[发明专利]厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化设计与实施方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚大矿床的采矿方法，具体涉及一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化设计与实施方法。

背景技术

厚大矿床阶段嗣后充填法开采不仅能够减少固体废弃物排放，保护矿山环境，降低采矿成本，而且还可以提高采矿生产能力，实现以规模求效益，从而提高大型矿床充填法采矿的经济效益。

阶段嗣后充填采矿方法是将矿体在垂直方向划分成若干开采阶段（阶段高度通常为50~150m），然后将阶段矿体划分成若干个开采盘区，再采用分段凿岩和阶段充填进行两步回采。一步回采矿房和胶结充填；二步回采矿柱和非胶结充填。

为了提高盘区采矿生产能力，通常使用大型采掘设备，此时必须采用超大采场以满足大型设备的使用要求。因此，采场稳定性和岩移控制是采矿设计的关键技术。采场稳定性与采场形状、规模、埋深、地应力、矿岩质量以及充填体强度密切相关。

通常厚大矿床的矿岩条件在空间上存在差异性。一般情况下，接近于地表的第四系地层矿岩强度较低，稳定性较差；地层含水量也较丰富。采场围岩变形势必影响地层的渗透特性，增大采场涌水和突水灾害风险。随着地层深度的增加，岩体质量提高。同时，不同阶段采场的充填倍线不同，对充填料浆的管道输送浓度和充填质量也产生影响，从而影响充填料浆的配比与盘区采场充填胶凝材料用量。

目前矿山充填采矿设计与实施普遍采用单一的和确定的采场结构型式和设计参数。其采矿设计既不能适应厚大矿床复杂变化的采矿技术条件，也难以考虑不同阶段的充填倍线对充填采矿成本的影响，势必给采矿生产带来诸多不利后果。一方面，相同的采场结构型式和设计参数对稳固类矿岩条件来说偏于保守，从而限制了充填采矿生产能力；另一方面，对于矿岩稳定性较差和水文地质条件复杂的阶段，其采场结构型式和设计参数可能潜在重大安全隐患，增大采场失稳、岩层移动以及地表沉陷等灾变风险。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化与实施方法，考虑不同阶段的矿岩稳定条件，选择与之相适应的采场结构型式，并从首采阶段开始，建立阶段采矿设计参数优化模型，实施逐段优化与开采，从而实现厚大矿床安全、高效和经济充填法优化设计与采矿的目的。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：

（1）根据矿床勘探资料和工程勘探结果，将厚大矿床划分成若干开采阶段，选择首采阶段作为当前阶段；

（2）对当前阶段矿岩质量进行评价与分类，确定矿岩稳定性类别，即确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类；

（3）根据上述确定的当前阶段矿岩稳定性类别，进行当前阶段的采场结构型式选择；

（4）针对当前阶段的采场结构型式，进行采矿设计参数优化决策，具体方法为：建立当前阶段采矿设计参数的数值仿真模型，进行当前阶段采矿设计参数的多水平正交数值试验；根据正交数值试验结果，采用非线性回归拟合，获得采场稳定安全系数、地表岩移参数以及矿石损失率与采矿设计参数的函数关系，以当前阶段盘区采场充填胶凝材料用量作为优化目标，以采场稳定安全系数、地表岩移参数和矿石损失率作为约束条件，建立阶段嗣后充填采场设计优化模型；通过求解该优化模型，获得当前阶段嗣后充填法采矿设计参数；

（5）根据所获得的当前阶段嗣后充填法采矿设计参数进行开采；

（6）按照从下向上的回采顺序，依次选定不同的阶段作为当前阶段，综合当前阶段的矿岩稳定性类别和已采阶段对当前阶段矿岩稳定性的影响，确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类，进行采矿设计参数优化决策与实施，即重复步骤（3）—步骤（5）中的操作，直至完成所有的回采阶段。

本发明的一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法，其特征在于，在步骤（3）中，如果当前阶段矿岩条件属于稳固类矿岩，则选择间隔式采场结构型式；如果当前阶段矿岩条件属于中等稳固类矿岩，则选择对角式采场结构型式；如果当前阶段矿岩条件属于较不稳固矿岩，则选择点柱式采场结构型式。

本发明的有益效果：