权利要求
S1、矿体结构划分：将目标矿体按垂向划分为多个中段，并在每个中段内进一步划分为分段和分层，同时在分层内沿矿体走向布置若干进路，并在进路外侧设置分层平巷与运输巷形成连通结构;
S2、回采顺序设定：按照自上而下的分层回采顺序，并在同一分层内按照由上盘至下盘的顺序依次进行进路回采;
S3、掘进机连续截割作业：控制悬臂式掘进机由进路外端向内进行分段截割，并通过其自带输送机构实现截割、装载及运输的连续作业;
S4、围岩及充填体状态判定：在截割过程中实时获取围岩稳定性参数及充填体力学状态参数，并基于所述参数判定当前作业环境稳定等级;
S5、作业模式自适应切换：根据所述稳定等级，在以下两种作业模式之间进行切换：
当稳定等级低于预设阈值时，执行短掘短支模式，即完成预设长度掘进后立即进行支护;
当稳定等级不低于预设阈值时，执行连续掘进模式，即连续完成多个截割循环后进行集中支护;
S6、充填与假顶构建：在进路回采完成后进行胶结充填，并在充填体达到预设强度后作为上覆作业的人工假顶;
S7、循环推进与参数更新：根据掘进效率、能耗及支护消耗数据，对截割参数、支护间隔及进路布置参数进行更新，并用于后续作业循环。
2.根据权利要求1所述的一种连续采矿工艺，其特征在于：所述围岩稳定性参数通过布设于进路顶板及两帮位置的监测单元获取，所述围岩稳定性参数至少包括围岩完整性指标、围岩裂隙发育程度、顶板下沉量以及围岩位移变化速率中的一种或多种，并通过连续监测方式形成时间序列数据以用于稳定性趋势判定。
3.根据权利要求1所述的一种连续采矿工艺，其特征在于：所述充填体力学状态参数通过对胶结充填体的强度检测及龄期记录获取，所述参数至少包括充填体单轴抗压强度、早期强度增长速率及充填体密实度指标，并基于所述参数判断充填体是否满足作为人工假顶的承载条件。
4.根据权利要求1所述的一种连续采矿工艺，其特征在于：所述短掘短支模式中单次掘进长度根据围岩稳定性参数进行分级设定，在围岩稳定性较差时取较小掘进长度，在围岩稳定性相对较好时适当提高掘进长度，所述掘进长度控制在0.5-6m范围内，并在每次掘进完成后立即进行支护作业以降低顶板暴露风险。
5.根据权利要求1所述的一种连续采矿工艺，其特征在于：所述稳定等级通过综合评价指标进行判定，所述综合评价指标由围岩稳定性指标、充填体承载能力指标及顶板变形指标加权计算得到，并根据所述综合评价指标与预设分级阈值之间的关系划分为多个稳定等级区间，以用于指导作业模式切换及支护策略选择。
6.根据权利要求1所述的一种连续采矿工艺，其特征在于：所述支护作业根据围岩稳定性等级采用差异化支护方式，包括在稳定性较低时采用锚杆、金属网及喷射混凝土联合支护结构，在稳定性较高时采用延后支护或减少支护密度的方式，以实现支护强度与作业效率之间的平衡。
7.根据权利要求1所述的一种连续采矿工艺，其特征在于：所述参数更新过程包括对截割深度、截割循环次数、进路间距及支护间隔进行联合调整，其中截割深度根据矿岩硬度进行分级设定，进路间距根据围岩稳定性及充填体强度进行动态优化，从而实现掘进效率与安全性的协同提升。
8.一种用于实现权利要求1-7任一项所述方法的自适应连续采矿系统，其特征在于，包括：
掘进作业模块，用于驱动悬臂式掘进机执行分层截割、物料收集及输送作业;
支护作业模块，用于在掘进过程中对进路顶板及两帮实施结构支护;
充填作业模块，用于在回采完成后构建胶结充填体并形成上覆人工假顶;
数据采集模块，用于对围岩稳定性参数及充填体力学状态参数进行实时或周期性采集;
控制决策模块，用于基于所述采集数据进行稳定等级判定，并输出作业模式控制指令以驱动掘进与支护过程协同执行。
9.根据权利要求8所述的自适应连续采矿系统，其特征在于：所述数据采集模块包括设置于进路不同位置的位移
传感器、应力传感器及强度检测单元，其中位移传感器用于监测顶板及围岩变形，应力传感器用于监测围岩受力变化，强度检测单元用于检测充填体强度状态，从而形成多源数据融合的监测体系。
10.根据权利要求8所述的自适应连续采矿系统，其特征在于：所述控制决策模块包括参数分析单元及策略生成单元，所述参数分析单元用于对历史作业数据及实时监测数据进行处理，所述策略生成单元用于根据分析结果生成掘进参数调整方案及支护策略，并用于指导后续作业循环的执行。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿山采矿技术领域，具体为一种连续采矿工艺。
背景技术
[0002]在金属矿山地下开采领域，传统钻爆法长期作为巷道掘进与矿石回采的主要工艺，其通过打眼、装药、爆破、通风及出渣等环节形成循环作业模式，虽然技术成熟，但存在作业流程复杂、连续性差及本质安全水平较低等问题，尤其在破碎围岩及深部矿体条件下，爆破作业易对围岩造成扰动，导致顶板稳定性降低，从而增加支护难度与安全风险，同时钻爆作业依赖火工品，在运输、存储及使用过程中存在较高的安全管理压力，且整体作业效率受循环工序限制，难以满足当前矿山对高效率、连续化及少人化生产的要求;随着机械化采矿技术的发展，悬臂式掘进机逐渐应用于矿山掘进及局部回采作业，但现有技术多停留在设备替代层面，缺乏针对下向进路充填采矿条件、人工假顶环境及破碎围岩工况的系统性工艺匹配方案，尤其是在不同围岩稳定条件及充填体承载状态下，如何实现作业模式的自适应切换、支护策略的动态调整以及掘进参数的合理控制，尚未形成成熟且可推广的技术体系，从而制约了悬臂式掘进机在复杂矿山条件下的规模化应用，因此，针对上述问题提出一种连续采矿工艺。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种连续采矿工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连续采矿工艺，包括如下步骤：
S1、矿体结构划分：将目标矿体按垂向划分为多个中段，并在每个中段内进一步划分为分段和分层，同时在分层内沿矿体走向布置若干进路，并在进路外侧设置分层平巷与运输巷形成连通结构;
S2、回采顺序设定：按照自上而下的分层回采顺序，并在同一分层内按照由上盘至下盘的顺序依次进行进路回采;
S3、掘进机连续截割作业：控制悬臂式掘进机由进路外端向内进行分段截割，并通过其自带输送机构实现截割、装载及运输的连续作业;
S4、围岩及充填体状态判定：在截割过程中实时获取围岩稳定性参数及充填体力学状态参数，并基于所述参数判定当前作业环境稳定等级;
S5、作业模式自适应切换：根据所述稳定等级，在以下两种作业模式之间进行切换：
当稳定等级低于预设阈值时，执行短掘短支模式，即完成预设长度掘进后立即进行支护;
当稳定等级不低于预设阈值时，执行连续掘进模式，即连续完成多个截割循环后进行集中支护;
S6、充填与假顶构建：在进路回采完成后进行胶结充填，并在充填体达到预设强度后作为上覆作业的人工假顶;
S7、循环推进与参数更新：根据掘进效率、能耗及支护消耗数据，对截割参数、支护间隔及进路布置参数进行更新，并用于后续作业循环。
[0005]优选的，所述围岩稳定性参数通过布设于进路顶板及两帮位置的监测单元获取，所述围岩稳定性参数至少包括围岩完整性指标、围岩裂隙发育程度、顶板下沉量以及围岩位移变化速率中的一种或多种，并通过连续监测方式形成时间序列数据以用于稳定性趋势判定。
[0006]优选的，所述充填体力学状态参数通过对胶结充填体的强度检测及龄期记录获取，所述参数至少包括充填体单轴抗压强度、早期强度增长速率及充填体密实度指标，并基于所述参数判断充填体是否满足作为人工假顶的承载条件。
[0007]优选的，所述短掘短支模式中单次掘进长度根据围岩稳定性参数进行分级设定，在围岩稳定性较差时取较小掘进长度，在围岩稳定性相对较好时适当提高掘进长度，所述掘进长度控制在0.5-6m范围内，并在每次掘进完成后立即进行支护作业以降低顶板暴露风险。
[0008]优选的，所述稳定等级通过综合评价指标进行判定，所述综合评价指标由围岩稳定性指标、充填体承载能力指标及顶板变形指标加权计算得到，并根据所述综合评价指标与预设分级阈值之间的关系划分为多个稳定等级区间，以用于指导作业模式切换及支护策略选择。
[0009]优选的，所述支护作业根据围岩稳定性等级采用差异化支护方式，包括在稳定性较低时采用锚杆、金属网及喷射混凝土联合支护结构，在稳定性较高时采用延后支护或减少支护密度的方式，以实现支护强度与作业效率之间的平衡。
[0010]优选的，所述参数更新过程包括对截割深度、截割循环次数、进路间距及支护间隔进行联合调整，其中截割深度根据矿岩硬度进行分级设定，进路间距根据围岩稳定性及充填体强度进行动态优化，从而实现掘进效率与安全性的协同提升。
[0011]一种用于实现上述方法的自适应连续采矿系统，包括：
掘进作业模块，用于驱动悬臂式掘进机执行分层截割、物料收集及输送作业;
支护作业模块，用于在掘进过程中对进路顶板及两帮实施结构支护;
充填作业模块，用于在回采完成后构建胶结充填体并形成上覆人工假顶;
数据采集模块，用于对围岩稳定性参数及充填体力学状态参数进行实时或周期性采集;
控制决策模块，用于基于所述采集数据进行稳定等级判定，并输出作业模式控制指令以驱动掘进与支护过程协同执行。
[0012]优选的，所述数据采集模块包括设置于进路不同位置的位移传感器、应力传感器及强度检测单元，其中位移传感器用于监测顶板及围岩变形，应力传感器用于监测围岩受力变化，强度检测单元用于检测充填体强度状态，从而形成多源数据融合的监测体系。
[0013]优选的，所述控制决策模块包括参数分析单元及策略生成单元，所述参数分析单元用于对历史作业数据及实时监测数据进行处理，所述策略生成单元用于根据分析结果生成掘进参数调整方案及支护策略，并用于指导后续作业循环的执行。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过引入围岩稳定性参数与充填体力学状态参数作为控制依据，构建了基于稳定等级判定的作业模式自适应切换机制，使得掘进过程能够在短掘短支模式与连续掘进模式之间进行动态调整，从而在保证顶板安全的前提下提高作业连续性;同时，通过将截割、装载、运输及充填工序进行一体化组织，并结合参数更新机制对截割深度、支护间隔及进路布置进行动态优化，有效提升了掘进效率并降低支护材料消耗;进一步地，利用充填体形成的人工假顶参与作业决策，使得回采空间稳定性得到提升，减少围岩扰动带来的安全隐患，从整体上实现了由传统间断式爆破作业向连续化、少人化及本质安全型采矿方式的转变，在提高生产效率的同时降低综合成本并改善作业安全条件。
附图说明
[0015]图1为本发明机械化下向进路充填采矿法示意图;
图2为本发明图1的B-B处剖视图;
图3为本发明图1的C-C处剖视图。
[0016]图中：1、分段脉内运输巷;2、采场联络道;3、分层平巷;4、胶结充填体;5、矿体;6、进路;7、悬臂式掘进机;8、矿石;9、斜坡道。
具体实施方式
[0017]实施例1：请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
在一具体实施例中，选取某金属矿体作为应用对象，该矿体采用下向进路充填采矿方式进行开采，矿体5及围岩具有中等至较高硬度特征，在该矿体中沿垂向划分多个中段，并在中段内进一步划分分段及分层，在每一分层中沿矿体走向布置若干条进路6，同时在分层外侧布置分段脉内运输巷1，并通过采场联络道2将进路6与分层平巷3及运输系统连通，从而形成完整的采掘运输体系;在回采过程中，悬臂式掘进机7由分层平巷3进入进路6内，按照由进路外端向矿体5内部逐段推进的方式进行截割作业，截割过程中控制截割头采用分层切削方式进行矿体破碎，并控制单次截割推进深度在0.5-0.8m范围内，通过循环推进形成连续截割过程，截割产生的矿石8通过悬臂式掘进机7自带输送机构输送至机尾并转运至运输设备，从而实现截割、装载及运输的一体化连续作业;在掘进过程中，在进路6顶板及两帮沿掘进方向间隔布设监测单元，所述监测单元用于获取顶板下沉量、围岩位移变化及围岩受力状态，同时在已完成回采并进行充填的区域对胶结充填体4进行强度检测，以获取其抗压强度及承载能力状态，并基于所述围岩稳定性参数及充填体状态参数对作业环境进行稳定等级判定，当监测结果显示围岩位移变化速率增大或顶板下沉量超过预设控制值时，控制悬臂式掘进机7进入短掘短支模式，在该模式下将单次掘进长度控制在较小范围内并在完成一段掘进后立即进行支护作业，所述支护作业通过锚杆、金属网及喷射混凝土组合方式对进路6顶板及两帮形成支撑结构，从而降低顶板暴露时间并提高围岩稳定性;当监测结果显示围岩稳定且充填体4达到预设承载强度时，控制悬臂式掘进机7进入连续掘进模式，在该模式下连续完成多个截割循环后再进行集中支护，从而减少支护频次并提高掘进效率;在每一条进路6回采完成后，在进路口构筑充填挡墙并进行胶结充填作业，使充填材料填充回采空间并形成胶结充填体4，待充填体4养护达到设计强度后作为上覆分层的人工假顶参与后续作业承载，同时通过斜坡道9实现不同分层之间的连通，使设备能够进行跨分层转移并进入下一分层继续回采;在整个作业过程中持续采集掘进进尺、作业时间、电力消耗、截齿损耗及支护材料用量等运行数据，并基于所述数据对截割深度、掘进循环长度、进路间距及支护间隔进行动态调整，其中在矿岩硬度较高时降低截割深度并提高循环频次，在围岩稳定性较好时增大连续掘进长度并适当减少支护密度，从而使作业参数与矿岩条件及充填体状态相匹配，以实现采矿效率、安全性及成本之间的协同优化;在上述实施过程中，将本发明方法与传统钻爆法在相同矿体条件下进行对比试验，其对比结果如表1所示，通过对掘进效率、采矿效率、贫化率、吨矿成本及人员配置等指标进行统计分析，可以验证本发明在连续作业能力、资源回收率及安全性方面的综合提升效果。
[0018]表1 工艺对比结果
对比项目传统钻爆法悬臂式掘进机法提升幅度掘进效率m/d2.562-3倍采矿效率(t/d)143.5310-7002-3倍贫化率(%)12-15<8降低40%吨矿直接成本(元/t)72.7(折算)58.16降低20%作业人员(人/班)6-83-4减少50%巷道成型质量超挖严重，需大量支护成型规整，支护量减少30%显著提升安全风险爆破作业，火工品风险高无爆破，本质安全根本性改善
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合;这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
说明书附图(3)
声明：
“连续采矿工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：新疆天华矿业有限责任公司
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