发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种安全性高、连续性强、资源损失率小、机械化程度高、劳动强度低、效率高、生产能力大的房柱变换式盘区上向分层充填采矿法。
为了解决目前我国厚大矿体用上向分层充填采矿法开采时矿柱顶板冒落频繁，支护手段缺失，采场难采和安全事故不断的技术问题，本发明提供的房柱变换式盘区上向分层充填采矿法，其步骤是：
将矿块划分为间隔布置的矿房、矿柱，6～8个矿房矿柱采场构成一个盘区，矿房矿柱宽6～12m，以盘区为开采单位组织生产；
盘区采用斜坡道+分段平巷+分层联络道+脉外集中出矿溜井的下盘脉外无轨采准系统，中段高50m，分段高10～15m，3～4分层为一分段，分层高2.5～3.5m；
矿房矿柱用机械化上向分层充填采矿法自下而上分层回采，凿岩台车打眼，铲运机出矿、锚杆台车支护；3～4个矿房或3～4个矿柱同步回采。矿房或矿柱内无轨设备交替平行作业；
盘区内房柱回采交替上升，矿柱功能互换。其实现过程是：盘区矿房同时向上回采，以3～6分层即10m～15m为回采单位，矿房采高一个回采单位即10～15m后，用尾砂胶结充填并接顶，矿房临时性停采，改采矿柱，此时矿房因充填接顶，能充当矿柱回采时的临时护顶“矿柱”，实现功能转换；盘区矿柱采用与矿房相同的方法回采，回采达到2个10～15m即20m～30m后充填接顶，然后停采矿柱，转为继续回采矿房，此时因矿柱充填接顶，矿柱继续发挥其护顶功能；如此反复，矿房矿柱交替回采，护顶功能随着矿房矿柱的交替进行而不断转换，直至整个矿块采完；
对于矿房矿柱第一分层，由于作为下中段的护顶层，所以需要有较高的强度。第一分层底层预筑混凝土人工假底，钢筋直径Φ12mm，网度0.25m×0.25，强度为C15，厚度0.5m，然后视矿房矿柱采用胶结或非胶结充填，充填高度2.5m，再后充填浇面。
矿房矿柱回采时，遵循上向分层充填采矿法回采原则，采一层，充填一层，且预留1.6～2.0m爆破补偿用空顶高度。正常情况下，采空区胶结充填用灰砂比1∶8～1∶12的水泥尾砂进行充填，为保证采掘设备行走和减少矿石二次贫化损失，分层内充填浇面，浇面层厚度0.3～0.5m，采用灰砂比1∶4～1∶6的水泥尾砂充填。矿房临时性停采后，当矿柱开采位置低于矿房采高时，采空区用无胶凝剂的尾砂充填；当矿柱回采高度超过矿房采高后，改用有胶凝剂的水泥尾砂胶结充填，其配比与矿房胶结充填配比相同。
矿房矿柱交替回采，直至整个矿块结束。
采用上述技术方案的房柱变换式盘区上向分层充填采矿法，其有益效果是：
①安全性增高
本发明针对厚大较稳固型金属矿床，提出了房柱交替式开采的盘区分层回采与充填的安全开采方法。通过控制房柱结构参数、采场暴露面积、房柱交替上升，减少了矿柱悬吊高度。通过房柱的临时性充填接顶，实现房柱护顶功能的互换，缩短了作为矿柱的回采时间，提高采场岩层的完整性与稳定性，从而避免了矿柱开采过程中出现整体下陷与冒落、采场由局部失稳转化为整体失稳带来的重大安全风险，从而有效地保证了矿体开采安全。
②高效开采
房柱交替式盘区上向分层充填法开采，由于盘区内3～4个矿房矿柱同步回采，可充分利用无轨设备作业，并实现多个采场凿岩、出矿、支护、充填交替平行作业，生产相对集中，避免了单个房柱开采人员分散、设备利用率低、劳动组织烦琐等不足，实现矿块高效开采。
③资源损失率降低
采用房柱交替式盘区上向分层充填法，通过改变回采顺序与回采工艺，提高了矿岩的整体稳固性，从而使一些可能损失的矿石得以回收，提高资源回收率。
④机械化程度高，生产能力大
采用盘区为单位的劳动组织形式和无轨采准系统，配备凿岩台车、铲运机和锚杆台车等先进采掘设备，机械化程度高，工人劳动强度低，效率高，生产能力大。
采矿方法主要技术经济指标为：采准工程量10.12标米/kt，盘区生产能力873.1t/d。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明采矿方法的技术方案如下：
①沿矿体走向将矿块划分为间隔布置的矿房、矿柱，矿房矿柱宽均为8m；4个矿房4个矿柱构成一个盘区。矿体厚30m，盘区长64m，盘区范围为64m×30m。
②矿体中段高50m。自下而上开采，盘区采用下盘脉外无轨采准方式，其技术要点是：平行矿体下盘边界布置分段平巷2，各分段平巷2通过分层联络道3与脉外斜坡道相通，采场分层联络道3联接采场与分段平巷2，溜井联络道12与中段集中出矿溜井11相联，从而构成盘区下盘脉外无轨采准系统；采场内采用凿岩台车打眼，铲运机出矿，采用分段平巷2+脉外溜井11+分层联络道13的出矿系统，矿石通过竖井提升至地表。
③矿体采用房柱变换式盘区上向分层充填采矿法开采，其特点是：矿房先用上向分层充填法回采，开采高度10m～15m后，矿房停止继续向上回采，采用灰砂比1∶8～1∶12的水泥尾砂胶结充填并接顶；然后用回采矿房相同的方法回采矿柱，直至矿柱超过已采矿房的回采高度(10m～15m)后，矿柱停止继续向上回采，充填并接顶；中段内房柱交替上升；矿房矿柱护顶功能互换；当矿柱回采高度未超过矿房已采高度时，采场用无胶凝剂的尾砂充填；当矿柱回采高度超过矿房回采高度后，采场充填改用水泥尾砂胶结充填；为保证无轨设备行走安全和减少矿石贫损率，每分层充填时要求有浇面层，其厚度0.3～0.5m，灰砂比1∶4～1∶6；分层采完后，除要求充填接顶的采层外，采场充填后空顶高度为1.5～2.0m；采场采完后，所有采空区用充填料充填并接顶。
④为确保采场安全，提高资源回收率，采用预留矿石顶柱和构筑钢筋混凝土人工假顶4的方法；矿石顶柱厚3m，在采场用本法采完后用上向进路法开采；钢筋混凝土人工假底强度C15，厚度0.5m，为下一中段顶柱回采提供安全环境。
⑤为验证本发明的安全性以及实用性，用瑞典LUT地应力测量法对区域应力场进行测定；在采空区上方(矿体上盘)围岩中安装3～5点位移计，对顶板岩层变形进行观测。在矿柱及其相邻采场充填体内埋设压力计，观测其受力状况。通过观测，得到本发明实施过程中地应力变化及其顶板岩层沉降情况，为采矿方法参数及采场回采顺序、护顶方法优化提供依据。
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
三山岛金矿直属矿区是我国生产规模较大的地下黄金矿山，生产能力3500t/d。矿体走向62°，倾向南东，倾角33～67°，平均46°，由北向南倾角有逐渐变陡趋势。矿体厚20～30m，局部60m，最大水平厚度近100m。矿石品位1.52～12.53g/t，平均3.26g/t，目前主要回采-565m中段以下矿体。
具体实施步骤是：
①在三山岛金矿直属矿区-565m～-625m中段，矿体倾角35～45°，矿体水平厚度30m以上，采用房柱变换式盘区上向分层充填采矿法，沿矿体走向划分矿房矿柱，矿房、矿柱间隔布置，宽均为8m，8个矿房矿柱构成一个盘区，盘区长64m。中段高50m。
②矿山采用竖井+斜坡道的开拓方式。为配合无轨机械化采矿，在矿体下盘布置脉外斜坡道+分段平巷+分层联络巷+溜井集中出矿的无轨采准系统，每隔10m垂高设置一条脉外分段平巷，分段平巷与斜坡道联结；通过分层联络道与采场相通，通过下盘溜井联络道与溜井相通。如图1、图2和图3所示，首先掘进阶段运输平巷1，然后掘进斜坡道，在斜坡道沿矿体走向按10m垂高掘进分段平巷2，再后掘进下盘出矿溜井11。在分段巷道中垂直矿体走向掘进分层联络道3直到矿体下盘边界。中段内矿体分6个分段，分段高10m。
③矿体采用自下而上的回采方式。矿体分段内矿块分3层回采，分层高3.0～3.5m；4个矿房同时向上回采。矿房回采时，4个矿房先用上向分层充填采矿法向上分层回采20m高，然后充填接顶；矿房充填接顶后临时性停采，改为对4个矿柱进行回采。矿柱用矿房同样的回采方式向上推进，回采20m即保持与矿房相同的回采高度后，采场由非胶结充填改为胶结充填。随着矿柱回采继续向上推进，当采高达到30m后，矿柱临时性停采，矿柱采空区充填并接顶，然后转向矿房的继续回采。矿房再次回采20m后停采，又转向矿柱的回采，如此循环反复，直至整个盘区开采结束。
④矿房矿柱用上向分层充填采矿法开采，其回采方法是：采准工作完成后，先回采矿房。4个矿房同步进行，用Pluton-17液压台车打眼；2#铵油炸药非电毫秒差雷管起爆；TORO-3.5m3铲运机出矿；Robolt H518锚杆台车进行锚杆护顶；Multimoven-600型多用途服务车运送人员和材料。4个矿柱的回采方式与矿房回采方式相同。
⑤对于第一分层，用掘进法回采并挑高至5.0m，第一分层底层预筑混凝土人工假底，钢筋直径Φ12mm，网度0.25m×0.25，强度为C15，厚度0.5m，然后视矿房矿柱采用胶结或非胶结充填，充填高度2.5m，再后充填浇面。
⑥分层采完后，除要求充填接顶的采层，采场充填后需要预留1.5～2.0m的空顶高度。当进行矿房分层回采时，普通胶结充填采用水泥尾砂充填，灰砂比为1∶8～1∶12，最后一次充填为浇面层充填，浇面层厚度为0.3～0.5m，灰砂比为1∶4～1∶6；当矿柱进行分层回采时，正常情况下用尾砂非胶结充填，但分层充填结束前，要求充填浇面，其浇面层厚度与灰砂比要求与矿房的浇面层一致。考虑到矿房矿柱的护顶功能互换，所以胶结充填与非胶结充填依房柱的功能位置而定。
⑦充填前作好充填准备。先构筑充填隔离墙，然后架设充填管，当充填准备工作完成后再进行充填。
⑧为验证房柱变换式盘区上向分层充填采矿法安全可靠性，确保使用过程中的高效性，在矿体上盘、矿柱及充填体内埋设了多种力学、位移测试装置，从而进行长期观测，及时调整采矿方法参数，确保开采安全、经济、科学和合理。