權利要求

1.基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，包括以下步驟： S1、將待開采盤區(qū)設置開采高度為100～150m的中段采場，并沿礦床走向劃分寬度為120～150m的分區(qū)，將中段采場在高度方向上每隔5～6m劃分若干分段采場； S2、將所述中段采場采用菱形回采結構自上而下依次回采，兩個相鄰的所述分段采場組成菱形回采結構的開采單元，所述菱形回采結構通過分步驟間隔開采和邊開采邊充填的方式進行開采，且所述分區(qū)之間的所述菱形回采結構先進行開采，超前正?；夭傻牧庑位夭山Y構1～5個所述分段采場的高度；所述中段采場內的菱形回采結構為上下交錯式陣列分布； S3、所述分區(qū)之間的菱形回采結構回采完成后，對間隔的一步驟菱形回采結構進行后退式回采，施工炮孔、爆破、落礦、出礦并充填處理，所述一步驟菱形回采結構回采完成，再進行二步驟菱形回采結構的回采，直至將所述開采單元回采完畢，并將所述中段采場自上而下依次回采并充填完成。2.根據(jù)權利要求1所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，所述菱形回采結構的高度與兩個所述分段采場的高度相同，為10～12m，寬度為12～15m。 3.根據(jù)權利要求1所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，在步驟S2中，所述菱形回采結構底端皆設置鑿巖巷道，相鄰兩個分段采場內的所述鑿巖巷道交錯布置，且任意所述鑿巖巷道皆處于其相鄰分段采場內的兩相鄰鑿巖巷道的中垂線上；所述鑿巖巷道在水平方向的間距與所述菱形回采結構的寬度相同，在豎直方向上的間距與所述菱形回采結構的高度相同。 4.根據(jù)權利要求3所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，從所述鑿巖巷道施工上向扇形中深孔進行爆破崩礦，所述上向扇形中深孔的邊緣炮孔分別向左右兩側斜向上延伸至與其相鄰的分段采場內的兩個相鄰所述鑿巖巷道，所述上向扇形中深孔的中間炮孔向上延伸至與其間隔一個分段采場的鑿巖巷道底部，使爆破后形成菱形結構。 5.根據(jù)權利要求4所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，所述上向扇形中深孔的孔排距為1.2～2.0m，最大孔底距為2～3m，崩礦步距為2.5～4m；在所述菱形回采結構回采時，每回采3～5個崩礦步距的礦石后進行一次充填。 6.根據(jù)權利要求5所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，在所述菱形回采結構的首排所述上向扇形中深孔爆破回采時，鑿掏槽孔并采取預裂控制爆破技術；最后一排所述上向扇形中深孔的孔底距為1～1.5m，并采用光面爆破技術，以降低爆破對上下圍巖的破壞。 7.根據(jù)權利要求1所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，所述待開采盤區(qū)內還包括沿礦體走向水平設置的沿脈運輸平巷、沿高度方向設置的平行于所述沿脈運輸平巷的若干分段平巷、所述分區(qū)之間設置的連接所述沿脈運輸平巷和所述分段平巷的分段聯(lián)絡巷道、以及所述中段采場底部的穿脈巷道和與所述穿脈巷道垂直的水平巷道；所述沿脈運輸平巷分布于所述開采單元的礦體邊緣，輔助所述菱形回采結構開采。 8.根據(jù)權利要求7所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，每兩個所述分段采場的高度設置一條所述分段平巷，所述分段平巷之間由斜坡道連接；所述分段聯(lián)絡巷道包括連接所述分段平巷與上分段采場的上分段聯(lián)絡巷道，以及連接與所述分段平巷處于同一水平面的分段采場的水平分段聯(lián)絡巷道。 9.根據(jù)權利要求1所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，在首個所述分段采場開采時，若是原巖體，則先進行切頂回采，回采后進行充填；所述切頂回采為分步驟間隔小斷面的進路充填法回采。 10.根據(jù)權利要求9所述的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，其特征在于，所述切頂回采后進行充填時，在充填體內預埋充填管道，方便后續(xù)充填；所述充填采用的充填體的抗壓強度為5MPa。

說明書

技術領域

本發(fā)明涉及采礦技術領域，尤其涉及一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法。

背景技術

在開采高水平構造應力環(huán)境的軟弱破碎厚大礦床過程中，由于高水平構造應力場的作用，給采場的穩(wěn)定性造成了極為不利影響；且隨著礦床開采規(guī)模的不斷擴大，會造成內部應力集中和應力場的變化，這對礦體的開采及巷道的穩(wěn)定十分不利，因此在開采過程中很容易出現(xiàn)相鄰采場的側幫和巷道巖發(fā)生片幫、垮塌問題，礦巖體開挖后允許暴露高度和暴露空間小，同時采場頂板極易發(fā)生冒頂和垮塌等采礦工程問題，而這些問題嚴重制約著軟弱破碎厚大礦床的開采。

因此，為了保障此類礦床的采礦作業(yè)安全，可以采用下向進路充填采礦法或者崩落采礦法開采。崩落采礦法具有開采低成本、生產效率高的優(yōu)點，但是其開采損失貧化大，且必須上部地表允許崩落；同時礦床開采后容易出現(xiàn)地表崩落、塌陷的問題，會造成巨大的生態(tài)危害。而采用下向進路充填采礦法則需要高強度膠結充填體形成“人工假頂”，作為下面回采進路的直接頂板來有效避免頂板的冒落和垮塌；同時需要將進路規(guī)格控制在較小的斷面范圍，如在一些礦山開采時矩形進路規(guī)格一般控制在5m×5m，六角形進路規(guī)格一般控制在4m(上、下底寬)×5m(高)×6m(腰寬)以內，以解決臨近進路側幫的垮塌問題；且該進路采礦方法往往采取短掘短支方式，因而采礦成本高，對于一些價值低的軟弱破碎厚大礦床，其采礦成本高、生產效率低的問題非常明顯，嚴重制約此類的礦山正常開采。

有鑒于此，有必要設計一種改進的基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，以解決上述問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，通過提前開采分區(qū)之間的下部開采單元的菱形回采結構，達到卸荷緩解水平構造應力對采場側幫的危害；采用大尺寸的菱形回采結構，不僅解決軟弱破碎礦床相鄰采場側幫極易垮塌的問題，還提高了采場生產能力；該方法達到了高水平構造應力條件下，低品位軟弱破碎厚大礦床安全、高效、低成本經濟開采的目的。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，包括以下步驟：

S1、將待開采盤區(qū)設置開采高度為100～150m的中段采場，并沿礦床走向劃分寬度為120～150m的分區(qū)，將中段采場在高度方向上每隔5～6m劃分若干分段采場；

S2、將所述中段采場采用菱形回采結構自上而下依次回采，兩個相鄰的所述分段采場組成菱形回采結構的開采單元，所述菱形回采結構通過分步驟間隔開采和邊開采邊充填的方式進行開采，且所述分區(qū)之間的所述菱形回采結構先進行開采，超前正?；夭傻牧庑位夭山Y構1～5個所述分段采場的高度；所述中段采場內的菱形回采結構為上下交錯式陣列分布；

S3、所述分區(qū)之間的菱形回采結構回采完成后，對間隔的一步驟菱形回采結構進行后退式回采，施工炮孔、爆破、落礦、出礦并充填處理，所述一步驟菱形回采結構回采完成，再進行二步驟菱形回采結構的回采，直至將所述開采單元回采完畢，并將所述中段采場自上而下依次回采并充填完成。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述菱形回采結構的高度與兩個所述分段采場的高度相同，為10～12m，寬度為12～15m。

作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S2中，所述菱形回采結構底端皆設置鑿巖巷道，相鄰兩個分段采場內的所述鑿巖巷道交錯布置，且任意所述鑿巖巷道皆處于其相鄰分段采場內的兩相鄰兩鑿巖巷道的中垂線上；所述鑿巖巷道在水平方向的間距與所述菱形回采結構的寬度相同，在豎直方向上的間距與所述菱形回采結構的高度相同。

作為本發(fā)明的進一步改進，從所述鑿巖巷道施工上向扇形中深孔進行爆破崩礦，所述上向扇形中深孔的邊緣炮孔分別向左右兩側斜向上延伸至與其相鄰的分段采場內的兩個相鄰所述鑿巖巷道，所述上向扇形中深孔的中間炮孔向上延伸至與其間隔一個分段采場的鑿巖巷道底部，使爆破后形成菱形結構。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述上向扇形中深孔的孔排距為1.2～2.0m，最大孔底距為2～3m，崩礦步距為2.5～4m；在所述菱形回采結構回采時，每回采3～5個崩礦步距的礦石后進行一次充填。

作為本發(fā)明的進一步改進，在所述菱形回采結構的首排所述上向扇形中深孔爆破回采時，鑿掏槽孔并采取預裂控制爆破技術；最后一排所述上向扇形中深孔的孔底距為1～1.5m，并采用光面爆破技術，以降低爆破對上下圍巖的破壞。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述待開采盤區(qū)內還包括沿礦體走向水平設置的沿脈運輸平巷、沿高度方向設置的平行于所述沿脈運輸平巷的若干分段平巷、所述分區(qū)之間設置的連接所述沿脈運輸平巷和所述分段平巷的分段聯(lián)絡巷道、以及所述中段采場底部的穿脈巷道和與所述穿脈巷道垂直的水平巷道；所述沿脈運輸平巷分布于所述開采單元的礦體邊緣，輔助所述菱形回采結構開采。

作為本發(fā)明的進一步改進，每兩個所述分段采場的高度設置一條所述分段平巷，所述分段平巷之間由斜坡道連接；所述分段聯(lián)絡巷道包括連接所述分段平巷與上分段采場的上分段聯(lián)絡巷道，以及連接與所述分段平巷處于同一水平面的分段采場的水平分段聯(lián)絡巷道。

作為本發(fā)明的進一步改進，在首個所述分段采場開采時，若是原巖體，則先進行切頂回采，回采后進行充填；所述切頂回采為分步驟間隔小斷面的進路充填法回采。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述切頂回采后進行充填時，在充填體內預埋充填管道，方便后續(xù)充填；所述充填采用的充填體的抗壓強度為5MPa。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，將待開采盤區(qū)設置中段采場并在高度方向上劃分分段采場，沿礦床走向劃分分區(qū)；中段采場采用菱形回采結構自上而下依次回采，菱形回采結構通過分步驟開采和邊開采邊充填的方式進行開采，且分區(qū)之間的菱形回采結構先進行開采，超前正常回采的菱形回采結構1～5個分段采場的高度；開采單元內的一步驟菱形回采結構和二步驟菱形回采結構間隔布置，中段采場內的菱形回采結構上下交錯分布；分區(qū)之間的菱形回采結構回采完成后，依次進行一步驟、二步驟菱形回采結構的回采，并自上而下依次回采中段采場。通過該基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，解決了高水平構造應力環(huán)境下低品位軟弱破碎厚大礦床下向進路充填采礦法采礦成本高、采礦效率低、經濟性差的難題，以及崩落采礦法的采礦損失高、地表崩落危害大的問題；達到了高水平構造應力條件下，低品位軟弱破碎厚大礦床安全、高效、低成本經濟開采的目的。

2、本發(fā)明通過提前開采分區(qū)之間的下部開采單元的菱形回采結構，達到卸荷緩解水平構造應力對采場側幫的危害，保證菱形回采結構正常開采時的安全。采用大尺寸的菱形回采結構，不僅解決軟弱破碎礦床相鄰采場側幫極易垮塌的問題，且大尺寸的菱形回采結構與傳統(tǒng)開采結構相比，結構參數(shù)增加1倍以上，其采場結構的承載能力顯著提高，有效解決復雜礦體水平應力大于垂直應力的不利影響，可實現(xiàn)強掘、強采、強充，充分發(fā)揮機械設備能力和使用效率，增大了采場生產能力。另外，菱形回采結構上下交錯分布，在爆破和出礦時可減少因死角形成而造成的礦石損失，可提高采礦效率150％以上，還消除了充填不接頂及充填體不緊密的問題。

3、本發(fā)明的菱形回采結構可形成特殊結構的護頂，不同于傳統(tǒng)的水平護頂結構，此結構能夠起到應力拱、應力隔絕和應力控制的作用，提高采場的安全生產能力。且本發(fā)明利用分段中深孔爆破，降低了采礦直接成本；通過遙控鏟運機進入菱形結構采場出礦，保證人員不暴露在大空間中和采場側幫下，保證了作業(yè)的安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法的采場結構示意圖。

圖2為圖1的Ⅱ-Ⅱ方向的視圖。

圖3為圖1的Ⅲ-Ⅲ方向的視圖。

附圖標記

1-分段采場；2-菱形回采結構；21-一步驟菱形回采結構；22-二步驟菱形回采結構；3-鑿巖巷道；4-上向扇形中深孔；5-沿脈運輸平巷；6-分段平巷7-分段聯(lián)絡巷道；8-穿脈巷道；9-水平巷道；10-溜井。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與本發(fā)明的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關系不大的其他細節(jié)。

另外，還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。

請參閱圖1～3所示，一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，包括以下步驟：

S1、將待開采盤區(qū)設置開采高度為100～150m的中段采場，并沿礦床走向劃分寬度為120～150m的分區(qū)，將中段采場在高度方向上每隔5～6m劃分若干分段采場1；

S2、將中段采場采用菱形回采結構2自上而下依次回采，兩個相鄰的分段采場1組成菱形回采結構2的開采單元，菱形回采結構2通過分步驟隔間開采和邊開采邊充填的方式進行開采，且分區(qū)之間的菱形回采結構2先進行開采，超前正?；夭傻牧庑位夭山Y構2一到五個分段采場1的高度；中段采場內的菱形回采結構2上下交錯分布；

其中，菱形回采結構2底端設置鑿巖巷道3，相鄰兩個分段采場1內的鑿巖巷道3交錯布置，且任意鑿巖巷道3皆處于其相鄰分段采場1內的兩相鄰鑿巖巷道3的中垂線上；鑿巖巷道3在水平方向的間距與菱形回采結構2的寬度相同，在豎直方向上的間距與菱形回采結構2的高度相同。從鑿巖巷道3施工上向扇形中深孔4進行爆破崩礦，上向扇形中深孔4的邊緣炮孔分別向左右兩側斜向上延伸至與其相鄰的分段采場1內的兩個相鄰鑿巖巷道3，上向扇形中深孔4的中間炮孔向上延伸至與其間隔一個分段采場1的鑿巖巷道3底部，使爆破后形成菱形結構。

上向扇形中深孔4的孔排距為1.2～2.0m，最大孔底距為2～3m，崩礦步距為2.5～4m；在菱形回采結構2回采時，每回采3～5個崩礦步距的礦石后進行一次充填。在菱形回采結構2的首排上向扇形中深孔4爆破回采時，鑿掏槽孔并采取預裂控制爆破技術；最后一排上向扇形中深孔4的孔底距為1～1.5m，相較于普通炮孔排面的密度加倍布置，并采用光面爆破技術，以降低爆破對上下圍巖的破壞。

S3、分區(qū)之間的菱形回采結構2回采完成后，對間隔的一步驟菱形回采結構21進行后退式回采，施工炮孔、爆破、落礦、出礦并充填處理，一步驟菱形回采結構21回采完成，再進行二步驟菱形回采結構22的回采，直至將分段采場1回采完畢，并將中段采場自上而下依次回采并充填完成。

在具體的實施例中，中段采場內分步驟間隔開采可同時開采多個間隔布置的菱形回采結構2，或者分多次開采，但仍需遵守間隔開采的原則，以保證分段采場1的穩(wěn)定性和安全性。不同分區(qū)的正常回采的菱形回采結構2可同時隔間開采，只需保證分區(qū)間的菱形回采結構超前開采即可。

特別地，菱形回采結構2的高度與兩個分段采場1的高度相同，為10～12m，寬度為12～15m。在首個分段采場1開采時，若是原巖體，則先進行切頂回采，回采后進行充填；切頂回采為分步驟間隔小斷面的進路充填法回采。切頂回采后進行充填時，在充填體內預埋充填管道，方便后續(xù)充填。

具體地，待開采盤區(qū)內還包括沿礦體走向水平設置的沿脈運輸平巷5、沿高度方向設置的平行于沿脈運輸平巷5的若干分段平巷6、分區(qū)之間設置的連接沿脈運輸平巷5和分段平巷6的分段聯(lián)絡巷道7、以及中段采場底部的穿脈巷道8和與穿脈巷道8垂直的水平巷道9；沿脈運輸平巷5分布于開采單元的礦體邊緣，輔助菱形回采結構2開采。每兩個分段采場1的高度設置一條分段平巷6，分段平巷6之間由斜坡道連接，分段平巷6還設置用于出礦的溜井10；分段聯(lián)絡巷道7包括連接分段平巷6與上分段采場的上分段聯(lián)絡巷道，以及連接與分段平巷6處于同一水平面的分段采場1的水平分段聯(lián)絡巷道。

在具體的實施例中，菱形回采結構2爆破落礦后采用遙控鏟運機進入采場出礦，鏟運機經由分段平巷6進入沿脈運輸平巷5，然后自采場的鑿巖巷道3出礦，鏟裝礦石倒入分段平巷6的溜井10；出礦完成后進行充填處理，充填前預埋充填管道，管道每隔5～6m開分支口，使用遙控鏟運機拖拽充填管道(周圍布置鋼筋方便錨入充填體)進入采場，并于鑿巖巷道3眉線處設置充填擋墻，然后采用高強度(充填體的抗壓強度為5MPa)膠結充填采場。

實施例1

本實施例提供了一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，包括以下步驟：

S1、將待開采盤區(qū)設置開采高度為100m的中段采場，并沿礦床走向劃分寬度為120m的分區(qū)，將中段采場在高度方向上劃分為高度為5m的20個分段采場1；每2個分段采場1高度水平掘進分段平巷6，分段平巷6之間用斜坡道連接。從分段平巷6掘1條上分段聯(lián)絡巷道到達上分段采場1的礦床邊界和1條水平聯(lián)絡道至本分段采場1的水平礦床邊界，再沿分段采場1的礦床底板掘沿脈運輸平巷5，從沿脈運輸平巷5開始，在分段采場1的所有菱形回采結構2下端掘進1條鑿巖巷道3，鑿巖巷道3寬度為4m、高4m。相鄰分段采場1內的菱形回采結構2上下交錯分布。

S2、將中段采場采用高度為10m、寬度為15m的菱形回采結構2自上而下依次回采，菱形回采結構2通過分步驟間隔開采和邊開采邊充填的方式進行開采，且分區(qū)之間的菱形回采結構2先進行開采，超前正常回采的菱形回采結構2兩個分段采場1的高度；相鄰分段采場1內的菱形回采結構2上下交錯分布。

S3、從鑿巖巷道3向菱形回采結構2布置上向扇形中深孔4進行爆破；上向扇形中深孔4的孔排距為1.5m，最大孔底距為2.5m，崩礦步距為3m；在菱形回采結構2回采時，每回采3個崩礦步距的礦石后進行一次充填；其中，在菱形回采結構2的首排上向扇形中深孔4爆破回采時，鑿掏槽孔并采取預裂控制爆破技術；最后一排上向扇形中深孔4的孔底距為0.8m，并采用光面爆破技術，以降低爆破對上下圍巖的破壞。

S4、菱形回采結構2爆破落礦后采用遙控鏟運機進入采場出礦，鏟運機經由分段平巷6進入沿脈運輸平巷5，然后自分段采場1的鑿巖巷道3出礦，鏟裝礦石倒入分段平巷6的溜井10；出礦完成后進行充填處理，充填前預埋充填管道，管道每隔5～6m開分支口，使用遙控鏟運機拖拽充填管道(周圍布置鋼筋方便錨入充填體)進入采場，并于鑿巖巷道3的眉線處設置充填擋墻，然后采用高強度(充填體的抗壓強度為5MPa)膠結充填采場，不斷重復上述步驟至結束菱形回采結構2的開采。

本實施例采用此方法開采軟弱破碎礦體礦體，解決了高水平構造應力環(huán)境下低品位軟弱破碎厚大礦床下向進路充填采礦法采礦成本高、采礦效率低、經濟性差的難題，以及崩落采礦法的采礦損失高、地表崩落危害大的問題；達到了高水平構造應力條件下，低品位軟弱破碎厚大礦床安全、高效、低成本經濟開采的目的。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法，將待開采盤區(qū)設置中段采場并劃分分段采場，沿礦床走向分區(qū)；中段采場采用菱形回采結構自上而下依次回采，通過分步驟間隔開采和邊開采邊充填的方式開采，且分區(qū)之間的菱形回采結構先開采。通過提前開采分區(qū)之間的下部開采單元的菱形回采結構，達到卸荷緩解水平構造應力對采場側幫的危害；采用大尺寸的菱形回采結構，不僅解決軟弱破碎礦床相鄰采場側幫極易垮塌的問題，還提高了采場生產能力；且大尺寸的菱形回采結構與傳統(tǒng)開采結構相比，結構參數(shù)增加1倍以上，其采場結構的承載能力顯著提高，有效解決復雜礦體水平應力大于垂直應力的不利影響，可實現(xiàn)強掘、強采、強充，充分發(fā)揮機械設備能力和使用效率，增大了采場生產能力。另外，菱形回采結構上下交錯分布，在爆破和出礦時可減少因死角形成而造成的礦石損失，可提高采礦效率150％以上，還消除了充填不接頂及充填體不緊密的問題；菱形回采結構可形成特殊結構的護頂，不同于傳統(tǒng)的水平護頂結構，此結構能夠起到應力拱、應力隔絕和應力控制的作用，提高采場的安全生產能力。該方法達到了高水平構造應力條件下，低品位軟弱破碎厚大礦床安全、高效、低成本經濟開采的目的。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。

基于菱形回采結構的分區(qū)卸荷分段充填采礦法.pdf