垂直方向上连续开采方法及在全矿体连续开采中的应用

摘要

本发明提供了一种垂直方向上连续开采方法及在全矿体连续开采中的应用，包括将矿体划分为若干个中段，各中段间隔式划分矿房和矿柱，并对矿房和矿柱进行编号；以三个中段为例，对编号为奇数的采场上中段和中间中段先后进行开采，采完后对编号为奇数的采场上中段和中间中段采用胶结充填，底部采用一定厚度高强度胶结充填；对编号为偶数的采场下中段和中间中段先后进行开采，采完后对编号为偶数的采场下中段顶部、底部及中间中段底部采用一定厚度高强度胶结充填，下中段其余部分采用胶结充填，中间中段其余部分采用非胶结充填；对偶数区域的上中段进行开采，采完后采用非胶结充填；对编号为奇数的采场下中段进行开采，采完后对编号为奇数的采场下中段底部采用高强度胶结充填，其余部分采用胶结充填。底部结构的三角矿柱和高强度胶结充填体构成隔离层，隔离层取代原岩水平矿柱。实现矿体自上而下连续开采。

权利要求

1.一种垂直方向上连续开采方法，其特征在于，包括：

在垂直方向，将矿体划分为若干个中段，并将每个所述中段划分为上中段、中间中段和下中段，按预定的方向对所述若干个中段进行编号；

对所述编号为奇数且至少间隔两个所述中段的上中段和中间中段先后进行开采，并对开采完成的中间中段采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成的上中段及中间中段的其余部分采用胶结充填；

当所有的所述编号为奇数的中段都开采并充填完毕后，对所述编号为偶数且至少间隔两个所述中段的下中段和中间中段先后进行开采，对开采完成的下中段的顶部和底部以及中间中段的底部都采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成下中段的其余部分采用胶结充填，对开采完成的中间中段的其余部分采用非胶结充填；

对已经完成开采并充填的所述编号为偶数的中段的上中段进行开采，并对开采完成的上中段采用非胶结充填；

当所有的所述编号为偶数的中段都开采并充填完毕后，对所述编号为奇数区域的下中段进行开采，并开采完成的下中段的底部采用高强度胶结充填，对开采完成的下中段的其余部分采用胶结充填。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高强度胶结为预定厚度的灰沙比为1比4的尾砂胶结。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述编号为奇数中段的上中段和中间中段进行开采的过程中，在所述中间中段的底部两侧各保留一块三角区域的矿块。

4.基于权利要求1至3所述的垂直方向上连续开采方法的应用，其特征在于，该方法用于在垂直方向上进行全矿体连续开采。

说明书

垂直方向上连续开采方法及在全矿体连续开采中的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种垂直方向连续开采方法及在全矿体垂直方向开采中的应用，属于采矿技术领域。

背景技术

[0002] 自20世纪80年代以来，国际矿业界已将实现连续高效开采问题视为发展矿山生产、提高经济效益最有效的途径。地下矿山采矿连续工艺的基本定义为：在一个矿体、阶段或矿块的回采过程中，落矿、出矿和运矿三大工序各自具有相对独立的作业条件，各工序间相互协调，在不同的空间平行连续进行所组成的机械化采矿作业系统。

[0003] 在传统的自上而下的矿床开采方法中，相邻阶段之间需要保留水平矿柱，水平矿柱主要由下部采场的顶柱、上部采场的底柱或专门的阶段隔离矿柱构成，回采顺序一般是先回采完上中段再采下中段，或者上中段超前下中段回采。水平矿柱的基本作用是隔离上下阶段，控制地压活动，保护阶段巷道。这种保留水平矿柱的开采方式，存在一些无法解决的问题：

[0004] 1.上下阶段的回采完毕后，水平矿柱作为上下盘围岩的支撑体，往往承受着巨大载荷，形成强应力集中，从而发生强烈变形甚至破坏，由于水平矿柱及其附近一般地压活动强烈，存在较大的地压灾害隐患，尤其对于深井矿山，水平矿柱及其附近往往是岩爆多发地；

[0005] 2.水平矿柱一般只作为残矿回收，其回收在技术上存在较多的问题，因此回收率较低，有的甚至无法回收，造成矿产资源大量损失；

[0006] 3.由于水平矿柱回收滞后，致使阶段的作业长期不能结束，井巷工程、风水管线及设备维护工作量大，直接影响井下开采的经济效益；

[0007] 4.由于水平矿柱不能在正常回采单元内回采，这就减小了正常回采单元的生产矿量，从而直接影响采切比及采场综合生产能力等多项采矿技术指标；

[0008] 5.由于水平矿柱回收滞后，回收困难，生产率又低，致使井下作业线拉长，给矿山生产管理带来很多困难，也影响井下人均劳动生产率的提高，矿山的经济效益受到影响，在已完成建设投资的情况下，保留水平矿柱相当于占用了部分建设资金，从而直接影响投资收益。

[0009] 另外，传统的自上而下非连续采矿方式，在上下阶段间的生产衔接方面也存在一些问题：由于下部阶段需在推进方向上滞后于上部阶段回采，因此必然会限制下部阶段的开采范围，使得上下阶段能同时作业的采场数量减少，限制了矿山可达到的生产能力，对于二步骤采矿方式和走向长度较短的矿体条件，这种影响更为突出。

[0010] 在地下矿山广泛采用的充填法采矿二步骤回采方式中，上下阶段非连续开采易造成一步骤采场和二步骤采场的回采失衡。因二步骤采场的矿石混有一定数量的充填材料，矿石贫化相对较大，生产能力也相对较低，所以两类采场需要均衡生产。但是，传统的上下阶段非连续开采方式，在上下相邻阶段过渡开采前，易形成二步骤采场集中出现的局面，严重影响矿山生产的均衡性。

发明内容

[0011] 本发明为解决在传统的自上而下的矿床开采方法中存在由水平矿柱难以回收、承受压力较大且容易被地质活动破坏导致的生产效率较低、生产安全性较差，以及非连续开采影响矿山生产的均衡性的问题，提供了一种垂直方向上连续开采方法及在全矿体连续开采中的应用。该方法包括：

[0012] 在垂直方向，将矿体划分为若干个中段，并将每个所述中段划分为上中段、中间中段和下中段，按预定的方向对所述若干个中段进行编号；

[0013] 对所述编号为奇数且至少间隔两个所述中段的上中段和中间中段先后进行开采，并对开采完成的中间中段采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成的上中段及中间中段的其余部分采用胶结充填；

[0014] 当所有的所述编号为奇数的中段都开采并充填完毕后，对所述编号为偶数且至少间隔两个所述中段的下中段和中间中段先后进行开采，对开采完成的下中段的顶部和底部以及中间中段的底部都采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成下中段的其余部分采用胶结充填，对开采完成的中间中段的其余部分采用非胶结充填；

[0015] 对已经完成开采并充填的所述编号为偶数的中段的上中段进行开采，并对开采完成的上中段采用非胶结充填；

[0016] 当所有的所述编号为偶数的中段都开采并充填完毕后，对所述编号为奇数区域的下中段进行开采，并开采完成的下中段的底部采用高强度胶结充填，对开采完成的下中段的其余部分采用胶结充填。

[0017] 该方法用于在垂直方向上进行全矿体连续开采。

[0018] 由上述技术方案可以看出，本发明通过在垂直方向对矿体进行划分，并分别对矿块同时进行开采和充填，保证了矿山生产的均衡性，并且在开采和充填阶段间不预留水平矿柱，有效减少了阶段间水平矿柱矿量的损失，还能保证各中段采场安全回采和有效的衔接，通过沿用矿山大规模、高强度的集中强化开采，提高采场的综合生产能力，缩短采场的回采周期。

附图说明

[0019] 图1是本发明的具体实施方式提供的垂直方向连续开采方法的流程示意图。

[0020] 图2是本发明的具体实施方式提供的采场分配示意图；

[0021] 图3是本发明的具体实施方式提供的开采及充填顺序示意图；

具体实施方式

[0022] 本具体实施方式提供了一种垂直方向连续开采方法，包括在垂直方向，将矿体划分为若干个中段，以三个中段为例，按预定方向对上中段、中间中段及下中段进行编号；对编号为奇数且至少间隔两个中段的上中段和中间中段先后进行开采，并对开采完成的中间中段采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成的上中段及中间中段的其余部分采用胶结充填；当所有的编号为奇数的中段都开采并充填完毕后，对编号为偶数且至少间隔两个中段的下中段和中间中段先后进行开采，对开采完成的下中段的顶部和底部以及中间中段的底部都采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成下中段的其余部分采用胶结充填，对开采完成的中间中段的其余部分采用非胶结充填；对已经完成开采并充填的编号为偶数的中段的上中段进行开采，并对开采完成的上中段采用非胶结充填；当所有的编号为偶数的中段都开采并充填完毕后，对编号为奇数区域的下中段进行开采，并开采完成的下中段的底部采用高强度胶结充填，对开采完成的下中段的其余部分采用胶结充填。

[0023] 为了更清楚的说明该技术方案，下面以具体的矿场环境并结合说明书附图进行说明，如图1所示，该方法具体可以包括：

[0024] 步骤1，在垂直方向，将矿体划分为若干个中段，并将每个中段划分为上中段、中间中段和下中段，按预定的方向对若干个中段进行编号。

[0025] 以一个生产能力为3500t/d的矿山为例，其矿体平均厚为40至50m，最大厚度达80至100m，倾角70°以上，矿体形态较规整，采矿方法主要为大直径深孔嗣后充填采矿法，采场垂直矿体走向布置，分矿房、矿柱，间隔式两步回采。为便于说明，本实施例选择矿体在-400m至-560m阶段之间，从上至下为3个阶段。

[0026] 如图2所示，采场依次编号1～15，奇数编号为矿房采场，用R表示，偶数编号为矿柱采场，用P表示。三个中段分别为：上中段(-400m～-460m阶段)、中间中段(-460m～-510m阶段)、下中段(-510m～-560m阶段)，并依次用编号1、2、3表示，将具体采场所在或所包含的阶段编号作为采场标识的后缀，如R矿块划分为R12矿块和R3矿块，并且R12为双阶段矿块，R3为单阶段矿块；P矿块划分为P1矿块和P23矿块，即P1矿块为单阶段矿块，P23为双阶段矿块。在本具体实施方式中，“R”和“P”只是标识，并不一定代表就是“矿房”和“矿柱”。

[0027] 当上中段和中间中段两相邻的一步骤矿块回采及充填完毕后，它们中间的二步骤矿块是从中间中段和下中段开始回采，回采完后再采上中段矿块。因此称一步骤矿块为矿房，二步骤矿块为矿柱，则可将这一布置方式称为“矿房矿柱上下交错布置”。这种采场布置方式的主要特点是：可以不留-510m水平矿柱，矿房矿柱在-510m垂直交错布置，与目前矿柱对应的采场直接从-560m往上回采，是一个-400m～-560m的整体开采方案。

[0028] 步骤2，对编号为奇数且至少间隔两个中段的上中段和中间中段先后进行开采，并对开采完成的中间中段采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成的上中段及中间中段的其余部分采用胶结充填。

[0029] 开采及充填的顺序如图3所示，按数字标注的顺序进行开采，首先从图3左端的1R12矿块进行开采，为了实现全矿体同时开采并保证矿岩的稳定性，可以先对编号为1、5、
9和13的中间间隔一个R12的矿块进行同时开采，再对编号为3、7和11的R12矿块进行开采。对所有的R12矿块采用胶结充填，并且对R12矿块的底部充填厚度为10米的高强度胶结，在R12矿块的底部两侧各保留一块三角区域的矿块不采。

[0030] 步骤3，当所有的编号为奇数的中段都开采并充填完毕后，对编号为偶数且至少间隔两个中段的下中段和中间中段先后进行开采，对开采完成的下中段的顶部和底部以及中间中段的底部都采用预定厚度的高强度胶结充填，对开采完成下中段的其余部分采用胶结充填，对开采完成的中间中段的其余部分采用非胶结充填。

[0031] 开采及充填的顺序如图3所示，为了实现全矿体同时开采，可以对编号为2、6和10的中间间隔一个P23的矿块进行同时开采，再对编号为4、8和12的P23矿块进行开采。开采完成后对编号为偶数的采场下中段顶部、底部及中间中段底部采用灰沙比为1比4的高强度尾砂胶结充填，充填的厚度为20米，下中段其余部分采用胶结充填，中间中段其余部分采用非胶结充填。

[0032] 步骤4，对已经完成开采并充填的编号为偶数的中段的上中段进行开采，并对开采完成的上中段采用非胶结充填。

[0033] 开采及充填的顺序如图3所示，，为了实现全矿体同时开采，可以对编号为2、6和10的中间间隔一个P1的矿块进行同时开采，再对编号为4、8和12的P1矿块进行开采。开采完成后对P1矿块采用非胶结充填。

[0034] 步骤5，当所有的编号为偶数的中段都开采并充填完毕后，对编号为奇数区域的下中段进行开采，并开采完成的下中段的底部采用高强度胶结充填，对开采完成的下中段的其余部分采用胶结充填。

[0035] 开采及充填的顺序如图3所示，，当所有的编号为偶数的区域都回采并充填完毕后，为了实现全矿体同时开采，可以对编号为1、5、9和13的中间间隔一个R3的矿块进行同时开采，再对编号为3、7和11的R3进行开采。开采完成后对对R3矿块德下中段底部采用高强度胶结充填，其余部分采用胶结充填。

[0036] 采用步骤2-5的充填方式后，在-510m隔离层由-400m至-510m矿房采场的高强度充填体、三角形矿柱以及-460m至-560m矿柱采场的中部高强度充填第构成。经数值模拟，其中，-400m至-510m矿房采场充填体强度应不小于(C＝0.7MPa、＝30，对应c＝2.4MPa)，厚度应不小于10m；-460m至-560m矿柱采场的中部高强度充填体的强度应不小于(C＝0.9MPa、＝30，对应c＝3.1MPa)，其厚度应不小于20m。根据力学计算结果，由于充填体有良好的“让压性”，该隔离层的安全隔离效果好于原岩矿柱，而且这种充填方式也使上下中段间不存在胶结充填接顶问题，能从根本上解决世界性的充填接顶难题。

[0037] 本实施例提供的垂直方向连续开采方法适合于矿体厚大(厚度≥40m)，矿体倾角65～90度，矿体和围岩稳固性好，且使用阶段空场嗣后充填采矿法回采的矿山。该方法在阶段间不预留水平矿柱的基础上，既保证各中段采场安全回采，有效的衔接，又沿用矿山大规模、高强度的集中强化开采，改善井下工人的作业环境和工作条件，提高采场的综合生产能力，缩短采场的回采周期。在我国进行推广，将有效减少阶段间水平矿柱矿量的损失；提升我国地下金属矿山的采矿技术水平，促进全国地下金属矿山连续采矿技术的发展；有效改观全国地下金属矿山生产水平低下(特别是水平矿柱回采)的被动局面；降低全国地下金属矿山间柱采场的贫化率和损失率，促进金属资源最大化回收；提升全国地下矿山采矿的机械化水平，进而促使提高国产采矿机械的革新与进步。

[0038] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。