横撑支柱空场法的支护回采与充填新工艺的制作方法

本申请属矿山技术领域。

技术背景：

对于急倾斜薄-中厚矿体，传统采矿方法是浅孔留矿法和分段采矿法；这两种采矿方法的缺陷是：采矿损失率一般都不小于8～10％，贫化率在6～8％以上，而且矿块生产能力低，工人作业环境不好；横撑支柱法开采急倾斜薄矿脉曾是一种古老方法，但方法内容差别很大；有的是在浅孔留矿法中增加横撑支柱，以防止放矿时采场坍塌；有的是利用横撑支柱做工作平台，自下而上开采；有的是先自上而下开采，再用横撑支柱维护采空区；由于横撑支柱采矿方法在采矿教科书和设计手册中没有形成系统的论述、定义和工程案例，因此，这种方法虽有采用，但技术手段不一，开采程序混乱，没有统一的标准和模式，从而导致这一工艺与主流技术渐行渐远，基本被挤出了采矿学界的技术殿堂；本发明的目的是：明确定义横撑支柱空场法的技术内涵，按照当前的技术经济条件，全面改进和规范横撑支柱空场法的支护模式和开采工艺，创新出一种高回收率、低贫化率、安全高效的采矿新方法。

技术实现要素：
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横撑支柱空场法的适用范围是急倾斜薄-中厚矿体，上下盘围岩基本稳定；横撑支柱空场法的采矿结构如图1所示：矿块沿矿体走向布置，两侧的框架式人行天井1作为人工间柱，中部设置溜井7；矿块构筑人工顶柱，顶柱由顶板3和横梁4组成，该顶柱同时作为上中段的底柱和充填隔离层，矿块中不保留任何支撑矿柱；矿块的开采程序是：先完成溜井掘进和顶柱构筑，再拉开首层切割；然后自上而下，超前支护，分层回采，嗣后阶段充填；回采分层与支护分层为相同高度，分层高度根据围岩条件和作业方便确定，一般取4～5米；回采矿房中，以溜井为中心，两侧划分为两个工作段，其中一个是备采工作段，另一个是回采工作段；每个工作段长度按不少于8～10天的回采矿量推算，或至少能满足备采工作段混凝土支护工程的初凝强度时间，并以此确定全矿块的长度。

这种横撑支柱空场法的主要技术特点是：其一，横撑支柱、人工顶柱、人工间柱、贴边梁、岩壁防护网等组成的支护结构能确保矿房整体稳定，在不保留任何支撑矿柱的情况下，生产时期不会发生有害地压显现；其二，整体稳定的矿房结构与吊床式防护棚、监测报警设施等辅助手段相结合，以及自上而下，超前支护，分层开采的作业程序，能创造出比现行浅孔留矿法、分段采矿法和横撑支柱法更优越的采矿作业条件，从而实现采矿损失率和贫化率两个零的指标；因此，这种新工艺特别适应于某些贵重矿体的无损失、无贫化开采；其三，在充分稳定的矿房结构的保障下，进行分层向上的阶段充填，能实现密实充填和节约成本；在前期采矿支护结构和嗣后充填结构的共同维护下，采空区不会坍塌变形，地表不会发生明显的岩移危害；其四，备采与回采划分两个工作段，避开干扰，分立并行，超前支护，随机监测，充分提高了作业环境的安全性和便利性，极大增加了矿块生产能力；其五，与现行的浅孔留矿法、分段采矿法、横撑支柱采矿法相比较，采矿损失率可由8～10％降低到零，采矿贫化率可由6～8％降低到零，矿块生产能力可提高一倍以上，工人作业环境极大改善，采空区地表的岩移公害可彻底避免。

附图说明：

图1是采场纵剖面图，图中标注符号的意义如下：

1——人行天井， 2——联络道， 3——顶板，

4——横梁， 5——横撑支柱， 6——贴边梁，

7——溜井， 8——回风道， 9——吊床式防护棚，

10——备采炮孔， 11——岩壁防护网， 12——充填体，

13——充填管道管口。

图2是局部剖面图，其中A——A和B——B剖面的位置见图1，C剖面是炮孔防护示意图，图中标注符号的意义如下：

14——上中段联络巷， 15——上中段运输巷， 16——下中段运输巷，

17——出矿溜槽， 18——炮孔塞， 19——孔口套管，

20——炮孔。

实施方法：

矿块采准与切割：采准工程主要是溜井掘进和顶柱浇筑；溜井上掘要提前施工，创造出上部采准和切割的放矿和通风条件；顶柱的横梁和顶板位置要补强锚杆，锚杆与横梁和顶板的主钢筋连接；顶柱浇筑时预留回风硐口、人行硐口和必须的充填管道管口；采准时段，两侧人行天井要下掘至首层切割高度，与顶柱一起浇筑；矿体厚度较大时切割工程一般分两期完成，第一期是在顶板浇筑前由溜井至人行天井先拉出一条切割槽，第二期是顶板封闭后利用切割槽形成矿体全宽度的切割空间；也可以在顶板浇筑前完成全部切割，只是顶板浇筑的支模工程量会增大；对于边角不完整矿块，可将已形成的人行天井改造为溜井，在矿体边缘构筑下行式人行天井，按一个作业段进行备采和回采。

备采：备采工作段的主要作业项目是六个方面：其一，在待回采分层的顶面构筑钢筋混凝土的横撑支柱5和贴边梁6；横撑支柱5要上下左右严格对应，以方便支护和嗣后充填；横撑支柱5和贴边梁6的规格根据该深度对应的承载负荷及适宜的安全系数计算确定；横撑支柱5和贴边梁6的底面应在浇筑时敷贴一层隔震板，若开沟浇筑时两侧面也要敷贴隔震板，以减轻回采爆破的震动破坏作用；贴边梁6在浇筑时要预埋用于设置岩壁防护网11的挂环或钩头；横撑支柱5和贴边梁6也可以用预制构件；其二，构筑矿块两侧的下行式人行天井1，该人行天井既是回采时期的主要安全通道，又是嗣后阶段充填作业的措施通道；该人行天井应按现浇框架结构设计，强度要充分；其三，设置采空分层两侧的岩壁防护网11；岩壁防护网一般为双层，内层是钢丝网或钢板网，网孔较密，外层是钢丝绳或钢筋，挂设在贴边梁6的挂环或钩头上并涨紧；若遇围岩较破碎情况，需增加托板锚杆来补强岩壁防护网；其四，在横撑支柱上挂设吊床式防护棚9；吊床式防护棚由轻便框架和至少两层网片组成，下层网片用细钢丝绳编制，网孔稍大，固定在框架上；上层网片的网孔加密，以拦挡碎石；吊床式防护棚主要有三个作用：①遮挡高空坠物，②创造安全氛围，③监测上部采空区围岩变形；其五，完成备采钻孔并进行孔口防护；孔口防护的方法是安设孔口套管19和炮孔塞18；其六，监测并维护矿房整体结构的稳定；推荐监测措施有：①在重要部位安设围岩变形报警装置，②在部分横撑支柱上安设变形报警装置，③随机用探照灯观察矿房支护情况，④根据吊床式防护棚的落石示踪对可能变形部位进行重点监护；个别破损构件的维护和修复并不困难，利用横撑支柱、贴边梁和人行天井可以构筑通道至任何部位。

回采：回采工作段的主要作业内容有五个方面：其一是控制爆破；由于备采炮孔是全分层高度，要控制药量，合理填塞，微差爆破；防护横撑支柱的最适宜的爆破方法是孔内隔离分段，孔底段按加强松动等级先爆，上部按减弱松动等级滞后落矿；为保护岩壁防护网11和吊床式防护棚9，可预制防护板遮盖炮孔；其二是采场运输；推荐方法是：利用横撑支柱挂设滑轮，用小绞车形成无极绳牵引系统，助力双轮手推车运矿；推荐运输道路的整平方法是：改造风镐的冲击头，用于削平尖凸浮石，用钻机或风镐的钻杆连接振动板，振动碾压路面；矿体中夹石的分采分运视情况确定，现场安排即可；其三是采场通风；由人行天井接长通风管，压入式通风排烟，污风由溜井上部的回风道8排出；其四是矿体发育特殊部位的处理措施；对于矿体发育的局部膨凸或分枝，要采取适宜工艺将矿体全部采出，力争实现100％回采率；对凹陷挖掘、掏槽回采部位要增设局部充填和支护工程，以确保矿房整体结构的稳定；其五是引进无爆破开采新工艺；该横撑支柱空场法的回采作业条件较好，可以引进机液压钻孔、液压胀裂、移动式切割等机械式开采工艺，能进一步改善采矿环境，提高作业效率。

充填：顶柱构筑完成后，即可对上中段的矿房进行阶段充填；充填之前的要完成的辅助设施有：砌筑回风道，构筑人行天井挡板，安设下中段充填管道管口，设置排水管道等；首层充填厚度一般不小于顶板厚度的2～3倍，要采用较高强度的胶结充填，可增加锚杆和钢筋对首层充填体补强；首层充填体之上，可采用一般水砂充填或废石充填；要充分利用矿房的稳定结构，逐层设置充填管道和排水管道，条件许可时可进入矿房，增设振动机械，以确保充填质量。