一种废石与胶结分层楔合充填采矿工艺及其结构的制作方法

本发明涉及一种地下矿上向水平分层充填采矿结构及其工艺，具体涉及一种废石与胶结分层楔合充填采矿工艺及其结构。

背景技术：

当地表不允许崩落、矿石品位较高、矿床价值较大或者矿体上下盘围岩中等稳固或稳固性差时，一般采用充填采矿法进行开采。该方法利用充填体控制围岩崩落和地表移动以进行地压管理，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。具有适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业较安全，能利用工业废料，保护地表等；缺点是工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力相对较低。

目前我国矿山废石堆存量高达440亿吨，尾矿堆存150亿吨，其中有色金属矿山废石利用率平均低于10%，尾矿综合利用率为19%左右，造成很大的环境和安全隐患。随着安全、环境以及对资源的回采率要求的不断提高，充填法开采得到大力的推广应用，甚至在铁矿和品位一般的矿体开采中也开始采用。从矿山固体废弃物资源化利用方面，利用尾砂、废石等矿山固体废弃物作为井下充填材料是充填开采的最佳选择。不仅解决矿山固体废弃物的资源化利用问题，而且是降低采矿成本和提高企业效益的有效途径。

目前利用全尾砂充填方面已开展了大量的研究和工业应用，部分矿山尾矿利用率均达到了较高的水平。充填技术也从早期的低浓度分级尾砂胶结充填向全尾砂高浓度胶结充填，膏体、似膏体，以及废石-全尾砂高浓度管输充填技术等。纵观当前矿山井下充填技术，尾砂与废石依然是矿山充填骨料的主要来源。对于分层充填法开采的矿山，利用尾砂进行胶结充填的工艺和技术已比较成熟，但目前针对矿山废石与全尾砂的充填工艺技术仍然是分而用之，因而绝大多数矿山未能有效利用废石与全尾砂进行充填。

近几年国内专利数据库公开了一些类似的充填采矿方法的技术报道：

【申请号】ZL201610264170X，【名称】无底柱分段胶结充填采矿方法，【公开号】CN105909247A，公开了一种无底柱分段胶结充填采矿方法，它通过采用以分段为回采单元、上下分段交错布置回采进路、分段回采菱形分间、步距为基本回采单元、上向扇形中深孔落矿、多排孔微差爆破、空场条件下出矿、采后及时胶结充填以及采用可循环使用的菱形气垫充填隔墙预留爆破补偿空间及爆破自由面等，但其充填方式未能有效利用废石与全尾砂进行充填。

技术实现要素：

本发明提供一种可大量利用井下废石进行回填，并结合全尾砂胶结分层楔合混合充填的废石与胶结分层楔合充填采矿工艺和结构，解决现有技术工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力相对较低，废石不能进行合理的应用，地表存放麻烦，运输成本高的问题。

本发明废石与胶结分层楔合充填采矿工艺，步骤如下：

步骤1：确定结构参数，将矿块垂直走向布置，矿块高度与中段高度一致，沿着矿体走向方向进行隔一采一的方式推进，在回采过程中不留矿石间柱，当矿体的稳定性较差时，采用混凝土浇灌隔墙，以隔离矿体和充填料。

步骤2：进行采准工作，采准工作主要包括阶段运输平巷、分段平巷及分段出矿平巷、分段和分层联络道、回风充填井、回风平巷、溜井、充填排水井，切割横巷和切割平巷等。

步骤3：进行切采工作，主要为拉底工作，不留底柱，以拉底平巷为自由面扩大到矿房底部全面积，形成拉底空间，并浇灌形成钢筋混凝土假底，以减少矿石损失。

步骤4：回采工作，自下而上按3~4m一个分层进行回采和充填，3个分层为一个分段，矿石稳固性好时采用上向浅孔崩矿，稳定性差时采用水平浅孔崩矿，也可采用低矮式凿岩台车以提高生产凿岩效率，采用一采一充的回采作业，回采空间高度到达7-8m时进行充填作业，采用铲运机出矿，对于矿石稳固性差的矿体开采，当暴露面积大时，应注意采用锚杆或长锚索支护等措施控制地压。

步骤5：采场充填，每一分段的第一分层和第三分层分别采用尾砂胶结充填，中间的第二分层采用废石间隔混合充填，充填料通过回风充填井下料至采场，第二分层的废石充填采用铲运机将废石运至采场。

所述工艺的上向水平分层充填法开采的矿体应为厚大倾斜和倾斜矿体，采用矿块垂直走向布置，回采宽度取8-10m。

所述工艺的废石充填在堆放时形成四菱台形状，底部分别与两侧的矿体、围岩保持0.5m的距离。所形成的废石堆体以40-45︒的自然安息角进行堆放，堆放高度4m，上表面铺平，废石堆体的四周采用尾砂胶结充填，且上表面预留0.4m左右浇面以保证上分层作业。

本发明的废石与胶结分层楔合充填采矿结构，包括回风充填井位于采场回采工作面上方，充填料可通过回风充填井输送到回采工作面，钢筋混凝土假底位于矿房底部，每一段矿体开采，应具有切割平巷和分层联络道分层联络道与每一层采场连接，上下两段采场的分层联络道通过充填排水小井连通，切割平巷和分层联络道汇聚到分段平巷，分段联络道连接分段平巷，溜井自上而下贯穿分段联络道，采准斜坡道与分段联络道尾端串通，采场的最底下分层采用尾砂胶结充填，中间分层开始间隔进行废石堆放混合充填，即胶结充填体和废石堆放混合充填在中间分层中间隔分布，采场最顶上分层为尾砂胶结充填。

尾砂胶结充填层和废石堆放混合充填层具有相同厚度。

本发明适用于矿石品位较高、矿床价值较大或者矿体上下盘围岩中等稳固或稳固性差的矿体开采，尤其是适合上向水平分层充填法开采时应用。

本发明在上行水平分层充填法开采时采用分层楔合混合充填方法，通过利用分段的中间分层进行废石堆存并于上向分层的全尾砂胶结充填进行楔合，在废石堆四周仍采用尾砂胶结充填，并与上下、分层尾砂胶结充填体接触和相连，保证混合充填体强度，阻止矿体或围岩不稳固时垮落造成的贫化，达到井下废石最大化利用，并保证分层胶结充填体强度的目的，实现安全高效开采，大幅度降低充填成本和减少矿山废料向地表的排放，能有效利用矿山井下矿石进行采场的堆存，大大减少废石的地表存放和运输成本，提高废石利用率，并结合全尾砂胶结充填实现对围岩和相邻采场矿体的支撑作用，具有作业安全、充填效率高、成本低的特点。

附图说明

图1是本发明地下矿上向水平分层充填采矿结构的主视图，即沿图2的Ⅰ-Ⅰ剖面。

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖面图。

图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线剖面图。

图4是废石充填堆放的立体示意图。

图中：1-回风充填井；2-回采工作面；3-废石；4-胶结充填体；5-钢筋混凝土假底；6-回风平巷；7-阶段运输平巷；8-分段平巷；9-分层联络道；10-溜井；11-分段联络道；12-采准斜坡道；13-充填排水小井；14-充填排水井；15-矿体；16-切割平巷。

具体实施方式

本发明提出的采矿方案的具体用例是：针对上述类别矿体的开采，阶段高度取40~60m，矿块长度一般取50~60m，当矿体破碎且地压较大时可减少至30~40m。先通过矿体底板的中段运输平巷和斜坡道掘进采区联络道、分段平巷、分段出矿平巷、溜井，然后靠近矿体底板掘进回风充填井与上中段探矿平巷相通。在回采前，在矿块底部掘进切割横巷，沿矿体走向掘进切割平巷，以切割横巷为自由面沿切割平巷进行拉底，随着分层的推进，架设滤水井和埋设有孔的塑料波纹管与充填排水小井相连，并对分段出矿平巷斜道进行挑顶，使之逐渐由重车上坡变为重车下坡。

在完成采准切割工作后，按自下而上的分层回采，采用一采一充的回采作业方式，利用浅孔或低矮式凿岩台车凿岩，铲运机出矿。每一分段的第一分层和第三分层分别采用尾砂胶结充填，中间的第二分层采用废石间隔混合充填。废石充填时向上堆放废石形成四菱台形状。底面废石铺设范围根据采场尺寸设置并与四周保持一定的间距，在废石堆四周仍采用尾砂胶结充填，并与上下、分层尾砂胶结充填体接触和相连，保证混合充填体强度，阻止矿体或围岩不稳固时垮落造成的贫化。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图2是本发明的一种分层楔合混合充填采矿方案图。首先根据矿体的实际厚度和倾角布置矿体的采矿矿段及矿块的结构尺寸，矿块高度取60m，矿房宽10m，矿房长即为矿体厚度，本附图取12m；先通过矿体底板的中段运输平巷7和采准斜坡道12掘进分段联络道11、分段平巷8、分层联络道9、充填排水井14和溜井10。然后靠近矿体底板掘进回风充填井1与上中段平巷相通。在回采前，在矿块底部垂直矿体走向掘进切割平巷16，以切割横巷为自由面沿切割平巷进行拉底。拉底空间形成后，浇灌形成钢筋混凝土假底5，高度6m。自下而上按4m一个分层进行回采和充填，3个分层为一个分段。矿块内设两个回采单元，隔一采一，一个回采单元充填或养护时，另一回采单元可进行正常回采，在每一分段靠近矿体下盘处掘进充填排水小井，断面1m×1m，便于采场充填脱水。

回采工作面2崩落的矿石利用铲运机，通过分层联络道9、分段平巷9运至溜井10进行放矿。新鲜风流由中段运输平巷7、充填排水井14、斜坡道12及分段联络道11进入，经分段平巷8、分层联络道9进入采场，冲刷采场后，污风从回风充填井1排入上中段回风充填平巷道6。为了改善采场工作面通风条件，使用局扇加强通风。

作业循环为一采一充，即回采一个分层后立即充填。第一分层4采用全尾砂胶结充填，水泥砂浆比采用1：8。充填料通过回风充填井1下放至采场，每分层顶部用1:4的水泥砂浆进行浇面0.4m，便于使铲运机能在每分层上正常工作。第二分层采用废石和尾砂混合充填，其中废石利用铲运机堆放至采场，向上堆放废石3形成四菱台形状。底面废石铺设与四周保持0.5m的间距，在废石堆四周仍采用尾砂胶结充填，并与上下、分层尾砂胶结充填体接触和相连。保证每一分段三个分层的中间层为废石与尾砂胶结混合充填层，采场最顶部分层为尾砂胶结充填层以实现接顶。