预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法的制作方法

本发明涉及地下矿山开采的技术领域，尤其是涉及一种预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法。

背景技术：

对于“三下”及风景名胜区内高价值、围岩稳固性条件差、中厚～厚大且中等稳固以上矿床的高效、大规模强化开采而言分段凿岩阶段空场嗣后充填法是一种比较合适的采矿方法。

分段凿岩阶段空场嗣后充填法是在将矿体划分为阶段的基础上，再将阶段划分为分段，沿矿体走向方向上，划分为条矿房与矿柱，先采矿房，后采矿柱，并同时处理采空区。

对矿石和围岩稳固性以及矿体的倾角适应性较阶段空场法强，使用范围广，灵活性大；但在开采围岩不稳固的矿体时，矿石的损失与贫化较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法以解决现有技术中存在的分段凿岩阶段空场嗣后充填法在开采围岩不稳固的矿体时，矿石的损失与贫化较大的技术问题。

本发明是一种预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法，包括如下步骤：

(一)将矿体划分为一步骤采场和二步骤采场，并进行矿体的采准切割；

(二)回采所述一步骤采场，并预留护壁矿构建所述二步骤采场的回采环境，所述一步骤采场空场回采嗣后胶结充填；

(三)回采所述二步骤采场和所述护壁矿并分别充填。

进一步的，步骤(二)中回采所述一步骤采场采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。

进一步的，步骤(三)中回采所述二步骤采场采用上向水平分层充填采矿法。

进一步的，所述步骤(一)中矿体的采准切割工程的步骤包括：

自中段运输巷开始依次掘进中段出矿巷和脉内沿脉巷，且所述中段出矿巷与采场的溜矿井贯通；

在底部结构出矿水平布置脉外联络巷和下盘人行设备井，所述脉外联络巷与所述下盘人行设备井联通，通过所述脉外联络巷和所述下盘人行设备井掘进所述一步骤采场的分段凿岩平巷；

在每个所述分段凿岩平巷靠近上盘的一端掘进切割横巷和切割天井，在所述切割横巷内钻凿上向中深孔，以所述切割天井为自由面爆破形成切割槽；

在所述二步骤采场内掘进顺路溜矿井和脉内人行通风井，所述脉内人行通风井联通上中段和下中段，所述顺路溜矿井与所述中段出矿巷联通，自底部结构出矿水平掘进出矿穿脉巷和出矿联络巷。

进一步的，一步骤采场以受矿巷为自由面拉底，形成第一拉底层；一步骤采场预留的护壁矿包括第一L型护壁矿、第二L型护壁矿、第一条带型整体护壁矿和第二条带型整体护壁矿；上盘的所述第一拉底层预留所述第一L型护壁矿，所述第一拉底层以上的各分层分别预留所述第一条带型整体护壁矿；下盘的所述第一拉底层预留所述第二L型护壁矿，所述第一拉底层以上的各分层分别预留所述第二条带型整体护壁矿。

进一步的，在所述一步骤采场的回采过程中，人员和设备通过下盘人行设备井进入每个所述分段凿岩平巷；用凿岩机在各分段凿岩平巷内凿上向扇形中深孔爆破、落矿。

进一步的，所述二步骤采场上向水平分层回采时，在底部结构出矿水平形成第二拉底层，在所述第二拉底层构筑钢筋混凝土假底层，或在所述第二拉底层采用充填骨料和胶凝材料构筑胶结充填层。

进一步的，回采所述二步骤采场的所述第二拉底层包括如下步骤：

(A)回采上盘底部结构预留的所述第一L型护壁矿，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填，形成“V”型嵌套组合充填结构；

(B)在拉底水平以采场内出矿联络巷为自由面，以所述出矿穿脉巷为回采边界，形成平行四边形结构回采区域，采用浅孔法回采所述四边形结构回采区域，构建平行四边形分区充填结构；

(C)回采下盘底部结构预留的所述第二L型护壁矿，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填，形成“K”型嵌套组合充填结构。

进一步的，回采所述二步骤采场的所述第二拉底层以上的分层时包括如下步骤：

(Ⅰ)采用浅孔法回采所述第一条带型整体护壁矿，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填；

(Ⅱ)采用浅孔法回采所述二步骤采场；

(Ⅲ)采用浅孔法回采所述第二条带型整体护壁矿，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填。

进一步的，中段留有底柱，所述底柱在上中段和下中段回采完毕后进行回采。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过一步骤采场预留护矿壁构建二步骤采场环境，再通过合理布置二步骤采场的回采联络巷回采护壁矿，从而减少了不稳固围岩的暴露时间。同时，将两步骤采场有机结合，既保证了合理的回采强度又充分回收了近围岩矿石，减少了不稳固围岩造成的矿石损失与贫化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法的一种实施例的剖面主视图(图3的A-A剖面图)；

图2为图1所示的实施例中底部结构水平的俯视图(图1的B-B剖面图)；

图3为图1所示的实施例中中段水平的俯视图(图1的C-C剖面图)；

图4为图1所示的实施例中一步骤采场回采的侧视图(图1的D-D剖面图)；

图5是图1中二步骤采场回采的侧视图(图1的E-E剖面图)。

附图标记：

1-一步骤采场 2-二步骤采场 3-假底及桃型矿柱

4-出矿穿脉巷 5-受矿巷 6-出矿联络巷

7-溜矿井 8-脉内人行通风井 9-脉外联络巷

10-中段运输巷 11-脉内沿脉巷 12-顺路溜矿井

13-顺路人行通风井 14-中段出矿巷 15-回采巷

16—下盘人行设备井 17-扇形中深孔 18-分段凿岩平巷

19-崩落矿石 20-高强度胶结充填体

21-低强度胶结充填体 22-第一L型护壁矿

23-第二L型护壁矿 24-“V”型嵌套组合充填结构

25-“K”型嵌套组合充填结构 26-第一条带型整体护壁矿

27-第二条带型整体护壁矿 28-电耙

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明提供的预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法的一种实施例的剖面主视图(图3的A-A剖面图)；图2为图1所示的实施例中底部结构水平的俯视图(图1的B-B剖面图)；图3为图1所示的实施例中中段水平的俯视图(图1的C-C剖面图)；图4为图1所示的实施例中一步骤采场回采的侧视图(图1的D-D剖面图)；图5是图1中二步骤采场回采的侧视图(图1的E-E剖面图)。

如图1所示，本实施例提供的预留护壁矿两步骤嵌套组合充填采矿法，包括如下步骤：(一)将矿体划分为一步骤采场1和二步骤采场2，并进行矿体的采准切割；(二)回采一步骤采场1，并预留护壁矿构建二步骤采场2的回采环境，一步骤采场1空场回采嗣后胶结充填；(三)回采二步骤采场2和护壁矿并分别充填。

需要说明的是，本实施例中提到的护壁矿是指回采过程留下的与围岩接触的矿体。

矿床阶段高度40～60m，矿体倾角50°～90°，当矿体水平厚度＜30m时，采场沿矿体走向布置，长为40～50m，宽度为矿体厚度，视矿体厚度分步骤回采。当矿体水平厚度≥30m时，采场垂直矿体走向布置，划分为两步骤采场，一步骤采场1宽12～15m，分段高度10～15m；二步骤采场2宽10～13m。

一步骤采场1空场回采嗣后胶结充填，有利于二步骤采场2的充分回采。

通过一步骤采场1预留护矿壁构建二步骤采场2的采矿环境，再通过合理布置二步骤采场2的回采联络巷回采护壁矿，从而减少不稳固围岩的暴露时间。将两步骤采场有机结合，既保证了合理的回采强度又充分回收了近围岩矿石，减少了不稳固围岩造成的矿石损失与贫化。

本实施例适合“三下”及风景名胜区内高价值、围岩稳固性条件差、中厚～厚大且中等稳固以上矿床的高效、大规模强化开采，可有效控制地表沉降及岩移，大大提升回采安全程度，显著降低回采贫损指标，实现矿体的高效、微贫损、安全开采。需要说明的是，本实施例中提道的中厚矿床是指厚度在15～30米之间的矿床，厚大矿床是指厚度大于50米的矿床，所以，中厚～厚大的矿床即厚度大于15米的矿床。

在上述实施例的基础上，具体的，步骤(二)中回采一步骤采场1采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。

一步骤采场1空场回采嗣后胶结充填，充填前封闭各出矿联络道口和其它采空区出口，架设滤水管，从上中段导入充填管进行充填，充填材料的灰砂比强度为1～1.5MPa。一步骤采空区充填完毕，待充填体达到一定强度，满足二步骤回采工艺要求后，可开始二步骤采场2回采。

如图5所示，中段是指回采巷15与中段出矿巷14之间的部分矿体，中段相对于回采巷15上方的部分矿体即为下中段，相应的，回采巷15上方的部分矿体相对于下中段即为上中段。

一步骤采场1预留护壁矿，采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法回采，既保留了分段凿岩阶段空场嗣后充填法生产能力大的优点，同时又弥补了其对不稳固围岩及矿体形态适应性差的劣势。

在上述实施例的基础上，具体的，步骤(三)中回采二步骤采场2采用上向水平分层充填采矿法。

上向水平分层充填采矿法回采时，工作面自下而上水平分层回采，各分层以采矿、出矿、充填工艺循环工作，充填体维护上下盘围岩，并作为继续上采的工作平台。施工工艺简单，采准和切割工作难度低，而且不容易形成超采或欠挖，能够实现回采矿石的损失小、贫化率低。

如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，具体的，步骤(一)中矿体的采准切割工程的步骤包括：自中段运输巷10开始依次掘进中段出矿巷14和脉内沿脉巷11，且中段出矿巷14与采场的溜矿井7贯通；在底部结构出矿水平布置脉外联络巷9和下盘人行设备井16，脉外联络巷9与下盘人行设备井16联通，通过脉外联络巷9和下盘人行设备井16掘进一步骤采场1的分段凿岩平巷18；分段回采前在每个分段凿岩平巷18靠近上盘的一端掘进切割横巷和切割天井，在切割横巷内钻凿上向中深孔，以切割天井为自由面爆破形成切割槽；在二步骤采场2内掘进顺路溜矿井12和脉内人行通风井8，脉内人行通风井8联通上中段和下中段，顺路溜矿井12与中段出矿巷14联通，自底部结构出矿水平掘进出矿穿脉巷4和出矿联络巷6。

需要说明的是，采场底部结构出矿水平在混凝土假底浇灌之前完成中深孔凿岩和端部拉槽工作。

如图4所示，一步骤采场1自上而下分段爆破落矿，具体的，爆破过程为：采用装药器装填散装粒状硝铵炸药，炮孔全长敷设导爆索，在炮孔口安装毫秒微差导爆管雷管进行复式爆破，每一排炮孔为相同起爆段别，并采取多排同段方式，以切割槽为自由面和补偿空间进行爆破，每分段分2～3次爆破落矿完毕。整体回采顺序为上盘向下盘、上分段超前下分段后退式回采。

如图2所示，崩落矿石19采用铲运机自堑沟底部结构装矿，通过出矿联络巷与出矿穿脉巷4，将矿石倒入脉内溜矿井7。如图3所示，矿石自溜矿井7下放至电机车，通过中段出矿巷14及中段运输巷10，运至主溜井提升至地表。

采准工程在已完成开拓工作的矿体中，掘进必要的井巷工程，将矿体划分为一步骤采场1和二步骤采场2，并解决一步骤采场1和二步骤采场2的人行、通风、运输、充填等问题。切割工程在完成采准工作矿体中，掘进切割天井和切割巷道，并形成必要的回采空间。综上所述，采准、切割共同为矿体的开采做好了各项准备工作。

如图2所示，在上述实施例的基础上，具体的，一步骤采场1以受矿巷5为自由面拉底，形成第一拉底层；一步骤采场1预留的护壁矿包括第一L型护壁矿22、第二L型护壁矿23、第一条带型整体护壁矿26和第二条带型整体护壁矿27；上盘的第一拉底层预留第一L型护壁矿22，第一拉底层上方的各分层分别预留第一条带型整体护壁矿26；下盘的第一拉底层预留第二L型护壁矿23，第一拉底层以上的各分层分别预留第二条带型整体护壁矿27。

利用受矿巷5为自由面拉底，受矿巷5兼作凿岩平巷，完成中深孔凿岩后，进行中深孔爆破形成双侧或单侧堑沟底部结构。爆破的矿石落入堑沟底部结构，出走部分矿石后以填平的此底部结构为自由面，采用浅孔拉底至回采边界，拉底高度2.5～3m。然后在拉底层构筑如图1所示的假底及桃型矿柱3，支撑上述堑沟底部结构。

如图2所示，一步骤采场1回采后上盘的第一拉底层预留第一L型护壁矿22，下盘的第一拉底层预留第二L型护壁矿23，第一L型护壁矿22和第二L型护壁矿23的厚度范围均可以为2～5m。此外第一L型护壁矿22和第二L型护壁矿23还分别和二步骤采场2内与围岩接触的矿体构成大的L型护壁矿，如图2所示。上盘的第一拉底层以上的各分层分别预留第一条带型整体护壁矿26；下盘的第一拉底层以上的各分层分别预留第二条带型整体护壁矿27，上下盘预留的条带型整体护壁矿的厚度可以为2～3m。

通过一步骤采场1在上盘和下盘预留的第一L型护壁矿22、第二L型护壁矿23、第一条带型整体护壁矿26和第二条带型整体护壁矿27，使一步骤采场1和二步骤采场2采用嵌套组合的方式布置，能够减少第一拉底层的暴露面积、严格控制采场回采边界，还能够降低上下盘围岩垮落而增加贫化或因上下盘矿石未崩落而造成矿石损失的情况出现。

无需掘进支护巷，采准工程量少，针对上下盘围岩稳固条件差的特点，采取预留阶段空场采场整体护壁矿维持采场的稳定，无需在分段上盘掘进支护巷，也不需要对上盘进行长锚索预支护，大大减少了采准工程及支护工程量。

在上述实施例的基础上，具体的，在一步骤采场1的回采过程中，人员和设备通过下盘人行设备井16进入每个分段凿岩平巷18；用凿岩机在各分段凿岩平巷18内凿上向扇形中深孔17爆破、落矿。

人员和设备通过下盘人行设备井16进入各分段凿岩平巷18。具体的，可以采用YGZ-90凿岩机(配雪撬式台架)凿上向扇形中深孔17，炮孔孔径60～65mm，排距1.2～1.4m，孔底距1.9～2.5m。

采用上向扇形中深孔17爆破落矿，矿石的回采效率更高，而且工人不需要连续进入空场进行凿岩爆破作业，降低了工人的工作强度。同时，还有利于降低矿石损失率。

在上述实施例的基础上，具体的，二步骤采场2上向水平分层回采时，在底部结构出矿水平形成第二拉底层，在第二拉底层构筑钢筋混凝土假底层，或在第二拉底层采用充填骨料和胶凝材料构筑胶结充填层。

二步骤采场2上向水平分层回采时，在底部结构出矿水平形成第二拉底层，具体的，第二拉底层高度3.5～4m，在第二拉底层浇灌0.5m厚的钢混凝土假底，或灰砂比为1：4、厚度为2～2.5m的胶结充填层。

第二拉底层构筑钢筋混凝土假底层，或在第二拉底层采用充填骨料和胶凝材料构筑胶结充填层，能够减少充填材料混入矿石的情况出现，从而降低回采矿石的贫化率。

在上述实施例的基础上，具体的，回采二步骤采场2的第二拉底层包括如下步骤：(A)回采上盘底部结构预留的第一L型护壁矿22，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填，形成“V”型嵌套组合充填结构24，如图2所示；(B)在拉底水平以采场内出矿联络巷6为自由面，以出矿穿脉巷4为回采边界，形成平行四边形结构回采区域，采用浅孔法回采四边形结构回采区域，构建平行四边形分区充填结构，如图2所示；(C)回采下盘底部结构预留的第二L型护壁矿23，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填，形成“K”型嵌套组合充填结构25，如图2所示。

需要说明的是，本实施例中提到的高强度胶结充填是指充填的灰砂比强度大于2～3MPa，相应的低强度是指充填的灰砂比强度小于1MPa。如图1所示，一步骤采场1为高强度胶结充填体20充填，二步骤采场2为低强度胶结充填体21充填。

一步骤采场1预留的与二步骤采场2互构环境采场的护壁矿，通过二步骤采场2上向水平分层采场合理布置回采联络巷予以回采。

上下盘独立的嵌套组合结构为两步骤底部结构回采构建了良好的作业环境，保证了回采作业安全可靠，而且有利于减少不稳固围岩的暴露时间，既保证了合理的回采强度又充分回收了近围岩矿石，减少了不稳固围岩造成的矿石损失与贫化，更加经济合理。

在上述实施例的基础上，具体的，回采二步骤采场2第二拉底层以上的分层时包括如下步骤：(Ⅰ)采用浅孔法回采第一条带型整体护壁矿26，回采完毕后采用高强度胶结充填；(Ⅱ)采用浅孔法回采二步骤采场2(Ⅲ)采用浅孔法回采第二条带型整体护壁矿27，回采完毕后采用尾砂高强度胶结充填。

第二拉底层以上的分层回采时，一步骤采场1预留的上盘第一条带型整体护壁矿26和下盘第二条带型整体护壁矿27，通过合理布置二步骤上向水平分层的联络巷予以回采。

二步骤采场2回采过程中用气腿式钻机凿浅眼落矿，炮孔孔径Ф40mm。当采用上向浅眼落矿时，孔深2m，分层回采高度2m，最大空顶高度4m，充填后空顶高度2m；当采用水平眼浅落矿时，孔深3m，分层回采高度3m，最大空顶高度4m，充填后空顶高度1m。2号岩石炸药药卷爆破，毫秒微差导爆管雷管起爆，落下矿石用电耙28出矿或人工出矿。

分层回采完并出矿完后用分级尾砂进行不胶结充填，充填前加高顺路溜矿井12和顺路人行通风井13，从采场上部天井下放充填管充填，充填后经过2～3天的滤水时间即开始下一分层的回采。

上盘第一条带型整体护壁矿26和下盘第二条带型整体护壁矿27用一体性护壁矿隔绝一步骤采场1的各分段处的不稳定围岩，有利于减少不稳固围岩的暴露时间、维持采场的稳定，无需在分段上盘掘进支护巷，既保证了合理的回采强度又充分回收了近围岩矿石，减少了不稳固围岩造成的矿石损失与贫化，更加经济合理。

在上述实施例的基础上，具体的，中段留有底柱，底柱在上中段和下中段回采完毕后进行回采。

具体地，中段保留的底柱可以为8～10m，保留的中段底柱将在上下中段回采完毕后进行统一回采。

中段保留底柱有利于保护本中段的运输巷道，保证位于底柱中的其他出矿巷道和联络巷道的安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。