专利名称：使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于地下采矿方法技术领域，尤其涉及一种使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺。
背景技术：
地下采矿方法包括采准、切割和回采三项基本工序，按地压维护的方式分为空场采矿法、充填法和崩落采矿法三大类，崩落采矿法的基本特征是用崩落围岩的方法充填采空区来控制和管理地压的，端部放矿崩落采矿法比较典型的有无底柱分段崩落法和有底柱分段崩落法，开采强度大、机械化程度高，在大中型地下矿山应用最广。端部放矿崩落采矿法是在覆盖岩层下放矿，覆盖岩层下放矿刚开始放出的是纯矿石，很快地顶部废石降落，形成废石漏斗，废石提前混入并放出。放矿时放出矿石在原来崩落矿体里的形状(称作放出体的形状)，国内外公认椭球体理论，认为放出体形状为一椭球体，且在放矿过程中放出椭球体不断扩大，端部放矿时放出体的形状为半个前倾的偏椭球体。目前国内外广泛采用截止品位放矿，当放出矿石品位低于截止品位，即停止放矿，未放出的残留矿石一部分在下分段放出，另一部分则损失在地下。矿石的损失率和贫化率高是这类采矿法最大的缺陷，一般贫化率为20-25%，高的达42. 9%，回采率一般为55-70%。端部放矿崩落采矿法矿石损失贫化大一直是困扰采矿界的一大难题，为了减少损失贫化，国内外从采矿方法结构参数、生产工艺和放矿管理等方面进行了大量研究，提出过很多变形方案，这些研究在不同程度上改善了损失贫化指标，虽经改进，但并未取得突破性的进展，实践证明，这些研究收效并不明显。人工假顶是控制放矿过程废石混入的一种有效办法，崩落法中使用人工假顶比较早，比如分层崩落法，该法将矿体划分成矿块，矿块在自上而下分层进行回采。每一分层随着回采工作的进行，在整个矿块底板上全面铺设假底，然后把上部假顶及覆盖层放下来，使其充满采空区，作为下一分层回采时的假顶，假顶起到隔离覆盖层和崩落矿石的作用，由于木材消耗大，这种方法已逐渐被淘汰。《云南冶金》1988年05期“金属软假顶无底柱分段崩落法的应用”在昆钢八街铁矿采用金属网软假顶进行了人工假顶无底柱分段崩落法试验。它是将相邻的两个回采巷道之间的矿体拉开，形成一个空区，空区底部全面铺设钢丝绳网，目的是想将上部废石与下部崩落矿石隔离开，减少矿石贫化。铺顶工艺复杂，工效低，文中分析钢丝绳网经常放漏，试验结果很不理想。专利CN97116^5. 9 “地下厚富矿体绳网隔离法无贫损开采工艺”，是在无底柱首采分层，在进路间的间柱中穿凿绳孔，用绳(筋)穿过这些孔，在进路中连接网绳，并对交叉点进行加固联结，形成一层或多层将上部岩体和下部厚富矿体隔离的隔离网，之后，可在网下或网内的厚富矿体内执行采准和回采工序，该方法在网上间柱部分矿体的回采相当复杂，且随着开采的延深，隔离网容易出现断、漏现象。目前的崩落法使用的人工假顶都是在覆盖岩层与矿石之间全面铺设假顶的方法，将覆盖层和崩落矿石隔离开来，施工复杂，材料消耗过大。实际上，放矿过程中形成的废石漏斗是造成端部放矿矿石损失率和贫化率最直接的原因。如果能控制废石漏斗的形成，将从根本上解决端部放矿类采矿法的矿石损失贫化问题，极大地提高矿石回采率。
发明内容
本发明的目的是针对端部放矿崩落采矿法以上存在的问题，提出一种可有效的阻止废石漏斗的形成、降低矿石贫化与损失、提高矿石回采率的一种使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。本发明的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，包括端部放矿崩落采矿，在回采进路内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于在端部放矿崩落采矿法回采过程中，随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路末端的废石漏斗控制点连续地铺设钢混人工假顶，所有正上方有钢混结构人工假顶的回采进路都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。本发明所述的废石漏斗控制点为放矿口正上方覆盖岩石与崩落矿石分界处，并与放矿口同宽的区域。本发明所述的钢混人工假顶由底层的型钢支托网、上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成，所述的底层型钢支托网和上层的菱形钢筋网焊接在一起，并用混凝土浇灌成钢混结构整体，所述的钢混结构人工假顶的宽度与放矿口宽度相同。本发明所述的型钢支托网由5-6根型钢焊接而成，并设有加强筋。本发明所述的上层菱形钢筋网由钢筋焊接而成，其菱形钢筋网的宽度和长度与底层型钢支托网的宽度和长度相匹配。本发明所述的混凝土浇灌层的浇灌厚度为0. 3 0. 5m。与现有技术相比，本发明的具有如下优点
1)本发明采用人工假顶是不改变原采矿方法的基础上，在回采进路底部放矿控制点铺设，人工假顶宽与放矿口宽度相同，铺设范围小，施工简单。而传统人工假顶都是在覆盖岩层与矿石之间全面铺设假顶，将覆盖层和崩落矿石隔离开来，材料消耗过大，施工复杂。2)本发明通过铺设人工假顶，可以将崩落矿石与其上部中心区域的覆盖岩石隔离开，在新崩落矿石上方将上次放矿形成的废石漏斗的废石隔离开，有效地阻止废石漏斗的形成，从而减少了矿石贫化，放出体形态将放大，也大大地提高矿石回采率，有效地解决端部放矿崩落采矿法损失贫化问题，实现高效开采。
图1为本发明端部放矿采矿法铺设钢混结构人工假顶结构示意图。图2为端部放矿废石漏斗形成及放出体形态示意图。图3为端部放矿废石漏斗控制点的结构示意图。图4为本发明钢混结构人工假顶结构示意图。图5为本发明与传统端部放矿效果的区别示意图。
图6为本发明端部放矿有底柱分段崩落法铺设钢混结构人工假顶的结构示意图。图中
1为回采工作面，2为回采进路，3为钢混人工假顶，3-1为底层型钢支托网，3-2为上层钢筋网，3-3混凝土，4为放矿口，5为覆盖层岩石，6为崩落矿石，7为原覆盖层与崩落矿石分界线，8为废石漏斗，9为放矿过程不断扩大的放出椭球体，9-1为传统方法放矿椭球体， 9-2为本发明放矿椭球体，10为端部放矿废石漏斗控制点，11为放出口上方的柱状体，12为未崩矿体，13为电耙巷道，14为凿岩巷道，15为受矿巷道，
I为第ι分段，II为第2分段，III为第3分段，IV为第4分段。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式
。如图1所示，本发明的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺， 包括端部放矿崩落采矿，在回采进路内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于在端部放矿崩落采矿回采过程中，随回采工作面1的回采，在正下方有回采进路的所有回采进路2末端的废石漏斗控制点连续地铺设钢混人工假顶3，所有正上方有钢混人工假顶的回采进路2都在人工假顶3的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。如图2所示，7为原覆盖层与崩落矿石分界线，在放矿口 4放矿，刚开始放出的是纯矿石，很快地顶部废石5降落，形成废石漏斗8，废石提前混入并放出。放出矿石在原来崩落矿体里的形状为椭球体9，且在放矿过程中放出椭球体不断扩大。如图3所示，本发明所述的废石漏斗控制点10是指放矿时可以阻止废石漏斗形成的控制点，废石漏斗控制点10为放矿口 4正上方覆盖岩石5与崩落矿石6分界处，并与放矿口 4同宽的区域。实验及生产实践表明1)放矿时，矿岩散体颗粒在向放矿口 4移动的过程中，放矿口 4之上的垂直柱状体11中颗粒的运动速度远大于与其相邻区域内颗粒的速度；2)每次放矿结束，废石在放矿口堆积形状为一漏斗(在此称为废石漏斗8)，废石漏斗8 底宽与放矿口 4宽相等。只要将放出口 4正上方废石漏斗8底控制住，即可阻止放矿时废石漏斗8的形成。在端部放矿崩落采矿法中，比如在无底柱分段崩落法中，回采巷道为放矿口，且回采巷道为菱形布置，废石漏斗控制点即为放矿口(本分段回采巷道)正上方回采巷道的整个底部；在有底柱分段崩落法中，使用平底底部结构，在电耙巷道中通过受矿巷道进行放矿，实际放矿口为受矿巷道，废石漏斗控制点即为放矿口(本分段受矿巷道)正上方受矿巷道的整个底部。如图4所示，本发明所述的钢混结构人工假顶3由底层的型钢支托网3-1、上层的菱形钢筋网3-2和混凝土浇灌层3-3组成，所述的底层型钢支托网3-1和上层的菱形钢筋网3-2焊接在一起，并用混凝土 3-3浇灌成钢混结构整体，所述的钢混结构人工假顶的宽度与放矿口宽度相同。如图4所示，本发明所述的型钢支托网3-1由5-6根型钢焊接而成，并设有加强筋。如图4所示，本发明所述的上层菱形钢筋网3-2由钢筋焊接而成，其菱形钢筋网 3-2的宽度和长度与底层型钢支托网3-1的宽度和长度相匹配。如图4所示，本发明所述的混凝土浇灌层3-3的浇灌厚度为0. 3 0. 5m。
如图5所示，本发明与传统放矿方法对比，传统的放矿方法很快形成废石漏斗8， 废石提前混入，其放出椭球体9-1得不到发育，放出椭球体9-1长、短轴都小，放出矿石量少；而本发明在回采进路2放矿用的巷道的正上方铺有钢混结构人工假顶3，从而阻止了放矿过程中废石漏斗8的形成，放出椭球体9-2长、短轴都扩大，放出矿石量大，与传统方法相比能降低贫化率约10-15%，并提高回采率10-30%。图中的12为未崩矿体。实施例1
在端部放矿无底柱分段崩落法中使用钢混结构人工假顶的开采工艺应用实例。图1为本发明在端部放矿无底柱分段崩落法中使用钢混结构人工假顶的开采工艺实例，在不改变无底柱分段崩落法采矿方法的情况下，回采巷道呈菱形交错布置，在回采巷道内完成凿岩、爆破与出矿，回采巷道即为回采进路2，也是放矿口。本应用实例的特征在于所述废石漏斗控制点即为整个回采巷道的底部，因此，只需随回采工作面1的回采，在正下方有回采巷道的所有回采巷道2末端底部连续地铺设本发明所述的钢混结构人工假顶3，(为了使下分段的爆破不破坏钢混结构人工假顶，需要铺设钢混结构人工假顶的回采巷道下的扇形炮孔凿岩时，应使孔底与其上回采巷道底保持一个0. 1-0. 2m的距离。)所有正上方有钢混人工假顶的回采巷道2都在人工假顶3的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿，钢混结构人工假顶3可以将上部回采巷道(上分段放矿口)放矿后遗留下来的废石漏斗废石和新崩落矿石隔离开，阻止了放矿过程中废石漏斗的形成，从而有效地解决矿石损失贫化问题。
实施例2
在端部放矿有底柱分段崩落法中使用钢混结构人工假顶的开采工艺应用实例图6为本发明在端部放矿有底柱分段崩落法中使用钢混结构人工假顶的开采工艺实例示意图。有底柱分段崩落法的回采进路由落矿用的凿岩巷道和设有放矿、受矿及运搬矿石的底部结构组成，出矿多采用简单耐用的电耙，电耙出矿底部结构有漏斗式、堑沟式和平底式三种，底部结构中布置有受矿巷道15和电耙巷道13，在不改变有底柱分段崩落法采矿方法的情况下，回采进路呈菱形交错布置，在电耙巷道中通过受矿巷道进行放矿，实际放矿口为受矿巷道，本应用实例的特征在于由于使用钢混结构人工假顶，底部结构采用平底式， 在电耙巷道通过受矿巷道进行放矿，实际的放矿口为受矿巷道，废石漏斗控制点即为放矿口(本分段受矿巷道)正上方受矿巷道的整个底部，因此，只需随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路的受矿巷道15末端底部连续地铺设钢混人工假顶3，(为了使下分段的爆破不破坏钢混结构人工假顶，需要铺设钢混结构人工假顶的受矿巷道下的扇形炮孔凿岩时，应使孔底与其上的受矿巷道底保持一个0. 1-0. 2m的距离。)所有正上方有钢混人工假顶的受矿巷道15都在人工假顶3的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。钢混结构人工假顶3可以将上部受矿巷道(上部放矿口)放矿后遗留下来的废石漏斗废石和新崩落矿石隔离开，阻止了放矿过程中废石漏斗的形成，解决矿石损失贫化问题，图中14为凿岩巷道。
权利要求
1.一种使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，包括端部放矿崩落采矿，在回采进路内完成凿岩、爆破与出矿，其特征在于在端部放矿崩落采矿回采过程中， 随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路末端的废石漏斗控制点连续地铺设钢混人工假顶，所有正上方有钢混结构人工假顶的回采进路都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿。
2.根据权利要求1所述的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，其特征在于所述的废石漏斗控制点为放矿口正上方覆盖岩石与崩落矿石分界处，并与放矿口同宽的区域。
3.根据权利要求1所述的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，其特征在于所述的钢混人工假顶由底层的型钢支托网、上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成，所述的底层型钢支托网和上层的菱形钢筋网焊接在一起，并用混凝土浇灌成钢混结构整体，所述的钢混结构人工假顶的宽度与放矿口宽度相同。
4.根据权利要求3所述的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，其特征在于所述的型钢支托网由5-6根型钢焊接而成，并设有加强筋。
5.根据权利要求3所述的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，其特征在于所述的上层菱形钢筋网由钢筋焊接而成，其菱形钢筋网的宽度和长度与底层型钢支托网的宽度和长度相匹配。
6.根据权利要求3所述的使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺，其特征在于所述的混凝土浇灌层的浇灌厚度为0. 3 0. 5m。
全文摘要
本发明涉及一种使用钢混结构人工假顶的端部放矿崩落法高效开采工艺,其特征在于在端部放矿崩落采矿法回采过程中，随回采工作面的回采，在正下方有回采进路的所有进路末端的废石漏斗控制点连续地铺设钢混人工假顶，所有正上方有钢混结构人工假顶的回采进路都在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿，其废石漏斗控制点为放矿口正上方覆盖岩石与崩落矿石分界处，并与放矿口同宽的区域，其钢混结构人工假顶由底部底层的型钢支托和上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成。本发明的优点是可以将崩落矿石与其上部中心区域的覆盖岩石隔离开，放矿时有效地阻止废石漏斗的形成，从而减少了端部放矿采矿法矿石损失贫化，实现端部放矿采矿法高效开采。
文档编号E21D19/00GK102418528SQ201110232080
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者邵安林 申请人:鞍钢集团矿业公司