一种海底下的上下盘破碎围岩矿体安全采矿方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，具体涉及一种海底下的上下盘破碎围岩矿体安 全采矿方法。

背景技术

赋存于海下的矿体安全、高效和低成本开采逐渐受到了重点关注。目前， 该类矿体的主要采矿方法是上向水平充填采矿法、下向进路式充填采矿法和上 向进路式充填采矿法。而这些采矿方法的实施均依靠竖井或斜坡道、并于上盘 或下盘施工阶段运输巷道、分段运输巷道和采场联络道等井巷工程。对于上下 盘围岩破碎的工况条件，大量的巷道掘进对于围岩的扰动程度极大，若节理裂 隙发育的围岩则容易发生冒落，可能诱发海平面下围岩移动，安全隐患极大。

专利201810064011.4提出了一种基于脉内采准无需切割工程伪倾斜布置的 棋盘式采矿方法，该方法对于薄矿体开采应用效果较好，但该方法开拓工程仍 位于下盘，采准工程布置于矿体内部形成菱形矿块，对于中厚以上矿体的开采 不具有适用性。

专利201110094911.1提出了有一种中厚倾斜破碎矿体脉内采准无间柱连续 分段充填法，通过将矿块划分为多分段、小矿房的盘区结构进行回采。针对的 开采对象主要为中厚破碎矿体，该法将开拓工程布置于矿体上盘，采用中深孔 进行落矿并对出矿巷道进行及时支护。但该法对上下盘围岩破碎的中厚以上矿 体开采不具有普适性。

针对上述问题，目前亟需研发一种安全可靠程度高、废石掘进量少、开采 扰动小的采矿方法。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种海底下的上下盘破碎围岩矿体安全采矿方 法，利用原有下盘脉外沿脉巷道，采用顶管法进行穿脉施工，减少了联巷施工 的大量支护工程，同时顶管法扰动较小，降低了对下盘破碎围岩的扰动，保障 了施工的安全性；采用脉内采准的布置形式，掘进产出的矿石可作为副产矿进 行利用，较原先下盘脉外施工极大地减少了废石的掘进量；通过采切层和预留 层间隔设置，自下而上地进行回采一层预留一层，预留层作为水平层状支撑， 且每层采切层回采后及时充填采场，极大地降低了上覆矿岩变形的风险，能够 实现近海底下的上下盘围岩类矿体的安全回采。

为实现上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：

一种海底下的上下盘破碎围岩矿体安全采矿方法，包括如下步骤：

S1、在未被封闭的原有下盘脉外沿脉巷道内，采用顶管装置施工顶管穿脉 到达矿体；

S2、将矿体按照垂直矿体走向布置，划分为相互间隔的矿房和矿柱；

S3、在脉内采准斜坡道、脉内切割巷，并采用锚杆对脉内巷道及时支护；

S4、在空间高度关系上将矿体划分为间隔设置的采切层和预留层，采切层 采用脉内沿脉巷与斜坡道连通作为出矿通道，回采顺序为自下而上地对采切层 进行回采，每层采切层回采时，先回采矿房，再进行矿柱回采；

S5、矿房回采结束后，及时采用混凝土充填体进行胶结填充；矿柱回采结 束采用尾砂充填体进行填充；然后转层至上一层采切层进行回采，直至所有采 切层回采结束。

进一步地，步骤S1中顶管装置顶进流程包括如下步骤：

1)在原有下盘脉外沿脉巷道内壁设置用于为顶进液压装置提供反作用力的 巷道后座直壁；

2)安装液压支架、顶进液压装置及基座导轨；

3)将顶管安装在基座导轨上，采用人工或机械在顶管内进行开挖，并配合 顶进液压装置进行顶进作业；开挖过程中采用设置于顶管装置内的下盘废石运 输设备将下盘废石运出顶管外。

进一步地，顶管装置主要由多节截面为圆形或矩形的顶管组成。

进一步地，步骤S2中矿房规格为宽3.0～6.0m，高3.0～4.5m，矿柱规格为 宽2.0～3.0m，高3.0～4.5m；矿房与矿柱的长度为矿体的水平厚度。

进一步地，斜坡道及脉内巷道的工程规格均为宽2.0～5.0m，高3.0～4.5m。

进一步地，每层采切层开采过程中，采用凿岩台车进行回采作业，压顶落 矿期间炮眼眼深2.5～3.3m，眼距1.0～1.5m，排距0.6～0.8m，装药密度0.4～ 0.5kg/m，采用反向柱状连续装药结构，孔口用炮泥填塞0.5～0.8m；控爆眼间距 0.6～0.7m，装药密度0.15～0.20kg/m，抵抗线0.5～1.0m，采用不耦合装药结构， 起爆采用微差导爆管起爆。

进一步地，在斜坡道内采用局扇加强通风，新鲜风流由斜坡道进入分段巷 道，再从分层联络道进入采场，爆破后的污风由斜坡道通过上中段回风系统排 至地表；进路局部采用局扇通风，采取压入式与抽出式联合通风方式。

混凝土充填体的标号大于等于C7.5，底部灰砂比为1∶20，上部浇面层灰砂 比为1∶10、厚度为0.5m；充填前在矿房和矿柱的端部施工充填挡墙，充填挡 墙采用木板墙或组合式铁板墙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过预留水平层状支撑，自下而上地进行回采一层预留一层，回采 后的采场及时充填，极大地降低了上覆矿岩变形的风险，能够实现该类条件矿 体的安全回采。

2.废石掘进量少：本发明通过采用脉内采准的布置形式，不论是施工的斜坡 道还是其他井巷工程均在稳固矿体内施工，掘进产出的矿石可作为副产矿进行 利用，较原先下盘脉外施工极大地减少了废石的掘进量。

3.开采扰动小：本发明充分利用原有下盘脉外沿脉巷道，采用顶管法进行穿 脉施工。一方面减少了联巷施工的大量支护工程，另一方面顶管法扰动较小， 保障了施工的安全性，有效地规避了采用普通钻爆法进行施工时，由于上下盘 围岩破碎极易发生大范围冒落的问题。

附图说明

图1上下盘围岩破碎的稳固矿体赋存剖面图；

图2顶管法过下盘破碎围岩示意图；

图3预留水平层状支撑式上向水平进路充填法侧视结构示意图；

图4为图3中沿断面A-A的结构示意图；

图5预留水平层状支撑式上向水平进路充填法俯视图

图6原有下盘脉外沿脉巷道支护断面图；

其中，1、原有下盘脉外沿脉巷道；2、顶管穿脉；3、矿体；4、斜坡道；5、 锚杆；6、采切层；7、预留层；8、脉内沿脉巷；9、混凝土充填体；10、尾砂 充填体；11、顶进液压装置；12、巷道后座直壁；13、液压支架；14、基座导轨； 15、顶管；16、下盘废石运输设备；17、海水；18、陆地；19、上盘破碎围岩； 20、下盘破碎围岩；21、长锚索。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于 解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

参见图1-6，一种海底下的上下盘破碎围岩矿体安全采矿方法，包括如下步 骤：

S1、在未被封闭的原有下盘脉外沿脉巷道1内，采用顶管装置施工顶管穿 脉2到达矿体3；

S2、将矿体3按照垂直矿体3走向布置，划分为相互间隔的矿房和矿柱；

S3、在脉内采准斜坡道4、脉内切割巷，并采用锚杆5对脉内巷道及时支护； S4、在空间高度关系上将矿体3划分为间隔设置的采切层6和预留层7，采切层 6采用脉内沿脉巷8与斜坡道4连通作为出矿通道，回采顺序为自下而上地对采 切层6进行回采，每层采切层6回采时，先回采矿房，再进行矿柱回采；

S5、矿房回采结束后，及时采用混凝土充填体9进行胶结填充；矿柱回采 结束采用尾砂充填体10进行填充；然后转层至上一层采切层6进行回采，直至 所有采切层6回采结束。

在近海海水17对应的陆地18下方，矿体3位于上盘破碎围岩19和下盘破 碎围岩20之间(如图1所示)，进行采矿是需要控制对上盘破碎围岩19的扰 动以保证安全作业。本实施例中，因原有下盘脉外沿脉巷大多是采用了长锚索 21和锚杆5的加强支护，利用原有下盘脉外沿脉巷道1，采用顶管法进行穿脉 施工，减少了联巷施工的大量支护工程，同时顶管法扰动较小，降低了对上下 盘破碎围岩20的扰动，保障了施工的安全性；采用脉内采准的布置形式，掘进 产出的矿石可作为副产矿进行利用，较原先下盘脉外施工极大地减少了废石的 掘进量；通过采切层6和预留层7间隔设置，自下而上地进行回采一层预留一 层，预留层7作为水平层状支撑，且每层采切层6回采后及时充填采场，极大 地降低了上覆矿岩变形的风险，能够实现近海底下的上下盘围岩类矿体3的安 全回采。

本实施例中的顶管15选用截面为圆形或矩形顶管15(如图2所示)，其顶 进流程包括为：

1)在原有下盘脉外沿脉巷道1内壁设置用于为顶进液压装置11提供反作用 力的巷道后座直壁12；

2)安装液压支架13、顶进液压装置11及基座导轨14；

3)将顶管15安装在基座导轨14上，采用人工或机械在顶管15内进行开 挖，并配合顶进液压装置11进行顶进作业；开挖过程中采用设置于顶管装置内 的下盘废石运输设备16将下盘废石运出顶管15外。

矿房规格为宽3.0～6.0m，高3.0～4.5m，矿柱规格为宽2.0～3.0m，高3.0～ 4.5m；矿房与矿柱的长度为矿体3的水平厚度。斜坡道4及脉内巷道的工程规 格均为宽2.0～5.0m，高3.0～4.5m。本实施例中的斜坡道4为折返式。

本实施例的每层采切层6开采过程中，采用DD2710型凿岩台车进行回采作 业，压顶落矿期间炮眼眼深2.5～3.3m，眼距1.0～1.5m，排距0.6～0.8m，装药 密度0.4～0.5kg/m，采用反向柱状连续装药结构，孔口用炮泥填塞0.5～0.8m； 控爆眼间距0.6～0.7m，装药密度0.15～0.20kg/m，抵抗线0.5～1.0m，采用不耦 合装药结构，起爆采用微差导爆管起爆。

本实施例的采准过程中还在斜坡道4内设置回风系统，采用JK58-1No3.5 型局扇加强通风，新鲜风流由斜坡道4进入分段巷道，再从分层联络道进入采 场，爆破后的污风由斜坡道4通过上中段回风系统排至地表；进路局部采用局 扇通风，采取压入式与抽出式联合通风方式。

混凝土充填体9的标号大于等于C7.5，底部灰砂比为1∶20，上部浇面层灰 砂比为1∶10、厚度为0.5m；充填前在矿房和矿柱的端部施工充填挡墙，充填 挡墙采用木板墙或组合式铁板墙，架设充填板墙时必须要直立、牢固、密实， 不能跑浆、倒塌。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了 清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利 保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作 的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。