一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法的制作方法

1.本发明涉及金属矿山开采领域，具体涉及金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效开采工艺。

背景技术：

2.深埋金属矿体因露天开采剥离大、环境影响范围广以及经济不合理等因素，均采用坑下开采。对于大型、特大型矿床，以前经济不发达、环保意识不强以及地表无居民无重要设施时多采用成本低的空场法或崩落法开采。随着经济发展与环保意识的增强和采掘设备的快速发展，采矿方法逐渐被对环境影响最小、固废最大化处理的充填法或空场嗣后充填法所替代，达到即采出有用矿石资源又不对环境造成明显破坏的最优效果。
3.阶段空场嗣后充填法具有开采效率高，人员全部在硐室内作业安全性好等优点，在国内外大型、特大型金属矿山中广泛应用，但受岩体条件和地应力限制，采场尺寸长宽高受到限制，降低了开采效率，增加了开采成本。
4.阶段空场嗣后充填法先掘进底部受矿堑沟(漏斗)和凿岩硐室，采用大直径深孔或深孔下向爆破落矿回采，高阶段大尺寸的采场结构其一个回采单元保有矿石量大，采出矿能力强，单位采切工程量较少，采出矿效果高。但采场结构尺寸大，特别高阶段采场垂直高度大、暴露面积大，易发生采空区长轴方向两侧岩体破坏失稳的现象，岩体失稳存在安全隐患，不利后续采场的正常回采。

技术实现要素：

5.本发明的目的是解决金属矿山地下开采高阶段大尺寸采场垂直高度大、暴露面大而导致其开采应力集中在采空区中间部位，进而引发矿岩垮落的问题，满足采空区在采矿、出矿和充填回采周期内稳定不发生破坏，实现高阶段大尺寸采场安全高效回采的方法。
6.本发明采用的技术方案是：一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，包括如下步骤：s1，沿矿体走向划分长、宽的回采单元；进行双中段合并为高阶段开采；s2，先施工完成底部堑沟受矿结构，采用无轨铲运机出矿，然后由上部中段巷道完成中段凿岩硐室，分为两层硐室下向落矿；s3，中段凿岩硐室的矿柱采用多段小矿柱的结构；采空区的侧向悬顶面积是产生集中应力的原因，因此采用多段小矿柱的结构，以减小回采单元破顶对硐室顶板的破坏；并在工作面沿临空侧向采空区实施高位爆破钻孔，从源头杜绝高应力集中；s4，从下中段两侧边部的下阶段凿岩硐室分别向相邻两侧次采回采单元的采场相邻矿岩施工加固锚索组；加固锚索组由至少三根加固锚索构成，三根加固锚索分别呈上倾、水平、下倾状，呈“扇”状；所述上倾状加固锚索长度略长于水平状加固锚索，所述下倾状加固锚索长于上倾状加固锚索；加固锚索组深入岩体的长度约为回采单元宽度的一半，相邻加固锚索组之间深入岩体的长度不同，底部开成“w”形；加固锚索组之间的间隔为回采单元
宽度的四分之一；通过一组“扇”形，组间底部“w”形的锚索组，对侧向中部岩体形成加固体，避免或减少因应力集中而产生的破坏；s5，回采单元，先进行底部堑沟拉底，形成下部补偿空间，然后由下中段的下阶段凿岩硐室下向落矿，再由上中段的上阶段凿岩硐室下向落矿完成回采；落矿时采用高、低位爆破工艺，缩短垮落距离，同时位于回采面沿空侧向采空区实施高位爆破钻孔。
7.作为本发明的进一步改进，所述s1中，回采单元的长为75-80m，宽为25-30m；单中段高度50-60m，双中段高100-120m。
8.作为本发明的进一步改进，加固锚索组的上倾角为30-45
°
，下倾角为45-55。经研究大部分岩层的破断角大致为55
°
向上延伸发展，因此加固锚索组的上、下倾角能够起到很好的加固效果。
9.作为本发明的进一步改进，所述s4中，三根一组“扇”状，相邻加固锚索组之间深入岩体的长度不同，组间底部“w”形交错布置形式，回采面平整的侧向加固体的基础上，有效避开矿岩结构带和大节理面。
10.作为本发明的进一步改进，在位于中下部的加固锚索组之间添加径向小导管。低位岩层垮断会形成一定的扰动，通过在加固锚索组之间添加径向小导管实现对低位岩层的断顶效果。
11.作为本发明的更进一步改进，相邻回采单元不具备施工加固锚索的条件，则相应回采单元采用正常回采高度。
12.本发明采用的有益效果是：本发明通过对采场中部的矿柱大小调整、爆破点的调整有效降低高应力的集中，同时采用锚索组加固的方式加固岩体，从而实现采空区在采矿、出矿和充填回采周期内稳定不发生破坏。同时本发明有效降低工程量和成本。
附图说明
13.图1为本发明的下中段硐室平面示意图（图1为图2的i-i剖面图）图2为图1的沿回采单位中间的剖面图（图2为图1的ii-ii剖面图）图中所示：1 下阶段凿岩硐室，2 采场相邻矿岩，3 加固锚索组，4 硐室矿柱，5 待采框体，6 爆破深孔，7 上阶段凿岩硐室。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明。
15.一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，包括如下步骤：s1，沿矿体走向划分长、宽的回采单元；进行双中段合并为高阶段开采；s2，先施工完成底部堑沟受矿结构，采用无轨铲运机出矿，然后由上部中段巷道完成中段凿岩硐室，分为两层硐室下向落矿，采场暂留矿石，出矿满足后续爆破的补偿空间，全部爆破结束后大量出矿；s3，中段凿岩硐室的矿柱采用多段小矿柱的结构，以减小回采单元破顶对硐室顶板的破坏；并在工作面沿临空侧向采空区实施高位爆破钻孔，从源头杜绝高应力集中；s4，从下中段两侧边部的下阶段凿岩硐室1分别向相邻两侧次采回采单元的采场相邻矿岩2施工加固锚索组3；加固锚索组由至少三根加固锚索构成，三根加固锚索分别呈
上倾、水平、下倾状为一组，呈“扇”状，所述上倾状加固锚索长度略长于水平状加固锚索，所述下倾状加固锚索长于上倾状加固锚索；加固锚索组深入岩体的长度约为回采单元宽度的一半，相邻加固锚索组之间深入岩体的长度不同，底部开成“w”形；加固锚索组之间的间隔为回采单元宽度的四分之一；s5，回采单元，先进行底部堑沟拉底，形成下部补偿空间，然后由下中段的下阶段凿岩硐室1下向落矿，再由上中段的上阶段凿岩硐室7下向落矿完成回采；落矿时采用高、低位爆破工艺，减少爆破过程中空顶跨度，形成近似压力平衡拱，同时位于回采面沿临空侧向采空区实施高位爆破钻孔。
16.从理论力学计算和实际应用证明，高阶段采场开采应力主要集中在采场空区中间部位，即采场长轴方向的中部和垂直方向的下层凿岩硐室附近，为此对采场中间部分进预加固，减小和避免应力集中部分发生破坏，达到高效开采的目的。
17.下面结合图1至图2，对本发明做进一步的说明。
18.实施例1，一种实现井下高阶段连续开采的方法，包括以下各步骤：s1，沿矿体走向划分为长、宽的回采单元，双中段合并为高阶段回采；s2，先施工完成底部堑沟受矿结构，采用无轨铲运机出矿，然后由上部中段巷道完成中段凿岩硐室，分为两层硐室下向落矿；s3，从下中段两侧边部凿岩硐室1分别向相邻两侧次采回采单元矿岩2施工加固描索3；s4，加固锚索3由上倾、水平、下倾三根组成一组，形如“扇”形锚索组；s5，锚索上、下倾角45-55度，深入矿岩水平长度为回采单元宽度的一半，12-15m；s6,锚索组间隔按其深入矿岩水平长度的一半，即6-7.5m左右；s7，锚索组之间深入岩体的水平深度间隔不同，如第1、3、5组深入12m、2、4、6排探入15m，锚索组底部交错布设不在同一面的“w”型布置形式，有效避免相同底部锚固因矿岩存在结构面和大的节理裂隙降低锚固力，提高整体锚固强度；s8，通过加固锚索3形成组内“扇”形、组间底部交错“w”形、临空区面平整的采场侧向加固体，有效防止高阶段采场回采时侧帮因应力集中而发生失稳破坏的可能，为采场安全采矿、出矿和充填提供保障；s9，相邻回采单元（采场）不具备施工加固锚索条件，采用正常单中段，回采高度为中段高50-60m。
19.实践应用案例，铜陵某金属矿中段高60m，回采单元长80m、宽30m、高120m，堑沟底部结构受矿，上下中段各布一层深孔爆破硐室，按上述方法由下层硐室对高侧帮中间部位采用锚索组间隔不同长度进行加固，形成完整的加固体；底部结构先拉底形成大孔爆破的爆破自由面并提供补偿空间，然后下层最后上层大直径深孔下向落矿，一次出矿、充填，回采单元回采结束后两边120m侧向帮壁均没有发生明显垮落破坏。实践证明节省了一个底部结构工程量1200立方米，增加加固锚索工程量1200m，节省增加相抵较单中段回采节省成本超过25万元/两个正常回采单元（60m段高），并节省工期至少3个月，经济效益明显。
20.本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，包括如下步骤：s1，沿矿体走向划分长、宽的回采单元；进行双中段合并为高阶段开采；s2，先施工完成底部堑沟受矿结构，采用无轨铲运机出矿，然后由上部中段巷道完成中段凿岩硐室，分为两层硐室下向落矿，采场暂留矿石，出矿满足后续爆破的补偿空间，全部爆破结束后大量出矿；s3，中段凿岩硐室的矿柱采用多段小矿柱的结构，以减小回采单元破顶对硐室顶板的破坏；并在工作面沿临空侧向采空区实施高位爆破钻孔，从源头杜绝高应力集中；s4，从下中段两侧边部的下阶段凿岩硐室（1）分别向相邻两侧次采回采单元的采场相邻矿岩（2）施工加固锚索组（3）；加固锚索组由至少三根加固锚索构成，三根加固锚索分别呈上倾、水平、下倾状为一组，呈“扇”状，所述上倾状加固锚索长度略长于水平状加固锚索，所述下倾状加固锚索长于上倾状加固锚索；加固锚索组深入岩体的长度约为回采单元宽度的一半，相邻加固锚索组之间深入岩体的长度不同，底部开成“w”形；加固锚索组之间的间隔为回采单元宽度的四分之一；s5，回采单元，先进行底部堑沟拉底，形成下部补偿空间，然后由下中段的下阶段凿岩硐室（1）下向落矿，再由上中段的上阶段凿岩硐室（7）下向落矿完成回采；落矿时采用高、低位爆破工艺，减少爆破过程中空顶跨度，形成近似压力平衡拱，同时位于回采面沿临空侧向采空区实施高位爆破钻孔。2.根据权利要求1所述的一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，其特征是所述s1中，回采单元的长为75-80m，宽为25-30m；单中段高度50-60m，双中段高100-120m。3.根据权利要求1所述的一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，其特征是加固锚索组（3）的上倾角为30-45
°
，下倾角为45-55
°
。4.根据权利要求1所述的一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，其特征是所述s4中，三根一组“扇”状，相邻加固锚索组之间深入岩体的长度不同，组间底部“w”形交错布置形式，回采面平整的侧向加固体的基础上，有效避开矿岩结构带和大节理面。5.根据权利要求1所述的一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，其特征是在位于中下部的加固锚索组之间添加径向小导管。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，其特征是相邻回采单元不具备施工加固锚索的条件，则相应回采单元采用正常回采高度。

技术总结

本发明公开了一种井下金属矿山高阶段大尺寸采场的安全高效回采法，包括如下步骤：S1，沿矿体走向划分长、宽的回采单元；进行双中段合并为高阶段开采；S2，先施工完成底部堑沟受矿结构，由上部中段巷道完成中段凿岩硐室，分为两层硐室下向落矿；S3，中段凿岩硐室的矿柱采用多段小矿柱的结构；S4，从下中段两侧边部的下阶段凿岩硐室分别向相邻两侧次采回采单元的采场相邻矿岩施工加固锚索组；S5，回采单元。本发明通过对采场中部的矿柱大小调整、爆破点的调整有效降低高应力的集中，同时采用锚索组加固的方式加固岩体，从而实现采空区在采矿、出矿和充填回采周期内稳定不发生破坏。出矿和充填回采周期内稳定不发生破坏。出矿和充填回采周期内稳定不发生破坏。