[发明专利]基于椭球体放矿结构的缓倾斜中厚矿体无固废充填采矿法

说明书

本发明涉及一种基于椭球体放矿结构的缓倾斜中厚矿体无固废充填采矿法，本方法基于散体放矿原理，构建分段椭球体放矿结构，运用碎石和全尾砂胶结两步骤充填工艺，解决现有缓倾斜中厚矿体开采方法存在的开采出矿损失率高，出矿难度极大，矿山开采导致地表沉陷、废石、尾砂堆存污染生态环境等技术难题；本方法能有效控制矿山开采出矿损失，保护生态环境，综合运用碎石和全尾砂胶结两在步骤充填工艺，消除地表沉陷，实现矿山开采过程废石不出窿、尾矿充入地下空区的无固废开采工艺。

技术领域

本发明涉及地下矿山开采领域的一种基于椭球体放矿结构的缓倾斜中厚矿体无固废充填采矿法。

背景技术

矿山地下开采指的是将地下矿产资源通过合理的采矿方法开采出来的工艺过程。受限地下矿山矿体形态，倾角，厚度以及矿岩物理力学性质的多变性，矿山地下开采面临安全、开采效率、生态环境等多方面的挑战。一直以来，如何实现缓倾斜中厚矿体（倾角20~45°，厚度10~15m）的安全高效开采，并确保不破坏地球生态环境是一个世界采矿技术难题。查阅相关文献表明，国内外对于缓倾斜中厚矿体的开采目前存在以下问题：

（1）矿产资源开采损失大:对于缓倾斜矿体，由于矿体的倾角小于崩落矿石的自然安息角，无法实现矿石的自溜放矿。一方面，有些矿山采用分段矿方法，但在实践的过程中发现在采场分段内仍然会滞留大量的矿石，采场矿石损失率达到20~35%。另一方面，有些矿山采用爆破抛掷的方式来实现强出矿，在实践过程中存在爆破效果差，爆破设计参数复杂等问题，经常出现爆破效果达不到设计要求无法实现正常出矿的现象。因此，在现阶段无论采用分段矿房法，还是爆破抛掷，都没有很好地解决这一类型矿体的采矿难题。

（2）生态环境保护问题:在矿产资源的开采过程中，产生的生态环境破坏主要集中在以下三个方面，一是开采沉陷；二是矿山开采过程中积累大量的废石，占用地表大量工业或农业用地，同时由于日晒雨淋，间接影响地下水系；三是选矿过程产生的尾砂堆存问题。

发明内容

本发明针对缓倾斜中厚矿体提出一种基于椭球体放矿结构的缓倾斜中厚矿体无固废充填采矿法。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种基于椭球体放矿结构的缓倾斜中厚矿体无固废充填采矿法，包括以下在步骤：

（1）首先沿矿体垂直方向划分阶段，上下阶段之间留设顶底柱，上阶段三角底柱与下阶段三角顶柱组合成形成阶段顶底柱；

（2）基于椭球体放矿原理，在矿块内将阶段继续划分为分段，控制各分段下三角的轮廓尺寸，形成有利用放矿的集矿堑沟；同时根据散体放矿性质，确定椭球体放矿结构关键参数，放矿关键参数包括分段间距和出矿进路间距；

（3）在各分段组成的椭球体放矿结构底部，沿矿体走向掘进分段凿岩平巷；同时在下盘布置分段运输平巷、出矿进路、无轨斜坡道和溜井；

（4）首采分段回采时，沿分段凿岩平巷道钻凿垂直上向扇形中深孔，通过控制炮孔的深度，使分段下三角形成有利用放矿的集矿堑沟；同时分段上三角不影响上一分段矿体的回采，分段内上三角和下三角组成的轮廓尺寸为类椭球体；经出矿进路和分段运输平巷，运用出矿设备将矿石转运至采场溜井，完成分段采场矿石出矿过程；

（5）分段矿体回采完毕后，分段形成的空区的充填分两在步骤进行，首先进行分段下三角空区采用碎石非胶结充填，然后进行分段上三角空区采用全尾砂胶结充填；

（6）分段回采充填完毕后，依次回采上一分段；在高度方向上，先采上阶段，后采下阶段，在矿块内先采下分段，后采上分段；在各分段和阶段内进行回采和充填工艺循环，依次完成整个矿床资源的回采过程。

进一步的，在步骤（5）中进行分段下三角空区采用碎石非胶结充填时，采用运输设备，将矿山资源地下开采过程产生的废石沿上一分段运输平巷和出矿进路运输至采场内进行下向碎石非胶结充填，完成分段下三角空区一步骤充填工作。