厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统及充填方法与流程

本发明属于矿山领域，具体涉及一种厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统及充填方法。

背景技术：

矿产资源是人类赖以生存的物质基础，是国家安全与经济发展的重要保证。据统计，我国95％以上的能源、80％以上的工业原材料和70％以上的农业生产资料均取自矿产资源。没有矿产资源持续稳定的供给，就没有我国现代经济与社会的发展。然而，在加大矿产资源开发力度的同时，矿山安全和环保面临极大的挑战。地下开采是矿产资源开采的主要方式，矿体通过开采后形成采空区，若不及时进行充填，会导致采空区垮塌，甚至引起地表变形或塌陷，造成建构筑物坍塌，地表形成塌陷坑，威胁人们安全生产生活，破坏生态环境。矿石经选别加工后会形成尾砂废弃物，大量堆存至尾矿库，尾矿库是一个具有高势能的人造“泥石流”潜在危险源，一旦溃坝，其破坏力度将比暴雨洪水泥石流更大，也将给人民生命财产带来更为惨重的灾难。因此，地下矿床开采一般会形成“一废两害”，“一废”即尾砂废弃物，“两害”即采空区垮塌和尾矿库溃塌灾害。

充填采矿法能够将矿山产生的尾砂制备成料浆后充填至采空区，一方面减少或消除地表尾矿堆存，一方面采空区充填后围岩变形移动受到控制，能够有效解决矿山资源开发与安全、环保之间的矛盾。

对于厚大矿体一般采用垂直矿体走向布置的阶段空场嗣后充填两步骤回采方式。由于采场垂直矿体走向布置，因此矿房和矿柱采场长度一般为矿体厚度，小则15m～20m，大则100m～150m。随着充填技术的进步，高浓度充填或膏体充填日益推广应用。由于料浆浓度较高，流动性基本满足管道输送要求，但在采场中的流动距离有限，甚至会由于长距离流动而造成离析、分层。一方面严重影响充填体强度，另一方面容易形成堆积斜坡和大量积水，造成采场接顶效果差，不能为顶板围岩提供有效的支撑控制。目前对于厚大矿体两步骤回采采场，尤其是极厚矿体两步骤回采采场长度长达80m～100m，主要通过矿体上盘的充填巷道向采空区布置一条充填联络道(或作为凿岩硐室回风联络道)，料浆一般只能单点下料，不可避免的会面临以上的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种可实现多点下料、采场接顶效果好的厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统及充填方法。

本发明提供的这种厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统，包括布置在采场下盘围岩中的下盘运输巷道、上盘围岩中的上盘充填巷道，所述采场包括一步骤采场和二步骤采场，一步骤采场两侧为矿体，二步骤采场两侧为充填体，在每个矿体和充填体内均布置有用于连通上盘充填巷道与下盘运输巷道的充填穿脉，各充填穿脉均通过若干充填联络道与采空区连通，在上盘充填巷道、充填穿脉及充填联络道中铺设有依次连通的充填管道，充填穿脉内的充填管道通过分闸阀与上盘充填巷道内的充填管道连通，位于充填联络道内的充填管道与采空区连通，在矿体内的充填联络道中设有一步骤采场充填挡墙，在充填体与矿岩分界线交界处的充填穿脉中设有二步骤采场充填挡墙。

为降低凿岩硐室的掘进工程量，布置于矿体中的充填穿脉位于采场凿岩硐室水平。

为降低凿岩硐室的掘进工程量，布置于充填体中的充填穿脉位于采场凿岩硐室水平。

为降低凿岩硐室的掘进工程量，在二步骤采场上盘围岩中设有凿岩硐室联络道，该凿岩硐室联络道由布置于矿体上盘围岩中的充填穿脉形成。

为满足单点下料料浆流动距离，上下相邻的两充填联络道间的距离为60m～80m。

上盘充填巷道与充填穿脉内的充填管道、充填穿脉与充填联络道内的充填管道均通过三通管连通，分闸阀安装在上盘充填巷道与充填穿脉连通处的三通管上。

在上盘充填巷道内的充填管道上设有若干主闸阀，各主闸阀与充填穿脉一对一布置。

本发明提供的适用于上述厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统的充填方法，其特征在于包括以下步骤：

s1、采准工程

在每个矿体和充填体内完成充填穿脉和充填联络道的挖掘，在上盘充填巷道、充填穿脉和充填联络道中完成充填管道的铺设及分闸阀的安装；

s2、打开分闸阀，料浆依次经上盘充填巷道、充填穿脉和充填联络道内的充填管道流向采空区，进行多点下料充填，多点下料充填包括以下两种方式：

s21、同一充填穿脉至少通过两个充填联络道与采空区连通，先打开采场一侧的分闸阀，料浆从该侧的充填管道流向采空区，每次充填量根据采空区体积大小及充填料浆流量在3000m³～4000m³间进行调整；再打开同一采场另一侧的分闸阀，料浆从两侧的充填管道一起流向采空区，进行轮流多点下料充填；

s22、同时打开同一采场两侧的分闸阀，料浆从两侧的充填管道同步流向采空区，进行环绕式多点下料充填；

s3、构建充填挡墙

s31、当一步骤采场内料浆的充填高度达到充填联络道底板以下0.8m～1m时，关闭该一步骤采场两侧的分闸阀，停止充填，在充填联络道靠近采空区位置构建一步骤采场充填挡墙；

s32、当二步骤采场内料浆的充填高度达到充填联络道底板以下0.8m～1m时，关闭该二步骤采场两侧的分闸阀，停止充填，在充填体边界处的充填穿脉中构建二步骤采场充填挡墙；

s4、重复步骤s2和s3，实现采空区接顶

s41、当s31中的一步骤采场充填挡墙结构稳定后，重复步骤s2和s31，继续对一步骤采场进行多点下料充填，实现一步骤采场采空区接顶；

s42、当s32中的二步骤采场充填挡墙结构稳定后，重复步骤s2和s32，继续对二步骤采场进行多点下料充填，直至二步骤采场和充填穿脉中全部充满料浆，实现二步骤采场采空区接顶。

在步骤s1中，充填体至少养护28天且单轴抗压强度不低于2.0mpa。

本发明通过在采场两侧矿体和已完成养护的充填体中布置充填穿脉和充填联络道，利用至少两个充填联络道对采空区进行充填，实现多点下料；通过构建一步骤采场充填挡墙和二步骤采场充填挡墙，将料浆阻隔在待充填的采场内，实现采空区高效率接顶。本发明能够实现狭长高大采场料浆多点下料，解决采场料浆斜堆平流成型差、离析分层严重、积水排出难、接顶效果差、充填体质量低的难题。

附图说明

图1为本发明中两步骤回采采场充填系统布置平面图。

图2为图1中a-a处剖视结构示意图。

图中示出的标记及所对应的构件名称为：

1、一步骤采场；2、矿体；3、二步骤采场；4、充填体；5、下盘运输巷道；6、上盘充填巷道；7、充填穿脉；8、充填联络道；9、充填管道；10、三通管道；11、控制料浆通往充填穿脉的分闸阀；12、上盘充填巷道主管道闸阀；13、一步骤采场充填挡墙；14、二步骤采场充填挡墙。

具体实施方式

从图1和图2可以看出，本发明这种厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统，包括充填穿脉7、充填联络道8、充填管道9、分闸阀11、一步骤采场充填挡墙13和二步骤采场充填挡墙14，采场包括垂直矿体走向布置的一步骤采场1和二步骤采场3，一步骤采场1两侧为矿体2，二步骤采场3两侧为已完成养护的充填体4，采场下盘围岩中为下盘运输巷道5，采场上盘围岩中为上盘充填巷道6，

充填穿脉7布置在各矿体2和充填体4内，充填穿脉7上端与上盘充填巷道6连通、下端与下盘运输巷道5连通，充填联络道8各矿体2和充填体4内，充填联络道8一端与充填穿脉7连通、一端与采空区连通，充填管道9铺设在上盘充填巷道6、充填穿脉7及充填联络道8中，位于充填联络道8内的充填管道9伸入采空区与采空区内部连通，上盘充填巷道6内的充填管道9通过三通管10与充填穿脉7内的充填管道9连通，充填穿脉7内的充填管道9通过三通管10与充填联络道8内的充填管道9连通，分闸阀11安装在连通上盘充填巷道6与充填穿脉7内充填管道9的三通管10上，一步骤采场充填挡墙13设在矿体2内的充填联络道8中并靠近采空区布置，二步骤采场充填挡墙14设在充填体4与矿岩分界线交界处的充填穿脉7中。

在本发明中，布置于一步骤采场1两侧矿体2中的充填穿脉7位于采场凿岩硐室水平，可作为二步骤采场凿岩硐室采准巷道，掘进铲出矿石为副产矿石。

在本发明中，二步骤采场13上盘围岩中设置的凿岩硐室联络道可直接利用原布置于一步骤采场1两侧矿体2上盘围岩中的充填穿脉7形成，不需增加掘进工程量，新增工程量小。

在本发明中，布置于二步骤采场3两侧已完成养护的充填体4中的充填穿脉7位于原一步骤采场1采场凿岩硐室水平，要求凿岩硐室水平的充填体4至少养护28天且单轴抗压强度不低于2.0mpa。

在本发明中，以满足单点下料料浆流动性，上下相邻两充填联络道8的布置位置和数量根据采场长轴方向长度确定，上下相邻的两充填联络道8间的距离为60m～80m。

在本发明中，在上盘充填巷道6内的充填管道9上设有若干主闸阀12，各主闸阀12与充填穿脉7一对一布置。

结合图1和图2可以看出，本发明这种适用于上述厚大矿体沿垂直方向两步骤回采采场充填系统的充填方法，矿体平均厚度130m，采用垂直矿体走向布置的阶段空场嗣后充填两步骤回采法进行开采，一步骤采场1和二步骤采场3的高度均为60m、宽度为20m、长度为130m，属于狭长型高大采场，一步骤采场1两侧为矿体2，二步骤采场3两侧为已完成养护的充填体4，采场底部为下盘运输巷道5，采场顶部为上盘充填巷道6，包括以下步骤：

s1、采准工程

在一步骤采场1两侧矿体2中，分别布置一条充填穿脉7，在充填穿脉7与一步骤采场1之间的矿体2中布置2条充填联络道8；根据采场长度与料浆流动距离，第一条充填联络道8距离采场上盘端部30m，第二条充填联络道8与第一条充填联络道8相距70m，第二条充填联络道8与采场下盘端部距离约30m；

在二步骤采场3两侧已完成养护的充填体4中，分别布置一条充填穿脉7，在充填穿脉7与二步骤采场3之间布置2条充填联络道8；根据采场长度与料浆流动距离，第一条充填联络道8距离采场上盘端部30m，第二条充填联络道8与第一条充填联络道8相距70m，第二条充填联络道8与采场下盘端部距离约30m；

在上盘充填巷道6、充填穿脉7和充填联络道8中完成充填管道9的铺设及三通管10、分闸阀11、主闸阀12的安装；

s2、打开与待充填采场连通的分闸阀11，料浆依次经上盘充填巷道6、充填穿脉7和充填联络道8内的充填管道9流向采空区，进行多点下料充填，多点下料充填包括以下两种方式：

s21、先打开待充填采场一侧的分闸阀11，料浆从该侧的充填管道9流向采空区，待料浆充填量达到4000m³后，再打开该待充填采场另一侧的分闸阀11，料浆从两侧的充填管道9一起流向采空区，进行轮流多点下料充填；

s22、同时打开待充填采场两侧的分闸阀11，料浆从两侧的充填管道9同步流向采空区，进行环绕式多点下料充填；

s3、构建充填挡墙

s31、当一步骤采场1内料浆的充填高度达到充填联络道底板以下0.8m～1m时，关闭该一步骤采场1两侧的分闸阀11，停止充填，在充填联络道8靠近采空区位置构建一步骤采场充填挡墙13；

s32、当二步骤采场3内料浆的充填高度达到充填联络道底板以下0.8m～1m时，关闭该二步骤采场3两侧的分闸阀11，停止充填，在充填体4边界处的充填穿脉7中构建二步骤采场充填挡墙14；

s4、重复步骤s2和s3，实现采空区接顶

s41、当s31中的一步骤采场充填挡墙13结构稳定后，重复步骤s2和s31，继续对一步骤采场1进行多点下料充填，实现一步骤采场采空区接顶；

s42、当s32中的二步骤采场充填挡墙14结构稳定后，重复步骤s2和s32，继续对二步骤采场3进行多点下料充填，直至二步骤采场3和充填穿脉7中全部充满料浆，实现二步骤采场采空区接顶。

在本发明中，采空区内料浆的充填由充填管道9的远端至近端进行，当远端侧的采空区充填完毕后，关闭远端一侧上盘充填巷道6内的充填管道9上的主闸阀12，使料浆由充填穿脉7和充填联络道8流向待充填的采场。

在本发明步骤s2中，当充填穿脉7与采空区只通过一条充填联络道8连通时，需同时打开待充填采场两侧的分闸阀11，使料浆从两侧的充填管道9同步流向采空区，进行环绕式多点下料充填。