一种高分层机械化上向回采方法与流程

本发明涉及矿山开采技术领域，具体涉及一种适用于地下矿山的高分层机械化上向回采方法。

背景技术：

采矿是指从矿块中采出矿石的方法，包括采准、切割和回采等三项工作。回采是从完成采准、切割工作的矿块内采出矿石的过程。回采工艺包括落矿、出矿和地压管理3种作业。

现有的机械化上向分层回采工艺包括凿岩、装药爆破、松石处理、出矿、采场填充等环节。其中，凿岩是对岩体进行钻凿以布置上向炮孔孔网；装药爆破是往炮孔内装药再起爆炮孔孔网；松石处理是指在一个分层采场爆破后，人工进入采场内处理顶板和边帮松石，确保顶板和边帮安全；出矿是将矿石从采场内运送出去；采场填充是在采场分层出矿后用细砂胶结或尾砂胶结充填，充填高度为分层爆破高度，保留一定高度作为下次分层爆破的补偿空间和设备作业空间，待充填体达到强度后方可进行下一分层的回采作业。

现有普通的机械化上向分层回采方法为了控制好采场顶板和边帮，通常需要将回采高度限制在3.6m以下，回采后空高仅在8.5m以下，因此采矿效率比较低，而且每次出矿作业前均需人工进行松石处理，极大地威胁到作业人员的人身安全。

随着矿山整体开采规模的不断增大、以及开采强度和开采深度的不断增加，井下的安全生产条件也越来越差，回采作业面临的安全生产压力也日益增加。特别是对于规模庞大且结构较差的顶、底柱采场来说，现有普通的机械化上向分层回采方法已无法满足矿山生产的需要，因此必须对现有的回采工艺进行改进，才能在完成生产任务的同时实现安全生产。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种高分层机械化上向回采方法，其具有回采高度大、采矿效率高、能有效提高回采作业的安全可靠性的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种高分层机械化上向回采方法，包括钻孔布置、崩矿和出矿的步骤，

所述钻孔布置为：先将采场的中心区域划分为掏槽区，然后将包围掏槽区的区域划分为辅助区，并使掏槽区和辅助区沿采场长度方向的总长度等于采场宽度，再将采场中掏槽区和辅助区以外的区域划分为侧崩区；然后，在掏槽区的中央布置9个孔深不小于5.4m的中心掏槽孔，其中5个中心掏槽孔内装药，其余4个中心掏槽孔为不装药的空孔，再在该9个中心掏槽孔的外围布置组成内、外两圈的多个掏槽孔，并往每个掏槽孔内装药；在辅助区内布置多个辅助孔组成孔网，并往每个辅助孔内装药；在侧崩区内布置多个侧崩孔组成孔网，并往每个侧崩孔内装药；

所述崩矿为：按照掏槽区的中心掏槽孔、掏槽区的掏槽孔、辅助区的辅助孔、侧崩区的侧崩孔的起爆顺序进行爆破落矿。

本发明所述的回采方法通过对采场内的炮孔孔网布置进行合理设计，特别是通过对掏槽区的炮孔孔网参数进行优化，根据爆破需要设置适宜数量的掏槽孔，并布置了不装药的空孔作为爆破时的自由面，综合提高了整个回采过程中岩层的稳定性。经过采场试验，采用该回采方法爆破后矿石块度均匀，采场顶板较为平整，对边帮的保护较好、无明显破坏，故可减少了人工上矿堆进行松石处理这一危险较大的作业程序，实现了高效的机械化生产。再者，所述回采方法将回采高度增加至5.4m以上，使一次性回采后空高超过8.5m，大大提高了采矿效率，且通过加大距离不稳定岩层及充填体的实体回采厚度，可以有效提高整个凿岩过程中的安全可靠性，避免作业人员在破碎岩石、距离上部中段或首层充填体实体厚度较小等情况下凿岩，避免矿岩意外冒落坍塌伤人毁物。

相对于现有普通的机械化上向分层回采方法，本发明的回采方法的采矿效率更高、安全可靠性更高、操作更简单，而且可直接使用现有设备和材料，无需重新购买大型设备，仅需在施工掏槽区时更换钻头，且无需重新对作业人员进行培训，改进成本低。本发明的回采方法尤其适用于结构较差的顶、底柱采场，可将回采高度增加至7.2m，则一次性回采后空高可达到9m～12m，大大提高生产效率。

进一步地，在掏槽区内，所述9个中心掏槽孔按3×3的矩阵排列，并以排距×孔距＝0.2m×0.2m的孔网参数布置，组成内圈的掏槽孔以排距×孔距＝0.6m×0.6m的孔网参数布置，组成外圈的掏槽孔以排距×孔距＝1.0m×1.0m的孔网参数布置。

进一步地，辅助区的孔网沿采场宽度方向和采场长度方向均有布置，孔网参数为孔距×排距＝(1.0m～1.2m)×(1.0m～1.2m)。

进一步地，侧崩区的孔网参数为排距×孔距＝1.4m×1.4m。

进一步地，所述钻孔布置还包括对起爆段位进行以下安排：

将掏槽区内位于最中心位置的中心掏槽孔设为1段炮孔，将距离1段炮孔最近的4个中心掏槽孔设为3段炮孔，将组成内圈的掏槽孔设为5段炮孔，将组成外圈的掏槽孔设为7段炮孔；按距离1段炮孔越远、段位越高的规则，将辅助区内的多个辅助孔分别设为9、11、12段炮孔；按距离1段炮孔越远、段位越高的规则，将侧崩区内的多个侧崩孔分别设为13、14、15、16、17、18、19、20段炮孔；每段炮孔内装入相应段位的雷管，所有雷管均采用毫秒微差导爆管雷管。

掏槽区和辅助区雷管段位跳段，而侧崩区雷管段位不跳段，边孔退后一段起爆，有利提高爆破效果，达到安全准爆的目的。

进一步地，使用凿岩台车对岩体向上钻凿得到所述中心掏槽孔、掏槽孔、辅助孔以及侧崩孔；不装药的中心掏槽孔的孔径为60mm或以上，装药的中心掏槽孔的孔径为51mm，所述掏槽孔的孔径为51mm，所述辅助孔的孔径为51mm，所述侧崩孔的孔径为51mm。

通过采取合理的孔网参数布置、提高凿岩精度以及合理安排起爆段位，有效确保整个回采过程中岩层的稳定性，提高作业的安全可靠性，同时实现高效生产。

进一步地，每个装药的中心掏槽孔的装药系数为0.85，其装有相应段号的双发雷管、两个起爆药包和一条导爆索，并填充有乳化炸药，孔内保留0.8m或以上的高度不装药，孔口填塞有炮泥；其中一个起爆药包位于孔底，另一个起爆药包位于孔中间；该导爆索塞入孔内与该双发雷管连接，其延伸至孔外的部分不与其他炮孔的导爆索相连；

每个掏槽孔的装药系数为0.85，其装有相应段号的双发雷管、两个起爆药包和一条导爆索，并填充有乳化炸药，孔内保留0.8m或以上的高度不装药，孔口填塞有炮泥；其中一个起爆药包位于孔底，另一个起爆药包位于孔中间；该导爆索塞入孔内与该双发雷管连接，其延伸至孔外的部分不与其他炮孔的导爆索相连。

进一步地，每个辅助孔的装药系数为0.85，其装有相应段号的单发雷管、一个起爆药包和一条导爆索，并填充有乳化炸药，孔内保留0.8m或以上的高度不装药，孔口填塞有炮泥；该起爆药包位于孔底；该导爆索塞入孔内与该单发雷管连接，其延伸至孔外的部分与同段炮孔的导爆索相连；

每个侧崩孔的装药系数为0.85，其装有相应段号的单发雷管、一个起爆药包和一条导爆索，并填充有乳化炸药，孔内保留0.8m或以上的高度不装药，孔口填塞有炮泥；该起爆药包位于孔底；该导爆索塞入孔内与该单发雷管连接，其延伸至孔外的部分与同段炮孔的导爆索相连。

掏槽区内所有炮孔装入双发雷管+孔内导爆索，多余的导爆索塞入孔内，孔外同段不相连，而辅助孔和侧崩孔装入单发雷管+孔内导爆索，孔外同段相连，这样设置便于引爆炸药。

进一步地，所述崩矿具体为：按照1、3、5、7、9、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的段位顺序引爆各段雷管以进行爆破落矿。

进一步地，所述出矿采用遥控铲运机实施。

崩矿爆破后作业人员不进入采场，不对采场进行松石处理，结合采用遥控铲运机出矿的方式，有效避免了采后空间较高所造成的安全隐患。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为整个采场的钻孔布置示意图；

图2为掏槽区的钻孔布置示意图；

图3为辅助区和侧崩区的钻孔布置示意图；

图4为掏槽区的雷管段位示意图；

图5为辅助区和侧崩区的雷管段位示意图；

图6为装药的中心掏槽孔的装药结构示意图；

图7为辅助孔的装药结构示意图。

具体实施方式

使用本发明的高分层机械化上向回采方法对一个长40m、宽8.0m、厚6.0m的矿体进行回采，具体包括钻孔布置、崩矿和出矿三个步骤。

(一)钻孔布置

请参阅图1-3，图1为整个采场的钻孔布置示意图，图2为掏槽区的钻孔布置示意图，图3为辅助区和侧崩区的钻孔布置示意图。

首先，将采场的中心区域划分为掏槽区，然后将包围掏槽区的区域划分为辅助区，并使掏槽区和辅助区沿采场长度方向的总长度等于采场宽度8.0m，再将采场中掏槽区和辅助区以外的区域划分为侧崩区。

然后，在掏槽区的中央布置9个孔深不小于5.4m的中心掏槽孔，该9个中心掏槽孔按3×3的矩阵排列，并以排距×孔距＝0.2m×0.2m的孔网参数布置。其中，位于最中心位置的中心掏槽孔以及与其距离最近的4个中心掏槽孔内装药，且孔径均为51mm；其余4个中心掏槽孔为不装药的空孔，用以作为爆破时的自由面，其孔径均为60mm。接着，在该9个中心掏槽孔的外围布置组成内、外两圈的多个孔径为51mm的掏槽孔，并往每个掏槽孔内装药。组成内圈的掏槽孔以排距×孔距＝0.6m×0.6m的孔网参数布置，组成外圈的掏槽孔以排距×孔距＝1.0m×1.0m的孔网参数布置。

在辅助区内布置多个孔径为51mm的辅助孔组成孔网，并往每个辅助孔内装药。辅助区的孔网沿采场宽度方向和采场长度方向均有布置，孔网参数为孔距×排距＝1.2m×1.1m。

在侧崩区内布置多个孔径为51mm的侧崩孔组成孔网，并往每个侧崩孔内装药。侧崩区的孔网参数为排距×孔距＝1.4m×1.4m。

所述中心掏槽孔、掏槽孔、辅助孔和侧崩孔均由凿岩台车对岩体向上钻凿得到的。

同时，请参阅图4和图5，图4为掏槽区和辅助区的雷管段位示意图，图5为侧崩区的雷管段位示意图，对起爆段位进行以下安排：

将掏槽区内位于最中心位置的中心掏槽孔设为1段炮孔，将距离1段炮孔最近的4个中心掏槽孔设为3段炮孔，将组成内圈的掏槽孔设为5段炮孔，将组成外圈的掏槽孔设为7段炮孔。按距离1段炮孔越远、段位越高的规则，将辅助区内的多个辅助孔分别设为9、11、12段炮孔。按距离1段炮孔越远、段位越高的规则，将侧崩区内的多个侧崩孔分别设为13、14、15、16、17、18、19、20段炮孔。每段炮孔内装入相应段位的雷管。所有雷管均采用毫秒微差导爆管雷管。

具体地，请参阅图6，其为装药的中心掏槽孔的装药结构示意图。每个装药的中心掏槽孔的装药系数(装药长度/钻孔深度)为0.85，其装有相应段号的双发雷管31、两个起爆药包32和一条导爆索33，并填充有乳化炸药34，孔内保留0.8m或以上的长度不装药，孔口填塞有炮泥35。其中一个起爆药包32位于孔底，另一个起爆药包32位于孔中间。该导爆索33塞入孔内与该双发雷管31连接，其延伸至孔外的部分不与其他炮孔的导爆索相连。该炮泥35为黏土与水充分混合后制成的条状物，其直径略小于钻孔直径，方便装入孔内。

每个掏槽孔的装药结构与中心掏槽孔的装药结构相同。

具体地，请参阅图7，其为辅助孔的装药结构示意图。每个辅助孔的装药系数(装药长度/钻孔深度)为0.85，其装有相应段号的单发雷管41、一个起爆药包42和一条导爆索43，并填充有乳化炸药44，孔内保留0.8m或以上的长度不装药，孔口填塞有炮泥45。该起爆药包42位于孔底。该导爆索43塞入孔内与该单发雷管41连接，其延伸至孔外的部分通过胶布46与同段炮孔的导爆索43相连。该炮泥45为黏土与水充分混合后制成的条状物，其直径略小于钻孔直径，方便装入孔内。

每个侧崩孔的装药结构与辅助孔的装药结构相同。

(二)崩矿

按照掏槽区的中心掏槽孔、掏槽区的掏槽孔、辅助区的辅助孔、侧崩区的侧崩孔的起爆顺序进行爆破落矿，具体按照1、3、5、7、9、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的段位顺序引爆各段雷管以进行爆破落矿。

(三)出矿

爆破后，采用遥控铲运机实施出矿。

经计算，以一个长40m、宽8.0m、厚6.0m的矿体为例，采用本发明的回采方法可一次性将矿体回收完毕，而现有的采矿方法需要增加薄压、松石等环节增加约1.5个月的工作量及相关材料成本费，因此本发明的回采方法可节省的成本为：

(现有采矿方法成本180元/吨－高分层机械化上向采矿法成本150元/吨)×年采矿石量30.0万吨＝30元/吨×30.0万吨＝900万元。

使用本发明的高分层机械化上向回采方法在凡口铅锌矿sh-550ms3#s采场进行破顶试验，用凿岩台车打眼6.0杆(每杆0.9m)得到孔深为5.4m的中心掏槽孔，回采后空高达到10.4m，爆破后炮效良好，矿堆块度均匀，对两帮破坏较小，边帮及切面平整光滑，相邻采场没有受到破坏，铲矿工作进展顺利。经过多次试验证明，本发明的高分层机械化上向回采方法是一种安全、高效、对后续采矿不会造成安全隐患的采矿方法，对实现长期的安全生产目标具有十分重要的意义。

本发明的社会效益主要体现在以下几个方面：1)降低了作业人员的劳动强度，提供作业的安全保障；2)提高了难采矿体的生产能力，平衡了区域生产协调，从而为难采矿体的可持续高产创造条件；3)降低了采矿成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。