[发明专利]一种顶部充填的无底柱垂直端壁阶段崩落法开采工艺

说明书

技术领域

本发明属于地下采矿方法技术领域，尤其涉及一种顶部充填的无底柱垂直端壁阶段崩落法开采工艺。

背景技术

地下采矿方法包括采准、切割和回采三项基本工序，按地压维护的方式分为空场采矿法、充填法和崩落采矿法三大类。

空场采矿法在回采过程中，将矿块划分为矿房和矿柱，采场主要依靠暂留的矿柱或永久矿柱进行自然支撑，有时辅以人工矿柱支撑，先采矿房，再采矿柱，并及时处理采空区，适用于开采矿石和围岩都很稳固的矿床,采空区在一定时间内，允许有较大的暴露面积。

充填采矿法也是将矿块划分为矿房和矿柱，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。适用于开采围岩不稳固的稀缺贵重矿石、地表不允许陷落的矿体。充填法的优点是适应性强，矿石贫化率低，回采率高，作业较安全，能利用工业废料，保护地表等；缺点是工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力都较低。 

空场采矿法和充填采矿法都分成矿房和矿柱分别进行回采，矿房回采损失贫化比较小，但矿柱的回采相当困难，损失贫化比较大，另外工艺复杂，矿山生产能力都很低。

崩落采矿法是用崩落围岩充填采空区来控制和管理地压的采矿方法，大量放矿的端部放矿崩落法，由于具有结构和工艺简单、开采强度大、效率高、机械化程度高、安全、采矿成本相对较低等优点，在世界范围内得到广泛的应用。大量放矿的端部放矿崩落法主要有分段崩落法、阶段崩落法两类。

分段崩落法是将矿体划分为若干阶段，再将阶段用回采巷道划分为若干分段，由上向下逐个分段进行回采，分段崩落法根据出矿方式分为有底柱分段崩落法和无底柱分段崩落法，有底柱分段崩落法底部设有底部结构，主要在有色金属矿山使用；无底柱分段崩落法分段下部不设出矿的底部结构，不留任何矿柱，分段的凿岩、崩矿和出矿等工作均在回采巷道中进行，安全可靠，上下分段进路在空间上呈菱形交错布置，从回采巷道一端开始按一个较小的崩矿步距在覆盖岩层下进行爆破和放矿等回采工作，直到回采到另一端边界为止，在冶金矿山特别是铁矿山地下开采中，该采矿法占绝对优势。

阶段崩落法的基本特征是回采高度等于阶段全高。阶段崩落法实际应用方案比较多，目前国内外只有有底柱阶段崩落法方案，其中端部出矿的有底柱阶段崩落法有一定的优势，是整个阶段端壁处于同一垂直位置，呈直立状态，在端部进行回采，一次回采阶段全高一个崩矿步距，在阶段底部布置底部结构进行出矿，矿块生产能力大，劳动生产率高，主要在有色金属矿山使用。目前虽然没有无底柱阶段崩落法方案的提法，但无底柱阶段崩落法与“高端壁无底柱分段崩落法”方案有相近的地方，高端壁无底柱分段崩落法是将几个分段（通常2-3个分段）作为一组，其端壁在同一垂直位置呈直立状态，形成高端壁，一次回采这几个分段一个崩矿步距。无底柱垂直端壁阶段崩落法是指整个阶段各分段端壁处于同一垂直位置，回采高度等于阶段全高。

然而，端部出矿的崩落法存在两大弊病：1）损失贫化问题。由于端部放矿是在覆盖岩层下放矿，刚开始放出的是纯矿石，很快地顶部废石降落，形成废石漏斗，废石提前混入并放出。目前国内外广泛采用截止品位放矿，当放出矿石品位低于截止品位，即停止放矿，未放出的残留矿石一部分在下分段放出，另一部分则损失在地下，矿石损失贫化大是其最大的缺陷，一般贫化率为20-25%，高的达42.9%，回采率一般为55-70%；2）地表塌陷问题。随着回采不断进行，上部矿体采空，覆盖岩不断下移，采场上部形成采空区，容易使地表塌陷。

覆盖岩层下端部放矿崩落采矿法矿石损失贫化大和地表塌陷一直是困扰采矿界的难题。

覆盖层下端部放矿矿石损失贫化大的主要原因是由于覆盖层下矿岩直接接触的放矿方式引起的。如果能控制废石的流动，将从根本上解决端部放矿崩落采矿法的矿石损失贫化问题，并极大地提高矿石回采率。

崩落采矿法覆盖岩层长期存在于采场，随着回采的进行，矿岩不断流动的磨蚀作用及频繁的爆破挤压作用，覆盖岩中含有大量的小块和粉末。

大量的实、试验表明：端部放矿过程中，小块和粉末矿岩能穿越大块空隙提前到达出矿口，其流动速度比大块矿岩快。在放矿截止时，出矿口周围的覆盖岩石块度分布特点为：离放矿口越近，粉岩和碎石越多。

根据粉体工程知识，当含粉末碎石遇水，粘结性很容易变大，影响其流动性。

然而，对于一些新建矿山，或者由于覆盖岩石性质不同，覆盖岩不容易磨蚀或碎裂，覆盖岩中碎石和粉末含量比较少，采用水或胶都难以使覆盖岩粘结，覆盖岩的流动性难以改变，需要人为增加粉末、碎石的含量。