一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然-诱导崩落嗣后充填采矿法 |
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| 申请号 | CN202410130544.3 | 申请日 | 2024-01-30 | 公开(公告)号 | CN118008304A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 西安建筑科技大学; 河南发恩德矿业有限公司; | 发明人 | 郭进平; 刘亚雄; 王小林; 汪朝; 吴赛赛; 张浩; 洪松; 李泽琛; 吴琼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种蚀变 破碎 急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法，包括以下步骤；步骤1：完成采场的采准工作；步骤2，采场顶部 自上而下 分别为第一分层假顶、第二分层作业空间、第三分层假底，采场底部为随散体矿岩运出而自然冒落形成的落矿空间，第三分层假底与落矿空间之间是待自然‑诱导冒落的矿脉；步骤3：以采场上部第一分层假顶为掩护、第三分层假底为施工平台，在第二分层作业空间内往采场下部施工诱导落矿钻孔、观察排气孔和充填钻孔；步骤4：完成矿 块 回采；步骤5：构筑采场底部穿脉和出矿巷道的 挡墙 并完成采空区充填，最后构筑第二分层作业空间的挡墙并进行充填。本发明能够达到安全高效低成本开采蚀变破碎急倾斜薄矿脉的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法，其特征在于，包括以下步骤； |
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| 说明书全文 | 一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法技术领域[0001] 本发明涉及地下金属矿床开采技术领域，具体涉及一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法。 背景技术[0002] 我国矿产资源总体丰富但人均不足，随着社会经济发展对矿产资源的迫切需求，倾角大于55°、厚度小于1.0m的这类急倾斜、薄的难采矿脉也不得不纳入开采范围。特别是急倾斜薄矿脉通常富含铅、锌、银、金等高价金属，其矿量占我国岩金矿山储量的50％，因此急需针对这种难采矿脉的安全高效经济的采矿技术。 [0003] 开采破碎急倾斜薄矿脉目前主要使用进路充填法，矿岩同时爆破运出。进路充填法存在生产成本高的缺点，当薄矿脉赋存在破碎的蚀变带中时(矿脉和蚀变围岩均破碎易自然冒落)，这种采矿方法不能很好地避免矿石的大量损失和贫化。 发明内容[0004] 为了克服以上现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法，根据矿脉和蚀变围岩破碎易冒落的特点，创造矿脉和围岩自然冒落的条件，同时在安全作业空间内强制诱导矿脉和围岩冒落，具有安全性高、生产能力大和采矿成本低的特点，能够达到安全高效低成本开采蚀变破碎急倾斜薄矿脉的目的。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： [0006] 一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法，包括以下步骤； [0007] 步骤1：按常规矿块采准布置形式完成采准工作； [0008] 步骤2：布置采场，包括：采场顶部自上而下分别为第一分层假顶、第二分层作业空间、第三分层假底，底部出矿结构之上为随散体矿岩运出而自然冒落形成的落矿空间，第三分层假底与落矿空间之间是待自然‑诱导冒落的矿脉； [0009] 步骤3：以采场上部第一分层假顶为掩护、第三分层假底为施工平台，在第二分层作业空间内往采场下部施工诱导落矿钻孔、观察排气孔和充填钻孔； [0010] 步骤4：采场底部出矿作业和顶部诱导落矿作业相配合，完成矿块回采； [0011] 步骤5：构筑采场底部穿脉和出矿巷道的充填挡墙，以及采场顶部第二分层作业空间的充填挡墙，先后完成采场底部空区和顶部第二分层作业空间的充填。 [0012] 所述步骤1中，所述采场沿矿脉走向布置，距矿脉下盘10～15m沿矿脉走向掘进顶部中段巷道和底部中段巷道，自顶部和底部中段巷道垂直矿脉走向掘进穿脉巷道，穿脉巷道间距为块矿长度；在下盘脉外布置矿石溜井和废石溜井。 [0013] 所述步骤2中，构建第一分层假顶，自采场顶部穿脉巷道掘进转层斜坡并穿透矿脉，以转层斜坡为初始自由面，在第一分层假顶的掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第二分层，第二分层回采完毕后不充填，作为后续施工诱导落矿钻孔、充填钻孔和进行充填作业的空间，即第二分层作业空间； [0014] 自采场顶部穿脉巷道掘进转层斜坡并穿透矿脉，以转层斜坡为初始自由面，在第一分层假顶的掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第三分层，对进路充填后形成第三分层假底； [0015] 所述采场垂直方向上，自上向下依次为第一分层假顶、第二分层作业空间、第三分层假底，待自然‑诱导冒落的矿脉，以及落矿空间。 [0016] 所述第一分层假顶的形成过程为： [0017] 在超前支护的掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第一分层，第一分层宽度大于蚀变带宽度，以揭露稳固的上下盘基岩；视蚀变带宽度选择单一进路掘进或多条进路先后掘进完成第一分层回采，以保障安全并尽可能降低矿石贫化。进路掘进完毕后立即铺设钢筋网、施工斜拉钢筋和上下盘基岩的挂帮锚杆，构筑充填挡墙，对进路空区进行高灰砂比充填形成第一分层假顶。 [0018] 所述第二分层作业空间2的形成过程为： [0019] 在第一分层假顶掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第二分层，第二分层宽度大于蚀变带宽度，以揭露稳固的上下盘基岩。视蚀变带宽度选择单一进路掘进或多条进路依次掘进完成第二分层回采，以尽可能降低矿石贫化。第二分层空区不充填，作为后续施工诱导落矿钻孔、充填钻孔和进行充填作业的空间。 [0020] 所述第三分层假底的形成过程为： [0021] 在第一分层假顶掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第三分层，分层宽度大于蚀变带宽度，以揭露稳固的上下盘基岩。视蚀变带宽度选择单一进路掘进或多条进路依次掘进完成第三分层回采，以尽可能降低矿石贫化。第三分层回采完毕后立即铺设钢筋网、施工斜拉钢筋和上下盘基岩的挂帮锚杆，构筑充填挡墙，对第三分层空区进行高灰砂比充填形成第三分层假底。 [0022] 所述落矿空间的形成过程为： [0023] 在采场顶部施工第一分层假顶、第二分层作业空间、第三分层假底的同时，自采场底部中段巷道垂直矿脉走向往矿脉方向掘进两条穿脉巷道和多个出矿巷道，穿脉巷道和出矿巷道揭露蚀变围岩后即停止掘进并喷浆封闭蚀变围岩；在穿脉巷道和出矿巷道尽头位置钻凿斜向上的扇形中深孔，目的是装药爆破后采场底部形成自然‑诱导冒落集矿空间；极破碎的矿脉和蚀变带会自然冒落直至不再自然冒落或冒落进程缓慢而形成冒落拱，冒落拱以下即为落矿空间。 [0024] 两条穿脉巷道平行设置，位于采场两端，间隔距离就是采场的长度，一般是50m，出矿巷道位于穿脉巷道之间，出矿巷道的间隔距离一般是8‑10m； [0026] 所述步骤3中，以诱导落矿钻孔为通道，采用水力、机械或爆破的方式诱导矿石崩落，诱导崩落部位为冒落拱的拱脚部位。 [0027] 所述步骤4中，采场底部出矿作业和顶部诱导落矿作业相配合，完成矿块回采，采场生产能力由出矿强度和诱导落矿强度决定。 [0028] 所述步骤5中，在采场底部穿脉巷道和出矿巷道构筑充填挡墙，在采场顶部第二分层作业空间内完成采场下部空区充填；随后构筑采场顶部第二分层作业空间的充填挡墙，完成第二分层作业空间的充填。 [0029] 本发明的有益效果： [0030] 本发明中，充分利用矿脉和蚀变围岩破碎易自然冒落的特点，在采场底部创造矿岩自然冒落空间，在采场顶部安全空间内辅助进行诱导落矿，实现蚀变破碎急倾斜薄矿脉的大规模回采。有效克服了传统进路充填法生产成本高、效率低等问题。 [0032] 图1为本发明所述采矿方法正视图。 [0033] 图2为本发明所述采矿方法侧视图。 [0034] 图3为本发明所述采矿方法采场顶部第一分层形成过程示意图。 [0035] 图4为本发明所述采矿方法采场顶部第一、三分层钢筋铺设示意图。 [0036] 附图标记说明：1‑第一分层假顶；2‑第二分层作业空间；3‑第三分层假底；4‑落矿空间；5‑冒落拱；6‑散体矿岩；7‑出矿巷道；8‑诱导落矿钻孔；9‑观察排气孔；10‑充填钻孔；11‑诱导落矿药包；12‑顶部中段巷道；13‑顶部穿脉巷道；14‑第一转层斜坡；15‑第二转层斜坡；16‑矿脉；17‑蚀变带；18‑上向中深孔；19‑底部中段巷道；20‑底部穿脉巷道；21‑稳定基岩；22‑上盘进路；23‑下盘进路；24‑横向钢筋；25‑纵向钢筋；26‑钢筋网片；27‑挂帮锚杆； 28‑斜拉钢筋；29‑挡墙。 具体实施方式[0037] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 [0038] 本发明提供一种蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法。 [0039] 实施例： [0040] 某矿山矿脉平均厚度1.0m，蚀变带平均宽度3.0m(含矿脉)，平均银品位428g/t，矿脉倾角70°，矿脉及蚀变带均极破碎。采用蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法进行回采。 [0041] 如图1所示，按常规矿块采准布置形式完成采准工作，即采场沿矿脉16的走向布置，距矿脉16一定距离(12m)沿矿脉走向掘进顶部中段巷道12和底部中段巷道19(中段巷道12、19之间的垂直距离为50m，即采场高度)，自中段巷道12垂直矿脉走向掘进穿脉巷道13(间距50m，即采场长度)，穿脉巷道13穿透矿脉；自中段巷道19垂直矿脉走向掘进穿脉巷道 20(间距50m，即采场长度)和出矿巷道7(间距10m)，穿脉巷道20和出矿巷道7揭露矿脉即停。 矿石溜井和废石溜井布置在下盘脉外。 [0042] 以穿脉巷道13为初始自由面，在超前钻杆和工字钢棚的掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第一分层，分层高度2.5m。为保障回采安全并尽可能降低矿石贫化，图3所示，将采场上部第一分层划分为2条进路，先采上盘进路22(纯废石，避免这部分废石与下盘进路中的矿石混合)，后采下盘进路23；上盘进路22全部回采1.0m厚的上盘蚀变带和0.5m厚的上盘稳固基岩。上盘进路22掘进完毕后立即铺设双层钢筋(横向钢筋24和纵向钢筋25的网度均为0.5m，垂直进路方向的横向钢筋24插入上盘稳固基岩0.3m、靠下盘处加长0.5m并往上弯折，横向钢筋24和纵向钢筋25交叉点通过焊接方式牢固连接)、铺设钢筋网片26(网度0.1m)、施工上盘基岩的挂帮锚杆27和斜拉钢筋28，斜拉钢筋28两端通过弯钩和焊接方式与挂帮锚杆27、横向钢筋24和纵向钢筋25的交叉点牢固连接，钢筋网片26通过铁丝绑扎与横向钢筋24、纵向钢筋25牢固连接，在上盘进路22两端构筑充填挡墙29，对上盘进路22进行高灰砂比(1：4)充填，养护7d后回采下盘进路23。 [0043] 下盘进路23回采1.0m厚的矿脉16、1.0m厚的下盘蚀变带和0.5m厚的下盘稳固基岩。下盘进路23掘进完毕后立即铺设双层钢筋(横向钢筋24和纵向钢筋25的网度均为0.5m，垂直进路方向的横向钢筋24插入下盘稳固基岩0.3m，横向钢筋24和纵向钢筋25交叉点通过焊接方式牢固连接，将上盘进路22中加长弯折的横向钢筋掏出压平并与下盘进路23中的横向钢筋24牢固搭接)、铺设钢筋网片26(网度0.1m)、施工下盘基岩的挂帮锚杆27和斜拉钢筋28，斜拉钢筋28两端通过弯钩和焊接方式与挂帮锚杆27、横向钢筋24和纵向钢筋25的交叉点牢固连接，钢筋网片26通过铁丝绑扎与横向钢筋24、纵向钢筋25牢固连接，在下盘进路23两端构筑充填挡墙29，对下盘进路23进行高灰砂比(1：4)充填，养护28d后进行下一分层的回采。上盘进路22和下盘进路23内充填体形成第一分层假顶1。 [0044] 进一步的，自穿脉巷道13掘进转层斜坡14并穿透矿脉16，以转层斜坡14为初始自由面，在第一分层假顶1的掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第二分层，分层高度2.0m。为尽可能降低矿石贫化，第二分层同样划分为上盘和下盘两条进路，先采上盘进路后采下盘进路，进路回采范围参照第一分层。第二分层回采完毕后不充填，作为后续施工诱导落矿钻孔、充填钻孔和进行充填作业的空间，即第二分层作业空间2。 [0045] 自穿脉巷道13掘进转层斜坡15并穿透矿脉16，以转层斜坡15为初始自由面，在第一分层假顶1的掩护下以进路掘进方式回采采场顶部第三分层，分层高度2.0m。第三分层同样划分为上盘和下盘两条进路，先采上盘进路后采下盘进路，进路回采范围参照第一分层。上盘进路回采完毕后立即进行充填，参照第一分层中上盘进路22的充填工艺，充填高度控制在1.0m，养护7d后回采下盘进路。下盘进路回采完毕后立即进行充填，参照第一分层中下盘进路23的充填工艺，充填高度控制在1.0m，养护7d以上。上盘进路和下盘进路内充填体形成第三分层假底3，第三分层剩余1.0m高的空间作为第二分层作业空间2的补充，即实际作业空间高度为3.0m。 [0046] 在采场顶部施工第一、二、三分层的同时，自底部中段巷道19垂直矿脉16走向往矿脉方向掘进穿脉巷道20和出矿巷道7，穿脉巷道20和出矿巷道7揭露蚀变带后即停止掘进并喷浆封闭蚀变围岩；在穿脉巷道20和出矿巷道7尽头位置钻凿斜向上的扇形中深孔18，装药爆破后形成采场底部集矿结构；运出采场底部爆落矿岩6后，极破碎的矿脉和蚀变带会自然冒落直至不再自然冒落或冒落进程缓慢而形成冒落拱5，冒落拱5以下即为落矿空间4。 [0047] 以采场上部第一分层假顶1为掩护、第三分层假底3为施工平台，在第二分层作业空间2内往采场下部施工诱导落矿钻孔8、观察排气孔9和充填钻孔10。 [0048] 分节下入长度1.0m的钢套管(不焊接)保护诱导落矿钻孔8、观察排气孔9和充填钻孔10。优选采用爆破诱导落矿的方式，即在冒落拱5的拱脚部位以网度3.0m(沿采场走向)×2.5m(垂直采场走向)施工诱导落矿钻孔8，在诱导落矿钻孔8的底部安放诱导落矿药包11，一次爆破高度2.0m。通过观察排气孔9下放三维空区扫描仪观察冒落拱5和冒落的散体矿岩 6的形态，以指导诱导落矿和采场出矿作业。 [0049] 采场底部出矿作业和顶部诱导落矿作业相配合，完成矿块回采，采场生产能力由出矿强度和诱导落矿强度决定，本实施例中最小为168.8t/d。采场回采完毕后，进行大量集中出矿，出矿巷道7眉线完全暴露后，做好安全警戒，采用遥控铲运机出矿以确保安全。出矿完毕后，在采场底部穿脉巷道20和出矿巷道7构筑充填挡墙，从第二分层作业空间2中的充填钻孔10下放充填料浆，完成采场下部空区充填，底部8m采用高灰砂比充填，其余部位充填体强度满足自立要求即可。最后构筑采场顶部第二分层作业空间2两端的充填挡墙，完成第二分层作业空间2的充填。 [0050] 蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法与其他采矿方法的比较： [0051] 由于矿脉和蚀变带极破碎，因此主要与下向进路充填采矿法进行技术经济对比(单个采场)。 [0052] 下向进路充填采矿法采切工程量共450m，回收率95％，贫化率60.0％，最大生产能力67.5t/d；蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法采切工程量共300m，回收率95％，贫化率66.6％，最小生产能力168.8t/d。 [0053] 下向进路法每一条分层联络道(共50条)都要穿越破碎蚀变带，施工难度大、支护成本高；每分层回采结束后均需进行钢筋网铺设、吊筋施工和锚杆施工，工艺繁琐；每分层回采结束后均需构筑充填挡墙，约50个(进路两端均需)；每分层结束后均需进行采空区充3 填，但因为单条进路空区体积仅300m ，加之充填前润管和充填后洗管作业控制难度大，每分层充填时均可能混入大量洗润管水导致充填浓度降低，充填料浆脱水沉缩后接顶率不高。 [0054] 蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法穿越破碎蚀变带的巷道仅6条；仅采场顶部2条进路需进行钢筋网、斜拉钢筋和锚杆的施工；只需在采场底部和顶部共 3 构筑16个挡墙；采场回采结束后进行集中充填，空区体积约7500m，可长时间连续充填，采场混入洗润管水的可能性更低，充填质量更好。 [0055] 综上所述，下向进路充填采矿法仅在矿石贫化率一项指标上比蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法低6.6个百分点，而在主要工程量、生产能力、施工难度和回采成本等指标方面全面落后于蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法。可见，本发明提出的蚀变破碎急倾斜薄矿脉自然‑诱导崩落嗣后充填采矿法是适用于蚀变破碎矿脉的一种新型采矿工艺，安全、技术和经济等各方面指标良好，在蚀变破碎急倾斜薄矿脉安全高效经济开采方面具有巨大的应用潜力。 |
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