一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法.pdf

一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法，具体包含无底柱浅孔留矿采矿、矿山固废充填、矿柱回收等技术。其采用无底柱浅孔留矿采矿法先进行采矿，然后对采空区利用尾砂、抛尾渣等进行充填。充填胶凝后具有一定的强度，可以减缓地表的沉陷程度，减小山区矿山因采动影响而诱发地表地质灾害发生的频率及规模；且本发明提供的方法成本低，矿产资源回采率高，能够带来较高的经济效益；适用范围广，适合推广应用。

1.  一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采切工程：
在沿脉运输巷向矿体掘进多条出矿进路，向矿房两侧的间柱分别开掘天井联络道，掘至矿体后沿矿体倾向以倾角为斜度开掘天井，在天井垂直方向上开掘多条进入采场的联络道，沿矿体走向开掘切割平巷，对切割平巷进行开帮至矿体边界，形成矿房底部自由面，为矿石回采提供自由空间；
2）回采工序：
沿矿体倾向自下而上回采，回采至上中段水平，不留设顶柱，回收顶柱；然后在矿房顶部中段布置钻孔，钻孔贯穿上中段的出矿进路，在钻孔中安装充填管道；最后进行大放矿出矿作业；
3）采空区充填：
对出矿进路和远离待采矿房一侧的天井联络道砌筑密闭墙，并在密闭墙底部留设排水孔；保留靠近待采矿房一侧的天井联络道及天井，用于下个矿房回采时使用，仅对该天井进入采场的联络道砌筑密闭墙并留设排水孔；通过步骤2）中安装的充填管道对采空区进行充填；
通过上述操作完成山区金属矿山的安全高效采矿。

2.  根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于：相邻的出矿进路之间的间距为6米，相邻进入采场的联络道之间的间距为5m。

3.  根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于：步骤2）中自下而上回采时，每次推进1.2～1.5m，回采工作面布置成梯段，梯段高差为1m。

4.  根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于：步骤2）中回采时，通过出矿进路运出每次崩落矿石的1/3，其余崩落的矿石平场后暂留在采场中作为下个回采循环的工作平台。

5.  根据权利要求1所述的采矿方法，其特征在于：步骤3）中密闭墙采用水泥、沙、砖砌筑，或者采用水泥、沙和采掘产生的废石进行砌筑。

6.  根据权利要求1-5任意一项所述的采矿方法，其特征在于：步骤3）中充填时，采空区的底部充填抛尾渣、尾砂、水泥混合形成的浆料，上部充填抛尾渣、尾砂和水形成的浆料。

7.  根据权利要求6所述的采矿方法，其特征在于：所述采空区的底部的高度为10-15m。

8.  根据权利要求6所述的采矿方法，其特征在于：所述采空区的底部充填时，充填物按重量份计，采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣、1份水和0.25份水泥混合而成。

9.  根据权利要求6所述的采矿方法，其特征在于：所述采空区的上部充填时，充填物按重量份计，采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣和1份水混合而成。

10.  根据权利要求6所述的采矿方法，其特征在于：采空区的底部充填完之后，经过初凝后具有一定强度时进行上部充填。

一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法
技术领域  
本发明属于山区金属矿山的安全、高效的采矿技术领域，涉及一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法，具体包含：无底柱浅孔留矿采矿、矿山固废充填、矿柱回收等技术。
背景技术  
1）山区矿山开采的安全隐患
山区矿山的地质构造、矿床赋存条件较为复杂，矿区地形起伏多变。当地表以下的矿体采出后，原有地层的平衡条件被破坏，采空区上覆岩层出现变形破坏（冒落、开裂、下沉），致使地表出现开裂、塌陷等。随着采出矿量的不断增加，采空区的范围也不断扩大，采动影响地表的变形破坏也逐渐加剧。因此，受采动影响矿区的地质环境受到破坏，地表将发生塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，特别是山高坡陡的矿区。地灾事故一旦发生，将会造成较大的经济损失甚至人员伤亡。
2）矿山固废堆放的安全环保问题
矿山在巷道掘进、采矿及选矿过程中产生了较多的废石、抛尾渣、尾矿，传统的处理措施是在矿区建设排土场、尾矿库。随着矿山生产不断继续,矿山固体废弃物不断排出,占用的土地不断增加。在降雨条件特别是暴雨时，排土场、尾矿库可能形成泥石流，从而危及下游居民的安全。
发明内容  
本发明的目的是提供一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法，适合山区矿山的安全、高效、经济的开采。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于山区金属矿山安全高效的采矿方法，包括以下步骤：
1）采切工程：
在沿脉运输巷向矿体掘进多条出矿进路，向矿房两侧的间柱分别开掘天井联络道，掘至矿体后沿矿体倾向以倾角为斜度开掘天井，在天井垂直方向上开掘多条进入采场的联络道，沿矿体走向开掘切割平巷，对切割平巷进行开帮至矿体边界，形成矿房底部自由面，为矿石回采提供自由空间；
2）回采工序：
沿矿体倾向自下而上回采，回采至上中段水平，不留设顶柱，回收矿柱；然后在矿房顶部中段布置钻孔，钻孔贯穿上中段的出矿进路，在钻孔中安装充填管道；最后进行大放矿出矿作业；
3）采空区充填
对出矿进路和远离待采矿房一侧的天井联络道砌筑密闭墙，密闭墙底部留设排水孔；保留靠近待采矿房一侧的天井联络道及天井，用于下个矿房回采时使用，仅对该天井进入采场的联络道砌筑密闭墙并留设排水孔；通过步骤2）中安装的充填管道对采空区进行充填；
通过上述操作完成山区金属矿山的安全高效采矿。
相邻的出矿进路之间的间距为6米，相邻进入采场的联络道之间的间距为5m。
步骤2）中自下而上回采时，每次推进1.2～1.5m，回采工作面布置成梯段，梯段高差为1m。
步骤2）中回采时，通过出矿进路运出每次崩落矿石的1/3，其余崩落的矿石平场后暂留在采场中作为下个回采循环的工作平台。
步骤3）中密闭墙采用水泥、沙、砖砌筑，或者采用水泥、沙和采掘产生的废石进行砌筑。在充填之前通过密闭采空区，避免充填时充填料浆将通过联络道、出矿进路流淌到其它有用巷道，影响矿井安全生产。
步骤3）中充填时，采空区的底部充填抛尾渣、尾砂、水泥混合形成的浆料，上部充填抛尾渣、尾砂和水形成的浆料。
所述采空区的底部的高度为10-15m。发明人综合考虑矿山各中段矿房的围岩稳定性不同而设置区间范围，当围岩稳定性，充填加强区高度为10米；当矿体不稳定时，充填加强区高度调整为15米；这样可降低充填成本；同时胶凝后的充填体可对采空区围岩起到支撑作用。
所述采空区的底部充填时，充填物按重量份计，采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣、1份水和0.25份水泥混合而成。
所述采空区的上部充填时，充填物按重量份计，采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣和1份水混合而成。
采空区的底部充填完之后，经过初凝后具有一定强度时进行上部充填。
无底柱浅孔留矿采矿法不留设底柱、不施工底部工程，是一种较为简单、经济、回采率较高的采矿法，在黑色、有色及非金属矿山中得到推广使用。专利申请201310022499.1公开了一种薄矿体无底柱浅孔留矿法。在阶段运输巷道向矿体掘进出矿巷道、天井及联络道；在矿体内掘凿切割平巷；在采矿作业全部结束时回收顶柱。该采矿方法是一种简单、高效、易掌握的采矿方法，适合矿体厚度小于4米的急倾斜矿体。但该方法因未对采空区充填，回收顶柱后将会导致采空区上覆岩层下沉或冒落，引发地表变形开裂、塌陷等，从而诱发地表发生地质灾害，特别是在山区矿山，因采动影响而诱发地灾发生的可能性更大。因此该采矿法不适合山区矿山。
而现有的金属矿山充填开采方面也有相关报道，例如：以矿山固废充填（充填骨料为废石尾砂，胶凝材料为水泥、粉煤灰、高炉渣等，添加剂有增强剂、减水剂等）、膏体充填、高水充填等，这些充填材料充入采空区，具有充填强度高，可有效控制围岩变形，提高资源回收率等优势，能解决矿区地表变形与沉陷、尾砂排放问题。因充填体的胶凝材料为高水材料或水泥含量较高，致使充填成本较高。
现有充填采矿充填成本较高，一定程度上制约了充填技术的应用推广，同时现有的无底柱浅孔留矿采矿法不适用山区矿山。发明人通过多项研究验证，发明了一种适合山区矿山的安全、高效、经济的采矿法。
其具有的有益效果为：
1、降低成本低、资源回采率高
本发明何中由于采用充填材料对采空区进行了充填，且充填材料为抛尾渣、尾砂及水泥等，相比其它充填材料成本低；采场底部至15-20米以内的充填体中添加水泥，采场以上部分的充填体中不添加水泥，因此该充填方法的成本较低；且有效解决抛尾渣堆、尾砂排放而引起的安全环保问题，实现矿山的绿色开采。充填体对采场围岩起到支撑作用，可回收矿房顶柱，从而提高资源回采率。例如某一山区铁矿：矿房垂高为55米，为防止采场上覆岩层变形破坏而诱发的地表地质灾害，传统的无底柱浅孔留矿法需保留5-8米的顶柱。而采用该方法则不留设顶柱，因此可提高资源回采率9%以上，从而提高企业经济效益。
2、预防山区矿山的地质灾害
充填体凝固后具有一定的强度，对采场围岩起到限制变形和位移作用，将围岩受力状态由二维改为三维状态，提高了围岩的自稳能力；减缓了地表沉陷程度，减小山区矿山因采动影响而诱发地表地质灾害发生的频率及规模。
3、适用范围广
传统采矿法因资源回采率低，致使薄矿体开采成本高，甚至出现采矿零利润现象，矿山企业往往丢弃这些薄矿体。如采用本采矿法，可提高资源回采率，降低采矿成本，可对2.5-3.5米的薄矿体进行回采。因此本项采矿方法推广意义大、应用前景广。
附图说明
图1为本发明中涉及的无底柱浅孔留矿采矿图。
图2为采矿充填完毕后的效果图。
图3为图2的                                                - 向视图。
图4为图2的- 向视图。
图中1为沿脉运输巷，2、4均为天井联络道，3为出矿进路，5、6均为天井，7为进入采场的联络道，8为顶柱，9为密闭墙及排水孔，10为充填加强区，11为充填区，12为充填管道，13为间柱,14为矿体边界，15为待采矿房，16为上个矿房已采空后充填形成的充填加强区。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
1）采切工程：
如图1所示，在沿脉运输巷1向矿体掘进多条出矿进路3，向矿房两侧的间柱13分别开掘天井联络道，即图中的2和4，掘至矿体后沿矿体倾向以倾角为斜度开掘天井，即图中的5和6，在天井垂直方向上开掘多条进入采场的联络道7，沿矿体走向开掘切割平巷，对切割平巷进行开帮至矿体边界14，形成矿房底部自由面，为矿石回采提供自由空间；
2）回采工序：
沿矿体倾向自下而上回采，回采至上中段水平，不留设顶柱8，回收顶柱；然后在矿房顶部中段布置钻孔，钻孔贯穿上中段的出矿进路，在钻孔中安装充填管道12；最后进行大放矿出矿作业；
3）采空区充填：
对出矿进路3和远离待采矿房一侧的天井联络道2砌筑密闭墙9，并在密闭墙底部留设排水孔；保留靠近待采矿房一侧的天井联络道4及天井6，用于下个矿房回采时使用，仅对天井进入采场的联络道砌筑密闭墙并留设排水孔；通过步骤2）中安装的充填管道对采空区进行充填；
通过上述操作完成山区金属矿山的安全高效采矿。
进一步的方案中，相邻的出矿进路之间的间距为6米，相邻进入采场的联络道之间的间距为5m。
进一步的，步骤2）中自下而上回采时，每次推进1.2～1.5m，回采工作面布置成梯段，梯段高差为1m。
进一步的，步骤2）中回采时，通过出矿进路运出每次崩落矿石的1/3，其余崩落的矿石平场后暂留在采场中作为下个回采循环的工作平台。
进一步的，步骤3）中密闭墙采用水泥、沙、砖或采掘产生的废石进行砌筑。
进一步的，步骤3）中充填时，采空区的底部充填抛尾渣、尾砂、水泥混合形成的浆料，即为充填加强区10，上部充填抛尾渣、尾砂和水形成的浆料，即为充填区11。
进一步的，所述采空区的底部的高度为10-15m。
进一步的，所述采空区的底部充填时，充填物按重量份计，采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣、1份水和0.25份水泥混合而成。
进一步的，所述采空区的上部充填时，充填物按重量份计，采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣和1份水混合而成。
进一步的，采空区的底部充填完之后，经过初凝后具有一定强度时进行上部充填。