免拉槽分段充填采矿法
【专利摘要】本发明提供了一种免拉槽分段充填采矿法，具体包括以下步骤:分段矿房及分条矿块划分，采准、切割工程布置，拉槽爆破，首分条矿块的回采、充填作业，相邻矿块的回采时进行挤压槽爆破形成切割槽，利用挤压爆破形成的补偿空间，进行正常爆破回采作业，待第二分条矿回采完毕后，进入下一个相邻分条矿块，挤压槽爆破形成切割槽、回采、循环上述相邻矿块的回采过程。本发明从第二分条矿开始采用免拉槽爆破形成采场切割槽，与正常的切割拉槽方法相比，由于省去了切割平巷、切割天井工程，节省了作业时间，减小了采场回采周期，降低采矿作业成本，提高了采场劳动效率，适用于开采围岩稳定性差的矿床，能有效控制采场顶底板及上盘围岩垮落。
【专利说明】免拉槽分段充填采矿法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种充填采矿法，具体涉及一种采矿方法的免拉槽爆破技术及回采工艺。
【背景技术】
[0002]某铜矿开采技术条件复杂，矿石主要为块状铜矿石，整体性较好，岩性较为坚硬，上盘围岩主要是凝灰岩，岩性较差，下盘围岩主要为玄武岩，局部再现凝灰岩。区内褶皱、断裂构造发育，矿体受地质构造控制，节理、裂隙极其发育，造成矿石极其破碎。由褶皱、构造活动产生的构造裂隙密集带、层间破碎带形成的散体结构和破碎结构岩组是影响矿体围岩稳定性的主要因素，属工程地质条件极差的岩体。矿山采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法进行回采，矿房开采顺序为从上盘至下盘，由于上盘围岩的提前揭露，随着采场暴露面积的增大和暴露时间的增加，在回采下盘矿体的过程中，常常发生上盘围岩和矿房顶板大面积垮塌，甚至有时在回采上盘矿体的过程中也常发生垮塌现象，垮塌严重时，矿岩松散体充满整个采空区，造成所剩矿体回采难度加大甚至无法回采。针对采场经常垮塌问题，矿山采取了预控顶加固技术，采用15m长锚索对采场顶板及上盘围岩进行加固，但并达不到预期效果，采场在发生垮塌时，有时整个长锚索掉入采空区。
【发明内容】
[0003]本发明针对采场垮塌情况及采取预控顶技术后无法有效解决采场顶板及上盘围岩垮塌的问题，提供了一种免拉槽分段充填采矿法。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案实现的:
一种免拉槽分段充填采矿法，具体包括以下步骤，
a)首分条矿块的回采
分段矿房及分条矿块划分:根据采场围岩的稳定性情况，确定采场暴露面积，然后沿采场的长度方向根据采场允许暴露面积对采场进行分条长度的确定，一个分段采场划分为几个分条矿块，然后对分段分条矿块进行独立单元的开采；
采准、切割工程布置:布置上分段采准穿脉或充填巷道，及用做凿岩巷和出矿巷道的分段采准穿脉；按采场允许暴露面积确定分条采场的长度后，然后在首采分条矿块中布置一条切割天井和切割平巷；
回采作业:凿岩作业在分段采准穿脉、切割平巷中进行，凿岩作业完成后，进行切割、拉槽工作，采用孔底反向毫米微差复式网络起爆，切割槽经爆破、出矿作业满足正常回采补偿空间后，进行正常回采作业；
充填作业:首分条矿块回采完毕后，在分段采准穿脉靠近采空区口砌筑充填挡墙，从本分段采场上部的分段采准穿脉架设充填管路，对回采分条采场进行密实接顶充填作业，形成充填体，使采场顶板及上盘围岩稳定；
b)相邻矿块的回采免拉槽爆破形成切割槽:充填作业完成后，首先按挤压爆破设计布孔参数，然后及时凿岩，在5?7天内完成凿岩作业，所述布孔参数包括挤压排深孔、加强排深孔、炮孔和孔底距，从分段采场内的第二分条矿块开始采用挤压爆破方式给分条矿块的正常爆破落矿创造爆破补偿空间，在充填作业完成后7?10天内，采用排间孔底反向毫米微差复式网络起爆，分条矿块爆破完成，待爆破炮烟排出后，及时对爆破矿石进行松动出矿，通过出矿，形成切割槽；
回采作业:利用挤压爆破形成的补偿空间，进行正常爆破回采作业，待第二分条矿回采完毕后，进入下一个相邻分条矿块，挤压槽爆破形成切割槽、回采、循环上述相邻矿块的回采过程。
[0005]所述挤压爆破采用BQ-50型装药器，采用毫秒系列的毫秒延期导爆管雷管，采用粉状硝铵炸药，采用孔底反向排间毫秒微差复式网络起爆，根据爆破要求，排内采用同段号导爆管雷管，排间采用间断连续性导爆管雷管段号，正常采用1、3、5、7、9。
[0006]所述的挤压爆破形成切割槽宽度为1.8?2.0m,布孔参数:炮孔孔径60mm，孔底距0.9?1.1m,挤压排排距为0.3m,首排挤压层厚度为0.4m,加强排排距0.5m,装药系数:
0.8?0.9，炸药单耗2.6?2.8Kg/t。
[0007]本发明形成切割槽原理:
1.利用充填体的可压缩性:充填体是一种松散介质，它在外载荷的作用下会产生压缩。充填体介质可假设为固体颗粒是由许多直径相同的球体所组成，由于球体之间的堆放方式不同，球堆中的空隙也不一样，如正六面体堆放的空隙占总体积的48%，四面体堆放的空隙占总体积的26%;同时充填料浆在输送过程中由于吸附作用带有气泡，最后包裹于采场充填体内；另外，由于充填体含水，随着充填体龄期的增加，充填体逐渐脱水，充填体内部形成空隙。因此,充填体在外载荷的作用下,充填体内部空隙被压密，同时由于充填体固体颗粒重新排列，球体由第一种堆放状态变成第二种堆放状态，其中的空隙减少，充填体产生压缩，为爆破提供了补偿空间。
[0008]2.利用充填体的可塑性:胶结充填体具有良好的塑性变形特性，在外载荷的作用下，内部空隙闭合，压缩密实，继而进入弹性变形；随着外载荷的增加，胶结充填体进入塑性平衡，内部固体颗粒重新排列，颗粒之间的空隙减少；充填体在外载荷作用下的破坏，主要是固体颗粒之间发生相对剪切和位移，而不是固体颗粒本身发生破坏。胶结充填体属于有粘结力的松散体，有粘结力松散体的抗剪强度是由其内部的粘结力和内摩擦角所决定。当发生破坏时，滑动面上的剪切应力首先是超过了该松散体的粘结力，随着又超过该破裂面上的摩擦阻力。
[0009]3.利用充填体塑性时间性:根据胶结充填体强度随龄期变化特性,充填体强度在7?10天内属急速上升段，同时,该时间段充填体塑性特性明显,充填体内部有一定强度的粘结力和摩擦阻力，塑性较好，强度相对较低，约在0.6MPa?1.2MPa之间。利用此段时间进行挤压爆破，使充填体在外载荷作用力下，产生一定的塑性变形，而不破坏塑性体的结构，从而保证变形后的充填体具有一定的自立能力和强度，使变形后的充填体仍然保持直立，不发生垮塌。
[0010]4.利用两种介质的界面作为挤压面，由于米场充填体和矿岩属于两种性质不同的介质，所以布置在矿岩中的炮孔，装药爆破后产生的应力通过挤压面产生对充填体的挤压，又由于挤压排和加强排采用毫米延时爆破，爆破产生的应力波在两个界面之间发生反复折射，形成对充填的多次挤压，使充填体挤压更加充分。
[0011]本发明的有益效果是:
本发明的免拉槽爆破回采分段采场的方法，利用充填体的可塑性和可压缩性，充填体与矿岩的接触面作为爆破自由面，采用挤压充填体爆破技术，为爆破岩体提供爆破补偿空间，从而形成采场切割槽，为矿房后续开采岩体提供充足有效临空自由面和补充空间，同时，根据采场矿岩的稳定性情况，能灵活控制采场的暴露面积，有效控制采场的稳定性，防止采场顶板及围岩的垮塌。经在本公司某矿684m及667m分段使用，取得了很好的效果。本发明提供的一种有效控制采场顶板及上盘围岩垮塌的分段分条充填采矿方法，免拉槽爆破形成采场切割槽，该采矿方法适用于开采围岩稳定性差的矿床，能有效控制采场顶底板及上盘围岩的垮落，本发明的免拉槽爆破与正常的切割拉槽方法相比，由于省去了切割平巷、切割天井工程，有效的节省了作业时间，减小了采场回采周期，提高了采场劳动效率。本发明由于掘进工程量的节省，虽然该技术增加了深孔作业量和炸药消耗量，但和正常方法相比较，大大减小了采矿作业成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1.本发明首分条切割工程布置剖面图；
图2.本发明首分条切割工程布置平面图；
图3.本发明免拉槽深孔布置剖面图；
图4.本发明图3中的Ml放大图；
图5.本发明免拉槽深孔布置平面图；
图6.本发明挤压排、加强排深孔排面布置图。
【具体实施方式】
[0013]试验地点:某铜矿650?700m中段684m分段中。上盘围岩主要是凝灰岩，岩性较差，下盘围岩主要为玄武岩，局部再现凝灰岩。区内褶皱、断裂构造发育，矿体受地质构造控制，节理、裂隙极其发育，造成矿岩极其破碎。矿山前期采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，矿房开采顺序为从上盘至下盘，在回采过程中，由于上盘围岩的揭露，随着采场暴露面积的增大和暴露时间的增加，矿房上盘及顶板常常发生大面积垮塌，尤其以上盘围岩垮塌为重，有时甚至上盘围岩还没有全部揭露，采场就发生垮塌，垮塌严重时，矿岩松散体充满整个采空区，造成所剩矿体回采难度加大甚至无法回采。针对采场垮塌问题，矿山采取了预控顶加固技术，采用15m长锚索对采场顶板及上盘围岩进行加固，其并未收到预期效果，采场在发生垮塌时，有时整个长锚索掉入采空区。针对上述情况，为了有效控制采场暴露面积，同时为了缩短回采周期，采用免拉槽分段充填采矿法对该中段剩余矿房进行回采。具体步骤如下:
分段矿房及分条矿块划分:利用原有采切工程已形成的分段矿房，分段高度15m，矿房宽度10m，根据矿岩的稳定情况，通过对矿房暴露面积的初步计算，确定矿房分条矿块I和首采分条矿块2沿分段矿房长度方向的分条长度，分条长度5-8m，取8m。
[0014]首分条矿块的回采(第一分条):采准工程布置如图1、2所示，布置上分段采准穿脉或充填巷道，及用做凿岩巷和出矿巷道的分段采准穿脉，根据正常回采工艺，在首采分条内布置一条切割平巷3和切割天井4，采用YG-90型凿岩机凿岩。凿岩作业完成后，进行切割、拉槽、爆破，出矿，为正常排落矿创造充足的补偿空间，进行正常回采，该分条矿房的切割拉槽采用垂直平行深孔，孔底距5和孔口距均为0.4m,排距为0.Sm ;正常排扇形孔炮孔6底距为 1.8-2.0m,排拒为 1.5mο
[0015]充填作业:首分条矿块回采完成后，在分段穿脉道7靠近采空区的位置砌筑充填挡墙，挡墙厚度为0.8-1.0m，沿上分段穿脉巷道11架设充填管路，进行接顶充填，形成充填体8。
[0016]免拉槽爆破作业:充填作业完成后，进入下盘相邻分条矿块的回采周期。首先按免拉槽凿岩挤压排深孔9、加强排深孔10、炮孔6和孔底距5的参数进行凿岩作业，如图3-6所示，为确保挤压爆破形成切割槽的效果，凿岩工作必须在5?7天内完成。按爆破设计进行装药爆破，装药前，先采用高压风管对各挤压爆破深孔进行清洗，以防炮孔堵塞，然后采用装药杆在孔底装入两卷2#岩石硝铵炸药卷,每卷药卷长约200mm,在第二卷上插入带25m脚线的导爆管雷管2发，固定后，采用BQ-50装药器装药，孔口预留1.5?3.0m炮孔不装药，采用炮泥堵塞，排内孔口预留不装药长度相间布置。挤压排同排采用同段位雷管，排间从前(距充填体8第一排)至后雷管段号分别为1、3、5、7、9。装药完毕后，所有预留在孔外的导爆管脚线绑扎在引爆电雷管上，通过电子起爆器引爆爆破网络。
[0017]相邻矿块的回米作业:爆破完成，待炮烟排除后，12小时内伊运机作业进彳丁出矿；通过出矿，最后形成挤压切割槽。通过免拉槽爆破方法(既挤压充填体爆破)形成的切割槽，切割槽形状规整，挤压充填体形成的再生岩体自立能力好，切割槽充填体临空面未发生垮塌现象，再生岩体中林星镶嵌有大小不同的矿石块。最终形成的切割槽，完全满足下部回采爆破补偿空间的要求。
【权利要求】
1.一种免拉槽分段充填采矿法，其特征在于:具体包括以下步骤， a)首分条矿块的回采 分段矿房及分条矿块划分:根据采场围岩的稳定性情况，确定采场暴露面积，然后沿采场的长度方向根据采场允许暴露面积对采场进行分条长度的确定，一个分段采场划分为几个分条矿块，然后对分段分条矿块进行独立单元的开采； 采准、切割工程布置:布置上分段采准穿脉或充填巷道，及用做凿岩巷和出矿巷道的分段采准穿脉；按采场允许暴露面积确定分条采场的长度后，然后在首采分条矿块中布置一条切割天井和切割平巷； 回采作业:凿岩作业在分段采准穿脉、切割平巷中进行，凿岩作业完成后，进行切割、拉槽工作，然后采用孔底反向毫米微差复式网络起爆，切割槽经爆破、出矿作业满足正常回采补偿空间后，进行正常回采作业； 充填作业:首分条矿块回采完毕后，在分段采准穿脉靠近采空区 口砌筑充填挡墙，从本分段采场上部的分段采准穿脉架设充填管路，对回采分条采场进行密实接顶充填作业，形成充填体，使采场顶板及上盘围岩稳定； b)相邻矿块的回采 免拉槽爆破形成切割槽:充填作业完成后，首先按挤压爆破设计布孔参数，然后及时凿岩，在5?7天内完成凿岩作业，所述布孔参数包括挤压排深孔排距、加强排深孔排距、炮孔布置方式和孔底距，从分段采场内的第二分条矿块开始采用挤压爆破方式给分条矿块的正常爆破落矿创造爆破补偿空间，在充填作业完成后7?10天内，采用排间孔底反向毫米微差复式网络起爆，分条矿块爆破完成，待爆破炮烟排出后，及时对爆破矿石进行松动出矿，通过出矿，形成切割槽； 回采作业:利用挤压爆破形成的补偿空间，进行正常爆破回采作 业，待第二分条矿回采完毕后，进入下一个相邻分条矿块，挤压槽爆破形成切割槽、回采、循环上述相邻矿块的回采过程。
2.根据权利要求1所述的一种免拉槽分段充填采矿法，其特征在于: 所述的分段采场的分条长度为5?8m，分段高度为12?15m，采场宽度10m。
3.根据权利要求1所述的一种免拉槽分段充填采矿法，其特征在于: 所述的挤压爆破的布孔参数:炮孔孔径60mm，孔底距0.9?1.1m ;挤压排排距为0.3m,首排挤压层厚度为0.4m，加强排排距0.5m。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种免拉槽分段充填采矿法， 其特征在于:所述的挤压爆破的装药系数:0.8?0.9，炸药单耗2.6?2.8Kg/t。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种免拉槽分段充填采矿法， 其特征在于:所述挤压爆破采用的排间孔底反向毫米微差复式网络起爆，排内采用同段号导爆管雷管，排间采用间断连续性导爆管雷管段号，正常采用1、3、5、7、9。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种免拉槽分段充填采矿法，其特征在于:所述的充填体为胶结充填体。
【文档编号】E21F15/00GK104453904SQ201410678779
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】何良军, 高忠, 郭生茂, 陈小平, 刘武团, 焦满岱, 赵文奇, 秦剑伟, 党洁 申请人:西北矿冶研究院