占占整个采场面积的25.1%以上，经
【申请人】测算，这样矿柱强度可支 撑上覆岩层重量，满足承载要求。
[0012] 本发明的有益效果是:本发明综合壁式削壁充填采矿法和分条式掏切法的特点， 扬长避短，探索出一种全新的极薄矿体的采矿方法，并在矿体开采后采用废石进行充填，具 有良好的控制围岩移动变形的特点，适用于对地表沉降要求较高的"三下矿体"开采条件。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明既能减少削壁费用，又能减少切割 上山的施工费用。2、本发明采用人工矿柱进行置换，可提高矿石回收率，减少矿体的损失 率，提高经济效益。3、本发明采用井下开拓、掘进等作业产生的废石直接作为充填材料充填 的采空区，从根本上解决了掘进废石的运输以及地表堆存问题。
[0014] 本发明特别适合用于开采水体下厚度在0.8m以下，倾角在30度以下的缓倾斜极薄 矿体。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明采场布置示意图； 图2为图1中1的II-II向示意图； 图中：1为中段运输平巷，2为顶柱，3为间柱，4为点柱，5为底柱，6为切割上山，7为电耙， 8为炮孔，9为电耙硐室，10为矿石溜口。
【具体实施方式】
[0016] 结合附图1和2,本发明开采水体下厚度在0.8m以下，倾角在30度以下的缓倾斜极 薄矿体包括以下步骤： 1)矿房结构 沿井下矿层走向划分标准矿块，其走向长60m，中段垂高10m，斜长50~60m，将所述标准 矿块分为5个矿房，矿房跨度为12m，在矿房内布置有矿柱，矿柱包括间柱3、点柱4、顶柱2和 底柱5，其中间柱3为3m，点柱4尺寸6 X 6m，顶柱2为3m，底柱5为4m，间柱3设置在两标准矿块 之间，矿柱面积占占整个采场面积的30.9%。
[0017] 2)采准切割:在标准矿块内上下两侧沿矿层走向布置两条中段运输平巷1，其规格 2.8m X 2.7m，沿标准矿块矿层走向每12m布置一条切割上山6，其规格2.0 X 2. Om，在位于底 部的中段运输平巷1的外侧，即与每条切割上山6下部相对一侧布置一个电耙硐室9,其规格 2.0 X 2.0m，其中，切割上山6沿矿层倾向往上开掘。
[0018] 3)回采工作：从切割上山6开始，矿房内沿倾斜方向自上而下回采，回采高度为矿 体高度。
[0019] 4)凿岩爆破:每个采场使用2台7655凿岩机打眼，首先从切割上山6顶部向两侧凿 顺斜炮孔，逐渐形成锥形工作面，然后凿与锥形工作面平行的炮孔8，炮孔8孔距0.9m，孔深 2.0~2.2m，采用2#岩石炸药，人工装药，导爆管连接起爆。为了减小矿房爆落的矿石飞入相 邻采场，应有合理的起爆顺序。
[0020] 5)矿石运搬:崩下的矿石采用电耙7通过矿石溜口 10搬运至中段运输平巷1内的矿 车，为了保证电耙7能将矿石耙入中段运输平巷1的运输车辆内，采准切割上山6靠近中段运 输平巷段1施工时保证底板高于运输平巷，巷道顶板也相应的往上挑高。中段运输平巷1采 用调度绞车牵引矿车将矿石运出采场。矿房采完后，利用采场上山在保证安全前提下尽量 回采矿柱，并用人工矿柱置换间柱3、顶柱2和底柱5，置换面积占整个采场面积的16.39%。工 作面同时布置在一个矿块的前后两个矿房，前者工作面超前后者工作面15m。
[0021] 6)采场通风、防尘:采场新鲜风流由切割上山6进入采场，冲洗完工作面后，污风排 入上中段运输平巷，经回风大巷、主要通风机、主井及回风平硐出地表。防尘主要是采用湿 式凿岩，放炮前、后喷雾洒水以降低粉尘浓度。
[0022] 7)顶板管理:主要利用间柱3和点柱4支撑围岩，采场的结构参数，根据现场情况及 采场地压活动规律进行适当调整。在采场回采过程中，应加强对顶板的监测和管理，及时处 理顶板浮石。每个矿房安装1台YSS - II岩音声发仪、缩尺警报器、滑尺，以加强顶板监测。同 时，加强采空区顶板处理，回采矿房时的采空区主要依靠矿柱或岩柱来维护，局部不稳固处 可增矿柱护顶板，在特殊条件下可使用锚杆或锚杆加金属网支护或加支柱。
[0023] 8)采空区充填 为进一步保护矿柱，在矿块回采完毕后，采用掘进的废石充填采空区，这样不仅能加强 对矿层顶板的支撑，降低矿柱所受压力，还能对矿柱进行保护，增强其稳定性，同时降低生 产成本，减少对地面环境的污染。
[0024] 本发明中矿柱承载面积的计算如下： 由于矿区地表有谷坳河流通过，为确保井下矿体的安全开采，本次设计对河流下方埋 藏较浅的矿体采取增大矿柱的措施进行开采，确保矿柱的强度能支撑顶板不致崩塌。矿柱 所需的承载进行计算如下： (1)覆岩容重计算 矿柱所受到的荷载来自上覆岩层施加的压力，作用力的大小与上覆岩层厚度、容重等 参数有关。由于矿体倾角较缓，计算模型可简化为矿柱只承受上覆岩体垂直方向荷载，并且 上覆岩层施加的荷载均匀分布在矿柱上，据此矿柱所受到的来自覆岩的荷载Q计算公式简 化如下：
式中:Q-充填体受到的荷载； γ -上覆岩层容重，2.8t/m3=28000N/m3; Η-上覆岩层厚度;本设计针对谷坳河下埋藏较浅的矿体进行矿柱承载计算，该部分矿 体至地表的最大距离大致在150m左右； Si-覆岩面积，3000m2; cosl 1° -覆岩容重在垂直充填体方向的分量； 将以上参数带入计算得： Q=28000 X150 X 0.9816 X Sl=4122720Si(N) 2)矿柱面积估算 矿体划分为矿房和矿柱两部分回采，留设的矿柱承载能力（人工矿柱采用C35混凝土， 考虑一定的安全系数，取和白云岩一样的抗压强度)Qi为： Qi=32.85Mpa X S2=32850000S2(N) 通过比较覆岩容重和矿柱承载能力来估算矿柱的合理面积，同时考虑2.0的安全系数： Qi/Q=2.0 艮P: 32850000S2/(4122720Si)=2.0 计算得： S2/Si=0.251 即当留设的矿柱(顶底柱、间柱、点柱)面积占整个采场面积的25.1%时，矿柱强度可支 撑上覆岩层重量，据此进行矿山采矿方法设计。
[0025]本发明中留设的矿柱面积占整个采场面积的30.79%，大于所需的承载面积 (25.1%)，可以满足要求。
【主权项】
1. 一种适用于水体下极薄矿体的房柱法充填采矿方法，其特征在于：水体下的缓倾斜 极薄矿体首先使用房柱法开采，然后再用人工矿柱置换，最后再用掘进废石进行充填。2. 根据权利要求1所述的房柱法充填采矿方法，其特征在于:包括如下步骤： (1) 矿房结构：沿井下矿层走向划分标准矿块，其走向长60m，中段垂高10m，斜长50~ 60m，将所述标准矿块分为5个矿房，矿房跨度为12m，在矿房内布置有矿柱，所述矿柱包括间 柱、点柱、顶柱和底柱； (2) 采准:在所述标准矿块内上下两侧沿矿层走向布置两条中段运输平巷，沿标准矿块 矿层走向每12m布置一条切割上山，在位于底部的中段运输平巷的外侧，即与每条切割上山 下部相对一侧布置一个电耙硐室，其中，切割上山沿矿层倾向往上开掘； (3) 回采:从切割上山开始，矿房内沿倾斜方向自上而下回采，回采高度为矿体高度； (4) 凿岩爆破:首先从切割上山顶部向两侧凿顺斜炮孔，逐渐形成锥形工作面，然后凿 与锥形工作面平行的炮孔，采用岩石炸药，人工装药，导爆管连接起爆； (5) 矿石运搬:将崩下的矿石采用电耙搬运至中段运输平巷内，中段运输平巷采用调度 绞车牵引矿车将矿石运出采场；当矿房采完后，利用采场上山在保证安全前提下回采矿柱， 并用人工矿柱置换间柱、顶柱和底柱； (6) 采空区充填:当标准矿块回采完毕后，采用掘进的废石充填采空区。3. 根据权利要求2所述的房柱法充填采矿方法，其特征在于:所述间柱为3m，点柱尺寸6 X 6m，顶柱3m，底柱4m，间柱设置在两标准矿块之间。4. 根据权利要求2或3所述的房柱法充填采矿方法，其特征在于:所述矿柱面积占占整 个采场面积的25.1%以上。
【文档编号】E21C41/16GK106089205SQ201610687984
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610687984.4, CN 106089205 A, CN 106089205A, CN 201610687984, CN-A-106089205, CN106089205 A, CN106089205A, CN201610687984, CN201610687984.4
【发明人】陈吉松, 王学杰, 赵禄华, 杜昌伦, 龚新华, 刘斌
【申请人】贵州晨辉达矿业工程设计有限公司