本发明涉及一种上向凹凸无筋镶嵌与中深孔崩矿两步骤协同充填采矿法。

背景技术：

对于品位高、经济价值大的矿产资源，在考虑资源开采的安全性和采矿工班效率的前提下，如何实现以低的贫化率和损失率对该类矿产资源进行大规模开采是一个世界采矿技术难题。一方面，在开采该类矿产资源时，要充分考虑矿体上下盘围岩的稳固性，传统的水平分层充填法由于工艺的局限性，生产效率和安全性低，在回采过程中经常发生顶板大面积冒落问题；同时受限充填工艺，在实践过程中，充填体必然发生分层离析现象，无法保证各个充填分层之间的有效胶结，分层充填体强度无法满足生产要求，严重影响充填体的自稳特性。另一方面，该类矿体的经济价值大，采矿方法不合理将直接导致在矿产资源开采过程的损失率和贫化率大，造成矿产资源的极度浪费。

通过查阅国内外文献资料发现，对于品位高、经济价值大的矿产资源的回采，国内主要采用水平分层充填法，水平分层充填法60％，其余的主要为进路法和构筑人工矿柱的点柱充填法；国外这类矿体则主要采用采切充填法（Cut and Fill Mining），其比例达75％，另外采用方框支架采矿法（Square-set Mining）占10％；其余的主要用局部小范围的留矿法回采。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种上向凹凸无筋镶嵌与中深孔崩矿两步骤协同充填采矿法，不仅工艺合理，而且采矿效率高。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种上向凹凸无筋镶嵌与中深孔崩矿两步骤协同充填采矿法，包括以下步骤：

（1）沿开采对象的横向走向将矿块划分为若干个并排设置的矿房与矿柱，在每个所述矿房中布置一步骤采场，所述一步骤采场在高度方向上从下到上划分为若干个一步骤采段，在每个所述矿柱中布置二步骤采场，所述二步骤采场在高度方向上从下到上划分为若干个二步骤采段，所有所述一步骤采场与二步骤采场组成盘区，所述盘区采用两步骤协同开采，第一步骤回采一步骤采场，第二步骤回采二步骤采场；

（2）在所述盘区设置无轨辅助斜坡道采准系统，所述无轨辅助斜坡道采准系统包含盘区溜井与若干个水平分层联络道，每个所述一步骤采段均经中心进路、水平分层联络道与盘区溜井相连接，每个所述二步骤采段均经凿岩平巷、水平分层联络道与盘区溜井相连接；

（3）所述一步骤采场回采，通过所述中心进路进入位于最低位置的一步骤采段的下部，形成凹形开采断面，采下矿石，将采下的矿石通过所述中心进路、水平分层联络道转运至盘区溜井，出矿完毕后，采用全尾砂胶结充填凹形采空区；通过所述中心进路进入位于最低位置的一步骤采段的上部，形成凸形开采断面，采下矿石，将采下的矿石通过所述中心进路、水平分层联络道转运至盘区溜井，出矿完毕后，在凸形采空区构筑充填挡墙与滤水层，并在凸形采空区的底部铺设土工格栅，采用全尾砂胶结充填凸形采空区；从而在所述一步骤采段内形成上向凹凸无筋镶嵌的充填体结构，重复上述过程，按照从下到上的顺序完成所述一步骤采场中的每个一步骤采段的回采；

（4）当待回采的所述二步骤采场的左右两侧的一步骤采场完成回采后，在所述一步骤采场回采形成的上向凹凸无筋镶嵌结构的充填体的保护下进行二步骤采场的回采，在待回采的二步骤采场的二步骤采段中钻凿上向垂直扇形中深孔进行崩矿，采下矿石，将采下的矿石通过所述凿岩平巷、水平分层联络道转运至盘区溜井，出矿完毕后，采用全尾砂胶结或废石嗣后充填二步骤采段采空区，重复上述过程，按照从下到上的顺序完成所述二步骤采场中的每个二步骤采段的回采；

（5）通过分段联络平巷连接各个水平分层联络道，最终整个所述盘区的回采完成。

进一步的，所述一步骤采段与二步骤采段的高度相等，均为10~12m，所述矿房的宽度为9~12m，所述矿柱的宽度为10~15m。

进一步的，所述凹形开采断面中，回采控顶高度为5~7m，回采宽度为3~4.5m；所述凸形开采断面中，回采控顶高度为5~7m，回采宽度为3~4.5m。

进一步的，所述盘区包含2~3个一步骤采场与3~4个二步骤采场。

进一步的，所述一步骤采场包含5~6个一步骤采段，所述二步骤采场包含5~6个二步骤采段。

进一步的，所述土工格栅的格栅网度为20×20cm²。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明不仅自稳特性好，开采安全性高，而且生产能力大，采矿效率高，资源损失率低，贫化率小，采场结构简化，具有广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步骤详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例图2的A-A方向的剖视示意图。

图2为本发明实施例图1的B-B方向的剖视示意图。

图3为本发明实施例图1的C-C方向的剖视示意图。

图4为本发明实施例图1的D-D方向的剖视示意图。

图中：1-一步骤采段，2-二步骤采段，3-盘区溜井，4-水平分层联络道，5-中心进路，6-凿岩平巷，7-上向凹形充填体，8-下向凸形充填体，9-土工格栅，10-分段联络平巷，11-上向垂直扇形中深孔，12-顶柱，13-充填通风天井，14-回风平巷，15-沿脉运输平巷，16-嗣后充填体，17-下向凸形回采空区；

I-一步骤采场，II-二步骤采场；

a-上向凹凸无筋镶嵌的充填体结构，b-采下矿石。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~4所示，一种上向凹凸无筋镶嵌与中深孔崩矿两步骤协同充填采矿法，包括以下步骤：

（1）沿开采对象的横向走向将矿块划分为若干个并排设置的矿房与矿柱，在每个所述矿房中布置一步骤采场，所述一步骤采场在高度方向上从下到上划分为若干个一步骤采段1，在每个所述矿柱中布置二步骤采场，所述二步骤采场在高度方向上从下到上划分为若干个二步骤采段2，所有所述一步骤采场与二步骤采场组成盘区，所述盘区采用两步骤协同开采，第一步骤回采一步骤采场，第二步骤回采二步骤采场；

（2）在所述盘区设置无轨辅助斜坡道采准系统，所述无轨辅助斜坡道采准系统包含盘区溜井3与若干个水平分层联络道4，每个所述一步骤采段1均经中心进路5、水平分层联络道4与盘区溜井3相连接，每个所述二步骤采段2均经凿岩平巷6、水平分层联络道4与盘区溜井3相连接；

（3）所述一步骤采场回采，通过所述中心进路5进入位于最低位置的一步骤采段1的下部，形成凹形开采断面，采下矿石，将采下的矿石通过所述中心进路5、水平分层联络道4转运至盘区溜井3，出矿完毕后，采用全尾砂胶结充填凹形采空区；通过所述中心进路5进入位于最低位置的一步骤采段1的上部，形成凸形开采断面，采下矿石，将采下的矿石通过所述中心进路5、水平分层联络道4转运至盘区溜井3，出矿完毕后，在凸形采空区构筑充填挡墙与滤水层，并在凸形采空区的底部铺设土工格栅8，采用全尾砂胶结充填凸形采空区；从而在所述一步骤采段1内形成上向凹凸无筋镶嵌的充填体结构，重复上述过程，按照从下到上的顺序完成所述一步骤采场中的每个一步骤采段1的回采；

（4）当待回采的所述二步骤采场的左右两侧的一步骤采场完成回采后，在所述一步骤采场回采形成的上向凹凸无筋镶嵌结构的充填体的保护下进行二步骤采场的回采，在待回采的二步骤采场的二步骤采段2中钻凿上向垂直扇形中深孔11进行崩矿，采下矿石，将采下的矿石通过所述凿岩平巷6、水平分层联络道4转运至盘区溜井3，出矿完毕后，采用全尾砂胶结或废石嗣后充填二步骤采段2采空区，重复上述过程，按照从下到上的顺序完成所述二步骤采场中的每个二步骤采段2的回采；

（5）通过分段联络平巷10连接各个水平分层联络道4，最终整个所述盘区的回采完成。

在本发明实施例中，以转层接替的形式实现每个所述分段联络平巷10连接一步骤采段1的下部、一步骤采段1的上部以及二步骤采段2三个分层，所述二步骤采场循环利用一步骤采场的分段联络平巷10。

在本发明实施例中，通过所述水平分层联络道4进入采场，以浅孔扩帮压顶的形式完成中心进路5和左右两帮矿体的回采，形成凹形开采断面与凸形开采断面，采下矿石，通过中心进路5转运至盘区溜井3；在二步骤采场的各个分段中布置分段凿岩平巷，钻凿上向垂直扇形中深孔进行全分段崩矿，在一步骤回采形成上向凹凸无筋镶嵌结构的充填体的保护下实现矿产资源的安全回采；通过水平分层联络道4连接二步骤采场的各个分段的凿岩平巷6，依次完成盘区矿柱的采充循环工艺过程，实现二步矿柱的低贫损开采，最终整个盘区采场安全高效回采完成。

在本发明实施例中，一个所述盘区布设一个盘区溜井3。

在本发明实施例中，所述矿房与矿柱交替设置。

在本发明实施例中，所述一步骤采段1与二步骤采段2的高度相等，均为10~12m，所述矿房的宽度为9~12m，所述矿柱的宽度为10~15m。

在本发明实施例中，所述凹形开采断面中，回采控顶高度为5~7m，回采宽度为3~4.5m；所述凸形开采断面中，回采控顶高度为5~7m，回采宽度为3~4.5m。

在本发明实施例中，所述盘区包含2~3个一步骤采场与3~4个二步骤采场。

在本发明实施例中，所述一步骤采场包含5~6个一步骤采段1，所述二步骤采场包含5~6个二步骤采段2。

在本发明实施例中，所述土工格栅8的格栅网度为20×20cm²。

在本发明实施例中，采用全尾砂胶结充填凹形采空区，充填配比为1:4~1:10。

在本发明实施例中，所述二步骤采段2采用全尾砂胶结或废石充填，优选的，位于最低位置的所述二步骤采段2充填料浆设计配比为1:4，其余所述二步骤采段2充填废石，或充填料浆设计配比为1:20进行全尾砂低配比胶结充填。

在本发明实施例中，本发明中所有的配比均为水泥胶结料与全尾砂的质量比。

在本发明实施例中，所述无轨辅助斜坡道采准系统还包含辅助斜坡道、通风充填天井13、以及沿脉运输平巷15。

在本发明实施例中，所述无轨辅助斜坡道采准系统通过水平分层联络道4连接一步骤采场和二步骤采场，每个所述一步骤采段1的二个回采分层共用一个水平分层联络道4，以转层接替的形式实现一条水平分层联络道4连接一步骤采段1中的两个回采分层；二步骤采场循环利用一步骤水平分层联络道4。

在本发明实施例中，本发明具有开采安全性高，所述一步骤采场形成的上向凹凸无筋镶嵌结构的充填体自稳特性好，所述盘区生产能力大，采矿工班效率高，资源损失量小，采充工艺循环接替合理等显著优点。

在本发明实施例中，所述盘区分两步骤协同开采，所述一步骤采场采用分层开采的形式，分层之间应用土工格栅8，通过各个分层采充工艺循环交替形成上向凹凸无筋镶嵌结构的充填体结构，提高了一步骤采场的充填体自稳特性，实践表明运用土工格栅8形成的凹凸无筋镶嵌充填体结构自稳性能优异；所述二步骤采场回采矿柱时，工人和采矿设备始终在在一步骤回采形成凹凸无筋镶嵌结构的充填体的保护下实现矿产资源的安全回采，同时盘区的无轨采准系统布置于矿体下盘，具备安全的生产作业条件。

在本发明实施例中，所述盘区生产能力大，采矿效率高；本发明沿矿体的横向走向将矿块划分为矿房与矿柱，在开采过程中，一个盘区内同时布置互不干扰的采场作业面，盘区两步骤协同开采，同时，采用无轨自行设备将盘区采场崩落的矿石转运至盘区溜井3，强采强出，大大缩短了采场回采时间，工业实验采场实验结果统计表明，盘区一步骤回采平均生产能力为265.0t/d，盘区二步骤回采平均生产能为412.0t/d，盘区结合平均生产能力达到达到338.5t/d。

在本发明实施例中，资源损失率低，贫化率小，一步骤采段1与二步骤采段2之间不留设顶柱与底柱，采场出矿完毕后采用不同配比和充填高度的胶结充填工艺进行充填，不留下采场矿柱，实现矿产资源的低贫损回采。

在本发明实施例中，采场结构简化，一步骤回采时，一步骤采场的结构分层组成，每个所述一步骤采段1均由第一分层和第二分层构成，每个所述一步骤采段1中，第一分层通过一次全尾砂胶结充填工艺形成凹形充填体，第二分层采场通过一次胶结充填工艺形成下向凸形充填体；二步骤回采时，所述二步骤采段2的结构分段组成；一步骤采场与二步骤采场共用分段联络平巷10，通过连接采场和辅助斜坡道的分段联络平巷10接替实现采充循环的工艺过程有序衔接。

在本发明实施例中，其主要技术经济指标为：

(1) 采切比：45.0m³/kt，合计11.5标准m/kt。

(2) 凿岩台班综合效率：30~45m/台·班。

(3) 出矿效率：200~250t/台·班。

(4) 盘区采场综合效率：300~450t/d。

(5) 采矿工班效率：25~40t/工·班。

(6) 开采过程损失率：5.1%。

(7) 开采过程贫化率：7.5%。

(8) 采矿直接成本：47.5元/t（包含充填成本）。

（9）土工格栅8成本：1.2元/t。

上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。