一种矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法与流程

本发明属于采矿技术领域,具体涉及一种矿在井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法。

背景技术：

目前，矿产资源的消耗量急剧增长，探明的主要矿产严重短缺，存在矿产资源利用率低，矿产开发造成的环境污染问题突出；不仅技术欠缺和工艺水平相对落后，一方面是矿产资源的枯竭，一方面是留下的高品位矿柱无法开采造成浪费，尾矿库大量浪费土地资源。急需找到一种既能利用尾砂，降低尾砂入库，又能节省土地还能回采留下的矿柱的方法。

专利CN 103967493 A公开了一种缓倾斜薄矿体矿柱采矿法，A、将已回采结束的空场房柱法采场顶柱、底柱和间柱之间除间柱侧的上山之外的采空区全部用胶结尾砂充填形成胶结充填体；B、首先实施采空区内的矿柱回采:然后将回采第一排矿柱所掘尾砂及废石运出采场外，回采其他矿柱所掘尾砂及废石回填至相邻上排矿柱回采的采空区内；C、采空区内矿柱全部回采完毕后，一次性充填上山及矿柱的采空区；D、当整个中段采空区的矿柱及间柱全部回采完毕后，留下必要的通风巷道，视安全情况，从中段运输巷道迎头后退回采顶柱和底柱，顶柱和底柱回采采用进路充填采矿法，间阳回采接顶充填。但是该专利采取的方式还存在不合理，效率低的问题，不能在节省土地的条件下，高效回采留下的矿柱。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，需要提供一种在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法，本发明利用了模袋漏水不漏砂的特点，将采矿形成的大量废弃的尾砂灌充模袋，通过灌充、接顶、踩排、密实、固结达到高的荷载能力和整体的稳定性，用形成的模袋墙来支撑矿体，再回采矿柱的方法。

为解决上述问题，本发明提供的一种在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据两个水平矿柱之间的间距、矿体沉降的大小与模袋墙荷载能力的关系，计算模袋墙的压缩量S，具体计算步骤如下：

1)计算相对密度Dγ：

式(1)中，Dγ：相对密度，e_max-：最大孔隙比，e_min：最小孔隙比，e₀：天然孔隙比或尾砂的相对孔隙比；

2)计算压缩量Δs：

式(2)中，Δs：任一水平层Δz尾砂的压缩量，Δz—分层厚度，e₁---自然状态下土的孔隙比，e₂---密实后土体的孔隙比；

3)计算压缩量S：

步骤2，根据步骤1中得出模袋墙的压缩量S，确定尾砂灌充到模袋中的密实度为97％以上；

步骤3，先在两水平矿柱之间的底柱上铺设第一层模袋，使用灌注机将预先设定浓度的尾砂浆按照由内向外的顺序灌充到第一层模袋内，形成向上部斜面抵压完成接触，直到将第一层模袋内灌满，经过30分钟渗水后，进行踩排、密实和固结得到固结的第一层模袋墙；

步骤4，在步骤3中得到的固结第一层模袋墙上铺设第二层模袋，使用灌注机将预先设定浓度的尾砂浆按照由内向外的顺序灌充到第二层模袋内，直到将第二层模袋内灌满，经过35分钟渗水后，进行踩排、密实和固结得到固结的第二层模袋墙；

步骤5，在步骤4中得到的固结第二层模袋墙上铺设第三层模袋，使用灌注机将预先设定浓度的尾砂浆按照由内向外的顺序灌充到第三层模袋内，直到将第三层模袋内灌满，经过40分钟渗水后，进行踩排、密实和固结得到固结的第三层模袋墙；

步骤6，在步骤5中得到的固结第三层模袋墙上起，开始铺设与第四层模袋由下向上一层一层堆起相同的若干层模袋墙，直到矿体顶板后进行接顶，得到模袋墙，形成设定宽度的模袋墙，通过模袋墙与矿体的接顶，整体支撑矿体；

步骤7，重复步骤3-6形成多道条形的模袋墙用来支撑矿体；

步骤8，对模袋墙的充填区域的矿柱进行回采矿柱。

优选的技术方案，所述模袋的宽度为5米，体积范围为8-20m³。

优选的技术方案，所述尾砂浓度范围为50％—60％。

优选的技术方案，所述尾砂浓度范围为50％、55％、58％或60％。

优选的技术方案，所述爆破过程中，尾砂在承受冲击波的作用下有离析现象，在进行模袋充填时加入一定比例的水泥或者固化剂，用来增强尾砂自身的抗压强度。

优选的技术方案，所述模袋的厚度范围为400-500mm。

优选的技术方案，所述模袋的厚度为450mm。

优选的技术方案，所述尾砂中的水泥为硅水泥，含量为5-10％。

优选的技术方案，所述固化剂成分为硅水泥、烧碱和烧碱，其中，硅水泥重量份范围为1-4份，烧碱重量份范围为1-1.5份和石膏1-1.5份。

优选的技术方案，所述固化剂为硅水泥重量份2.5份，烧碱重量份1份和石膏重量份1份。

本发明提供的在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法，与现有技术相比，能取得以下效果：

1、尾砂模袋墙回采矿柱是利用矿产废物尾砂灌充模袋，通过形成自下而上的尾砂模袋墙支撑矿体，能顺利回采预留的高品位矿柱，提供效率；

2、使用的模袋由编织袋、复合编织袋、防老化编织袋、土工织物等材料制成，取材方便，受到的局限性小；

3、利用矿产废物尾砂灌充模袋，利用模袋漏水不漏砂的特点，灌充的模袋具有较高的密实度，密实度较高的尾砂模袋墙能取得理想的压缩表现；

4、模袋的摩擦力大这一特性，层层的叠加，增加了上下模袋之间以及与矿体顶部的良好接触和整体的稳定性。

5、矿产废物尾砂灌充模袋时，模袋隆起与矿体顶部接触紧密，密实的模袋墙荷载能力极大。

附图说明

图1是本发明所述在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法中模袋堆层的结构图；

图2是本发明所述在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法中模袋墙的平面布置图；

图3是图2中A-A的剖视图；

图4是本发明所述在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法中模袋墙的立面布置图；

图5是图4中B-B的剖视图。

附图标记

图中：1—上中段沿脉平巷，2—下中段沿脉平巷，3—出矿底巷，4—采准天井，5—切巷，6—斗口，7—电耙硐室，8—模袋墙，9—临时尾砂池。

具体实施方式

下文参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据两个矿柱之间的间距、矿体沉降的大小与模袋墙荷载能力的关系，计算模袋墙的压缩量S，具体计算步骤如下：

1)计算相对密度Dγ：

式(1)中，Dγ：相对密度，e_max-：最大孔隙比，e_min：最小孔隙比，e₀：天然孔隙比或尾砂的相对孔隙比；

2)计算压缩量Δs：

式(2)中，Δs：任一水平层Δz尾砂的压缩量，Δz—分层厚度，e₁---自然状态下土的孔隙比，e₂---密实后土体的孔隙比；

3)计算压缩量S：

步骤2，根据步骤1中得出模袋墙的压缩量S，确定尾砂灌充到模袋中的密实度为97％以上，按照施工中的密实要求进行指导施工。

步骤3，如图1所示，先在两矿柱之间的底柱上铺设第一层模袋，使用灌注机将预先设定浓度的尾砂浆按照由内向外的顺序灌充到第一层模袋内，形成向上部斜面抵压完成接触，直到将第一层模袋内灌满，经过30分钟渗水后，进行踩排、密实和固结得到固结的第一层模袋墙；

步骤4，在步骤3中得到的固结第一层模袋墙上铺设第二层模袋，使用灌注机将预先设定浓度的尾砂浆按照由内向外的顺序灌充到第二层模袋内，直到将第二层模袋内灌满，经过35分钟渗水后，进行踩排、密实和固结得到固结的第二层模袋墙；

步骤5，在步骤4中得到的固结第二层模袋墙上铺设第三层模袋，使用灌注机将预先设定浓度的尾砂浆按照由内向外的顺序灌充到第三层模袋内，直到将第三层模袋内灌满，经过40分钟渗水后，进行踩排水、密实和固结步骤得到固结的第三层模袋墙；

步骤6，在步骤5中得到的固结第三层模袋墙上起，开始铺设与第四层模袋由下向上一层一层堆起相同的若干层模袋墙，如图1中表示的n层，形成一排接顶效果较好的模袋墙8，形成的设定宽度的模袋墙，整体上支撑矿体；

步骤7，重复步骤3-6形成多道条形的模袋墙用来支撑矿体；

步骤8，对模袋墙的充填区域的矿柱进行回采矿柱。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进行了进一步改进，区别在于，本发明提供的在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法，如图1-5所示，采场矿柱沿矿体倾向平行排列布置，回采阶段，主要用于矿井下的矿柱的回采，在矿井内采下的矿石被运出后，留下了若干个规则排列的矿柱，一般两矿柱水平之间的距离为7米，矿房斜长平均50m，矿柱直径为3米，8-20m³在矿柱上设炮眼用于爆破，炮眼附近设有耙斗，出矿底巷3旁的切巷5，耙斗与出矿底巷3上的斗口6相对设置，切巷5与电耙硐室7相通，其中设有平巷，与底柱相邻的平巷分为上中段沿脉平巷1和下中段沿脉平巷2，顶柱和底柱之间设有采准天井4，相邻矿柱之间是被采空的填空区，填空区内需要用模袋墙8支撑顶柱矿体，模袋墙8的底部设置在底柱矿体上，斗口6的下端与出矿底巷3成45度角，斗口6的上端与出矿底巷3成70度角，一般模袋墙8与出矿底巷3成30度角。本发明提供方法可以一次性充填满模袋矿砂，也可以不充满，等待充填体泄水后，再进行充填，如此循环，直至充填结束。

其中，利用矿产废物尾砂灌充模袋，利用模袋漏水不漏砂的特点，灌充的模袋具有较高的密实度，密实度较高的尾砂模袋墙有较理想的压缩表现，模袋的摩擦力大这一特性，层层的叠加，增加了上、下模袋之间以及与矿体顶部的良好接触和整体的稳定性。矿产废物尾砂灌充模袋时，模袋隆起与矿体顶部接触紧密，密实的模袋墙荷载能力极大。

在对模袋充填区域的矿柱进行试验性回采，矿柱回采以后该区域顶板无明显变化，当再次对变形观测点进行测量分析，观察顶板位移情况，通过对三个变形观测点两次测量数据的分析，除1号观测点有4mm的变形以外(估计为爆破震动影响)其余两个观测点变形都在1mm以内，经过分析是仪器测量精度原因造成的，从数据上分析，矿柱回采以后顶板没有出现位移情况。

但是爆破过程中对模袋造成一定的损坏。为了解决上述问题，所述爆破过程中，尾砂在承受冲击波的作用下有离析现象，在进行模袋充填时加入一定比例的水泥或者固化剂，用来增强尾砂自身的抗压强度。优选的方案是，所述模袋的厚度范围为400-500mm内选择，本实施例中，选择的模袋的厚度为450mm，其中，所述尾砂中添加的水泥为硅酸盐水泥，水泥添加量为5-10％之间，优选的含量为5％、6％、8％或10％。另一种优选方案是，在矿井下使用尾砂模袋墙充填回采矿柱的方法中，选用的固化剂成分为硅水泥、烧碱和烧碱，其中，硅酸盐水泥重量份范围为1-4份，烧碱重量份范围为1-1.5份和石膏1-1.5份。本实施例中优选的固化剂，所述硅水泥重量份为2.5份，烧碱重量份为1份和石膏重量份1份。以达到在使用尾砂模袋墙的回采矿柱方法中，能提高模袋墙的强度。通过形成自下而上的尾砂模袋墙支撑矿体，达到顺利回采预留的高品位矿柱，且能提高安全采矿的目的。

上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。