倾斜层状固体矿床开采方法

技术领域

本发明属于矿床开采技术领域，涉及一种固体矿床机械化开采方法，具体地说是一种倾斜层状固体矿床开采方法。

背景技术

非煤固体矿床开采是采矿工业的重要组成部分，其开采对象为除煤、石油和天然气以外的所有金属和非金属矿床。非煤固体矿床的开采方式，目前国内虽然有些尚以露天开采为主，但随着工业和科学技术的发展，对矿物原料需求量的迅速增加，许多露天矿山已经转为地下开采，长期地下开采的矿山也逐渐进入深井开采。对于倾角为35°～65°、厚度为0.8～5m的非煤固体矿床一般采用空场采矿法开采，随着目前矿山生产逐渐向深部发展，地压活动逐渐显现，且该类方法通常需留设顶、底柱和间柱，工人需进入空场内作业，普遍存在着落矿、运矿工艺落后、机械化程度低、顶板管理困难、回采率低、生产能力小、劳动强度大、工艺复杂、安全性差等问题，严重制约着地下矿山资源的有效利用，因此，急需不断改进采矿工艺技术，研发升级采矿设备从而实现深部矿产资源的安全高效开采。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种倾斜层状固体矿床开采方法，以解决空场采矿法存在的落矿、运矿工艺落后、机械化程度低、顶板管理困难、回采率低、生产能力小、劳动强度大、工艺复杂、安全性差等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种倾斜层状固体矿床开采方法，包括依次进行的以下步骤：

1)工作面布置

以平行于倾斜矿体走向，且靠近地面和远离地面的所述倾斜矿体两边界的位置关系为左右，沿所述倾斜矿体走向，将所述倾斜矿体划分为矿块，在所述矿块左边界开掘布置回风巷，所述矿块右边界开掘布置运输巷，再布置一伪俯斜工作面，所述伪俯斜工作面连通所述回风巷和所述运输巷；

2)矿床开采

在所述伪俯斜工作面布置回采设备，所述回采设备包括工作面支架、采矿机、刮板输送机、端头支架；

所述工作面支架是对所述伪俯斜工作面进行同步支护，多个所述工作面支架自左而右依次滞后错位布置；

所述采矿机在所述伪俯斜工作面自回风巷向运输巷开采，并沿所述倾斜矿体走向推进；

所述采矿机沿所述伪俯斜工作面落矿后，矿石自动装入刮板输送机运至运输巷，经破碎机破碎、转载机转载、带式输送机输送至地面；

3)支架移护

以所述伪俯斜工作面与回风巷连接处为上端头，所述伪俯斜工作面与运输巷连接处为下端头，所述采矿机完成采矿后，返回所述伪俯斜工作面上端头；

所述工作面支架沿所述倾斜矿体走向推进，完成所述工作面支架顺序移架、支护；

采矿后形成的采空区，采用自然垮落法管理顶板；

重复步骤2)～3)，进行循环操作。

作为一种限定，所述倾斜矿体的倾角为35°～65°、厚度为0.8～5m。

作为进一步限定，所述伪俯斜工作面的伪斜角为20°～30°。

作为进一步限定，所述矿块的长为140～160m、宽为所述倾斜矿体全厚、高为90～110m。

作为另一种限定，所述工作面支架为两柱掩护式液压支架，包括顶梁、掩护梁、底座、立柱和护帮板；

以所述倾斜矿体与采空区的相对位置关系为前后，所述顶梁与所述底座的相对位置关系为上下，所述底座后端通过尾梁与所述掩护梁连接；所述掩护梁的另一端与所述顶梁连接；所述护帮板设于所述顶梁前端；所述立柱有多件，分别连接于所述底座上表面与所述顶梁下表面之间；两所述支架立柱间连线，与所述底座后端在左右方向上的沿线相平行；

所述掩护梁上表面设有柔性垫层；

所述顶梁、所述掩护梁和所述底座左右两端均分别对应设有顶梁侧护板、掩护梁侧护板和底座侧护板。

作为进一步限定，所述顶梁前端沿线与所述伪俯斜工作面平行。

作为第三种限定，所述伪俯斜工作面的上端头和下端头分别对应设有上端头支架和下端头支架。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

本发明的开采方法设计合理、工艺简单、便于施工；

本发明的开采过程可以沿着矿层连续开采，连续运输，工作面推进速度快，效率高，保证了倾斜层状非煤固体矿层一次采高达到5.0m，极大的提高了工作面产量，简化了回采工艺；

布置伪俯斜工作面，并沿走向推进，可减小工作面倾角，避免片帮和飞矸危害，提高设备防滑性能，顶板得到了有效控制；

采用自然垮落法管理顶板，无需留设用于支护的矿柱，提高了资源的回收率；也无需像充填采矿法那样回填支护，降低了成本。

工作面落矿由采矿机完成，采矿机由电力驱动，相较于爆破落矿成本更低，实现了机械化落矿，有效避免了爆破落矿对围岩的破坏，并且没有由于爆破所产生的废气排放，降低了健康和安全风险。

采用工作面支架对伪俯斜工作面进行同步支护，随着开采工作面的前移而相应的前移，为人员和设备提供安全的作业空间，作业人员在工作面作业更加安全、方便；

与传统的矿房法留设矿柱，或者充填法回填充填材料相比，本发明的开采方法可以在保证安全生产的前提下提高回采率，降低支护成本；

本发明的开采方法安全、可靠性高、资源回收率高、生产成本低、产量稳定，降低了顶板管理难度，经济效益显著；

综上所述，本发明的开采方法设计合理、工艺简单且所采用的工作面支架及成套装备结构设计合理、操作简便，伪俯斜工作面布置简单，能有效解决现有倾斜层状非煤固体矿床开采中存在的落矿、运矿工艺落后、机械化程度低、顶板管理困难、回采率低、生产能力小、劳动强度大、工艺复杂、安全性差等实际问题，实现倾斜层状固体矿床的安全、高效、机械化回采。

本发明的倾斜层状固体矿床开采方法适用于倾角为35°～65°、厚度为0.8～5m的非煤固体矿床。

附图说明

图1是本发明实施例中所述开采方法的工艺流程简图；

图2是本发明实施例中所述伪俯斜工作面布置示意图；

图3是本发明实施例中所述伪俯斜工作面布置俯视示意图；

图4是图3处A-A处剖面示意图；

图5是本发明实施例中所述工作面支架的立体结构示意图；

图中：1、回风巷，2、运输巷，3、伪俯斜工作面，4、采空区，5、倾斜矿体，6、工作面支架，61、顶梁，62、掩护梁，63、底座，64、立柱，65、护帮板，66、柔性垫层，67、顶梁侧护板，68、掩护梁侧护板，69、底座侧护板，7、采矿机，8、刮板输送机，9、破碎机，10、转载机，11、带式输送机，12、上端头支架，13、下端头支架，14、超前支护。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明，应当理解所描述的实施例仅用于解释本发明，并不限定本发明。

实施例一种倾斜层状固体矿床开采方法

倾斜层状固体矿床开采方法，工艺流程参见图1，包括依次进行的以下步骤：

1)工作面布置

选取一处倾角为35°～65°、厚度为0.8～5m的倾斜层状非煤固体矿床(湖南省石门县中立磷矿床矿体呈层状，矿层平均厚度4.5m，倾角在55°左右)，参考图2和图3中所示，以平行于倾斜矿体5走向，且靠近地面和远离地面的所述倾斜矿体5两边界的位置关系为左右，沿所述倾斜矿体5走向，将所述倾斜矿体5划分为矿块，所述矿块的长为140～160m、宽为所述倾斜矿体5全厚、高为90～110m；在所述矿块左边界处矿层中开掘布置回风巷1，所述矿块右边界处矿层中开掘布置运输巷2，再在矿块走向边界处的矿层中开掘一斜巷，所述斜巷连通所述回风巷1和所述运输巷2，在所述斜巷中布置一伪俯斜工作面3，即所述伪俯斜工作面3连通所述回风巷1和所述运输巷2；所述伪俯斜工作面3作为所述倾斜矿体5的实际开采工作面，其中，控制所述伪俯斜工作面3形成的伪斜角度数为20°～30°，减小了工作面倾角，有效避免片帮和飞矸危害，防止工作面装备下滑。

如图2、图3所示，AD连线为伪俯斜工作面3；∠ACB(即∠α)为倾斜矿体5真实倾角，即∠ACB＝∠α＝55°；∠ADB为所述伪俯斜工作面3形成的伪斜角，即∠ADB＝30°；所述伪俯斜工作面3推进方向(倾斜矿体5开采方向)沿矿体走向(即图2、图3中箭头方向)推进，即沿DC沿线方向推进。

2)矿床开采

如图4所示，在所述伪俯斜工作面3布置回采设备，所述回采设备包括工作面支架6、采矿机7、刮板输送机8、破碎机9、转载机10、带式输送机11；

如图5所示，所述工作面支架6是对所述伪俯斜工作面3进行同步支护，多个所述工作面支架6自左而右依次滞后错位布置；所述工作面支架6为带有防倒滑装置的两柱掩护式液压支架，包括顶梁61、掩护梁62、底座63、立柱64和护帮板65；以所述倾斜矿体5与采空区4的相对位置关系为前后，所述顶梁61与所述底座63的相对位置关系为上下，所述底座63后端通过尾梁与所述掩护梁62连接；所述掩护梁62的另一端与所述顶梁61连接；所述护帮板65设于所述顶梁61前端，使用护帮板65能够防止片帮，为工作面人员、设备提供安全空间；所述顶梁61前端沿线与所述伪俯斜工作面3平行；所述立柱64有多件，分别连接于所述底座63上表面与所述顶梁61下表面之间；两所述支架64立柱间连线，与所述底座63后端在左右方向上的沿线相平行；所述掩护梁62上表面设有柔性垫层66，减轻工作面上方垮落矸石对支架的冲击作用；所述顶梁61、所述掩护梁62和所述底座63左右两端均分别对应设有顶梁侧护板67、掩护梁侧护板68和底座侧护板69，顶梁侧护板67、掩护梁侧护板68和底座侧护板69均采用侧推千斤顶控制，保证支架间相互稳定，所述工作面支架的工作阻力达到6400kN。

所述采矿机7在所述伪俯斜工作面3自回风巷1向运输巷2开采，并沿所述倾斜矿体5走向推进；

所述采矿机7安装在刮板输送机8上，沿平行于刮板输送机8运行的方向移动(即平行于所述伪俯斜工作面3)；所述采矿机7根据矿床地质条件和矿石性质选择滚筒尺寸和摇臂尺寸，对所述伪俯斜工作面3的矿石进行截割。所述采矿机7的滚筒截齿选用高强度合金头截齿，滚筒截齿以冲击/啃啮的方式直接将矿石切割采掘下来，代替原来的爆破工艺环节完成采矿；整个采矿过程中，采矿机7采用视距无线遥控操作，操作人员可根据现场情况加快/减慢采矿速度，从而避免矿层的条件不一带来的闷车现象，且避免了就地操作带来的人员安全性问题。所述采矿机7中设有机械过载保护装置，当所述采矿机7过载时，剪切销装置剪断使机器空转，防止系统损坏，保证设备的运行稳定和安全；

所述采矿机7沿所述伪俯斜工作面3落矿后，矿石自动装入带有防倒滑装置的刮板输送机8运至运输巷2，经破碎机9破碎、转载机10转载、带式输送机11输送至地面；

所述刮板输送机8除运输矿石外，还可以为所述采矿机7提供运行轨道。

3)支架移护

如图4所示，以所述伪俯斜工作面3与回风巷1连接处为上端头，所述伪俯斜工作面3与运输巷2连接处为下端头，所述伪俯斜工作面3的上端头和下端头还分别对应设有上端头支架12和下端头支架13，用于使所述伪俯斜工作面3的端头处有足够的无立柱空间，为刮板输送机8机头、破碎机9、转载机10机尾提供空间，也可有效防止工作面支架6歪斜；位于所述回风巷2内，所述上端头支架12前端还布置有管棚/小导管等作为超前支护14；

所述采矿机7完成采矿后，返回所述伪俯斜工作面3上端头；所述工作面支架6沿所述倾斜矿体5走向推进，完成所述工作面支架6顺序移架、支护；

所述工作面支架6与所述刮板输送机8之间经千斤顶连接，可互为支点以实现推移刮板输送机8和移架，随着所述工作面支架6移架，推移所述刮板输送机8，进而推进所述伪俯斜工作面3前移；整个开采过程中所述工作面支架6能够为人员和设备提供安全的作业空间；

采矿后形成的采空区4，采用自然垮落法管理顶板，无需留设用于支护的矿柱，实现了非煤固体矿山的机械化采掘过程，大幅提高了非煤矿山的开采效率，降低了非煤矿山的开采成本；

重复步骤2)～3)，进行循环采矿。

需要注意，实施例仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明所作的其它形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员都可能利用上述技术内容作为启示加以变更或改型为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明权利要求的技术实质，对以上实施例所作出的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明权利要求保护的范围。