矿体上下盘协同下行连续开采方法

权利要求

1.矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述矿体上下盘协同下行连续开采方法包括步骤：

沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域；

分别在上盘区域和下盘区域内布置采场，且所述上盘区域内的采场布置方向与所述下盘区域内的采场布置方向不同；

沿竖向，上盘区域和下盘区域中的一个区域超前于另一个区域回采；

竖向相邻的采场之间，均采用自上而下的开采顺序；

采场回采后，充填采空区（300），竖向相邻两个采场中，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板。

2.根据权利要求1所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域的步骤中，上盘区域和下盘区域的划分方法为：

对待采矿体的工程岩体质量进行分级分类；

根据待采矿体的工程岩体质量分级分类的边界，将待采矿体划分为上盘区域和下盘区域；其中，上盘区域和下盘区域中，一者的工程岩体质量优于另一者。

3.根据权利要求1所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域的步骤中，上盘区域和下盘区域的划分方法为：

当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，将整个待采矿体划分为两个区域宽度不等的盘区，其中，宽度较小的盘区相对先行回采，而另一个区域相对滞后回采。

4.根据权利要求2所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时；

根据待采矿体的工程岩体质量分级分类的边界，将待采矿体划分为上盘区域和下盘区域；其中，上盘区域和下盘区域中，一者的工程岩体质量优于另一者；

且先行开采的区域为工程岩体质量相对较差的一侧区域。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述分别在上盘区域和下盘区域内布置采场，且所述上盘区域内的采场布置方向与所述下盘区域内的采场布置方向不同的步骤中：

上盘区域内的采场布置方向与下盘区域内的采场布置方向相互垂直或斜交，且两个区域之间采场的相交角度为30°～90°。

6.根据权利要求5所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，当待采矿体的上盘区域和下盘区域中，工程岩体质量相对较差的区域（100）为极破碎至破碎或极松软至松软，而另一侧工程岩体质量相对较好时，则在所述工程岩体质量相对较差的区域（100）中，沿矿体走向布置采场，而在工程岩体质量相对较好的区域（200）中，垂直于矿体走向布置采场；

或者，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，则在超前的先行开采区域中，沿矿体走向布置采场，而在滞后开采区域中，垂直于矿体走向布置采场。

7.根据权利要求6所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述沿竖向，上盘区域和下盘区域中的一个区域超前于另一个区域回采的步骤中：在竖直方向上，超前回采区域中的回采作业面所在水平，其标高应低于滞后回采区域中正在回采的采场底面水平；

当待采矿体是按照一侧为工程岩体质量相对较差的区域（100），而另一侧工程岩体质量相对较好的区域（200）的特征划分的上盘区域和下盘区域时，则在竖直开采方向上，工程岩体质量相对较差的区域（100）超前于工程岩体质量较好的区域进行回采；

或者，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，则在竖直开采方向上，沿矿体走向布置采场的区域超前于垂直于矿体走向布置采场的区域进行回采。

8.根据权利要求7所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，当待采矿体的一侧区域是极破碎至破碎或极松软至松软矿体时，则在该区域内布置的采场，选用下向进路充填采矿法或下向分层充填采矿法的任意一种，或所述下向进路充填采矿法和下向分层充填采矿法的组合；而在另一侧工程岩体质量相对较好区域内布置的采场，选用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法的任意一种，或所述阶段空场嗣后充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法的组合；

或者，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，则在超前开采区域内布置的采场，采用下向进路充填采矿法或下向分层充填采矿法的任意一种，或所述下向进路充填采矿法和下向分层充填采矿法的组合；而在另一侧滞后开采区域内布置的采场，采用下向进路充填采矿法或下向分层充填采矿法的任意一种，或下向进路充填采矿法和下向分层充填采矿法的组合，又或者采用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法的任意一种，或阶段空场嗣后充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法的组合。

9.根据权利要求8所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述竖向相邻的采场之间，均采用自上而下的开采顺序的步骤中：

某一区域内使用阶段空场嗣后充填采矿法时，所述竖向相邻的采场之间是指相邻阶段之间上下对应的采场；

某一区域内使用分段空场嗣后充填采矿法、下向分层或下向进路充填采矿法时，所述竖向相邻的采场之间是指某个开采阶段之内划分的上下相邻的分段、分层或进路采场；

上下相邻的采场之间，须先回采上部采场，再回采下部采场，两采场之间不留原岩隔离矿柱，以实现分层、分段或阶段之间的自上而下连续回采。

10.根据权利要求9所述的矿体上下盘协同下行连续开采方法，其特征在于，所述采场回采后，充填采空区（300），竖向相邻两个采场中，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板的步骤中：

所述上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板，其充填体力学强度及结构参数满足下部采场回采的要求，包括：

若采用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法，则上部采场充填体的底部应有一层厚度不低于5m、强度不低于1MPa的胶结充填层；

若采用下向分层或下向进路充填采矿法，则上部采场充填体的底部应有一层厚度不低于1m、强度不低于1MPa的胶结充填层。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，尤其是涉及矿体上下盘协同下行连续开采方法。

背景技术

地下金属/非金属矿山的待采矿体通常是经历长期复杂地质构造运动之后形成的，其成矿作用通常富集在较大地质断层构造的周边区域，成矿后的长期地质构造活动也影响其工程地质岩体质量，导致每个矿体的岩体质量各不相同，但又可以归类划分为若干种典型的赋存产状特征。此外，金属/非金属矿物通常来源于地壳深部岩浆热液或其成矿后变质作用，导致金属/非金属矿体绝大多数会向深部空间逐步延伸。

为了安全、经济、高效的开采地下金属/非金属矿体，尤其是针对含破碎或松软矿段的复杂地质结构矿体、以及深部高地应力环境下的待采矿体，应在其开采设计时，选取与其地质构造、岩体质量及地应力等级合理匹配的开采方法，尽可能地提高矿体中各个回采单元的综合生产能力和开采效率，确保开采过程安全性，提高矿石回收率，并降低开采成本，增加矿山企业的开采经济效益。

当待采矿体中含有不同范围的破碎或松软矿段时，尤其是大多数情况下破碎或松软矿段中的矿石品位实际赋存更高，而待采矿体中的其余部分矿段工程地质岩体质量相对较好时，则根据现有的技术方案，对此类典型矿体一般有以下几种开采方法：

现有技术方案一是：在岩体质量相对较好一侧预留一定厚度的矿岩作为隔离矿柱，人为隔离破碎或松软的矿段区域，待岩体质量相对较好矿段回采完成之后，再返回开采破碎或松软矿段。但此方案将导致待采矿体的总体生产能力降低，先开采岩体质量相对较好的矿段，将导致重分布的地应力更加集中在破碎或松软矿段中，后期返回开采时，其地应力环境更加恶化、回采难度和安全性更差、矿石回采率整体更低。而且岩体质量相对较好的矿段先行回采完成后，其周边的井巷工程结构需长期保留并维护，以备后期服务于破碎或松软矿段的开采，导致长时间多区域的井巷工程安全维护成本高，后期还可能需要为破碎或松软矿段的开采重新采掘运输、采准工程巷道，开拓采准成本增加。

现有技术方案二是：在破碎或松软矿段区域预先采取一定工程加固措施，如注浆、锚杆/锚索支护等，然后将此破碎或松软区域与其余岩体质量相对较好矿段区域进行合并开采，划分采场时不再考虑岩体质量相对较差和较好的矿段分界。此方案中，对破碎或松软矿段预处置措施的工程成本高，并且注浆加固或锚杆/锚索支护效果难以评估，不同岩体质量矿段合并成的大规模采场回采后的安全稳定性风险大，采场实际边界难管控，采场矿石损失率和贫化率高。

此外，对于深部高地应力矿体，或高地应力环境与破碎松软地质结构同时叠加存在的矿体，上述技术方案一的开采方法将进一步加剧滞后回采的破碎松软矿段的动力灾害问题，更容易诱发岩爆或岩体失稳等安全事故；技术方案二的开采方法中，即使采取了高成本的预处置工程加固措施，在开采过程中，也难以确保其预处置措施是否能够满足高应力环境下合并开采的岩体稳定性要求，加固或支护的有效性难评估，安全风险高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿体上下盘协同下行连续开采方法，以缓解现有矿体开采时，开采效率低，安全性差且开采成本高的技术问题。

本发明实施例提供的一种矿体上下盘协同下行连续开采方法，所述矿体上下盘协同下行连续开采方法包括步骤：

沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域；

分别在上盘区域和下盘区域内布置采场，且所述上盘区域内的采场布置方向与所述下盘区域内的采场布置方向不同；

沿竖向，上盘区域和下盘区域中的一个区域超前于另一个区域回采；

竖向相邻的采场之间，均采用自上而下的开采顺序；

采场回采后，充填采空区，竖向相邻两个采场中，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板。

进一步的，所述沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域的步骤中，上盘区域和下盘区域的划分方法为：

对待采矿体的工程岩体质量进行分级分类；

根据待采矿体的工程岩体质量分级分类的边界，将待采矿体划分为上盘区域和下盘区域；其中，上盘区域和下盘区域中，一者的工程岩体质量优于另一者。

进一步的，所述沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域的步骤中，上盘区域和下盘区域的划分方法为：

当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，将整个待采矿体划分为两个区域宽度不等的盘区，其中，宽度较小的盘区相对先行回采，而另一个区域相对滞后回采。

进一步的，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时；

根据待采矿体的工程岩体质量分级分类的边界，将待采矿体划分为上盘区域和下盘区域；其中，上盘区域和下盘区域中，一者的工程岩体质量优于另一者；

且先行开采的区域为工程岩体质量相对较差的一侧区域。

进一步的，所述分别在上盘区域和下盘区域内布置采场，且所述上盘区域内的采场布置方向与所述下盘区域内的采场布置方向不同的步骤中：

上盘区域内的采场布置方向与下盘区域内的采场布置方向相互垂直或斜交，且两个区域之间采场的相交角度为30°～90°。

进一步的，当待采矿体的上盘区域和下盘区域中，工程岩体质量相对较差的区域为极破碎至破碎或极松软至松软，而另一侧工程岩体质量相对较好时，则在工程岩体质量相对较差的区域中，沿矿体走向布置采场，而在工程岩体质量相对较好的区域中，垂直于矿体走向布置采场；

或者，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，则在超前的先行开采区域中，沿矿体走向布置采场，而在滞后开采区域中，垂直于矿体走向布置采场。

进一步的，所述沿竖向，上盘区域和下盘区域中的一个区域超前于另一个区域回采的步骤中：在竖直方向上，超前回采区域中的回采作业面所在水平，其标高应低于滞后回采区域中正在回采的采场底面水平；

当待采矿体是按照一侧为工程岩体质量相对较差的区域，而另一侧工程岩体质量相对较好的区域的特征划分的上盘区域和下盘区域时，则在竖直开采方向上，工程岩体质量相对较差的区域超前于工程岩体质量较好的区域进行回采；

或者，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，则在竖直开采方向上，沿矿体走向布置采场的区域超前于垂直于矿体走向布置采场的区域进行回采。

进一步的，当待采矿体的一侧区域是极破碎至破碎或极松软至松软矿体时，则在该区域内布置的采场，选用下向进路充填采矿法或下向分层充填采矿法的任意一种，或所述下向进路充填采矿法和下向分层充填采矿法的组合；而在另一侧工程岩体质量相对较好区域内布置的采场，选用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法的任意一种，或所述阶段空场嗣后充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法的组合；

或者，当待采矿体处于深部应力区域且有地压灾害风险时，则在超前开采区域内布置的采场，采用下向进路充填采矿法或下向分层充填采矿法的任意一种，或所述下向进路充填采矿法和下向分层充填采矿法的组合；而在另一侧滞后开采区域内布置的采场，采用下向进路充填采矿法或下向分层充填采矿法的任意一种，或下向进路充填采矿法和下向分层充填采矿法的组合，又或者采用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法的任意一种，或阶段空场嗣后充填采矿法和分段空场嗣后充填采矿法的组合。

进一步的，所述竖向相邻的采场之间，均采用自上而下的开采顺序的步骤中：

某一区域内使用阶段空场嗣后充填采矿法时，所述竖向相邻的采场之间是指相邻阶段之间上下对应的采场；

某一区域内使用分段空场嗣后充填采矿法、下向分层或下向进路充填采矿法时，所述竖向相邻的采场之间是指某个开采阶段之内划分的上下相邻的分段、分层或进路采场；

上下相邻的采场之间，须先回采上部采场，再回采下部采场，两采场之间不留原岩隔离矿柱，以实现分层、分段或阶段之间的自上而下连续回采。

进一步的，所述采场回采后，充填采空区，竖向相邻两个采场中，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板的步骤中：

所述上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板，其充填体力学强度及结构参数满足下部采场回采的要求，包括：

若采用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法，则上部采场充填体的底部应有一层厚度不低于5m、强度不低于1MPa的胶结充填层；

若采用下向分层或下向进路充填采矿法，则上部采场充填体的底部应有一层厚度不低于1m、强度不低于1MPa的胶结充填层。

本发明实施例提供的矿体上下盘协同下行连续开采方法包括步骤：沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域；分别在上盘区域和下盘区域内布置采场，且所述上盘区域内的采场布置方向与所述下盘区域内的采场布置方向不同；沿竖向，上盘区域和下盘区域中的一个区域超前于另一个区域回采；竖向相邻的采场之间，均采用自上而下的开采顺序；采场回采后，充填采空区，竖向相邻两个采场中，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板。将待采矿体分成上盘区域和下盘区域，并对上盘区域和下盘区域中的一者采用超前回采，另一者滞后回采的方式，超前回采充填后的区域可有效阻断高应力传递路径，为另一侧矿段的更大规模开采提供卸压后的地应力环境，不易出现坍塌的危险。而且整体采用下向开采顺序，能使高应力区域不断向深部转移，为回采作业面的上下盘协同采矿创造有利的应力环境，解决高地应力矿体开采的地压风险高的安全问题。上盘区域和下盘区域协同进行开采，确保矿体上、下盘区域能够稳定持续的回采矿石。上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板，有效解决了矿岩破碎或松软、或高地应力环境下，原岩顶板安全稳定性差、顶板岩爆风险高的问题。本方法无需进行注浆加固、锚杆/锚索支护等预处置措施，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的矿体上下盘协同下行连续开采方法中，垂直于矿体走向的竖直剖面上的典型区段内的采场分布及其开采顺序逻辑图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3-图8为本发明实施例的矿体上下盘协同下行连续开采方法中，垂直于矿体走向的竖直剖面上的上盘和下盘区域中典型采场的关键采充时序过程图；

图9为本发明实施例的矿体上下盘协同下行连续开采方法中，垂直于矿体走向的竖直剖面上的上盘区域充填采场超前于下盘区域充填采场的协同开采方案图；

图10为本发明实施例的矿体上下盘协同下行连续开采方法中，沿着矿体走向的水平剖面上的上盘区域充填采场超前于下盘区域充填采场的协同开采方案图。

图标：100-工程岩体质量相对较差的区域；200-工程岩体质量相对较好的区域；300-采空区；410-第一充填体；420-第二充填体；430-第三充填体；440-第四充填体。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的矿体上下盘协同下行连续开采方法包括步骤：

沿竖向，将待采矿体划分为多个开采阶段，阶段内垂直于矿体走向划分上盘区域和下盘区域。

如图1所示，将待采矿体沿竖直方向划分为若干个开采阶段，如图第1阶段、第2阶段、第3阶段、及其下向延伸类推的其余阶段。所述的待采矿体可以是整个矿体，也可以是如图1中展示的竖直方向上某个典型矿段，也可以是图2中展示的沿矿体走向方向的某个典型矿段。

如图1和图2所示，在某个阶段内，垂直于矿体走向划分为上盘区域和下盘区域，其划分方法包括：

如果其上盘与下盘的工程岩体质量一侧为较差的，例如，工程岩体质量相对较差的区域100质量为极破碎至破碎或极松软至松软，而另一侧为工程岩体质量相对较好的区域200时，则根据工程岩体质量分级分类的边界，将待采矿体划分为上盘区域和下盘区域，其中工程岩体质量较差的区域可以在上盘也可以在下盘，本实施例中，为了方便说明，图1中左侧部分为质量较差的岩体，且为上盘区域，右侧为质量较好的岩体，为下盘区域。

针对待采矿体，如果其处于深部应力区域且有岩爆等地压灾害风险时，划分的上盘区域或下盘区域中的一个区域为宽度相对较小的，一般为1~3个采场宽度，划分另一者为宽度较大的，其中，深部应力区域即待采矿体位于地表下方800m以下的开采水平，其具有的应力较高。如图1左侧区域的第1排、第2排至第N排相对先采的采场宽度，该区域的采场相对先行回采，实现矿岩卸压作用，而另一个区域相对滞后回采，如图1右侧区域的1-1、2-1和3-1采场。

如果待采矿体具有上盘与下盘的工程岩体质量一侧为较差的，例如为极破碎至破碎或极松软至松软，而另一侧工程岩体质量相对较好时的特征，同时具有处于深部应力区域且有岩爆等地压灾害风险的特征时，则主要根据工程岩体质量分级分类边界进行上盘区域和下盘区域划分。

分别在上盘区域和下盘区域内布置采场，且所述上盘区域内的采场布置方向与所述下盘区域内的采场布置方向不同。

上盘区域内的采场布置方向与下盘区域内的采场布置方向相互垂直或斜交，且两个区域之间采场的相交角度为30°～90°。本实施例中图1和图2中，上盘区域内的采场布置方向与下盘区域内的采场布置方向可以相互垂直，而在上盘或下盘区域中，单个区域内的采场布置方向一般相同，图1和图2中的上盘区域采场均是沿着矿体走向布置，而下盘区域采场均是垂直于矿体走向布置，两类采场的布置方向相互垂直。

当待采矿体的上盘区域和下盘区域中，工程岩体质量相对较差的区域100为极破碎至破碎或极松软至松软，而另一侧工程岩体质量相对较好时，则在所述工程岩体质量相对较差的区域100中，沿矿体走向布置采场，而在工程岩体质量相对较好的区域200中，垂直于矿体走向布置采场。质量较差区域的采场回采断面小，沿矿体走向布置可回采更多的矿石。

当待采矿体处于深部应力区域且有岩爆地压灾害风险时，则在超前的先行开采区域中，沿矿体走向布置采场，而在滞后开采区域中，垂直于矿体走向布置采场。超前的先行开采区域的采场回采断面小，沿矿体走向布置可回采更多的矿石。

沿竖向，上盘区域和下盘区域中的一个区域超前于另一个区域回采。

如图3和图4所示，在先行开采的上盘区域中，其采场没有回采和充填完毕之前，滞后回采的下盘区域的各采场均不得进行回采。超前回采区域中的回采作业面的所在水平，不高于滞后回采区域中正在回采的采场的底面水平，一般条件下，超前回采区域的作业面应与滞后回采区域的作业面有竖直方向的高度差，如图5中竖直方向上下盘区域同时回采采场的作业面之间存在1个采场高度差。

如图6所示，上盘区域的第2阶段（或分段）所示的正在回采的采场超前进度达到了所述要求，达到此要求之后，才能回采下盘区域中所示的第1阶段（或分段）的采场矿岩。又如图8所示，当上盘区域的第3阶段（或分段）内采场超前回采进度达到此要求时，才能回采下盘区域所示的第2阶段（或分段）内的采场矿岩。以此类推，实现上盘区域采场超前于下盘区域的上下盘协同开采。

如图1-图8所示，当待采矿体的上盘区域是极破碎至破碎或极松软至松软矿体时，则在上盘区域内布置的采场，选用下向进路或下向水平分层充填采矿法，而在另一侧工程岩体质量相对较好的下盘区域内布置的采场，选用阶段空场嗣后充填采矿法或分段空场嗣后充填采矿法。

竖向相邻的采场之间，均采用自上而下的开采顺序。

图1-图8所示的下盘区域中，如果是采用阶段空场嗣后充填采矿法，在所述的竖向相邻的采场之间，具体指相邻阶段之间上下对应的采场，即图中第1阶段的1-1采场和第2阶段的2-1采场之间，应是先回采并充填完毕1-1采场后，才能再后续回采2-1采场。同样的顺序，也如图6和图8所示的下盘区域阶段采场之间的开采顺序逻辑关系。而在同一个阶段内的下盘区域各采场之间，如图2中的第2阶段的2-1、2-2、2-3、2-K采场之间的开采顺序，在此则不作特殊要求，可按照“隔一采一”或“隔多采一”的顺序，但需确保阶段内各采场充填体的强度要求。

图1-图8所示的下盘区域中，如果是采用分段空场嗣后充填采矿法，则所述的竖向相邻的采场之间是指相邻分段之间上下对应的采场，即图中第1分段的1-1采场和第2分段的2-1采场之间，应先回采并充填完毕1-1采场，再后续回采2-1采场，以此类推。

图1-图8所示的上盘区域中，如果是采用下向分层或下向进路充填采矿法时，则所述竖向相邻的采场之间，是指某个开采阶段或分段之内划分的上下相邻的分层或进路采场，即图1中的上盘区域的第1分层、第2分层、第M分层之间的分层或进路采场；其开采顺序应是先回采和充填完毕第1分层的各个分层或进路采场之后，才能再回采第2分层的各个分层或进路采场，以此类推。然而，在同一个分层内的上盘区域各采场之间，如图1中的第M分层的1-M-1、1-M-2、1-M-N采场之间的开采和充填顺序，在此不作特殊要求，可按照“隔一采一”或“隔多采一”的顺序，但需确保此分层内各采场充填体的强度要求。

如图3-图8所示，在上下相邻的阶段、分段、分层或进路采场之间，按照先回采上部采场，再回采下部采场，则上下相邻的采场之间不留原岩隔离矿柱，以实现阶段、分段或分层之间的自上而下连续回采。

采场回采后，充填采空区300，竖向相邻两个采场中，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板。

若采用下向分层或下向进路充填采矿法，如图1-图8所示的上盘区域，此时，上部采场充填体的底部充填层，即如图4所示的第一充填体410，应是一层厚度不低于1m、强度不低于1MPa的胶结充填体。然而，对于下向分层或下向进路采场剩余高度范围内的第二充填体420，其强度一般不低于0.2MPa。如果在同一回采分层中，该采场充填体未来不再因周边采场回采而导致充填体侧向暴露，则第二充填体420也可以是非胶结充填体。

若采用阶段或分段空场嗣后充填采矿法，如图1-图8中所示下盘区域，此时，上部采场充填体的底部充填层，即图7所示的第三充填体430，应是一层厚度不低于5m、强度不低于1MPa的胶结充填体。然而，对于阶段或分段采场剩余高度范围内的第四充填体440，其强度一般不低于0.5MPa，如果在同一回采阶段或分段中，该采场充填体未来不再因周边采场回采而导致充填体侧向暴露，则第四充填体440也可以是非胶结充填体。

将待采矿体分成上盘区域和下盘区域，并对上盘区域和下盘区域中的一者采用超前回采，另一者滞后回采的方式，超前回采填充后的区域可有效阻断高应力传递路径，为另一侧矿段的更大规模开采提供卸压后的地应力环境，不易出现坍塌的危险。而且整体采用下向开采顺序，能使高应力区域不断向深部转移，为回采作业面的上下盘协同采矿创造有利的应力环境，解决高地应力矿体开采的地压风险高的安全问题。上盘区域和下盘区域协同进行开采，确保矿体上、下盘区域能够稳定持续的回采矿石。上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板，有效解决了矿岩破碎或松软、或高地应力环境下，原岩顶板安全稳定性差、顶板岩爆风险高的问题。本方法无需进行注浆加固、锚杆/锚索支护等预处置措施，降低了生产成本。

本方案解决的问题包括：

（1）在含破碎或松软矿段的复杂地质结构矿体开采时，以往方案中一般是预留一定厚度隔离矿柱，人为隔离相应的破碎或松软矿段，待其余的工程岩体质量相对较好矿段回采完成之后再考虑返回开采破碎或松软矿段，本发明提出的矿体上下盘协同下行连续开采方法，就针对性解决了此类矿体开采时以往方案的综合生产能力低，破碎或松软矿段后期再开采时应力更加集中、开采环境安全性差、回采难度大、矿石回采率低的问题，实现此类矿体全矿段的安全高效充填开采。

此外，本发明提出的矿体上下盘协同下行连续开采方法，能有效解决破碎或松软矿段滞后开采导致先行开采区域的井巷工程需长期维护保留，长时间多区域的井巷工程的安全维护成本高，后期返回开采破碎或松软矿段时还需重新为其开挖运输、采准等工程巷道，开采成本高，破碎或松软矿段的局部压矿、弃矿严重等问题。

（2）在含破碎或松软矿段的复杂地质结构矿体开采时，以往其他方案中还会考虑对破碎或松软矿段区域进行注浆加固、锚杆/锚索支护等预处置措施，然后将此破碎或松软区域与其余工程岩体质量较好矿段区域进行合并开采，划分采场时便不再考虑工程岩体质量较差和较好的矿段分界，本发明提出的矿体上下盘协同下行连续开采方法，就针对性解决了此类矿体开采时以往方案的破碎或松软矿段的预处置措施工程成本高、其加固或支护效果难以评估、不同工程岩体质量矿段合并开采的安全风险大、采场边界管控难、矿石贫化率高等问题，确保此类矿体全矿段的不同工程岩体质量区域的分类协同开采，提高此类矿体的综合生产能力。

（3）在含破碎或松软矿段的复杂地质结构矿体、高地应力环境厚大矿体开采时，本发明提出的矿体上下盘协同下行连续开采方法，在上下相邻阶段采场之间、以及阶段内的分段、分层或进路采场之间进行连续下行充填回采，上部采场的充填体作为下部采场回采的直接顶板，有效解决了矿岩破碎或松软、或高地应力环境下，原岩顶板安全稳定性差、顶板岩爆风险高的问题，能人为调配的充填体顶板可更好满足此类矿体安全开采要求。

（4）含破碎或松软矿段的复杂地质结构矿体、高地应力环境厚大矿体的上下盘协同下行连续开采方法，能实现矿体上下盘回采过程在时间和空间上是相互匹配衔接的，通过超前回采和滞后回采矿段的进度管理，有效解决了上下盘矿体协同开采的全矿段综合生产能力的匹配问题，确保矿体上下盘能够稳定持续的回采矿石，而且通过超前开采进度的管理，将生产作业面集中在某个开采水平进行强化开采，有利于矿岩质量差、地应力高的开采环境下实现采矿作业面的安全管控。

（5）本发明提出的矿体上下盘协同下行连续开采方法，能够在高地应力环境下厚大矿体开采时，通过一侧矿段的下向进路或分层采场的超前回采，可有效阻断高应力传递路径，为另一侧矿段的更大规模开采提供卸压后的地应力环境，而且整体采用下向开采顺序，能使高应力区域不断向深部转移，为回采作业面的上下盘协同采矿创造有利的应力环境，解决高地应力矿体开采的地压风险高的安全问题。

以实地实施的具体案例说明本申请的详细方案：

作为一种实地使用本发明的例子，例如某大型地下矿山开采深度超过1000m，矿体的地应力环境高。其矿体主要赋存在断裂带及其周边延展范围中。主断裂带蚀变区域位于矿体上部，主断裂带蚀变区域的岩石破碎、蚀变强烈、裂隙发育，工程岩体质量和稳固性差，但是主断裂带蚀变区域的矿石品位高、价值大。此外，在主断裂带下部的矿体区域，仍然有较厚的矿石富集区域，该区域相对更厚，且岩石质量和稳固性相对较好，该区域的岩石仍然较破碎、裂隙较发育。该矿山主矿体形成了“靠上的破碎富矿带和靠下的厚大较破碎成矿带”的二元地质结构。该矿山主矿体，沿矿体走向延展近1km，倾角平均50°，平均厚度30～70m。

由于该矿体厚大、中等倾斜，但工程岩体质量一般至较差，近主断裂区域工程岩体质量差至极差，且深部开采的地应力高。为此，矿山的原来设计开采方法中，预先在主断裂带蚀变区域的下部，将工程岩体质量相对较好区域中，预留5~10m厚的矿岩作为隔离矿柱，人为隔离该破碎的主断裂区域矿岩，该隔离层用于管控地压，并阻止破碎带的矿岩垮落坍塌至靠下的开采区域中。然后，在矿体下部的工程岩体质量相对较好的区域200中，全面采用上向水平分层和上向进路充填采矿法。此种开采模式，将矿体中矿石品位更高的主断裂区域隔离出来，先并不开采该破碎区，等后期再寻找机会返回来进行回收。

矿山原来采用的开采模式中，主断裂带蚀变区域的稳固性差，后期回采时，下部矿体区域回采后导致的地应力重分布更加集中在主断裂带中，造成该部分极破碎的富矿带的回采安全性差、矿石回收率低。矿山先期用上向水平分层和上向进路开采靠下部的相对稳固矿岩，其回采效率低，对于整个矿体而言，综合生产能力相对不高。在矿山企业要求扩大产能时，需要同时进行近百余个的上向水平分层和上向进路开采的作业面，此种开采模式在其深部采矿时，人员和作业面多导致其安全风险高、通风效果差，井下作业环境恶劣，劳动生产率低，作业面太多而导致管理难度大等一系列问题。

利用本发明方法，示例矿山在深部高应力环境下的中等倾斜至倾斜的、含有极破碎至破碎矿带的、破碎带下部的矿段工程岩体质量相对较好的厚大金属矿体开采时，采用本发明的如图9和图10所示的矿体上下盘连续下行协同开采方法，具体包括如下步骤与要求：

（1）以矿山主矿体的相对靠上部的主断裂带蚀变区域为界线，将待采矿体划分为含断裂带的上盘矿体区域和相对靠下部的工程岩体质量相对较好的下盘矿体区域。

（2）在上盘区域，沿着矿体走向布置采场。上盘区域内的采场，设计选用下向进路充填采矿法，且下向进路采场宽度4～5m，高度4～5m，长度50～80m。在垂直于矿体方向上，上盘区域平行布置2~4条下向进路的采场宽度。

（3）在上盘区域，每一分层的进路采场逐一地进行回采和充填，每条下向进路回采完毕后，及时进行进路采场空区充填，进路底面向上1.5m高度范围内使用灰砂比1:5的全尾砂胶结充填，其单轴抗压强度不低于2MPa，而后剩余的高度范围内统一使用灰砂比1:12的全尾砂胶结充填，其单轴抗压强度不低于0.8MPa。

（4）在下盘区域，垂直于、或60~80°斜交于上盘矿体的下向进路采场布置采场，下盘区域内的采场设计采用整体下行式的中深孔分段空场嗣后充填采矿法。典型下向分段采场的宽度约为10m，高12～15m，长20～60m。

（5）在垂直于矿体走向方向，即垂直于上盘进路采场方向，沿走向布置的上盘进路采场长度范围内，可相应的布置5~10个下向分段采场的宽度。在一个开采分段内，布置的多个下向分段采场之间采用“隔三采一”的开采顺序。每个下向分段采场回采后及时充填采空区300，空区底面向上5~6m高度范围内使用灰砂比1:4的全尾砂胶结充填，其单轴抗压强度不低于3MPa，而后剩余的高度范围内统一使用灰砂比1:10的全尾砂胶结充填，其单轴抗压强度不低于1MPa。

（6）上盘区域内布置的下向进路采场，应超前于下盘区域内布置的下向分段采场进行回采，其超前高度不低于1个下向分段采场的高度，即超前高度不低于12～15m。如图9和图10所示，至少在上盘区域的下向进路采场回采至第3个开采分段的第2个下向进路分层时，才能开始回采下盘区域的第2个开采分段的采场，以此类推，可实现此矿山主矿体上下盘协同下行连续开采。

（7）上盘区域的下向进路采场，为了达到持续的能够超前于下盘区域的分段采场进行回采，而避免出现上盘和下盘区域开采衔接不连续的问题，造成矿山出矿能力波动的问题，需要进行矿体上下盘协同采矿能力的匹配计算，该协同采矿要求是指上盘区域的下向进路采场应始终保持超前于下盘区域下向分段采场的回采，且超前高度持续不低于1个下向分段采场的高度。在此协同开采能力要求下，可反算得出对下向进路采矿生产能力、下向分段采矿生产能力、下向进路开采的超前时间。

本发明实施例提供的一种矿体上下盘连续下行式协同采矿方法，具有如下有益效果：

（1）实现了破碎矿体的分区开采，提高了破碎矿体的低贫损回采指标。改变了原有上盘或下盘破碎矿体开采现状，解决破碎矿体开采的技术难题；

（2）实现了高应力矿体的卸荷开采，保障深部高应力矿体开采的安全。将高应力矿体单独划分一部分进行先行回采，阻断高应力传递路径，将高应力不断转移至深部，为本水平其它矿体大规模采矿创造有利的应力环境，降低高应力地段开采可能触发的动力灾害；

（3）实现了矿体上下盘协同采矿，保证矿体上下盘连续稳定推进。根据现场地质情况，将矿体划分为上下盘矿体，两个区域矿体连续推进，不留任何隔离矿柱，提高了资源总体回采率，并且有利于控制深部开采的岩爆动力灾害风险。

本发明的技术关键点是：

针对地下金属非金属矿山的倾斜至急倾斜中厚以上矿体、或水平至缓倾斜的厚大矿体，特别适用于矿体上盘或下盘赋存破碎矿体或整体处于高应力地段矿体的开采，以破碎矿体范围或垂直于最大主应力方位为界，将待采矿体划分为上下盘矿体采场，上下盘矿体采场垂直或斜交布置。两个区域采场可采用不同采矿方法，先采区域须超前于后采区域的回采，且超前高度须大于后采区域的最大采场高度。阶段间（内）采用自上而下连续回采顺序，嗣后充填，上部采场充填体作为下部采场的直接顶板，确保矿体上下盘能够稳定连续协同采矿。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。