本發(fā)明涉及地下礦山采礦技術領域，具體涉及一種人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法

背景技術：

充填采礦法作為地下礦山三大采礦方法之一，已得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的分段空場嗣后充填法回采工藝中，按照采場結構參數(shù)劃分一步驟、二步驟采場，先按照一定的回采順序進行一步驟采場回采，回采完畢后進行膠結充填，形成充填體，然后進行相鄰二步驟采場的回采。二步驟采場回采過程中，依靠充填體支撐頂板，控制地壓，其強度必須要滿足技術要求，確?；夭傻陌踩?。充填體的強度主要取決于膠凝材料(水泥)的用量和充填料配比，因此在保證充填體強度的基礎上，如何解決充填過程中排水及凝固過程中接頂?shù)葐栴}，是礦山面臨的一個重要難題。

已公開的成果《預先凍結充填體回采房間礦柱》(王繼源.預先凍結充填體回采房間礦柱[j].有色礦山，1979(6):19-21.)中提出在房柱法開采中采用廢石料充填采空區(qū)，并在廢石料中灑水，然后通過水平預埋凍結管道，凍結廢石料中的水分使充填體達到一定強度，最后進行礦柱的回采。由于分段空場嗣后充填法和房柱法在采場結構參數(shù)、尾砂膠結充填工藝和廢石充填工藝等方面存在巨大差異，因此該公開成果無法應用于尾砂膠結充填采礦法的礦體開采，也沒有解決凝固過程中接頂?shù)葐栴}。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是在不降低充填體強度條件下，能夠同時解決充填過程中排水及凝固過程中接頂問題，保證安全高效開采的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案為：

一種人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，包括如下步驟：

(1)按照采場結構尺寸，將礦塊劃分為一步驟采場和二步驟采場，先采一步驟采場，后采二步驟采場，采場落礦為扇形中深孔崩礦。

(2)一步驟采場回采完畢后，制備尾砂膠結充填料，并架設充填管道和凍結管道，安裝和調試凍結制冷設備。

(3)尾砂膠結充填料通過充填管道對采空區(qū)進行充填。充填過程中，同時利用凍結設備和凍結管道對充填料中的水分進行凍結，形成人工凍結充填體。

(4)一步驟采場區(qū)域凍結充填后，對相鄰的二步驟采場進行回采；礦體回采完畢后，拆除制冷設備和管道。

所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法適用于寒冷地區(qū)采用尾砂膠結充填法回采的礦體開采。

所述步驟(2)中，架設充填管道和凍結管道，以及安裝和調試凍結制冷設備工作同時進行。

進一步優(yōu)選的，所述步驟(2)中架設凍結管路，在采空區(qū)上方的上部穿脈巷道中垂直向下布置凍結管路，并加強充填體管路的強度，能夠在爆破開采作業(yè)下持續(xù)制冷。

進一步優(yōu)選的，所述步驟(3)中，一步驟采場進行充填的同時，進行充填料中的水分冷凍，一次性形成凍結充填體。

進一步優(yōu)選的，所述步驟(3)中，采空區(qū)充填時，采用人工凍結法將充填料中的水分進行凍結，因此充填擋墻無需考慮泌水。

進一步優(yōu)選的，所述步驟(3)中，采用人工凍結法將充填料中的水分進行凍結后，水分凍結成冰產(chǎn)生約9％的體積膨脹，實現(xiàn)充填體接頂。

所述步驟(3)中的人工凍結充填體，應根據(jù)采場的結構尺寸和圍巖穩(wěn)定性來確定人工凍結充填體的強度，并可根據(jù)人工凍結充填體所需的強度，進一步確定凍結范圍。

所述步驟(3)中的充填料至少包括廢石、尾砂、水和水泥；充填配比應根據(jù)人工凍結充填體的強度來決定。

所述步驟(3)中凍結充填體所采用的制冷工質為氨，輔助制冷工質為寒冷地區(qū)的天然冷源，冷媒劑采用鹽溶液。

所述步驟(3)中，首先根據(jù)采場的尺寸和人工凍結充填體的強度要求確定人工凍結充填體的凍結范圍，確定冷凍管道布置設計；在采空區(qū)上方的穿脈巷道依次進行如下操作：鋪設充填管路、布置冷凍管路、凍結設備的安裝與調試、安裝人工凍結充填體的溫度與強度監(jiān)測設備、輸送充填料、將充填料中的水分凍結，最終形成人工凍結充填體。

本發(fā)明的有益效果如下：利用人工凍結法將充填料中的水分凍結，形成堅硬的人工凍結充填體，達到設計所要求的充填體強度，并實現(xiàn)充填接頂，無需使用大量膠凝材料(水泥)，充填過程中也無需排水；相比較于傳統(tǒng)的膠結充填采礦法，在保證安全開采的前提下，本發(fā)明通過凍結充填體方式提高了充填體強度，保證了充填接頂，減少了充填水泥用量，降低了充填成本，具有作業(yè)安全、礦塊生產(chǎn)能力大、水泥用量少、充填成本低的特點。

附圖說明

圖1是人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法設計主視圖。

圖2是沿圖1中ⅱ-ⅱ線剖面圖。

圖3是沿圖1中ⅲ-ⅲ線剖面圖。

圖中：1.上部穿脈巷道，2.鑿巖出礦巷道，3.沿脈巷道，4.運輸巷道，5.崩落礦石，6.切割天井，7.扇形中深孔，8.未采礦體，9.充填料，10.人工凍結充填體，11.凍結管，12.充填管，13.充填擋墻，14.制冷設備，15.供液管，16.切割槽。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，沿礦體走向將礦塊劃分為一步驟采場和二步驟采場，采場高度即為階段高度，如圖1所示。

在開采之前，由采場尺寸和圍巖力學性質確定人工凍結充填體10的強度，然后對一步驟采場進行回采，采用扇形中深孔側向崩礦，如圖3所示。在采場的一端布置切割天井6，并形成切割槽16，然后在鑿巖穿脈巷道2中鉆鑿扇形中深孔7，對采場中的未采礦體8進行側向擠壓崩落，崩落礦石5由底部出礦巷道出礦，并從中段運輸巷道4運出。

一步驟采場回采完畢后，在采場下部的鑿巖出礦巷道2中構筑充填擋墻13，充填擋墻13不需考慮泌水。同時，根據(jù)人工凍結體10所需強度確定充填料的配比，充填配比應在保證人工凍結充填體10的強度的基礎上，盡可能的合理經(jīng)濟。在一步驟采場區(qū)域上方的上部穿脈巷道1內依次進行如下操作：鋪設充填管路12、布置冷凍管路11、凍結設備14的安裝與調試、安裝人工凍結充填體的溫度與強度監(jiān)測設備、構筑充填擋墻13、泵送充填料9、將充填料9中的水分凍結，最終形成人工凍結充填體10，穿脈巷道1與沿脈巷道3連通。

凍結充填體所采用的制冷工質為氨，輔助制冷工質為寒冷地區(qū)的天然冷源，冷媒劑采用鹽溶液。如圖2所示，在制冷設備14中利用天然冷源和氨使鹽溶液的溫度降低至-25～-35攝氏度，并采用鹽水泵使鹽溶液在供液管15中進行循環(huán)，與充填料進行熱交換，實現(xiàn)充填料的凍結。

人工凍結充填體10形成后，對相鄰的二步驟采場進行回采，回采方式與一步驟采場相同。

當?shù)V體開采期間，需要加強并保持對人工凍結充填體10的監(jiān)測。礦體開采完畢后，拆除充填管11和凍結設備14，使人工凍結充填體自然解凍。

上述實施例僅僅是清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里也無需也無法對所有的實施例予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。

技術特征：

1.一種人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：包括以下步驟：

(1)按照采場結構尺寸，將礦塊劃分為一步驟采場和二步驟采場，先回采一步驟采場，后回采二步驟采場，采場落礦為扇形深孔側向崩礦；

(2)一步驟采場回采完畢后，制備尾砂膠結充填料，并架設充填管道和凍結管道，安裝和調試凍結制冷設備；

(3)尾砂膠結充填料通過充填管路對采空區(qū)進行充填，充填過程中，同時利用人工凍結法對充填料中的水分進行凍結，形成人工凍結充填體；

(4)一步驟采場區(qū)域充填體凍結后，對相鄰的二步驟采場進行回采；礦體回采完畢后，拆除制冷設備和管道。

2.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述采礦法適用于寒冷地區(qū)礦體回采。

3.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(2)中，架設充填管道和凍結管道同時進行，且凍結管道在采空區(qū)上方的穿脈巷道中垂直架設，能夠在二步驟采場爆破開采作業(yè)下持續(xù)制冷。

4.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(2)中，一步驟采場進行充填作業(yè)時，同步進行充填料中水分的凍結，一次性形成凍結充填體。

5.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(2)中，采空區(qū)充填時，采用人工凍結法將充填體中的水分進行凍結，充填擋墻無需考慮泌水，且利用水分凍結成冰產(chǎn)生的體積膨脹，實現(xiàn)充填體接頂。

6.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(3)中的人工凍結充填體，應根據(jù)采場的結構尺寸和圍巖穩(wěn)定性來確定人工凍結充填體的強度，并可根據(jù)人工凍結充填體所需的強度，進一步確定凍結范圍。

7.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(3)中的充填料配比應根據(jù)人工凍結充填體的強度來決定。

8.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(3)中凍結充填體所采用的制冷工質為氨，輔助制冷工質為寒冷地區(qū)的天然冷源，冷媒劑采用鹽溶液。

9.根據(jù)權利要求1所述的人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，其特征是：所述步驟(3)中，首先根據(jù)采場的尺寸和人工凍結充填體的強度要求確定人工凍結充填體的凍結范圍，確定冷凍管道布置設計；在采空區(qū)上方的穿脈巷道中依次進行如下操作：鋪設充填管路、布置冷凍管路、凍結設備的安裝與調試、安裝人工凍結充填體的溫度與強度監(jiān)測設備、輸送充填料、將充填料中的水分凍結，最終形成人工凍結充填體。

技術總結

本發(fā)明公開了一種人工凍結充填體的分段空場嗣后充填采礦法，包括以下步驟：將礦塊按采場結構尺寸劃分為一步驟采場和二步驟采場，先回采一步驟采場后回采二步驟采場，采場落礦為扇形中深孔側向崩礦；一步驟采場回采完畢后，對采空區(qū)進行尾砂膠結充填，同時采用人工凍結法，利用寒冷地區(qū)天然冷源凍結充填料中的水分，形成滿足支護強度的人工凍結充填體，并利用水結冰發(fā)生的體積膨脹，實現(xiàn)充填體接頂；對二步驟采場進行回采，礦體回采完畢后，拆除凍結設備和凍結管路，對人工凍結充填體進行自然解凍。本發(fā)明適用于寒冷地區(qū)采用尾砂膠結充填法回采的礦體開采，具有作業(yè)安全、充填水泥用量少、充填成本低的特點。

技術研發(fā)人員：李杰林;楊承業(yè);周科平

受保護的技術使用者：中南大學

技術研發(fā)日：2019.10.22

技術公布日：2020.02.14



本發(fā)明涉及礦山地下開采技術領域，具體的說是一種自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法。

背景技術：

礦體和頂板圍巖中等以上穩(wěn)固的水平或緩傾斜薄礦體，通常采用全面采礦法回采。當?shù)V體傾角達到30°-45°時，每次崩落的礦石要局部留礦作為工作臺，待整個礦塊回采結束后，再把暫留的礦石全部運出，這就是留礦全面采礦法。因為礦體傾角小于礦石自然安息角，留礦全面采礦法回采時一般需要采用兩臺電耙分別沿采場走向和傾斜方向接力出礦。這種接力運搬的出礦方式，不僅出礦工序復雜，能源消耗高，而且工人勞動強度大，作業(yè)安全性差，采場生產(chǎn)能力低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法，通過在采場間柱巖體一旁架設采用鋼底板加單側擋板結構的自溜式礦石溜槽，出礦時，僅需將崩落的礦石采用電耙運搬至礦石溜槽，礦石沿溜槽自溜至溜礦井。這種自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法，大幅降低了采礦作業(yè)能源消耗，減輕了工人勞動強度，提高了采場生產(chǎn)能力和回采作業(yè)安全性。

本發(fā)明技術方案結合附圖說明如下：

一種自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法，該采礦方法包括以下步驟：

步驟一、沿礦體走向劃分礦塊，每個礦塊的傾斜長度60-70m，礦塊寬度40-50m，施工礦塊采準和切割拉底工程，形成采場；

步驟二、在每分層回采前，首先在采場間柱巖體一旁架設采用鋼底板加單側擋板結構的自溜式礦石溜槽；

步驟三、逆傾斜逐層回采，每次運出1/3的落礦量，其余礦石暫留在采場作為上采平臺；

步驟四、采場全部落礦完畢后，運出暫留采場的礦石，完成采場回采。

所述的步驟一的具體方法為：

11)按照先后順序分別掘進脈外運輸巷道10、穿脈巷道1、行人通風天井4、聯(lián)絡道9、溜礦井2、切割拉底巷道3；

12)以切割拉底巷道3為作業(yè)空間進行采場拉底。

所述的步驟二的具體方法為：

以溜礦井2為起點，在采場間柱巖體6一旁架設自溜式礦石溜槽5，采用鑿巖機沿上采方向在采場底板每隔0.8m-1.2m打一個深度約為0.5m的下向鉆孔，插入長度為1m的圓鋼12，將鋼底板11和擋板13同圓鋼12焊接牢固。

所述的步驟三的具體方法為：

鑿巖爆破、通風和出礦，出礦采用電耙8沿礦體走向將礦石運搬至自溜式礦石溜槽5，礦石沿溜槽自溜至溜礦井2，每次運出1/3的落礦量，其余礦石暫留在采場作為上采平臺。

所述的步驟四的具體方法為：

41)根據(jù)礦巖穩(wěn)固情況，采用錨桿或預留不規(guī)則礦柱的方式護頂；

42)重復架設自溜式礦石溜槽5和其它回采步驟，直至采場全部落礦完畢；

43)運出采場暫留礦石7，完成采場回采。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明隨回采作業(yè)循環(huán)逐層向上架設自溜式礦石溜槽，自溜式礦石溜槽的存在，避免了接力出礦的復雜采礦工序，大幅提高了采場出礦效率，降低了采礦作業(yè)能源消耗，減輕了工人勞動強度，提高了采場生產(chǎn)能力和回采作業(yè)安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法的正視圖；

圖2為本發(fā)明所述的自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法的俯視圖；

圖3為圖1中自溜式礦石溜槽的局部示意圖；

圖4為圖2中自溜式礦石溜槽的局部示意圖。

圖中：1、穿脈巷道；2、溜礦井；3、切割拉底巷道；4、行人通風天井；5、自溜式礦石溜槽；6、間柱巖體；7、暫留礦石；8、電耙；9、聯(lián)絡道；10、脈外運輸巷道；11、鋼底板；12、圓鋼；13、擋板。

具體實施方式

參閱圖1-圖4，一種自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法，該采礦方法包括以下步驟：

步驟一、沿礦體走向劃分礦塊，每個礦塊的傾斜長度60-70m，礦塊寬度40-50m，施工礦塊采準和切割拉底工程，形成采場；具體方法為：

11)按照先后順序分別掘進脈外運輸巷道10、穿脈巷道1、行人通風天井4、聯(lián)絡道9、溜礦井2、切割拉底巷道3；

12)以切割拉底巷道3為作業(yè)空間進行采場拉底。

步驟二、在每分層回采前，首先在采場間柱巖體一旁架設采用鋼底板加單側擋板結構的自溜式礦石溜槽；具體方法為：

以溜礦井2為起點，在采場間柱巖體6一旁架設自溜式礦石溜槽5，采用鑿巖機沿上采方向在采場底板每隔0.8m-1.2m打一個深度約為0.5m的下向鉆孔，插入長度為1m的圓鋼12，將鋼底板11和擋板13同圓鋼12焊接牢固。

步驟三、逆傾斜逐層回采，每次運出1/3的落礦量，其余礦石暫留在采場作為上采平臺；具體方法為：

鑿巖爆破、通風和出礦，出礦采用電耙8沿礦體走向將礦石運搬至自溜式礦石溜槽5，礦石沿溜槽自溜至溜礦井2，每次運出1/3的落礦量，其余礦石暫留在采場作為上采平臺。

步驟四、采場全部落礦完畢后，運出暫留采場的礦石，完成采場回采，具體方法為：

41)根據(jù)礦巖穩(wěn)固情況，采用錨桿或預留不規(guī)則礦柱的方式護頂；

42)重復架設自溜式礦石溜槽5和其它回采步驟，直至采場全部落礦完畢；

43)運出采場暫留礦石7，完成采場回采。

本發(fā)明是隨回采作業(yè)循環(huán)逐層向上架設自溜式礦石溜槽，自溜式礦石溜槽的存在，避免了接力出礦的復雜采礦工序，大幅提高了采場出礦效率，降低了采礦作業(yè)能源消耗，減輕了工人勞動強度，提高了采場生產(chǎn)能力和回采作業(yè)安全性。

技術特征：

技術總結

本發(fā)明涉及礦山地下開采技術領域，具體的說是一種自溜式礦石溜槽出礦的留礦全面采礦法。主要步驟包括：一是沿礦體走向劃分礦塊，施工礦塊采準和切割拉底工程，形成采場；二是在每分層回采前，首先在采場間柱巖體一旁架設采用鋼底板加單側擋板結構的自溜式礦石溜槽；三是逆傾斜逐層回采，每次運出約1/3的落礦量，其余礦石暫留在采場作為上采平臺；四是采場全部落礦完畢后，運出暫留采場的礦石，完成采場回采。至溜礦井。本發(fā)明隨回采作業(yè)循環(huán)逐層向上架設自溜式礦石溜槽，自溜式礦石溜槽的存在，避免了接力出礦的復雜采礦工序，大幅提高了采場出礦效率，降低了采礦作業(yè)能源消耗，減輕了工人勞動強度，提高了采場生產(chǎn)能力和回采作業(yè)安全性。

技術研發(fā)人員：嚴鵬;韋華南;郭樹林;唐學義;任玉東

受保護的技術使用者：長春黃金研究院

技術研發(fā)日：2017.05.09

技術公布日：2017.07.14