一种地下金属矿山仿生充填开采方法

本发明属于地下金属矿山开采，尤其涉及一种地下金属矿山仿生充填开采方法。

背景技术：

1、我国地下金属矿山普遍存在矿石品位低、复杂难采矿体多、遗留采空区多、产出尾废量大等特点，在国家大力推进大宗固废弃利用的背景下，充填开采已成为地下金属矿山开采的主要趋势。

2、随着地下金属矿山开采数字化、自动化、智能化、连续化的发展，且地下金属矿山逐渐走向深部开采，矿山充填的发展也随之面临一些发展难点：①矿山充填成本居高不下，矿山的充填成本包括胶凝材料成本、人工成本及挡墙成本等可占采矿成本的20％～40％，降低充填成本可显著提高开采效益；②矿山充填工序协同困难，常用的嗣后充填方法针对破碎围岩、复杂矿体、三下开采等特殊矿体的开采存在连续性差、支护作用滞后等问题；③采场内部充填效果和充填体固结作用难以准确的监测，严重影响充填开采的智能化发展。

3、针对上述现有的地下金属矿山存在的问题与挑战，有必要开发出一种地下金属矿山仿生充填开采方法。

技术实现思路

1、为此，本发明的主要目的在于提供一种地下金属矿山仿生充填开采方法，该方法利用气囊快速形成围岩支护，并以气囊为载体将胶结充填料注入囊体内，结合微生物诱导技术辅助充填料固结，并在气囊内部形成以碳酸钙为主要成分的类鸡蛋壳仿生薄壳结构，加强充填体的强度。

2、本发明实施例提供的地下金属矿山仿生充填开采方法，包括布置采场、采准切割、回采与充填，回采方式采用爆破落矿，沿矿体走向将矿块划分为一步骤采场和二步骤采场，先按照一定的回采顺序进行一步骤采场回采，回采完毕后进行胶结充填，形成充填体，然后进行相邻二步骤采场的回采，针对一步骤采场回采后形成的采空区，在采空区中铺设未充气气囊，之后对气囊进行充气，使气囊在采空区中形成支撑，采空区充填时，直接将充填料注入气囊内，在气囊上设有泄压阀，随着充填料的不断注入，气囊内气体通过泄压阀不断排出，并保持气囊内压力稳定，直至充填料完全充满整个气囊，待充填料固结后，以此形成永久性充填体。

3、具体的，在充填料内加入有微生物菌液，微生物菌液与充填料发生矿化反应，在气囊内表面形成仿生碳酸钙层，同时实现充填料的固结在充填料内加入有微生物菌液，微生物菌液与充填料发生矿化反应，在气囊内表面形成仿生碳酸钙层，同时消耗水分实现充填料的固结。

4、具体的，针对二步骤采场回采后形成的采空区，采用与一步骤采场回采后形成的采空区相同的方式进行采空区充填。

5、具体的，采场落矿为扇形中深孔侧向崩矿。

6、具体的，所述充填料采用尾砂胶结料。

7、具体的，所述气囊包括柔性囊体和包覆在所述柔性囊体外的柔性橡胶板。

8、具体的，在凿岩穿脉巷道中钻凿扇形中深孔，对采场中的未采矿体进行侧向挤压崩落，崩落矿石由底部出矿巷道出矿，并从中段运输巷道运出。

9、具体的，所述气囊内还设有压力传感器。

10、与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：

11、1、利用气囊快速布置的特点，特别是针对破碎围岩矿体的开采时，可以对围岩进行快速支护，保护采场作业设备及人员安全，解决大规模开采时嗣后充填支护效果不及时的问题。此外，在满足安全条件下，矿体即可采用中深孔进行回采，加大采场的回采效率。

12、2、直接将充填料浆注入气囊中进行固结，形成永久性充填体，囊式充填能有效的控制充填体用量，可以采用更经济的灰砂比与胶结剂，同时无需设立充填挡墙，施工工艺简单可控，在减少充填成本的同时可以防止矿体开采爆破时充填料与矿石混合造成的贫化。

13、3、将充填料注入气囊内部进行养护，并利用micp(微生物诱导碳酸盐沉淀)技术发生矿化反应消耗水分实现充填料固结，形成永久性充填体，无需额外设立排水设施，充填成本大幅将低。

14、4、加入的微生物菌液会与充填料发生矿化反应，在气囊内部形成强度较高的类鸡蛋壳的仿生碳酸钙层，仿生碳酸钙层包裹住充填体，仿生碳酸钙层+气囊构成护壁结构，不仅可以防止二步骤回采采矿过程中，充填体两侧出现大面积垮塌，影响矿石回收，而且可以加强充填体的强度，减少充填料内水泥等胶凝材料的用量，进一步减少充填作业成本。

15、5、充填体被柔性材料制作的气囊包裹，能够有效吸收后续矿体爆破开采产生的爆破应力波，使得衰减后的应力波不会对充填体造成损伤，有效保证开采的安全性。

技术特征：

1.一种地下金属矿山仿生充填开采方法，包括布置采场、采准切割、回采与充填，回采方式采用爆破落矿，沿矿体(8)走向将矿块划分为一步骤采场和二步骤采场，先按照一定的回采顺序进行一步骤采场回采，回采完毕后进行胶结充填，形成充填体，然后进行相邻二步骤采场的回采，其特征在于：针对一步骤采场回采后形成的采空区，在采空区中铺设未充气气囊(1)，之后对气囊(1)进行充气，使气囊(1)在采空区中形成支撑；

2.根据权利要求1所述的地下金属矿山仿生充填开采方法，其特征在于：采场落矿为扇形中深孔(7)侧向崩矿。

3.根据权利要求1所述的地下金属矿山仿生充填开采方法，其特征在于：所述充填料(2)采用尾砂胶结料浆。

4.根据权利要求1所述的地下金属矿山仿生充填开采方法，其特征在于：所述气囊(1)包括柔性囊体和包覆在所述柔性囊体外的柔性橡胶板。

5.根据权利要求2所述的地下金属矿山仿生充填开采方法，其特征在于：在凿岩穿脉巷道中钻凿扇形中深孔(7)，对采场中的未采矿体(8)进行侧向挤压崩落，崩落矿石由底部出矿巷道(9)出矿，并从中段运输巷道(10)运出。

6.根据权利要求1所述的地下金属矿山仿生充填开采方法，其特征在于：针对二步骤采场回采后形成的采空区，采用与一步骤采场回采后相同的方式进行采空区充填。

7.根据权利要求1所述的地下金属矿山仿生充填开采方法，其特征在于：所述气囊(1)内还设有压力传感器。

技术总结
本发明公开了一种地下金属矿山仿生充填开采方法，针对一步骤采场回采后形成的采空区，在采空区中铺设未充气气囊，之后对气囊进行充气，使气囊在采空区中形成支撑，采空区充填时，直接将充填料注入气囊内，随着充填料的不断注入，气囊内气体通过泄压阀不断排出，并保持气囊内压力稳定，直至充填料完全充满整个气囊，以此形成永久性充填体。该方法利用气囊快速形成围岩支护，并以气囊为载体将胶结充填料注入囊体内，形成永久性充填体，囊式充填能有效的控制充填体用量，可以采用更经济的灰砂比与胶结剂，同时无需设立充填挡墙，在减少充填成本的同时，可以防止矿体开采爆破时充填料与矿石混合造成的贫化。

技术研发人员：周科平,杨承业,周辰奥,徐春,李杰林,林允
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12