CN201210125925-一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺-审定授权.pdf

10授权公告号 CN 102619515 B 45授权公告日 2014.01.08 CN 102619515 B 21申请号 201210125925.X 22申请日 2012.04.26 E21C 41/162006.01 73专利权人 鞍钢集团矿业公司 地址 114001 辽宁省鞍山市铁东区二一九路 39 号 72发明人 邵安林 74专利代理机构 鞍山贝尔专利代理有限公司 21223 代理人 孔金满 CN 101392652 A,2009.03.25, CN 102261248 A,2011.11.30, CN 1693662 A,2005.11.09, RU 2208162 C1,2003.07.10, CN 101737050 A,2010.06.16, CN 1470740 A,2004.01.28, 明世祥等 . 无底柱分段崩落采矿法在武钢地 下铁矿中的应用实践 . 黄金 .2005, 第 26 卷 第 6 期 , 第 29-32 页 . 54 发明名称 一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开 采工艺 57 摘要 本发明涉及一种顶部充填的高端壁无底柱分 段崩落法开采工艺， 在高端壁无底柱分段崩落法 中， 其特征在于 1） 放矿结束后， 除最下分段巷道 外的该组各分段回采巷道端部两侧和前部， 采用 注浆设备将注浆管深入覆盖岩石中， 将一种液态 介质注入并渗透到放矿口和端壁周围的覆盖岩石 中， 静置 1-3 天， 排掉覆盖岩中多余水分， 再进行 下一崩矿步距的爆破、 回采工作 ； 2） 采空区顶部 充入尾砂碎石， 起到充填作用， 防止地表塌陷。本 发明解决了崩落法损失贫化大和地表沉陷的问 题， 损失贫化小， 更具有结构简单、 生产能力大和 生产效率高的优点， 由于顶部充入尾砂碎石， 起到 利用工业废料的作用， 对环保有益。 51Int.Cl. 56对比文件 审查员 田英楠 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 19中华人民共和国国家知识产权局 12发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 10授权公告号 CN 102619515 B CN 102619515 B 1/1 页 2 1. 一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 包括将矿体划分为阶段， 在阶 段里按菱形交错方式布置回采巷道， 将阶段划分为分段， 凿岩、 爆破与出矿都在回采巷道内 完成， 在回采巷道内采用预先集中凿岩方式布置上向扇形中深孔， 在覆盖岩层下进行回退 式回采， 将两个以上分段作为一组使其端壁在同一垂直位置呈直立状态， 即高端壁， 一次崩 落这几个分段一个崩矿步距， 再进行出矿， 按由上而下的顺序依次在这组各分段放矿或在 这组分段的最底分段集中放矿， 其特征在于在回采过程中采用注浆的方法控制放矿， 采用 顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区， 所述的在回采过程中采用注浆的方法控制放矿， 是在放矿结束后， 在除最下分段巷道 外的该组各分段回采巷道端部的两侧和前部， 采用将注浆管深入到放矿口和端壁周围的覆 盖岩石中， 将一种液态介质注入并均匀渗透到回采巷道放矿口和端壁周围的覆盖岩石中， 静置 1-3 天， 通过回采巷道两侧的排水沟， 将覆盖岩中多余水分排掉， 再进行下一崩矿步距 的爆破、 放矿回采工作 ； 所述的采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部 采空区， 是在地表沿矿体走向布置若干充填井， 通过充填井在采场采空区顶部充入尾砂与 碎石， 充满采空区。 2. 根据权利要求 1 的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 其特征在于 所述的液态介质为水、 液态胶结材料或尾砂浆。 3. 根据权利要求 2 的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 其特征在于 所述的液态胶结材料， 为单液注浆用的水玻璃溶液、 粘土浆或双液注浆用的水玻璃与氯化 钙溶液。 4. 根据权利要求 3 的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 其特征在于 所述的粘土浆为粘土与水配成浓度为 10-50 的粘土浆。 5. 根据权利要求 2 的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 其特征在于 所述的尾砂浆为选矿尾砂与水配成浓度为 10-50 的尾砂浆。 6. 根据权利要求 3 的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 其特征在于 所述的双液注浆为水玻璃与氯化钙溶液配成浓度 10-50 的溶液。 权 利 要 求 书 CN 102619515 B 2 1/4 页 3 一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺 技术领域 [0001] 本发明属于地下采矿方法技术领域， 尤其涉及一种顶部充填的高端壁无底柱分段 崩落法开采工艺。 背景技术 [0002] 地下采矿方法包括采准、 切割和回采三项基本工序， 按地压维护的方式分为空场 采矿法、 充填法和崩落采矿法三大类。 [0003] 空场采矿法在回采过程中， 将矿块划分为矿房和矿柱， 采场主要依靠暂留的矿柱 或永久矿柱进行自然支撑， 有时辅以人工矿柱支撑， 先采矿房， 再采矿柱， 并及时处理采空 区， 适用于开采矿石和围岩都很稳固的矿床 , 采空区在一定时间内， 允许有较大的暴露面 积。 [0004] 充填采矿法也是将矿块划分为矿房和矿柱， 随着回采工作面的推进， 向采空区送 入充填材料， 以进行地压管理、 控制围岩崩落和地表移动， 并在形成的充填体上或在其保护 下进行回采。适用于开采围岩不稳固的稀缺贵重矿石、 地表不允许陷落的矿体。充填法的 优点是适应性强， 矿石贫化率低， 回采率高， 作业较安全， 能利用工业废料， 保护地表等 ； 缺 点是工艺复杂， 成本高， 劳动生产率和矿块生产能力都较低。 [0005] 空场采矿法和充填采矿法都分成矿房和矿柱分别进行回采， 矿房回采损失贫化比 较小， 但矿柱的回采相当困难， 损失贫化比较大， 另外工艺复杂， 矿山生产能力都很低。 [0006] 崩落采矿法是用崩落围岩充填采空区来控制和管理地压的采矿方法， 大量放矿的 端部放矿崩落法， 由于具有结构和工艺简单、 开采强度大、 效率高、 机械化程度高、 安全、 采 矿成本相对较低等优点， 在世界范围内得到广泛的应用。大量放矿的端部放矿崩落法主要 有分段崩落法、 阶段崩落法两类。 [0007] 分段崩落法是将矿体划分为若干阶段， 再将阶段用回采巷道划分为若干分段， 由 上向下逐个分段进行回采， 分段崩落法根据出矿方式分为有底柱分段崩落法和无底柱分段 崩落法， 有底柱分段崩落法底部设有底部结构， 主要在有色金属矿山使用 ； 无底柱分段崩 落法分段下部不设出矿的底部结构， 不留任何矿柱， 分段的凿岩、 崩矿和出矿等工作均在回 采巷道中进行， 安全可靠， 上下分段进路在空间上呈菱形交错布置， 从回采巷道一端开始按 一个较小的崩矿步距在覆盖岩层下进行爆破和放矿等回采工作， 直到回采到另一端边界为 止， 在冶金矿山特别是铁矿山地下开采中， 该采矿法占绝对优势。目前， 有一种高端壁无底 柱分段崩落法， 是将几个分段 （通常2-3个分段） 作为一组， 其端壁在同一垂直位置呈直立状 态， 形成高端壁， 一次回采这几个分段一个崩矿步距， 出矿方式有在这组分段各分段回采巷 道出矿和在这组分段最底分段集中出矿两种。 [0008] 端部出矿的崩落法存在两大弊病 1） 损失贫化问题。由于端部放矿是在覆盖岩层 下放矿， 刚开始放出的是纯矿石， 很快地顶部废石降落， 形成废石漏斗， 废石提前混入并放 出。目前国内外广泛采用截止品位放矿， 当放出矿石品位低于截止品位， 即停止放矿， 未放 出的残留矿石一部分在下分段放出， 另一部分则损失在地下， 矿石损失贫化大是其最大的 说 明 书 CN 102619515 B 3 2/4 页 4 缺陷， 一般贫化率为 20-25， 高的达 42.9， 回采率一般为 55-70 ； 2） 地表塌陷问题。随着 回采不断进行， 上部矿体采空， 覆盖岩不断下移， 采场上部形成采空区， 容易使地表塌陷。 [0009] 覆盖岩层下端部放矿崩落采矿法矿石损失贫化大和地表塌陷一直是困扰采矿界 的难题。 [0010] 覆盖层下端部放矿矿石损失贫化大的主要原因是由于覆盖层下矿岩直接接触的 放矿方式引起的。如果能控制废石的流动， 将从根本上解决端部放矿崩落采矿法的矿石损 失贫化问题， 并极大地提高矿石回采率。 [0011] 崩落采矿法覆盖岩层长期存在于采场， 随着回采的进行， 矿岩不断流动的磨蚀作 用及频繁的爆破挤压作用， 覆盖岩中含有大量的小块和粉末。 [0012] 大量的实、 试验表明 端部放矿过程中， 小块和粉末矿岩能穿越大块空隙提前到达 出矿口， 其流动速度比大块矿岩快。在放矿截止时， 出矿口周围的覆盖岩石块度分布特点 为 离放矿口越近， 粉岩和碎石越多。 [0013] 根据粉体工程知识， 当含粉末、 碎石遇水， 粘结性很容易变大， 影响其流动性。 [0014] 然而， 对于一些新建矿山， 或者由于覆盖岩石性质不同， 覆盖岩不容易磨蚀或碎 裂， 覆盖岩中碎石和粉末含量比较少， 采用水或胶都难以使覆盖岩粘结， 覆盖岩的流动性难 以改变， 需要人为增加粉末、 碎石的含量。 发明内容 [0015] 本发明的目的是针对端部放矿崩落法矿石损失贫化大和地表塌陷的两大难题， 提 出在顶部采空区充入尾砂碎石、 分段注入一种起粘结作用的液态介质改变覆盖岩流动性的 一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺。 [0016] 本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。 [0017] 本发明的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 包括将矿体划分为 阶段， 在阶段里按菱形交错方式布置回采巷道， 将阶段划分为分段， 凿岩、 爆破与出矿都在 回采巷道内完成， 在回采巷道内采用预先集中凿岩方式布置上向扇形中深孔， 在覆盖岩层 下进行回退式回采， 将两个以上分段作为一组使其端壁在同一垂直位置呈直立状态， 即高 端壁， 一次崩落这几个分段一个崩矿步距， 再进行出矿， 按由上而下的顺序依次在这组各分 段放矿或在这组分段的最底分段集中放矿， 其特征在于在回采过程中采用注浆的方法控制 放矿， 采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区。所述的在回采过 程中采用注浆的方法控制放矿， 是在放矿结束后， 在除最下分段巷道外的该组各分段回采 巷道端部的两侧和前部， 采用将注浆管深入到放矿口和端壁周围的覆盖岩石中， 将一种液 态介质注入并均匀渗透到回采巷道放矿口和端壁周围的覆盖岩石中， 静置 1-3 天， 通过回 采巷道两侧的排水沟， 将覆盖岩中多余水分排掉， 再进行下一崩矿步距的爆破、 放矿回采工 作 ； 所述的采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区， 是在地表沿 矿体走向布置若干充填井， 通过充填井在采场采空区顶部充入尾砂与碎石， 充满采空区。 [0018] 所述顶部充填的尾砂与碎石的重量配比为 尾砂 40-70， 碎石 20-70， 水 0-30。 [0019] 本发明所述的液态介质为水、 液态胶结材料或尾砂浆。 [0020] 本发明所述的液态胶结材料， 为单液注浆用的水玻璃溶液、 粘土浆或双液注浆用 的水玻璃与氯化钙溶液。 说 明 书 CN 102619515 B 4 3/4 页 5 [0021] 本发明所述的粘土浆为粘土与水配成浓度为 10-50 的粘土浆。 [0022] 本发明所述的尾砂浆为选矿尾砂与水配成浓度为 10-50 的尾砂浆。 [0023] 本发明的优点 [0024] 1） 顶部采空区注入尾砂碎石， 起到充填和利用工业废料的作用， 防止地表塌陷， 对 环保有益。并可增加覆盖岩中粉末、 碎石含量， 有益于分段注水控制覆盖岩的流动性。 [0025] 2） 回采过程中在分段覆盖岩中注浆， 降低了覆盖岩流动性， 而新崩矿石较干， 流行 性好， 实现矿石容易放出而废石不容易放出， 解决了端部放矿崩落法损失贫化大的问题。 [0026] 3） 回采率预计回采率能达到 80-92， 贫化率达到 2-5， 经济效益明显。 附图说明 [0027] 图 1 为菱形布置回采巷道示意图。 [0028] 图 2 为阶段中两个以上分段端壁处于同一垂直位置时的示意图。 [0029] 图 3 为采用注浆设备将注浆管深入回采巷道两侧和前部的覆盖岩石中注浆示意 图。 [0030] 图 4 为注浆将覆盖岩粘结后进行下一个崩矿步距回采时矿石崩落情况示意图。 [0031] 图 5 为在回采巷道两侧和前部覆盖岩石中多处插入注浆管注浆示意图 ； [0032] 图 6 为阶段各分段注浆范围示意图。 [0033] 图 7 为在采空区顶部充填尾砂碎石方法示意图。 [0034] 图中 1为回采巷道， 2-1为崩落法覆盖岩石， 2-2充填的尾砂碎石覆盖层， 3为每条 进路矿体崩落范围线， 4为矿体， 5为上向扇形中深孔， 6为注浆管， 7为注浆的浆流， 8为注水 静置后湿的粘结覆盖岩石， 9 为新崩落较干的矿石， 10 为阶段各分段注水渗透范围线， 11 为 充填井， 12 为地表， 13 为充填的尾砂碎石流。 具体实施方式 [0035] 下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。 [0036] 如图 17 所示， 本发明的一种顶部充填的高端壁无底柱分段崩落法开采工艺， 包 括将矿体划分为阶段， 在阶段里按菱形交错方式布置回采巷道 1， 将阶段划分为分段， 凿岩、 爆破与出矿都在回采巷道1内完成， 图1中2-1为覆盖岩石， 3为每条进路矿体崩落范围线， 在回采巷道1内采用预先集中凿岩方式布置上向扇形中深孔5， 在覆盖岩层2-1下进行回退 式回采， 将两个以上分段作为一组使其端壁在同一垂直位置呈直立状态， 即高端壁， 图 2 中 为 3 个分段为一组， 一次崩落这几个分段一个崩矿步距的矿体， 再进行出矿， 按由上而下的 顺序依次在这组各分段放矿或在这组分段的最底分段集中放矿， 图2中的4为矿体， 其特征 在于在回采过程中采用注浆的方法控制放矿， 采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程 中形成的顶部采空区， 所述的在回采过程中采用注浆的方法控制放矿， 是在放矿结束后， 在 该组除最下分段巷道外的各分段回采巷道 1 端部的两侧和前部， 采用注浆设备将注浆管 6 深入回采巷道覆盖岩 2-1 中， 将一种液态介质注入并均匀渗透到回采巷道 1 放矿口和端壁 周围的覆盖岩石2-1中， 由于覆盖岩中块度不均， 放矿结束后回采巷道1放矿口和端壁周围 的覆盖岩 2-1 中含有大量粉岩和碎石， 这些粉岩和碎石在液态介质的作用下， 填充到覆盖 岩 2-1 空隙中并粘结覆盖岩， 图 3、 5 中 7 为注浆的浆流， 图 6 中 10 为阶段各分段注浆渗透 说 明 书 CN 102619515 B 5 4/4 页 6 范围线， 经过 1-3 天的静置， 通过回采巷道 1 两侧的排水沟， 将覆盖岩 2-1 中多余水分排掉， 使放矿口周围的覆盖岩石较稳定地粘结， 流动性很差， 一般情况下， 覆盖岩稳定粘结时最佳 含液量为8-20。 再进行下一崩矿步距的爆破、 放矿回采工作， 下一崩矿步距的爆破后， 由于 爆破的作用， 再将较稳定的潮湿覆盖岩 8 压实， 使其更加稳定， 形成一道 “挡土墙” ； 另外， 由 于新崩落的矿石 9 比较干， 流动性好， 这样造成覆盖岩 8 与新崩落的矿石 9 的流动性明显不 同， 在放矿时， 矿石 9 流动快， 而岩石 8 流动慢， 可以大幅度减少放矿过程中废石的混入， 提 高纯矿石的放出。为了防止和减少周围潮湿覆盖岩 8 中的水份渗入新崩矿石 9 中， 要尽快 进行放矿工作 ； 所述的采用顶部充填尾砂碎石的方法处理回采过程中形成的顶部采空区， 是在地表 12 沿矿体走向布置若干充填井 11， 通过充填井 11 在采场采空区顶部充入尾砂与 碎石， 充满采空区， 充填物中碎石主要是起到改善流动性防止尾砂板结的作用， 以免堵塞充 填井影响以后的充填作业。所述尾砂与碎石的重量配比为 尾砂 40-70， 碎石 20-70， 水 0-30。图 7 中的 2-2 上部采空区充填的尾砂碎石覆盖层， 13 充填的尾砂碎石流。充填井按 采矿充填井规范布置， 一般每隔 30-50m 布置一个， 充填井直径 1.82.0m。顶部充填尾砂碎 石作业可以随采随充填， 由于地表沉陷是相当慢的过程， 因此， 也可按月、 季、 年集中充填采 空区。 [0037] 本发明所述的液态介质为一种注入覆盖岩中起粘结作用、 降低覆盖岩流动性但不 会使覆盖岩整体固结的液态介质， 为水、 液态胶结材料或尾砂浆。 当覆盖岩中粉末含量比较 大时， 可以直接注入成本低廉的水， 为了增强粘结强度， 也可以注入液态胶结材料 ； 当覆盖 岩中粉末含量比较少时， 如一些新建矿山矿山， 或者由于覆盖岩石性质不同， 覆盖岩不容易 磨蚀或碎裂， 覆盖岩中碎块和粉末含量比较少时， 采用水或胶都难以使覆盖岩粘结， 覆盖岩 的流动性难以改变， 需要人为增加覆盖岩中粉末的含量， 可以采用尾砂浆。 [0038] 本发明所述的液态胶结材料， 为单液注浆用的水玻璃溶液、 粘土浆或双液注浆用 的水玻璃与氯化钙溶液。 水玻璃溶液为水玻璃与水配成浓度为10-50的溶液 ； 粘土浆为粘 土与水配成浓度为 10-50 的粘土浆 ； 双液注浆用的水玻璃与氯化钙溶液， 双液注浆时， 可 采用双液注浆机， 将水玻璃与氯化钙溶液交替注入， 两种溶液的体积用量应相当， 水玻璃浓 度为 20 时 , 氯化钙的浓度以 1015 为宜， 两种溶液反应生成硅胶和硅酸钙凝胶， 起到胶 结和填充孔隙的作用。 [0039] 本发明所述的尾砂浆为选矿尾砂与水配成浓度为 10-50 的尾砂浆， 为了提高浆 液的粘结力， 也可以在尾砂浆中添加水玻璃溶液， 配成含 10-50 尾砂、 30 水、 10-20 水玻 璃的尾砂浆。由于注入了尾砂， 具有处理工业废料的作用， 对环保有益。 [0040] 本发明不仅限于上述液态介质， 但一般不能使用使覆盖岩整体固结的水泥材料。 [0041] 本发明顶部采空区注入尾砂碎石， 起到充填作用， 有效地防止地表塌陷 ； 且顶部注 入的尾砂随着覆盖岩的流动不断渗入覆盖岩， 并到达放出口附近， 起到补充粉末含量的作 用， 通过分段注浆， 将待崩矿体周围的覆盖岩粘结起来， 降低覆盖岩流动性， 实现矿石容易 放出而废石不容易放出， 解决了端部放矿崩落法损失贫化大的问题 ； 回采率预计回采率能 达到 80-92， 贫化率达到 2-5， 经济效益明显。 [0042] 本发明属大量放矿崩落采矿法， 适用性强， 对于采场水量小的矿山， 可以取代目前 使用的空场法、 充填法和崩落法地下开采方法。 说 明 书 CN 102619515 B 6 1/2 页 7 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102619515 B 7 2/2 页 8 图 7 说 明 书 附 图 CN 102619515 B 8