一种基于两步骤采场安全开采方法

技术领域

本发明属于矿采场开采技术领域，具体涉及一种基于两步骤采场安全开采方法。

背景技术

东翼露天转地下矿床区域水文地质条件复杂，其上部为露天采坑且正在进行以尾矿固结回填为主的生态修复工程。与西翼较长的开采历史不同，东翼露天转地下2021年6月份才正式投产，目前仅处于第一个生产中段(-380m)一步骤矿房的集中回采阶段，对矿岩整体性的影响尚未全面体现。但东翼水文地质条件复杂，矿体规模较小，作业面集中，安全压力仍不容小觑。

东翼地下开采地压活动较为频繁，顶板安全管理压力巨大，尤其是为满足产能要求，采用两步骤超前同步开采后，其地压管理难度更大，应在分析西翼近年来顶板事故发生规律，以及东翼生产期间发生的采场冒落事故的基础上，采取有针对性的安全技术和安全管理措施，提高采场回采过程中的安全生产水平。

为此，我们提出一种基于两步骤采场安全开采方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在上述的缺点，而提出的一种基于两步骤采场安全开采方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种基于两步骤采场安全开采方法，将矿体沿走向划分为矿房和矿柱，两步骤回采，铲运机出矿；

首先以水平分层形式自下而上回采矿柱，依次进行尾砂胶结充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业平台；

矿柱回采并充填结束后，在尾砂胶结体形成的人工矿柱保护下用同样的回采工艺回采矿房并充填；

布置矿块和矿块结构参数：将矿房、矿柱垂直矿体走向交替布置，长度为矿体水平厚度，宽度：矿房14m，矿柱10m。底柱5m，顶柱2m，分段高度9.9m，每个分段负责3个分层，分层高度3.3m，回采过程中最小控顶高度3m，最大控顶高度5.5～6.3m；

对矿块进行采切，采用下盘脉外采准方式。在矿体下盘布置两条沿脉运输平巷，每隔4个矿块施工运输横巷连通运输平巷形成环行运输系统。自内沿运输平巷垂直矿体走向在矿房、矿柱交界处布置一条穿脉至宽体上盘边界，自穿脉在矿柱内沿矿体倾向在矿体上盘边界布置一条脉内充填回风井，其中矿房、矿柱共用一条，连通上一阶段穿脉。上下阶段由采准斜坡道，坡度20％，阶段内布置一条，各采场共用，连通，自采准斜坡道掘进分段联络平巷，由分段联络平巷垂直矿体走向在采场中央位置掘进下向分层联络道，随回采工作进行，水平分层联络道和上向分层联络道分别由下向分层联络道和水平分层联络道上挑完成，根据铲运机的爬坡能力要求，分层采场联络道坡度14％～21％。阶段内每4个矿块在下盘布置一条脉外溜井，溜井与分段联络平巷之间用卸矿横巷连通。

切割工作主要是拉底，在矿房、矿柱最下一分层自下向分层联络道垂直矿体布置一拉底平巷，然后以拉底平巷为自由面和补偿空间用凿岩台车或7655凿岩机扩帮至采场两边边界，在采场底部全断面形成拉底空间；

对采场顶板进行回采，大面积回采时，各盘区间需要维持空间超前关系，形成“品”字型空间结构,采用Boomer281全液压凿岩台车凿岩，为了便于分层采场顶板的安全管理，采用水平中深炮孔的爆破方式，每次爆破后，新鲜风流由斜坡道、分段联络平巷和分层联络道进入采场清洗工作面，污风经充填回风井排入上阶段回风巷道，且通风时间不少于40min，工作面炮烟排净后，安全工进入采场检查顶板，清除浮石。

进一步的，矿体沿走向长度较大，为避免大面积开挖引起围岩、充填体或矿体中过度的应力集中、过量的位移和大量的能量聚集区的出现，应在保持两步骤开采格局的前提下，留设临时性盘区矿柱。

根据矿体走向长度，将二步3807、3817、3827采场留作临时盘区矿柱，将其宽度增加到14m，相邻的3806、3816、3826一步采场宽度相应调整到10m。临时盘区矿柱待本中段所有二步采采场回采完毕后，最后回收。

进一步的，清除浮石时产生的崩落矿石在采场进行二次破碎后采用CY–4型柴油铲运机将崩落矿石卸入溜井，崩落矿石出完后，在分层联络道口设置充填挡墙，从上阶段穿脉经充填回风井往采场接通充填软，按照配比要求进行充填，充填渗水通过预先布设的脱滤水管导入穿脉。

进一步的，受工程条件限制和充填体二次沉缩影响，采场充填不可能做到100％接顶，但应通过调整最后一个分层的充填开采工艺等综合技术措施，尽可能提高接顶充填率最后一个分层回采时，采取合理的回采工艺，保证充填回风井口位于最高点，四周顶板呈2～3°左右的倾角扩展，类似于倒置喇叭口的形状，便于接顶；最后一个分层回采结束后，分两次进行充填，最后一次接顶充填高度不超过1.5m，且待充填体充分沉降后再进行接顶充填；最后一次充填严格控制进入采场的水量，洗管水尽量不进入采场；条件允许情况下，可采用压力注浆接顶充填。

进一步，当充填体平面接顶率超过60％后，即可起到良好的地压控制效果，因此，当本中段回采结束后，可以间隔选择若干个关键采场，进行补充接顶充填；已经施工有回风充填天井的采场，可以利用此井进行接顶充填；没有回风充填天井的采场，优先考虑形成竖直充填孔，充填孔直径与当前充填管道直径相同，同时间隔一定距离施工两条，交替充填和排气。

进一步的，由于矿山充填系统已经投入生产运行，间隔回采的采场可以得到有效及时充填，采矿作业各项安全性能较好。但是地下矿山冒顶片帮是仍是不稳定采区的主要安全隐患，因此采场顶板安全管理，必须贯穿回采作业全过程，主要包括：采场必须具备两个以上独立安全出口，形成完整通风线路、充填通风井施工完成后方能进行回采作业；在进路宽度内形成微小拱形顶板；在采场内进行凿岩、爆破、出矿、充填作业前，需对顶板进行临时支护，发现大面积地压活动预兆，应立即停止作业，将人员撤至安全地点；爆破后必须保证充分通风时间，确认排出炮烟后，人员方能进入工作面进行下一工作循环；周围其他采场爆破，本采场工作人员躲炮后继续工作前，必须首先检查顶板；每分层回采结束后应尽快充填，尽可能减小采场空区暴露高度；每个工作面、每个作业工序必须保证两个人以上，相互安全检查；降低夜间工作量。

本发明提出的一种基于两步骤采场安全开采方法，有益效果在于：

(1)、本发明的开采方法，避免了采场中间矿体与闪长岩夹层，裂隙发育时间和磁铁矿与顶板接触带破碎程度，提高对安全工保护能力，避免造成人员和财产损失。

(2)、本发明避免大面积开挖引起围岩、充填体或矿体中过度的应力集中、过量的位移和大量的能量聚集区的出现。

(3)、本发明的开采方法，提高采场充填的接顶率，提高了地压控制效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明关于东翼-380m中段两步骤同步超前回采矿块划分；

图2是本发明关于品字型回采顺序；

图3是本发明关于东翼-380m中段各采场回采高度示意图；

图4是本发明关于东翼采场划分图；

图5是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现结合说明书附图1-5，详细说明本发明的结构特点。

一种基于两步骤采场安全开采方法，将矿体沿走向划分为矿房和矿柱，两步骤回采，铲运机出矿，

首先以水平分层形式自下而上回采矿柱，依次进行尾砂胶结充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业平台；

矿柱回采并充填结束后，在尾砂胶结体形成的人工矿柱保护下用同样的回采工艺回采矿房并充填；

布置矿块和矿块结构参数：将矿房、矿柱垂直矿体走向交替布置，长度为矿体水平厚度，宽度：矿房14m，矿柱10m。底柱5m，顶柱2m，分段高度9.9m，每个分段负责3个分层，分层高度3.3m，回采过程中最小控顶高度3m，最大控顶高度5.5～6.3m；

对矿块进行采切，采用下盘脉外采准方式。在矿体下盘布置两条沿脉运输平巷，每隔4个矿块施工运输横巷连通运输平巷形成环行运输系统。自内沿运输平巷垂直矿体走向在矿房、矿柱交界处布置一条穿脉至宽体上盘边界，自穿脉在矿柱内沿矿体倾向在矿体上盘边界布置一条脉内充填回风井，其中矿房、矿柱共用一条，连通上一阶段穿脉。上下阶段由采准斜坡道，坡度20％，阶段内布置一条，各采场共用，连通，自采准斜坡道掘进分段联络平巷，由分段联络平巷垂直矿体走向在采场中央位置掘进下向分层联络道，随回采工作进行，水平分层联络道和上向分层联络道分别由下向分层联络道和水平分层联络道上挑完成，根据铲运机的爬坡能力要求，分层采场联络道坡度14％～21％。阶段内每4个矿块在下盘布置一条脉外溜井，溜井与分段联络平巷之间用卸矿横巷连通。

切割工作主要是拉底，在矿房、矿柱最下一分层自下向分层联络道垂直矿体布置一拉底平巷，然后以拉底平巷为自由面和补偿空间用凿岩台车或7655凿岩机扩帮至采场两边边界，在采场底部全断面形成拉底空间；

对采场顶板进行回采，大面积回采时，各盘区间需要维持空间超前关系，形成“品”字型空间结构,采用Boomer281全液压凿岩台车凿岩，为了便于分层采场顶板的安全管理，采用水平中深炮孔的爆破方式，每次爆破后，新鲜风流由斜坡道、分段联络平巷和分层联络道进入采场清洗工作面，污风经充填回风井排入上阶段回风巷道，且通风时间不少于40min，工作面炮烟排净后，安全工进入采场检查顶板，清除浮石。

新桥矿业东翼露天转地下开采设计采用机械化上向水平分层充填采矿法，其中阶段矿体沿走向划分为矿房和矿柱，矿房、矿柱垂直矿体走向交替布置，两步骤回采，首先以水平分层形式自下而上回采矿房，依次进行尾砂胶结充填以创造不断上采的作业平台。矿房回采并充填结束后，采用同样的工艺回采矿柱并进行胶结充填。

一、东翼开采现状

东翼当前主要开采水平为-380m，采用两步骤回采的机械化上向水平分层充填法，采场垂直矿体走向布置，一步矿房宽度14m、二步矿柱宽度10m，采场长度为矿体水平厚度。采场最大空顶5.5～6.3m左右，每分层充填3.5m左右，留2m左右作业空间。

(1)盘区与采场划分

东翼-380m中段自西向东划分4个盘区，每个盘区中交替布置一步骤矿房、二步骤矿柱，

1)一盘区：3801、3802、3803、3804、3805、3806、3807、3808、3809、3810共10个采场；

2)二盘区：3811、3812、3813、3814、3815、3816、3817、3818、3819、3820共10个采场；

3)三盘区：3821、3822、3823、3824、3825、3826、3827、3828、3829、3830共10个采场；

4)四盘区：3831、3832、3833、3834、3835、3836、3837、3838共8个采场；

其中，3807、3817、3827为临时盘区矿柱，宽度14m，相邻的3806、3816、3826采场宽度10m，其余编号为双数的是一步骤矿房，宽度14m；单数的是二步骤矿柱，宽度10m。

二、当前回采现状

当前主要回采一步骤矿房，东翼各采场回采作业情况如表2-2所示。

三、充填现状

矿山在露天工段原办公场地建有一座全尾砂充填系统。充填站内设有2座立式砂仓(Ф10m，有效容积1500m3)、1座水泥仓(Ф5.5m，有效容积560m3)、1座粉煤灰仓(Ф5.5m，有效容积560m3)、1套江砂皮带输送系统和1套搅拌系统(高浓度搅拌槽型号为CK2.5×2.8型，搅拌槽直径Ф2.5m，高度2.8m)，设计系统充填能力140m3/h。

表2-2东翼各采场情况表

矿块划分

两步骤采场超前同步开采技术的基本特征是将每2个一步矿房、1个二步矿柱组成1个矿块，2个矿房超前一步矿柱回采；相邻两个矿块之间的矿柱，待两侧矿块内所有采场回采并充填完毕后，再开始回采。

由于3801～3903是西端采场，3807、3817、3827采场留作临时盘区矿柱最后回采，而3836～3838因矿体厚度小，改为沿走向的一个采场，按照上述技术方案，将-380m中段4个盘区各采场组合成7个矿块：

(1)1#矿块：含3804、3805、3806采场，3804、3806超前3805回采；

(2)2#矿块：含3808、3809、3810采场，3808、3810超前3809回采；

(3)3#矿块：含3812、3813、3814采场，3812、3814超前3813回采；

(4)4#矿块：含3818、3819、3820采场，3818、3820超前3819回采；

(5)5#矿块：含3822、3823、3824采场，3822、3824超前3823回采；

(6)6#矿块：含3828、3829、3830采场，3828、3830超前3829回采；

(7)7#矿块：含3832、3833、3834采场，3832、3834超前3833回采。

3811、3821、3831分别为2#矿块与3#矿块、4#矿块与5#矿块、6#矿块与7#矿块间的三步骤矿柱。

进一步的，矿体沿走向长度较大，为避免大面积开挖引起围岩、充填体或矿体中过度的应力集中、过量的位移和大量的能量聚集区的出现，应在保持两步骤开采格局的前提下，留设临时性盘区矿柱。

根据矿体走向长度，将二步3807、3817、3827采场留作临时盘区矿柱，将其宽度增加到14m，相邻的3806、3816、3826一步采场宽度相应调整到10m。临时盘区矿柱待本中段所有二步采采场回采完毕后，最后回收。

进一步的，清除浮石时产生的崩落矿石在采场进行二次破碎后采用CY–4型柴油铲运机将崩落矿石卸入溜井，崩落矿石出完后，在分层联络道口设置充填挡墙，从上阶段穿脉经充填回风井往采场接通充填软，按照配比要求进行充填，充填渗水通过预先布设的脱滤水管导入穿脉。

进一步的，受工程条件限制和充填体二次沉缩影响，采场充填不可能做到100％接顶，但应通过调整最后一个分层的充填开采工艺等综合技术措施，尽可能提高接顶充填率最后一个分层回采时，采取合理的回采工艺，保证充填回风井口位于最高点，四周顶板呈2～3°左右的倾角扩展，类似于倒置喇叭口的形状，便于接顶；最后一个分层回采结束后，分两次进行充填，最后一次接顶充填高度不超过1.5m，且待充填体充分沉降后再进行接顶充填；最后一次充填严格控制进入采场的水量，洗管水尽量不进入采场；条件允许情况下，可采用压力注浆接顶充填。

进一步，当充填体平面接顶率超过60％后，即可起到良好的地压控制效果，因此，当本中段回采结束后，可以间隔选择若干个关键采场，进行补充接顶充填；已经施工有回风充填天井的采场，可以利用此井进行接顶充填；没有回风充填天井的采场，优先考虑形成竖直充填孔，充填孔直径与当前充填管道直径相同，同时间隔一定距离施工两条，交替充填和排气。

进一步的，由于矿山充填系统已经投入生产运行，间隔回采的采场可以得到有效及时充填，采矿作业各项安全性能较好。但是地下矿山冒顶片帮是仍是不稳定采区的主要安全隐患，因此采场顶板安全管理，必须贯穿回采作业全过程，主要包括：采场必须具备两个以上独立安全出口，形成完整通风线路、充填通风井施工完成后方能进行回采作业；在进路宽度内形成微小拱形顶板；在采场内进行凿岩、爆破、出矿、充填作业前，需对顶板进行临时支护，发现大面积地压活动预兆，应立即停止作业，将人员撤至安全地点；爆破后必须保证充分通风时间，确认排出炮烟后，人员方能进入工作面进行下一工作循环；周围其他采场爆破，本采场工作人员躲炮后继续工作前，必须首先检查顶板；每分层回采结束后应尽快充填，尽可能减小采场空区暴露高度；每个工作面、每个作业工序必须保证两个人以上，相互安全检查；降低夜间工作量。

本发明的基于两步骤采场安全开采方法，一方面避免了采场中间矿体与闪长岩夹层，裂隙发育时间和磁铁矿与顶板接触带破碎程度，提高对安全工保护能力，避免造成人员和财产损失，另一方面避免大面积开挖引起围岩、充填体或矿体中过度的应力集中、过量的位移和大量的能量聚集区的出现，同时提高采场充填的接顶率，提高了地压控制效果，提高采场回采过程中的安全生产水平。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。