專利名稱：一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下采礦方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝。
背景技術(shù)：
地下采礦方法包括采準 、切割和回采三項基本エ序，按地壓維護的方式分為空場米礦法、充填法和崩落米礦法ニ大類?？請霾傻V法在回采過程中，將礦塊劃分為礦房和礦柱，采場主要依靠暫留的礦柱或永久礦柱進行自然支撐，有時輔以人工礦柱支撐，先采礦房，再采礦柱，并及時處理采空區(qū)，適用于開采礦石和圍巖都很穩(wěn)固的礦床，采空區(qū)在一定時間內(nèi)，允許有較大的暴露面積。充填采礦法也是將礦塊劃分為礦房和礦柱，隨著回采工作面的推迸，向采空區(qū)送入充填材料，以進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，并在形成的充填體上或在其保護下進行回采。適用于開采圍巖不穩(wěn)固的稀缺貴重礦石、地表不允許陷落的礦體。充填法的優(yōu)點是適應(yīng)性強，礦石貧化率低，回采率高，作業(yè)較安全，能利用エ業(yè)廢料，保護地表等；缺點是エ藝復雜，成本高，勞動生產(chǎn)率和礦塊生產(chǎn)能力都較低?？請霾傻V法和充填采礦法都分成礦房和礦柱分別進行回采，礦房回采損失貧化比較小，但礦柱的回采相當困難，損失貧化比較大，另外エ藝復雜，礦山生產(chǎn)能力都很低。崩落采礦法是用崩落圍巖充填采空區(qū)來控制和管理地壓的采礦方法，大量放礦的端部放礦崩落法，由于具有結(jié)構(gòu)和エ藝簡單、開采強度大、效率高、機械化程度高、安全、采礦成本相對較低等優(yōu)點，在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。大量放礦的端部放礦崩落法主要有分段崩落法、階段崩落法兩類。分段崩落法是將礦體劃分為若干階段，再將階段用回采巷道劃分為若干分段，由上向下逐個分段進行回采，分段崩落法根據(jù)出礦方式分為有底柱分段崩落法和無底柱分段崩落法，有底柱分段崩落法底部設(shè)有底部結(jié)構(gòu)，主要在有色金屬礦山使用；無底柱分段崩落法分段下部不設(shè)出礦的底部結(jié)構(gòu)，不留任何礦柱，分段的鑿巖、崩礦和出礦等工作均在回采巷道中進行，安全可靠，上下分段進路在空間上呈菱形交錯布置，從回采巷道一端開始按一個較小的崩礦步距在覆蓋巖層下進行爆破和放礦等回采工作，直到回采到另一端邊界為止，在冶金礦山特別是鐵礦山地下開采中，該采礦法占絕對優(yōu)勢。階段崩落法的基本特征是回采高度等于階段全高。階段崩落法實際應(yīng)用方案比較多，目前國內(nèi)外只有有底柱階段崩落法方案，其中端部出礦的有底柱階段崩落法有一定的優(yōu)勢，是整個階段端壁處于同一垂直位置，呈直立狀態(tài)，在端部進行回采，一次回采階段全高ー個崩礦步距，在階段底部布置底部結(jié)構(gòu)進行出礦，礦塊生產(chǎn)能力大，勞動生產(chǎn)率高，主要在有色金屬礦山使用。目前雖然沒有無底柱階段崩落法方案的提法，但無底柱階段崩落法與“高端壁無底柱分段崩落法”方案有相近的地方，高端壁無底柱分段崩落法是將幾個分段(通常2-3個分段)作為ー組，其端壁在同一垂直位置呈直立狀態(tài)，形成高端壁，一次回采這幾個分段一個崩礦步距。專利(申請?zhí)?01110232079. 7)“一種帶鋼混結(jié)構(gòu)人工假頂?shù)奶糸苁綗o底柱階段崩落采礦法”與專利(申請?zhí)?01110232064. O) “ー種挑檐式結(jié)構(gòu)的無底柱階段崩落采礦法”都涉及ー種無底柱挑檐端壁階段崩落采礦法，是將礦體劃分為階段，在階段里再劃分為分段，上下分段回采巷道呈菱形交錯布置，在回采巷道內(nèi)進行回采工作，階段內(nèi)各分段一直保持一種下分段超前其上分段ー個挑檐距離的挑檐結(jié)構(gòu)，以階段為單位，回采高度等于階段全高，階段內(nèi)各分段按由上而下的順序依次爆破ー個崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道出礦 。然而，端部出礦的崩落法存在兩大弊病1)損失貧化問題。由于端部放礦是在覆蓋巖層下放礦，剛開始放出的是純礦石，很快地頂部廢石降落，形成廢石漏斗，廢石提前混入并放出。目前國內(nèi)外廣泛采用截止品位放礦，當放出礦石品位低于截止品位，即停止放礦，未放出的殘留礦石一部分在下分段放出，另一部分則損失在地下，礦石損失貧化大是其最大的缺陷，一般貧化率為20-25%，高的達42. 9%，回采率一般為55-70% ;2)地表塌陷問題。隨著回采不斷進行，上部礦體采空，覆蓋巖不斷下移，采場上部形成采空區(qū)，容易使地表塌陷。覆蓋巖層下端部放礦崩落采礦法礦石損失貧化大和地表塌陷一直是困擾采礦界的難題。覆蓋層下端部放礦礦石損失貧化大的主要原因是由于覆蓋層下礦巖直接接觸的放礦方式引起的。如果能控制廢石的流動，將從根本上解決端部放礦崩落采礦法的礦石損失貧化問題，并極大地提高礦石回采率。崩落采礦法覆蓋巖層長期存在于采場，隨著回采的進行，礦巖不斷流動的磨蝕作用及頻繁的爆破擠壓作用，覆蓋巖中含有大量的小塊和粉末。大量的實、試驗表明端部放礦過程中，小塊和粉末礦巖能穿越大塊空隙提前到達出礦ロ，其流動速度比大塊礦巖快。在放礦截止吋，出礦ロ周圍的覆蓋巖石塊度分布特點為離放礦ロ越近，粉巖和碎石越多。根據(jù)粉體工程知識，當含粉末碎石遇水，粘結(jié)性很容易變大，影響其流動性。然而，對于ー些新建礦山，或者由于覆蓋巖石性質(zhì)不同，覆蓋巖不容易磨蝕或碎裂，覆蓋巖中碎石和粉末含量比較少，采用水或膠都難以使覆蓋巖粘結(jié)，覆蓋巖的流動性難以改變，需要人為增加粉末、碎石的含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對端部放礦崩落法礦石損失貧化大和地表塌陷的兩大難題，提出在頂部采空區(qū)充入尾砂碎石、分段注入ー種起粘結(jié)作用的液態(tài)介質(zhì)改變覆蓋巖流動性的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯方式布置回采進路，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道內(nèi)完成，在回采巷道內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔，在覆蓋巖層下進行回退式回采，當階段內(nèi)各分段回采到端壁處于ー種下分段超前其上分段一個挑檐距離的位置時，回采以階段為單位，整個階段各分段同次崩落ー個崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道端部進行出礦，其特征在于在回采過程中采用注漿的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過程中形成的頂部采空區(qū)，所述的在回采過程中采用注漿的方法控制放礦，是在放礦結(jié)束后，在除最下分段巷道外的回采巷道端部的兩側(cè)和前部，將注漿管深入到放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石中，將ー種液態(tài)介質(zhì)注入并均勻滲透到回采巷道放礦ロ和端壁周圍的覆蓋巖石中，靜置1-3天，通過回采巷道兩側(cè)的排水溝，將覆蓋巖中多余水分排掉，再進行下一崩礦步距的爆破、放礦回采工作；所述的采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過程中形成的頂部采空區(qū)，是在地表沿礦體走向布置若干充填井，通過充填井在采場采空區(qū)頂部充入尾砂與碎石，充滿采空區(qū)， 本發(fā)明所述頂部充填的尾砂與碎石的重量配比為尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%ο
本發(fā)明所述的液態(tài)介質(zhì)為水、液態(tài)膠結(jié)材料或尾砂漿
本發(fā)明所述的液態(tài)膠結(jié)材料，為單液注漿用的水玻璃溶液、粘土漿或雙液注漿用的水玻璃與氯化鈣溶液。本發(fā)明所述的粘土漿為粘土與水配成濃度為10-50%的粘土漿。本發(fā)明所述的尾砂漿為選礦尾砂與水配成濃度為10-50%的尾砂漿。本發(fā)明的優(yōu)點
I)頂部采空區(qū)注入尾砂碎石，起到充填和利用エ業(yè)廢料的作用，防止地表塌陷，對環(huán)保有益。并可增加覆蓋巖中粉末、碎石含量，有益于分段注水控制覆蓋巖的流動性。2)分段注入液態(tài)介質(zhì)，降低覆蓋巖流動性，而新崩礦石較干，流行性好，實現(xiàn)礦石容易放出而廢石不容易放出，解決了端部放礦崩落法損失貧化大的問題。3)回采率預(yù)計回采率能達到80-92%，貧化率達到2_5%，經(jīng)濟效益明顯；
4 )挑檐結(jié)構(gòu)由于下分段超前上分段ー個挑檐距離，注漿管插入深度淺，注漿比較方便。


圖I為菱形布置回采巷道示意圖。圖2為階段各分段端壁處于ー種挑檐狀態(tài)時的示意圖。圖3為采用注漿設(shè)備將注漿管深入回采巷道兩側(cè)和前部的覆蓋巖石中注漿示意圖。圖4為注漿將覆蓋巖粘結(jié)后進行下一個崩礦步距回采時礦石崩落情況示意圖。圖5為在回米巷道兩側(cè)和前部覆蓋巖石中多處插入注衆(zhòng)管注衆(zhòng)不意 圖6為階段各分段注漿范圍示意圖。圖7為在采空區(qū)頂部充填尾砂碎石方法示意圖。圖中1為回采巷道,2-1為崩落法覆蓋巖石,2-2充填的尾砂碎石覆蓋層,3為姆條進路礦體崩落范圍線，4為礦體,5為上向扇形中深孔,6為注衆(zhòng)管,7為注衆(zhòng)的衆(zhòng)流,8為注水靜置后濕的粘結(jié)覆蓋巖石，9為新崩落較干的礦石，10為階段各分段注漿滲透范圍線，11為充填井，12為地表，13為充填的尾砂碎石流。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進ー步說明本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖f 7所示，本發(fā)明的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯方式布置回采進路1，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道I內(nèi)完成，圖I中2-1為覆蓋巖石，3為每條進路礦體崩落范圍線，在回采巷道I內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔5，在覆蓋巖層2-1下進行回退式回采，當階段內(nèi)各分段回采到端壁處于ー種下分段超前其上分段一個挑檐距離的位置時，回采以階段為單位，整個階段各分段同次崩落ー個崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道I端部出礦。圖2中的4為礦體，其特征在于在回采過程中采用注漿的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過程中形成的頂部采空區(qū)，所述的在回采過程中采用注漿的方法控制放礦，是在放礦結(jié)束后，在該組除最下分段巷道外的各分段回采巷道I端部的兩側(cè)和前部，采用注漿設(shè)備將注漿管6深入回采巷道覆蓋巖2-1中，將ー種液態(tài)介質(zhì)注入并均勻滲透到回采巷道I放礦ロ和端壁周圍的覆蓋巖石2-1中，由 于覆蓋巖中塊度不均，放礦結(jié)束后回采巷道I放礦口和端壁周圍的覆蓋巖2中含有大量粉巖和碎石，這些粉巖和碎石在液態(tài)介質(zhì)的作用下，填充到覆蓋巖2空隙中并粘結(jié)覆蓋巖，圖
3、5中7為注漿的漿流，圖6中10為階段各分段注漿滲透范圍線，經(jīng)過1-3天的靜置，通過回采巷道I兩側(cè)的排水溝，將覆蓋巖2-1中多余水分排掉，使放礦ロ周圍的覆蓋巖石較穩(wěn)定地粘結(jié)，流動性很差，一般情況下，覆蓋巖穩(wěn)定粘結(jié)時最佳含液量為8-20%。再進行下ー崩礦步距的爆破、放礦回采工作，下一崩礦步距的爆破后，由于爆破的作用，再將較穩(wěn)定的潮濕覆蓋巖8壓實，使其更加穩(wěn)定，形成一道“擋土墻”；另外，由于新崩落的礦石9比較干，流動性好，這樣造成覆蓋巖8與新崩落的礦石9的流動性明顯不同，在放礦時，礦石9流動快，而巖石8流動慢，可以大幅度減少放礦過程中廢石的混入，提高純礦石的放出。為了防止和減少周圍潮濕覆蓋巖8中的水份滲入新崩礦石9中，要盡快進行放礦工作；所述的采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過程中形成的頂部采空區(qū)，是在地表12沿礦體走向布置若干充填井11，通過充填井11在米場米空區(qū)頂部充入尾砂與碎石，充滿米空區(qū)，充填物中碎石主要是起到改善流動性防止尾砂板結(jié)、增強充填強度的作用，以免堵塞充填井影響以后的充填作業(yè)。所述尾砂與碎石的重量配比為尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。圖7中的
2-2上部采空區(qū)充填的尾砂碎石覆蓋層，13充填的尾砂碎石流。充填井按采礦充填井規(guī)范布置，一般每隔30-50m布置ー個，充填井直徑I. 8^2. 0m。頂部充填尾砂碎石作業(yè)可以隨采隨充填，由于地表沉陷是相當慢的過程，因此，也可按月、季、年集中充填采空區(qū)。本發(fā)明所述的液態(tài)介質(zhì)為ー種注入覆蓋巖中起粘結(jié)作用、降低覆蓋巖流動性但不會使覆蓋巖整體固結(jié)的液態(tài)介質(zhì)，為水、液態(tài)膠結(jié)材料或尾砂漿。當覆蓋巖中粉末含量比較大時，可以直接注入成本低廉的水，為了增強粘結(jié)強度，也可以注入液態(tài)膠結(jié)材料；當覆蓋巖中粉末含量比較少時，如一些新建礦山礦山，或者由于覆蓋巖石性質(zhì)不同，覆蓋巖不容易磨蝕或碎裂，覆蓋巖中碎石和粉末含量比較少時，采用水或膠都難以使覆蓋巖粘結(jié)，覆蓋巖的流動性難以改變，需要人為增加覆蓋巖中粉末的含量，可以采用尾砂漿。本發(fā)明所述的液態(tài)膠結(jié)材料，為單液注漿用的水玻璃溶液、粘土漿或雙液注漿用的水玻璃與氯化鈣溶液。水玻璃溶液為水玻璃與水配成濃度為10-50%的溶液；粘土漿為粘土與水配成濃度為10-50%的粘土漿；雙液注漿用的水玻璃與氯化鈣溶液，雙液注漿時，可采用雙液注漿機，將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入，兩種溶液的體積用量應(yīng)相當，水玻璃濃度為20%時，氯化鈣的濃度以1(Γ15%為宜，兩種溶液反應(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用。本發(fā)明所述的尾砂漿為選礦尾砂與水配成濃度為10-50%的尾砂漿，為了提高漿液的粘結(jié)力，也可以在尾砂漿中添加水玻璃溶液，配成含10-50%尾砂、30%水、10-20%水玻璃的尾砂漿。由于注入了尾砂，具有處理工業(yè)廢料的作用，對環(huán)保有益。本發(fā)明不僅限于上述液態(tài)介質(zhì)，但一般不能使用使覆蓋巖整體固結(jié)的水泥材料。本發(fā)明頂部采空區(qū)注入尾砂碎石，起到充填作用，有效地防止地表塌陷；且頂部注入的尾砂隨著覆蓋巖的流動不斷滲入覆蓋巖，并到達放出ロ附近，起到補充粉末含量的作用，通過分段注漿，將待崩礦體周圍的覆蓋巖粘結(jié)起來，降低覆蓋巖流動性，實現(xiàn)礦石容易放出而廢石不容易放出，解決了端部放礦崩落法損失貧化大的問題；回采率預(yù)計回采率能 達到80-92%，貧化率達到2-5%，經(jīng)濟效益明顯。本發(fā)明屬大量放礦崩落采礦法，適用性強，對于采場水量小的礦山，可以取代目前使用的空場法、充填法和崩落法地下開采方法。
權(quán)利要求
1.一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，包括將礦體劃分為階段，在階段里按菱形交錯方式布置回采進路，將階段劃分為分段，鑿巖、爆破與出礦都在回采巷道內(nèi)完成，在回采巷道內(nèi)采用預(yù)先集中鑿巖方式布置上向扇形中深孔，在覆蓋巖層下進行回退式回采，當階段內(nèi)各分段回采到端壁處于ー種下分段超前其上分段一個挑檐距離的位置時，回采以階段為單位，整個階段各分段同次崩落ー個崩礦步距，再按由上而下的順序依次在各分段回采巷道端部進行出礦，其特征在于在回采過程中采用注漿的方法控制放礦，采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過程中形成的頂部采空區(qū)，所述的在回采過程中采用注漿的方法控制放礦，是在放礦結(jié)束后，在除最下分段巷道外的回采巷道端部的兩側(cè)和前部，將注漿管深入到放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石中，將ー種液態(tài)介質(zhì)注入并均勻滲透到回采巷道放礦ロ和端壁周圍的覆蓋巖石中，靜置1-3天，通過回采巷道兩側(cè)的排水溝，將覆蓋巖中多余水分排掉，再進行下一崩礦步距的爆破、放礦回采工作；所述的采用頂部充填尾砂碎石的方法處理回采過程中形成的頂部采空區(qū)，是在地表沿礦體走向布置若干充填井，通過充填井在采場采空區(qū)頂部充入尾砂與碎石，充滿采空區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，其特征在于所述頂部充填尾的尾砂與碎石的重量配比為尾砂40-70%，碎石20-70%，水0-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，其特征在于所述的液態(tài)介質(zhì)為水、液態(tài)膠結(jié)材料或尾砂漿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，其特征在于所述的液態(tài)膠結(jié)材料，為單液注漿用的水玻璃溶液、粘土漿或雙液注漿用的水玻璃與氯化鈣溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，其特征在于所述的粘土漿為粘土與水配成濃度為10-50%的粘土漿。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采エ藝，其特征在于所述的尾砂漿為選礦尾砂與水配成濃度為10-50%的尾砂漿。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的無底柱挑檐端壁階段崩落法控制礦巖流動性的放礦エ藝，其特征在于所述的雙液注漿為水玻璃與氯化鈣溶液配成濃度10-50%的溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頂部充填的無底柱挑檐端壁階段崩落法開采工藝，在一種無底柱挑檐端壁階段崩落法中，其特征在于1)放礦結(jié)束后，除最下分段巷道外的回采巷道端部兩側(cè)和前部，采用注漿設(shè)備將注漿管深入覆蓋巖石中，將一種液態(tài)介質(zhì)注入并滲透到放礦口和端壁周圍的覆蓋巖石中，靜置1-3天，排掉覆蓋巖中多余水分，再進行下一崩礦步距的爆破、回采工作；2)采空區(qū)頂部充入尾砂碎石，起到充填作用，防止地表塌陷。與目前使用的地下開采方法相比，本發(fā)明解決了崩落法損失貧化大和地表沉陷的問題，損失貧化指標比空場法和充填法還低，更具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)能力大和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點。
文檔編號E21C41/16GK102619514SQ20121012592
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者邵安林 申請人:鞍鋼集團礦業(yè)公司