高危矿柱露天深孔协同回采方法

专利名称:高危矿柱露天深孔协同回采方法
技术领域：
本发明涉及一种高危矿柱露天深孔协同回采方法。
技术背景
针对金属矿山空区条件下的矿柱均需要两个步骤才能完成，第一步处理空区，第 二步回采矿柱。主要有两种方法，一种是首先采用充填物料将空区进行充填处理，然后采用 钻孔爆破法回采矿柱；一种是首先采用爆破法崩落空区顶板处理空区，然后采用爆破法回 采矿柱。第一种方法只要将空区充填处理后可以采用常规的钻孔爆破方法回采，但空区充 填处理的工艺复杂、投资大、成本高，矿柱回采效率低，故一般在具有特殊要求的条件下采 用。第二种方法需要采用爆破方法崩落空区顶板和回采矿柱，由于药包爆炸破碎岩体时，在 药包周围的岩壁上形成强烈的应力波，以爆源为中心在岩体中向外扩展、传播，使药包周围 的岩石压缩、粉碎，产生径向压缩变形和位移。根据爆破破碎岩体的机理，在金属矿山采矿 工程中通常采用深孔、中深孔或浅孔等钻孔爆破方法对矿岩进行爆破，将矿岩破碎成为合 适的工业块度。一般地，在露天金属矿采用下向平行深孔爆破，在地下金属矿采用平行或扇 形或束状深孔、平行或扇形中深孔、平行浅孔等爆破方式。并且往往根据矿岩的可爆性选用 一种炮孔排距、孔距和孔径等爆破参数进行布孔，逐排或多排顺序延时起爆。针对爆破区域 内存在多层地下采空区条件的高危险性矿柱，由于其空区多层相互重叠，空区水平不一，使 得空区与矿柱的三维形态极其复杂，水平矿柱的厚度差别较大，部分水平矿柱的厚度只有 6 10m，因而，采用第二种方法回采难以保证作业安全和爆破效果。采用第二种方法回采 这种高危矿柱时存在两个瓶颈问题一是受复杂三维条件的制约使得爆炸能量与矿岩破碎 能量不匹配，导致爆破效果差；二是对于多层空区条件下的厚度只有6 IOm水平矿柱，当 上部矿柱进行回采爆破时，由于爆破作用的因素，将导致下部水平矿柱受到严重破坏，但又 不垮塌，安全隐患极大，以至于在这种条件下处理下部空区时，不能保障安全作业，经常在 作业时发生垮塌，造成设备破坏和人员伤亡事故。因此，现有的矿柱回采方法与爆破方式难 以满足安全、高效、低成本回采高危矿柱的需要。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能安全高效地对多层空区和多层矿柱进行协同处理 与回采的高危矿柱深孔协同回采方法。
本发明提供的这种高危矿柱露天深孔协同回采方法，是将有层叠关系的水平矿 柱(S1、S2、S3、S4、S5)或者有空间关联关系的垂直矿柱(K1、K2、K3)或者与矿柱有关联关 系的地下采空区(C1、C2、C3、C4、C5)，划为一个协同回采分区；在处理采空区的过程中协同 回采水平矿柱(Si、S2、S3、S4、S5)和垂直矿柱(K1、K2、Κ3)。
所述协同回采分区组成一个爆区，一个爆区实行一次爆破。
上述方法，依次包括如下步骤(1).将有层叠关系的水平矿柱(Si、S2、S3、S4、 S5)或者有空间关联关系的垂直矿柱(ΚΙ、Κ2、Κ3)或者与矿柱有关联关系的地下采空区(Cl、C2、C3、C4、C5)，划为一个协同回采分区；(2).先起爆顶层的水平矿柱(Si、S4)，处理 最上层的采空区(Cl、C4)，形成由地表直通最上层采空区(Cl、C4)的切槽；(3).以切槽和 下层的采空区(C2、C3、C5)为自由面起爆垂直矿柱，对水平矿柱(S2、S3、S5)的端部形成切 割破碎，崩落水平矿柱(S2、S3、S5)，处理相应的采空区(C2、C3、C5) ； (4).铲装运出在处理 采空区过程中爆破的水平矿柱(Si、S2、S3、S4、S5)和垂直矿柱(ΚΙ、K2、K3)形成的崩落矿 石。
所述步骤(3)爆破垂直矿柱(ΚΙ、K2、K3)时先起爆下部药包，对水平矿柱端部形 成切割破碎，崩落水平矿柱(S2、S3、S5)，处理相应的采空区(C2、C3、C5)，再起爆垂直矿柱 (1(1、1(2、1(3)上部药包，协同回采垂直矿柱(1(1、1(2、1(3)。
在所述的回采分区内布置不同孔径的混合深孔，按爆破阻力匹配炸药量，按爆破 阻力与装药量之比值由小到大的顺序逐孔起爆。
所述深孔的装药下段为连续柱状装药，上段为空隙间隔装药。
本发明方法根据地下采空区及其矿柱的空间分布所形成的三维形态特征，以安全 有效处理空区为目标，在采用露天深孔处理地下采空区的同时协同回采矿柱，并且针对多 层空区和多层矿柱进行协同处理与回采，将多层地下空区处理与多层矿柱回采集中在一个 工序安全、高效、协同完成，有效消除6 IOm厚度矿柱的安全隐患；针对矿柱的复杂三维形 态，在回采分区内采用变孔径混合深孔进行协同控制爆破，在复杂三维形态条件下合理匹 配爆破能量，达到所需爆破能量和应供爆破能量的平衡，在最小爆破抵抗线差别较大的多 层空区条件下实现有效的深孔协同爆破，安全、高效、低成本地回采矿柱。


图1是本发明的采场炮孔布置示意图。
图2是本发明不同孔径(孔径Φ310πιπι、Φ250mm、Φ 140mm)的炮孔装药示意图。
具体实施方式
本发明实施时根据地下矿柱与采空区的三维形态特征、露天凿岩设备性能、深孔 爆破工艺，以爆破分区作业安全为原则划分回采分区；以回采分区为单元，在回采分区单 元的露天台阶布置下向平行深孔，并根据地下空区复杂三维空间的爆破自由面和抵抗线变 化，布置不同孔径的混合深孔(孔径Φ 310_、Φ 250mm, Φ 140mm)；按爆破阻力来匹配炸药量 原则实行差别装填炸药；在爆破分区内采用最小爆破阻力比逐孔起爆，实现在复杂三维空 间的矿柱条件下使不同最小爆破抗线、不同深孔孔径和不同的装药形式最佳匹配。
图1所示的水平矿柱S2、S3、S5的垂直厚度为6 10m，当采用爆破法回采矿柱Sl 或Si、S2以后，矿柱S2或S3将会受爆破的影响受到破坏，但又不垮塌，形成严重的安全隐 患，因而将矿柱S1、S2、S3划入一个回采分区；同理将S4、S5划入一个回采分区。图1所示 的垂直矿柱K2的水平厚度较小，当以矿柱S1、S2、S3或S4、S5进行分区回采时，其爆破作用 会对矿柱S4、S5或Si、S2、S3产生影响，带来安全隐患。因此将矿柱Si、S2、S3、S4、S5、K2， 以及ΚΙ、K3划分为一个回采分区。在爆破分区内的A区，矿柱形态规整，采用小于細的最 小抵抗线参数，使炸药均衡分配，选用的炮孔孔径参数为Φ140πιπι，孔网参数为5mX^i，即 孔距5m，排距細，前后排错开呈三角形布置，孔深12 40m。爆破分区内的B区和C区，受到矿柱ΚΙ、K2、K3复杂形态的制约，采用的最小抵抗线参数分别为4 6m和6 8m，选用 的炮孔孔径参数分别为Φ 250mm和Φ 310mm，孔网参数分别为7m X 5m，即孔距7m、排距5m， 以及aiiX6m，即孔距8m、排距6m ；前后排均错开呈三角形布置；孔深均为20 50m。
A区Φ140πιπι的炮孔采用连续柱状装药，孔口采用细岩粉充填，充填高度为3%ι。Β区和C区的Φ250πιπι和Φ310πιπι的深孔实行上、下两段差别装药，下段为连续柱状装药 结构，上部为空隙间隔结构(图2)。Φ310mm深孔的下段连续柱状装药高度为12 20m;中 间采用细岩粉充填，高度为2 :；深孔上部采用空隙间隔装药，每分层装药高度为1. 82. 0m，然后采用空气间隔器进行间隔，间隔高度为0. 5m,上部装药总高度为20 30m ；孔 口采用细岩粉充填，充填高度为6 7m。Φ250πιπι深孔的下段连续柱状装药高度为1220m ；中间采用细岩粉充填，高度为2 :；深孔上部采用空隙间隔装药；每分层装药高度 为1. 5 1. 8m，然后采用空气间隔器进行间隔，间隔高度为0. 5m，上部装药总高度为2030m ；孔口采用细岩粉充填，充填高度为5 6m。本实施方式采用的炸药为多孔粒状铵油炸 药。
炸药装填完以后将导爆索搭接，搭接长度不小于150mm，采用一次爆破。用非电毫 秒雷管+导爆索孔底起爆方式，在爆破区内按最小爆破阻力比原则，延迟一个等量间隔时 间逐孔起爆。炮孔的起爆顺序为破阻力与爆破药量的比值最小的炮孔优先起爆，同孔径炮 孔中最小爆破抵抗线较小的爆孔优先起爆。在复杂三维空间的矿柱条件下，使不同最小爆 破抗线、不同深孔孔径和不同装药量实现最佳匹配。
本实施方式最先起爆水平矿柱Si、S4，也即A区的Φ 140mm炮孔，分别形成由地 表直通地下空区的切槽，安全有效的处理采空区Cl、C4。然后以切割槽和地下空区C2、C3、 C5为自由面分别起爆C区的Φ310mm深孔与B区的Φ250mm深孔。对于Φ310mm深孔与 Φ250mm深孔实行孔内分段起爆，首先起爆Φ310mm深孔与Φ250mm深孔下部对空区矿柱端 部形成切割破碎，崩落水平矿柱S2、S3、S5，安全有效地处理相应的空区C2、C3、C5 ；再起爆 Φ310πιπι深孔与Φ250πιπι深孔上部炸药，有效爆破矿柱Κ1、Κ2、Κ3。在采用爆破法安全有效 处理采空区C1、C2、C3、C4、C5的同时协同回采矿柱C1、C2、C3、C4、C5和K1、Κ2、Κ3。
回采分区采用深孔进行协同控制爆破后，采用6 m 3电铲进行铲装出矿。回采分 区爆破效果好，无悬臂悬拱现象，无安全隐患，爆破块度均勻，大块产出率2. 23% ；回采分区 集中凿岩、集中爆破、集中出矿，作业安全，回采效率高，铲装出矿效率四00 3160t/台班 (表 1)。
权利要求
1.一种高危矿柱露天深孔协同回采方法，其特征是将有层叠关系的水平矿柱(Si、S2、 S3、S4、S5)或者有空间关联关系的垂直矿柱(K1、K2、K3)或者与矿柱有关联关系的地下采 空区(Cl、C2、C3、C4、C5)，划为一个协同回采分区；在处理采空区的过程中协同回采水平矿 柱(Si、S2、S3、S4、S5)和垂直矿柱(ΚΙ、Κ2、Κ3)。
2.根据权利要求
1所述的高危矿柱露天深孔协同回采方法，其特征在于所述协同回采 分区组成一个爆区，一个爆区实行一次爆破。
3.根据权利要求
1或2所述的一种高危矿柱露天深孔协同回采方法，依次包括如下步骤(1).将有层叠关系的水平矿柱(Si、S2、S3、S4、S5)或者有空间关联关系的垂直矿柱 (ΚΙ、Κ2、Κ3)或者与矿柱有关联关系的地下采空区(Cl、C2、C3、C4、C5)，划为一个协同回采 分区；(2).先起爆顶层的水平矿柱(S1、S4)，处理最上层的采空区(C1、C4)，形成由地表直通 最上层采空区(Cl、C4)的切槽；(3).以切槽和下层的采空区(C2、C3、C5)为自由面起爆垂直矿柱，对水平矿柱(S2、S3、 S5)的端部形成切割破碎，崩落水平矿柱(32、53、55)，处理相应的采空区(02丄3工5)；(4).铲装运出在处理采空区过程中爆破的水平矿柱(Si、S2、S3、S4、S5)和垂直矿柱 (K1、K2、K3)形成的崩落矿石。
4.根据权利要求
3所述的高危矿柱露天深孔协同回采方法，其特征在于步骤(3)爆 破垂直矿柱(Kl、Κ2、Κ3)时先起爆下部药包，对水平矿柱端部形成切割破碎，崩落水平矿柱 (S2、S3、S5 )，处理相应的采空区(C2、C3、C5 )，再起爆垂直矿柱(Kl、Κ2、Κ3 )上部药包，协同 回采垂直矿柱(Κ1、Κ2、Κ3)。
5.根据权利要求
4所述的高危矿柱露天深孔协同回采方法，其特征是在所述的一次爆 破的回采分区内布置不同孔径的混合深孔，按爆破阻力匹配炸药量，按爆破阻力与装药量 之比值由小到大的顺序逐孔起爆。
6.根据权利要求
5所述的高危矿柱露天深孔协同回采方法，其特征是所述深孔的装药 下段为连续柱状装药，上段为空隙间隔装药。
专利摘要
本发明公开了一种高危矿柱露天深孔协同回采方法，是将有层叠关系的水平矿柱(S1、S2、S3、S4、S5)或者有空间关联关系的垂直矿柱(K1、K2、K3)或者与矿柱有关联关系的地下采空区(C1、C2、C3、C4、C5)，划为一个协同回采分区；在处理采空区的过程中协同回采水平矿柱(S1、S2、S3、S4、S5)和垂直矿柱(K1、K2、K3)。本发明方法能安全高效地对多层空区和多层矿柱进行协同处理与回采。
文档编号F42D3/04GKCN102080545SQ201010593019
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月17日
发明者周爱民, 宋嘉栋, 林卫星, 高建敏 申请人:洛阳栾川钼业集团股份有限公司, 长沙矿山研究院