地下矿山采空区遗留间柱的回采方法

1484 编辑：中冶有色技术网来源：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司, 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司, 中钢集团南京华忻科技有限公司

2021-12-09 10:26:33

权利要求

1.地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，矿体内设有间柱(16)，间柱(16)两侧为矿房，在矿体下盘设有中段运输巷道(1)，其特征在于采用以下步骤实施：

1)当矿房回采结束并采用尾矿胶结充填形成的充填体(5)达到1.5MPa后，沿垂直矿体走向方向，在中段运输巷道(1)一侧向间柱(16)内掘进出矿巷道(2)通达矿体上盘矿岩接触面(8)；

2)在出矿巷道(2)端部沿着上盘矿岩接触面(8)向上掘进切割天井(12)，切割天井(12)贯通上中段回风巷道，作为初期凿岩爆破自由面和后期分层采场作业的回风通道；

3)在间柱(16)内，沿出矿巷道(2)顶部向上钻凿扇形中深孔(18)，两侧扇形中深孔(18)与水平方向夹角α在45°～60°之间，以切割天井(12)和出矿巷道(2)为自由面，逐排爆破后形成喇叭口状底部结构(14)，采用铲运机放出部分矿石，其余矿石暂留在间柱(16)空间内作为继续上采的工作平台(10)，工作平台(10)所需要的凿岩作业空间高度在2～3m；

4)在出矿巷道(2)正对着的中段运输巷道(1)一侧下盘围岩(13)内掘进人行通风天井(3)连通上中段回风巷道，在人行通风天井(3)内每隔3～8米按照垂直于间柱(16)方向掘进分层联络道(9)通达下盘矿岩接触面(17)，将间柱(16)沿垂直方向划分为若干分层；

5)每次分层采场作业时，作业人员经人行通风天井(3)、分层联络道(9)进入采场，钻凿上向平行炮孔(11)，凿岩所需要的上向平行炮孔(11)的深度与间柱(16)分层高度相适宜，然后逐步实施装药连线爆破、通风作业环节，之后在底部出矿巷道(2)内操作铲运机进行局部放矿作业，每次放出的矿量占崩落矿石(7)总量的30％～38％；局部放矿后应进行撬顶平场作业；

6)采用自下而上的方式依次在每个分层采场内如此循环凿岩、爆破、通风、局部放矿、撬顶平常作业环节直至整个间柱(16)全部回采完毕，再使用铲运机将存留的间柱(16)内的全部矿石铲运至矿体下盘中段运输巷道(1)一侧设置的溜井(4)；

7)出矿结束后，使用充填挡墙封闭出矿巷道(2)和人行通风天井(3)下部入口，即可实施间柱(16)采后遗留空间的充填作业环节。

2.如权利要求1所述的地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，其特征在于：在人行通风天井(3)内每隔3～6米按照垂直于间柱(16)方向掘进分层联络道(9)。

3.如权利要求1或2所述的地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，其特征在于：所述出矿巷道(2)的断面规格为3.5m×3.5m～4.5m×4.5m；所述切割天井(12)规格为边长为1.2～2m的矩形断面，所述人行通风天井(3)规格为边长1.2～1.8m的矩形断面；所述分层联络道(9)的规格边长为1m～1.5m的矩形断面。

4.如权利要求3所述的地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，其特征在于：所述的喇叭口状底部结构(14)的高度为3～8m。

说明书

技术领域

本发明属于地下矿山开采技术领域，具体涉及地下矿山采空区遗留间柱的回采方法。

背景技术

井下残留矿柱的开采技术条件极为复杂，是当今采矿技术的一大难题。目前，许多矿山在回收残矿资源时，常常因为遇到技术或经济上的困难，而达不到预期的效果。

目前，国内外较多地下矿山使用空场嗣后充填采矿方法开发矿产资源，无论是浅孔留矿嗣后充填采矿法，还是分段空场嗣后充填采矿法，都是将矿块划分为矿房和间柱，先回采矿房并充填，再回采间柱。该采矿方法主要适用于：①矿石和围岩均稳固，回采过程中不会自然冒落；②矿体厚度以薄和中厚为宜；③矿体倾角属于急倾斜以上；④矿石无结块和自然性；⑤地表不允许塌陷的矿床。该采矿方法自出现以来，已在很多矿山推广应用，现阶段仍然有不少矿山在使用该采矿方法，如山东金喜泰集团黄牛岭铁矿、安徽凤阳金鹏矿业马山铅锌金银矿、江苏金焰爱景山锶矿、云南铜厂沟铜钼矿等。

矿山在划分矿房和间柱时，普遍选择矿房比例较大和间柱比例较小的划分方法，不可避免的导致矿房回采结束并充填后再行回采间柱时具有生产矿效率低、矿石贫化率高、作业安全性差等缺点，难以实现间柱的安全高效开采，特别是在开采稀有金属、贵重金属和高品位矿脉，间柱开采一直困扰着许多矿山企业。很多矿山鉴于上述困难被迫放弃回收间柱，致使矿房回采结束后遗留了大量间柱，严重的浪费了自然矿产资源。

《金属矿山》2008年第7期发表的《采空区矿柱安全回采技术与实践》采用有限元分析程序对回采过程中空区顶板及周围岩体进行了应力分析,并对回采方案进行了论证,结果表明:(1)进行“采一留一”的矿柱回采,最大主应力在岩石的破坏强度内,空区的变大及受风化影响,顶板围岩会产生局部的散体冒落,不会发展到整体冒落,对上部空区的地压影响较小。(2)进行矿柱全部回采,最大主应力超过岩石的破坏强度,回采后形成的联体空区暴露面积达3700m2以上,顶板围岩会产生大范围冒落,甚而酿成地质灾害。(3)空区处理后(废石充填,胶结充填条件不具备)矿柱全部回采,地压影响小。该矿采用空区处理后矿柱全部回采方案,回采后的空区也及时用废石充填，但为了确保安全，需要预留长柱，最终的矿石回采率不到60％。

中国专利201611105285.0公开了一种空区废石充填与顶部围岩崩落协同再造覆盖层的间柱回收方法，其技术方案是：首先，采用废石充填回采矿房时所形成的采空区，并预留一定的空间；其次，将间柱沿垂直方向分为若干分层，在每个分层底部中央掘进凿岩巷道，崩落间柱顶部的围岩形成覆盖层；然后，采用上向扇形中深孔爆破铲运机出矿自上而下、依次超前、层内后退式回采矿柱。该方法虽然实现了覆岩下放矿，降低采空区暴露面积，回收了部分间柱，但也存在如下技术缺陷：

(1)每个分层只布置了一个出矿巷道，顶部为崩落的围岩形成的覆盖层，根据“放矿椭球体理论”，在实施铲运出矿时，由于分层较高，在放出约1/3～1/2矿石时即开始混入废石直至放出的完全为废石，迫使停止放矿，造成矿石的永久损失。

(2)间柱两侧均为充填的废石，在实施铲运出矿时，上部的矿石还未来得及完全放出两侧废石在自重作用下便开始流向出矿巷道，导致矿石贫化严重；

(3)每次铲运出矿都在独头巷道内进行，无法形成贯穿风流，工作面通风困难，作业安全条件差；

(4)每个分层都采用扇形中深孔落矿和铲运机出矿，则需要来回搬运凿岩和铲运设备，需要掘进大量的设备运行通道，大大增加了采准切割工程量。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，而提供一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，该方法通过布设底部出矿结构、合理布置切割天井和分层高度、采场内预留矿石，从而实现提高矿石回采率、降低矿石贫化率、减小采切工程量、避免采空区暴露面积过大和改善工作面作业环境目的。

为实现本发明的上述目的，本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法采用以下技术方案：

本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，矿体内设有间柱，间柱两侧为矿房，在矿体下盘设有中段运输巷道，并采用以下步骤实施：

1)当矿房回采结束并采用尾矿胶结充填形成的充填体达到规定的养护强度后，沿垂直矿体走向方向，在中段运输巷道一侧向间柱内掘进出矿巷道通达矿体上盘矿岩接触面；所述的养护强度一般为1.5MPa；

2)在出矿巷道端部沿着上盘矿岩接触面向上掘进切割天井，切割天井贯通上中段回风巷道，作为初期凿岩爆破自由面和后期分层采场作业的回风通道；

3)在间柱内，沿出矿巷道顶部向上钻凿扇形中深孔，两侧扇形中深孔与水平方向夹角α要大于45°，一般在45°～60°之间，以切割天井和出矿巷道为自由面，逐排爆破后形成喇叭口状底部结构，采用铲运机放出部分矿石，其余矿石暂留在间柱空间内作为继续上采的工作平台，工作平台所需要的凿岩作业空间高度在2～3m；

4)在出矿巷道正对着的中段运输巷道一侧下盘围岩内掘进人行通风天井连通上中段回风巷道，在人行通风天井内每隔3～8米按照垂直于间柱方向掘进分层联络道通达下盘矿岩接触面，将间柱沿垂直方向划分为若干分层；

5)每次分层采场作业时，作业人员经人行通风天井、分层联络道进入采场，钻凿上向平行炮孔，凿岩所需要的上向平行炮孔的深度与间柱分层高度相适宜，即也为3～8米；然后逐步实施装药连线爆破、通风作业环节，之后在底部出矿巷道内操作铲运机进行局部放矿作业，每次放出的矿量占崩落矿石总量的30％～38％；为了便于人员在留矿堆上进行凿岩爆破作业，局部放矿后应进行撬顶平场作业；

6)采用自下而上的方式依次在每个分层采场内如此循环凿岩、爆破、通风、局部放矿、撬顶平常作业环节直至整个间柱全部回采完毕，再使用铲运机将存留的间柱内的全部矿石铲运至矿体下盘中段运输巷道一侧设置的溜井；

7)出矿结束后，使用充填挡墙封闭出矿巷道和人行通风天井下部入口，即可实施间柱采后遗留空间的充填作业环节。

进一步地，在人行通风天井内以每隔3～6米按照垂直于间柱方向掘进分层联络道为宜。

进一步地，所述出矿巷道的断面规格为3.5m×3.5m～4.5m×4.5m；所述切割天井规格为边长为1.2～2m的矩形断面，所述人行通风天井规格为边长1.2～1.8m的矩形断面；所述分层联络道的规格边长为1m～1.5m的矩形断面。

更进一步地，所述的喇叭口状底部结构的高度为3～8m。

本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法采用以上技术方案后，实现了采场风流贯通、提高矿石回采率、降低矿石贫化率、减小采切工程量、避免采空区暴露面积过大和改善作业环境目的。具体表现为以下积极效果：

(1)仅在间柱底部出矿巷道两侧上方留设部分矿柱用于形成底部结构，可实现间柱回采率大于95％，极大地回收了间柱矿产资源。

(2)视矿岩和充填体稳固性，可随机变化分层凿岩高度，有助于减小采矿爆破扰动控制围岩变形，减少了废石混入率和矿石贫化率，也有利于控制采场暴露规模。

(3)在间柱上盘布置切割天井贯通上中段回风巷道，在间柱下盘布置人行通风天井，每次凿岩和爆破作业环节，新鲜风流由人行通风天井、经分层联络道进入工作面，冲洗采场后污风经切割天井排出，形成循环贯通风流，改善了工作面通风条件，有利于营造良好的作业环境。

(4)不需要在每个分层都布置凿岩巷道及搬运凿岩设备所需要的采切工作量，所有分层回采结束后再统一大量放矿，可明显减少采切工程量和提高采场生产效率。

(5)间柱开采完成进行充填时，只需要在将最底部的出矿巷道及人行通风天井底部入口砌筑封闭挡墙，减小了施工充填挡墙材料消耗，降低了充填成本，提升了充填效率。

附图说明

图1为本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法正视图；

图2为图1中A-A向视图；

图3为图1中B-B向视图；

图4为图3中C-C向视图；

图5是本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法布置底部结构时的正视图；

图6是本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法底部结构形成后的正视图。

附图标记为：1-中段运输巷道；2-出矿巷道；3-人行通风天井；4-溜井；5-充填体；6-矿柱；7-崩落矿石；8-上盘矿岩接触面；9-分层联络道；10-工作平台；11-上向平行炮孔；12-切割天井；13-下盘围岩；14-底部结构；15-凿岩作业空间；16-间柱；17-下盘矿岩接触面；18-扇形中深孔。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法做进一步详细描述。

由图1所示的本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法正视图并结合图2、图3、图4、图5、图6看出，本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法，矿体内设有间柱16，间柱16两侧为矿房，在矿体下盘设有中段运输巷道1，具体采用以下步骤实施：

1)当矿房回采结束并采用尾矿胶结充填形成的充填体5达到1.5MPa后，沿垂直矿体走向方向，在中段运输巷道1一侧向间柱16内掘进进规格为3.5m×3.5m的三心拱型出矿巷道2通达矿体上盘矿岩接触面8；

2)在出矿巷道2端部沿着上盘矿岩接触面8向上掘进规格为1.5m×1.5m切割天井12，切割天井12贯通上中段回风巷道，作为初期凿岩爆破自由面和后期分层采场作业的回风通道；

3)在间柱16内，沿出矿巷道2顶部向上钻凿扇形中深孔18，两侧扇形中深孔18与水平方向夹角α在45°～60°之间，中深孔深度以2～5m为宜；以切割天井12和出矿巷道2为自由面，逐排爆破后形成喇叭口状底部结构14，采用铲运机放出部分矿石，其余矿石暂留在间柱16空间内作为继续上采的工作平台10，工作平台10所需要的凿岩作业空间高度在2～3m；

4)在出矿巷道2正对着的中段运输巷道1一侧下盘围岩13内掘进规格为1.5m×1.5m人行通风天井3连通上中段回风巷道，在人行通风天井3内每隔3～8米按照垂直于间柱16方向掘进一条规格为1.2m×1.8m分层联络道9通达下盘矿岩接触面17，将间柱16沿垂直方向划分为若干分层；

5)每次分层采场作业时，作业人员经人行通风天井3、分层联络道9进入采场，钻凿上向平行炮孔11，凿岩所需要的上向平行炮孔11的深度与间柱16分层高度相适宜，约3～8米。然后逐步实施装药连线爆破、通风作业环节，之后在底部出矿巷道2内操作铲运机进行局部放矿作业，每次放出的矿量占崩落矿石7总量的30％～38％；局部放矿后应进行撬顶平场作业；

6)采用自下而上的方式依次在每个分层采场内如此循环凿岩、爆破、通风、局部放矿、撬顶平常作业环节直至整个间柱16全部回采完毕，再使用铲运机将存留的间柱16内的全部矿石铲运至矿体下盘中段运输巷道1一侧设置的溜井4；

7)出矿结束后，使用充填挡墙封闭出矿巷道2和人行通风天井3下部入口，即可实施间柱16采后遗留空间的充填作业环节。

由图1所示的本发明一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法正视图并结合图2看出，本发明方法仅在间柱16底部出矿巷道2两侧上方留设部分矿柱6用于形成底部结构14，可实现间柱16回采率大于95％。

本发明采用自下而上分层回采方式，仅在布置底部结构14时留设了部分矿柱6，大大提高了矿石回采率；分层高度可视矿岩及充填体5稳固性随机变动，有效减缓围岩和充填体5破坏，降低了矿石贫化率；采用上盘切割天井12与上中段回风巷道贯通，实现了风流循环，改善了作业面环境。