一种适用于缓倾斜矿体开采的人工矿柱布置与施工方法

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种适用于缓倾斜矿体开采的人工矿柱布置与施工方法。

背景技术

随着国家对环保的重视，目前，越来越多针对矿山的环保政策出台，充填采矿法开始在越来越多的国家被应用，该方法能够最大限度的回收矿产资源，保护地下、地表环境。特别是近些年来，而随着充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步，充填采矿法在矿山得到了广泛应用。随着充填成本的不断降低和矿产品价格的持续走高，充填法因其无可替代的优势，在煤矿、铁矿等传统上不宜采用充填法的矿山，应用比重也越来越大。

对于采用充填采矿法的矿山，采场顶底板的稳定性对矿石开采显得极其关键，矿石开采后，原岩开挖引起的卸荷作用会使开挖面附近的岩体产生变形，甚至运动。随着矿层的开采，采空区逐渐增大，周围岩体应力得到释放，采空区的顶板会产生沉降位移，采空区底板岩体会发生回弹，产生向上的位移，对人员和设备的安全存在较大威胁，传统开采方法采用预留矿柱的方法维持采空区应力平衡，由于原岩属于各向异性体，预留的矿柱承载能力较差，受开采爆破震动的影响较大，若围岩整体稳定性较差，矿柱预留尺寸大，后续回采困难，容易造成资源的浪费。

在专利CN200910172611.3提出适用于缓倾斜厚大矿体的自然崩落采矿法公开了用拉底巷道进行中深孔爆破技术特征，专利中所提及的中深孔爆破方法用于爆破落矿，根据传统爆破落矿设计，中深孔落矿炮孔布置主要呈扇形，然后使用的场景有限，并且效果有限，预期效果不理想。

发明内容

本发明提供一种适用于缓倾斜矿体开采的人工矿柱布置与施工方法。

本发明的方案是：

一种适用于缓倾斜矿体开采的人工矿柱布置与施工方法，包括下列步骤：

1)对于缓倾斜薄矿体的开采

在矿房上部与矿房下部进行拉底巷道与回风巷道的布置，在拉底巷道底部、拉底巷道靠近矿体底板，采用中深孔凿岩钻机对矿体顶板进行钻孔；

2)成井填充成人工矿柱

对钻孔采用中深孔爆破的施工方法，矿柱一次成井，当人工矿柱槽爆破采用自行设备将矿石运出后，对爆破空间进行高强度浓密尾砂充填，充填体凝固后作为采场支撑的人工矿柱。

作为优选的技术方案，人工矿柱整体形状呈方形，浇注前通过中深孔爆破的方式一次成井，爆破所形成的空间作为人工矿柱的充填模具，人工矿柱布置于矿房内，人工矿柱的浇注选用高灰砂比的充填料浆液，人工矿柱主要用于支撑顶板围岩，提高矿房安全性。

作为优选的技术方案，人工矿柱中间设有一个直径为15cm的中心槽，用于人工矿柱的渗水与采场加强通风，在人工矿柱浇注前，其中心槽模具为聚甲醛塑料管，管壁上设置有渗水孔，聚甲醛塑料管上间隔一定距离布置一个通风进风口，用于采场加强通风。

作为优选的技术方案，所述2)当中深孔一次爆破成井后，将矿石通过铲运机运走，进行充填挡墙设计，充填挡墙为临时挡墙，当浇注人工矿柱时，对于初期的浇注，料浆较少，采用临时挡墙封堵料浆，当充填体初凝到达一定强度时，可视充填体凝结情况拆除挡墙。

作为优选的技术方案，对于采场人工矿柱的设计，从维护采场稳定性方面考虑，人工矿柱的间距应小于矿房极限跨度，而人工矿柱本身的横截面尺寸满足承载力要求，人工矿柱尺寸根据其抗压强度来确定根据抗压强度及承载力理论；人工矿柱的平均应力σ

式中，γ为人工矿柱体积质量，N/m

作为优选的技术方案，人工矿柱的强度与人矿柱所采用的材料，人工矿柱尺寸与人工矿柱形状都有怪，采用经验公式进行计算，具体如下，

式中，S

为保证矿石开采过程中的安全性，要求σ

本发明的优点：

本发明所涉及的中深孔爆破技术主要用于爆破一次成井，作为人工矿柱的充填模具。

采用人工矿柱的方法将高品位富矿置换，不仅可以提高矿石的回收率，还可以通过人工矿柱的强度支撑空区，形成安全的回采环境，具有重要的经济效益和社会效益。相较于传统预留矿柱，人工矿柱稳定性较高，具有较高的可控性。

人工矿柱采用高配比的充填料浆，保证强度的同时，能够保证固废的资源化利用。人工矿柱在矿体大规模回采前进行施工浇注，且采用中深孔爆破的方式，效率高，设计简单，不需要使用模具。

人工矿柱内设计安装聚甲醛塑料导水管，能够缩短人工矿柱的凝固时间，与此同时，导水管设有联通管，后期采场回采时，联通管可达到加强采场的通风效果。

附图说明

图1为实施例人工矿柱采场剖面图；

图2为实施例采场A-A剖面图；

图3为实施例人工矿柱结构剖面图；

图4为实施例中深孔钻孔布置图；

图5为实施例充填临时挡墙结构图；

图6为实施例中人工矿柱尺寸标注图；

图7为人工矿柱施工布置流程图。

图中：1、上下盘围岩；2、矿脉；3、回风井；4、脉内巷道；5、人工矿柱；6、拉底巷道；7、滤水通道；8、临时充填挡墙布置位置；9、下阶段充填体；10、横向通风滤水管；11、滤水网；12、扩槽孔；13、掏槽孔；14、辅助孔；15、周边孔；16、临时挡墙固定立槽；17、临时充填挡墙滤水网；18、挡墙板。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于缓倾斜矿体开采的人工矿柱布置与施工方法。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例：

首先对于采场人工矿柱5的设计，从维护采场稳定性方面考虑，人工矿柱5的间距应小于矿房极限跨度，而人工矿柱5本身的横截面尺寸应满足承载力要求，因此，人工矿柱5尺寸应根据其抗压强度来确定根据抗压强度及承载力理论。人工矿柱5的平均应力σ

式中，γ为人工矿柱体积质量，N/m

人工矿柱5的强度与人工矿柱5所采用的材料，尺寸和形状都有较大的关系，采用经验公式进行计算，具体如下：

式中，S

为保证矿石开采过程中的安全性，要求σ

充填人工矿柱5设计为方形或现场施工过程中采用中深孔爆破一次成井技术进行爆破施工作业，掏槽爆破效果的好坏是决定整个充填井爆破能否成功的关键，为确保较好的爆破效果，选择直眼桶型掏槽逐孔爆破法。为预防槽腔“挤死”采用大于100mm大直径中心空孔，有利于形成槽腔。

如图4所示，除了掏槽孔13的布置，还需进行扩槽孔12的布置，扩槽孔12的作用在于为最后成井创造有利条件，它们的位置合适与否也是影响爆破效果的重要原因之一，现场根据具体的围岩情况，依据爆破手册确定扩槽孔12的数量和具体，整体呈环形布置，除了扩槽孔12，还有周边孔15和辅助孔14，周边孔15的作用是控制切割井的形状与规格,对于方形人工矿柱，布置在切割井的4个角上。

起爆时间间隔及起爆顺序对充填井的成井效果具有重要的影响作用，切割井爆破时夹制作用比较大，先起爆的炮孔必须为后起爆的炮孔提供足够的时间间隔和补偿空间，时间间隔要能满足先起爆的炮孔将矿碴抛出后,后续的炮孔才起爆的要求，现场施工中，起爆顺序为由中心孔向周边孔进行扩展。其中，首爆孔与空孔之间的间距按式

如图5所示，如可移动时临时充填挡墙的整体结构，包括底部侧帮料浆料浆挡板和顶部挡板，挡板与原岩接触部分，设计有U型槽，作为巷道壁与充填挡墙之间的泡沫填充槽。泡沫的填充能够有效封堵临时挡墙与围岩之间的空隙，防止浇注时漏浆情况的发生，充填挡墙

如图4所示，为聚甲醛塑料管的结构，塑料管放置于人工矿柱中部，塑料管壁上间隔一定距离布置有相应的滤水孔，作为充填体的滤水通道7。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。