一种气柱预留空间的进路胶结充填采矿装置的制作方法

本实用新型涉及矿山开采充填技术领域，特别是指一种气柱预留空间的进路胶结充填采矿装置。

背景技术：

进路充填采矿法是采用掘进巷道的方式回收矿体，采场回采完毕后对巷道进行接顶充填以控制周围矿岩。由于进路断面一般不大，顶板跨度小，可有效维护采场的稳定性，保证回采作业安全，且进路布置灵活，可用于回收不良矿岩条件下的复杂矿体，采矿贫化率低、回收率高。但因回采工作面较小、工艺复杂、劳动强度大、生产效率低、采场综合生产能力相对较小，该方法仅适用于矿岩极不稳固、矿石品位高、经济价值高的矿体。

进路充填采矿技术在我国有色金属、黄金矿山获得了广泛应用，按照回采顺序不同，进路充填法可分为下向进路充填法和上向进路充填法，其中下向进路充填法自上而下逐层开采，上分层的充填体作为下分层进路的人工顶板，人员及设备在充填体保护下作业。上向进路采矿法则自下往上逐层开采，下分层的充填体是本分层开采的进路底板。常用的进路回采断面形式有正方形、矩形等，回采工艺包括凿岩、装药、爆破、通风、出矿、支护(如果是上向进路采矿)，该进路回采结束后，架设充填管、砌筑充填挡墙并充填，而后回采相邻进路或按照隔一采一等方式回采。

以金川二矿区为例，采矿工艺阐述如下：从铅垂向来说：开采中段高100m，一个中段划分为5个分段，每个分段又分成5个分层。从水平方向来说，由于矿体沿走向长约800m，因此沿走向将矿体按每100m划分一个盘区，一个盘区内又划分为若干采区，在采区内以进路方式进行采矿。进路一般长为60m，断面为宽×高＝5m×4m。采完一条进路后立即充填，采用隔一采一的回采模式，当回采完本层所有矿体后，再回采其下一分层的矿体。

以金川二矿为例，进路式采矿工艺存在问题如下：(1)采矿工艺类似巷道掘进，只有一个自由面，爆破时受到周围岩体或充填体较大夹制力，每个工作面(20m²)要求的炮孔数目一般在50个以上，且炸药单耗高、爆破效率低、采矿效率低，目前的爆破进尺仅为2.2-2.5m，爆破效率约为80％左右，这是导致进路式采矿生产能力低的其中一个关键原因。(2)矿体和相邻充填进路充填体紧密接触，爆破会对充填体造成破坏，充填体混入矿石造成矿石贫化，综合效益差；(3)由于夹制力大而装填过多的炸药，导致爆破对充填体的破坏较大，显著影响了充填体的稳定性。(4)接触充填体的部分矿石有时不能被爆破下来，造成矿石损失。

技术实现要素：

为了改进现行进路采矿工艺存在的缺点和不足，本实用新型提供一种气柱预留空间的进路胶结充填采矿装置。

本实用新型的技术方案是：用固定绳将气柱预先固定在待充填的进路中(靠近待开采矿体一侧)，之后充填该进路，在开采相邻进路时，前述预留于充填体中的气柱形成的空间可以作为该相邻进路矿体回采时的爆破自由空间，能够极大的提高爆破效率，降低凿岩、爆破成本。该气柱式采矿方法可用于下向或上向进路胶结充填采矿法。

本实用新型装置包括气柱、固定机构和辅助装备，其中，气柱包括气囊、充放气阀、安全阀和卡扣，固定机构包括固定绳、膨胀螺丝或锚杆，辅助装备包括空压机和连接管；固定机构的固定绳将气柱固定在进路侧帮，防止充填过程中气柱跑偏，辅助装备为气柱的气囊充气；充放气阀和安全阀设置在气囊上，气囊上设置上下两排卡扣，卡扣将气囊固定在固定绳上。

其中，充放气阀包括充气阀、阀体、止气带和止气塞，止气塞插入阀体，在放气时，止气塞拔出阀体；充放气阀在充填前完成气囊的充气作业，在回收气囊时放出气囊内的空气(如果发生特殊情况需要回收)，其中充气阀结构与自行车轮胎充气结构类似，充气时将与空压机相连的充气端头卡在充气阀上，高压气体通过充气阀、阀体、止气带进入气囊；止气带是弹性橡胶材质，高压气体可以进入气囊，但气囊的气体无法自充气阀外泄；止气塞的作用是气囊中充气后，能够阻止气体的外泄，在特殊需要放出气囊中的气体时可以拔下止气塞；安全阀的作用是一旦注入气囊的压力超过其极限承载压力时，该安全阀自动开始泄压，防止由于设备故障等各种事故导致气囊意外破损。

气囊为柔性不透气材料，充入气体膨胀后的单个气囊的尺寸可根据需要制作，气囊的形状即预留空间的形状，可制作为长方体，也可以制作为半圆体等结构，单个气囊垂直于进路轴向方向的断面尺寸(即高×厚)以能够满足爆破掏槽所需补偿空间即可，单个气囊沿走向方向的长度，以方便运搬、架设为核心，可以采取如下几种：方式一：单个气囊长度约为1.0m左右，其优点是其中一个气囊破损，影响范围有限，但该方式架设相对复杂，气柱生产成本也相对较高；方式二：单个气囊长数米，或十余米，其优点是架设方便、气柱生产成本较低，缺点是一旦气柱某处破损导致泄气，则影响范围相对较大。此外，为保证气囊充气后达到预期的形状，气囊内部可暗设拉筋，或者由并排的小气柱组成。此外，气柱可以用塑料泡沫等低强度材料替换，用固定钢丝绳直接固定于进路侧帮，此时，无需充放气阀和安全阀等附属装置。

固定绳为钢丝绳或铁丝，固定绳通过膨胀螺丝或锚杆固定在矿体侧帮。

使用该装置进行充填采矿，采用气柱或者泡沫塑料等低密度材料预先置于待充填采场内，之后对该采场进行充填，以上次预置材料充填以后形成的预留空间，作为相邻采矿爆破时的爆破自由空间，具体方法为：

(一)架设气柱：靠未采矿体一侧，自进路一端开始，向进路末端沿进路轴向方向架设两根固定绳，两根固定绳的间距与气柱上下排卡扣的间距相同，固定绳紧贴进路侧帮；将第一个气柱的卡扣卡于固定绳上，并依次按如上方法架设第二个、第三个、直至最后一个气柱，形成自进路一端至另一端的气柱串，每个气柱之间靠紧；当所有气柱架设完毕后，通过辅助装备对气囊实施充气；或采用泡沫塑料等低强度材料代替气囊，用固定钢丝绳直接固定于进路侧帮；

(二)充填、采矿：气柱架设充气完毕后，架设充填挡墙和充填管，对进路实施充填；相邻的进路采矿时，仍然按照传统进路式采矿的凿岩、装药、爆破、通风、出矿、支护(如果是上向进路)等工序循环进行，在炮孔布孔时，传统的进路采矿，一般在进路中心布置掏槽眼，但本实用新型中以进路充填时气柱预留的空区作为本条进路爆破自由面，按照侧向崩矿的方式布置炮孔装药和实施爆破，可大幅度提高爆破效率，降低凿岩、爆破成本。

(三)当本条进路矿体全部回采完毕后，按上述(一)、(二)步骤开采其他相邻进路。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

该方法不仅具有进路式胶结充填采矿法进路布置灵活、采矿回收率高、适用于复杂破碎贵金属矿体胶结充填采矿的优势，并且由于预留了良好的爆破自由空间，克服了传统的进路式胶结充填采矿法凿岩工作量大、爆破及采矿效率低、生产能力小、综合成本高的弊病。具体优点为：(1)采用气柱作为相邻进路的预留爆破自由空间，可以大幅度提高爆破效率和采矿效率；(2)由于爆破自由空间大，爆破的夹制力减小，可以大幅度降低炸药消耗；(3)由于爆破自由空间大幅度提高，可以减少炮眼的布置，也有利于降低钎杆、钎头的消耗，缩短凿岩时间，并提高总采矿循环的总时间，提高了产能；(4)由于装药量的减少和减少了对充填体的破坏，还可以有效维护充填体的稳定性，有利于采场回采作业的安全。

附图说明

图1为本实用新型的气柱预留空间的进路胶结充填采矿装置气柱架设完毕后的采矿进路纵剖面图；

图2为本实用新型的气柱架设完毕后的采矿进路横剖面图；

图3为本实用新型的气柱结构主视图；

图4为本实用新型的气柱结构左视图；

图5为本实用新型的气柱结构俯视图；

图6为本实用新型的充放气阀结构示意图；

图7为本实用新型的固定绳架设完毕后的采矿进路纵剖面图；

图8为本实用新型的充填完毕后的进路横剖面图；

图9为本实用新型的气柱预留的采矿进路爆破顺序示意图。

其中：1-固定绳；2-气囊；3-充放气阀；4-安全阀；5-卡扣；6-充填体；7-进路；8-充填挡墙；9-充填管；10-炮孔；31-充气阀；32-阀体；33-止气带；34-止气塞。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现行进路采矿工艺存在的缺点和不足，提供一种气柱预留空间的进路胶结充填采矿装置。

如图1和图2所示，通过气柱架设完毕后的采矿进路剖面图可以看出，本实用新型装置包括气柱、固定机构和辅助装备，其中，如图3、图4和图5所示，气柱包括气囊2、充放气阀3、安全阀4和卡扣5，固定机构包括固定绳1、膨胀螺丝或锚杆，辅助装备包括空压机和连接管；固定机构的固定绳1将气柱固定在进路7侧帮，辅助装备为气柱的气囊2充气；充放气阀3和安全阀4设置在气囊2上，气囊2上设置上下两排卡扣5，卡扣5将气囊2固定在固定绳1上。

如图6所示，充放气阀3包括充气阀31、阀体32、止气带33和止气塞34，止气塞34插入阀体32，在放气时，止气塞34拔出阀体32。

采用该装置的具体实施例如下：

气囊2材质为丁基橡胶或其他柔性不透气材料，厚度为2-3mm左右，所能承受的压力大于0.12MPa，完全能够满足充填料浆在整个充填过程中对其所产生的压力要求；气囊2内部可沿厚度方向暗设拉筋，以保证气柱在充气状态下，能保持设计的外形。气柱的尺寸以能够满足爆破掏槽所需补偿空间即可，其中气柱沿进路7轴向方向的长度，以方便运搬、架设为佳。以金川二矿为例，进路7规格(宽×高)为5m×4m，则单个气柱高×长×厚为0.5m×2m×0.2m，上下排卡扣5间距为0.4m；根据进路7的不同长度，可以自由调节气柱的个数；悬挂气柱至固定绳1(直径可采用φ2-3mm的钢丝绳)上的装置为气柱上下两排若干卡扣5，待上、下两根固定绳1架设于进路7侧帮时，将上述卡扣5分别卡在这两根固定绳1上即可；充放气阀3为塑料材质阀，其中充气阀31类似于自行车轮胎充气的机构，可将空压机及其管线和与之相连接的卡嘴与充气阀31相连实施充气，止气带33具有空气单向流动功能，充放气阀3上设计有一个圆锥形结构的止气塞34，可在必要时拔出以排出气囊2内的空气；安全阀4为单向阀，当气囊2内压力超过0.12MPa时，自动开启，压力降至0.10MPa以下，自动闭合，采用常规安全阀4的结构即可；气柱固定机构核心为两根靠近待开采矿体一侧、置于巷道中部附近、沿巷道轴向敷设的固定绳1，上下固定绳1的间距与气柱上下排卡扣5的间距相同。固定绳1可通过在巷道侧帮安装直径6-8mm的膨胀螺丝以固定；空压机和连接管的规格应与充放气阀3、空压机相配套，可采用C20(DLT0206)型的空压机。

此外，也可以选择用泡沫塑料等低强度材料代替气囊，该泡沫塑料等低强度材料的外形大致与气囊相似，用固定钢丝绳直接固定于进路侧帮，以作为相邻采矿进路爆破的自由面，可省去气囊及充气装置等其它部分。

应用该装置具体步骤为：

(一)架设气柱：靠未采矿体一侧，自进路7一端开始，向进路7末端沿进路7轴向方向架设两根固定绳1，如图7所示，两根固定绳1的间距与气柱上下排卡扣5的间距相同，可采用φ6-8mm膨胀螺丝固定固定绳1，要求固定绳1紧贴进路7侧帮，沿进路7轴向前、后膨胀螺丝之间的距离一般不大于7m；自进路7的一端开始，将第一个气柱的上、下排卡扣5分别卡于上述上、下排固定绳1上，并依次按如上方法架设第二个、第三个、直至最后一个气柱，形成自进路7一端至另一端的气柱串，每个气柱之间应靠紧。当所有气柱架设完毕后，对气囊2实施充气，或采用泡沫塑料等低强度材料代替气囊，用固定钢丝绳直接固定于进路侧帮。

(二)充填、采矿：气柱架设完毕后，架设充填挡墙8和充填管9，对进路7实施充填，形成新的充填体6，充填完毕如图8所示；进路7采矿依然按照传统的凿岩、爆破、通风、出矿、支护(如果是上向)的开采工序依次进行，传统的进路式采矿，一般在进路7中心布置掏槽眼，但本方法则以气柱预留的空区作为自由面，按照侧向崩矿的方式布置炮孔10及爆破顺序(如图9所示)(图9气柱式预留空间的进路7采矿布孔方式及爆破顺序，其中①、②、③、④、⑤、⑥表示爆破顺序)，采用3.5m的炮孔10长度，可以达到95％以上的爆破效果。同时由于自由面较大，可以将目前每个工作面50个炮孔10数降低为40个左右；

(三)当本条进路矿体全部回采完毕后，按上述(一)、(二)步骤开采其他相邻进路。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。