1.本发明属于地下
采矿领域，涉及一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，特别适用于矿岩硬度低的厚大矿体回采。
背景技术：
2.上向水平分层充填法是一种高度机动灵活的采矿方法，适用于矿体中等稳固以上的矿体回采，特别是上下盘围岩不稳固的矿体回采，因此在我国地下矿山中有着广泛的应用。
3.传统的上向水平分层充填法落矿主要采用钻爆法的方式落矿，采用凿岩设备施工各类型炮孔，向炮孔中装填雷管及炸药爆破落矿。实践表明，传统的钻爆法主要存在以下缺点：(1)安全风险大，同时爆破震动对周边岩体造成不可逆转的损伤，增大采场支护工作量。(2)钻爆法各个作业环节分散不连续，生产管理复杂，效率低，不利于实现自动化、智能化。(3)钻爆法采矿工人作业劳动强度较大，作业环境差。
4.非爆机械开采煤炭等软岩矿山已大规模应用，已实现工业化生产。与传统钻爆法相比较，非爆机械破岩开采在安全、成本及效率等方面均有显著优势。目前，随着材料及装备的进步，非爆机械破岩设备已基本具备在非煤硬岩矿山推广应用的条件。该回采作业方式将从本质上降低金属地下矿山作业安全风险，有利于实现机械化减人、智能化换人的行业发展目标。
5.结合地下金属矿山实际开采技术条件，非爆机械破岩设备中的悬臂式掘进机较为适合用于采矿作业。但悬臂式掘进设备尺寸及重量较目前金属地下矿山采用的
铲运机、凿岩台车等设备更大更重，且行走方式更为“笨拙”，如何创造条件让悬臂式掘进机在回采作业过程中更加高效的运行是发挥其效率的关键所在。
6.为此，本发明提供了一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，旨在解决硬岩金属矿山传统钻爆法回采中存在的安全性差、作业连续性差、劳动强度大、作业环境差等问题，同时通过工程布置方面的创新，充分发挥悬臂式掘进机的效率。
技术实现要素：
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法：
8.一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：
9.(1)采场垂直于矿体走向布置，沿走向将矿体划分为一步骤采场和二步骤采场；
10.(2)施工采准切割工程，在矿体下盘施工形成中段运输巷、斜坡道、分段运输巷、矿石溜井、采场联络道，在矿体内施工形成充填回风天井；
11.(3)采准切割工程施工完毕后分两步进行回采，先采一步骤采场，再采二步骤采场，采场自下而上分层进行回采，采用悬臂式掘进机切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出
矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕；
12.(4)一步骤采场回采时，悬臂式掘进机经采场联络道进入采场前进式切割落矿，以楔形方式逐步将采幅扩大至采场两侧边界后全断面切割落矿至矿体上盘边界，并在采场下盘位置遗留两个三角矿带，操作悬臂式掘进机旋转切割在一侧二步骤采场帮壁的矿体内形成设备姿态调整辅助空间，实现悬臂式掘进机的原地掉头，悬臂式掘进机掉头后向下盘方向前进式切割两个三角矿块至下盘边界，然后通过采场联络道驶出采场；
13.(5)二步骤采场回采时，悬臂式掘进机经采场联络道进入采场前进式切割落矿，以楔形方式逐步将采幅扩大至采场两侧边界后全断面切割落矿至矿体上盘边界，在采场下盘位置将遗留两个三角矿带，利用悬臂式掘进机在一侧一步骤采场充填体内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，实现悬臂式掘进机的原地掉头，悬臂式掘进机掉头后向下盘方向前进式切割三角矿块至下盘边界，然后通过采场联络道驶出采场。
14.进一步地，所述采场长度为矿体厚度，采场宽度根据矿岩岩体质量确定，所述分层高度根据矿岩岩体质量及悬臂式掘进机切割高度确定。
15.进一步地，所述无轨矿用运输设备为矿卡或铲运机。
16.进一步地，充填管道经上中段充填回风巷、充填回风天井进入采场进行充填，所述一步骤采场充填时，采用高强度充填体充填；二步骤采场充填时，分层顶部采用高强度充填体充填，分层下部采用低强度充填体充填。
17.进一步地，所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入二步骤采场矿体或一步骤采场充填体帮壁的弧形通道，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场跨度及悬臂式掘进机设备尺寸确定。
18.进一步地，采场回采时，新鲜风流经分段运输巷、采场联络道流入采场，洗刷采场的污风经充填回风天井汇入上中段充填回风巷，同时配备通风除尘风机进行回采作业面的除尘。
19.进一步地，采场回采时，顶板及上下盘围岩采用锚索、锚杆、挂网、喷浆单一或联合支护方式进行顶板管理和支护。
20.进一步地，所述二步骤采场回采施工设备姿态调整辅助空间时，切割落下的一步骤充填体直接堆存在采场。
21.有益效果
22.与现有技术和方法相比，本发明提供的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法具有以下有益效果：
23.(1)非爆机械破岩采用机械切割落矿，生产作业过程中不采用炸药等火工品，不产生有毒有害气体，机械切割时对周边岩体的损伤小，整体作业安全程度较钻爆法大大提高。
24.(2)非爆机械破岩综合回采成本较传统钻爆法低。
25.(3)非爆机械破岩回采作业流程简单连续，机械化程度高，有利于实现自动化和智能化，因此在生产能力和效率方面较钻爆法也有优势。
附图说明
26.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
27.图1是本发明提供的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法的正视图；
28.图2为本发明提供的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法正视图的俯视图；
29.图3为本发明提供的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法正视图的侧视图。
30.图4为本发明提供的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法的回采作业示意图。
31.图中：1-中段运输巷；2-分段运输巷；3-采场联络道；4-悬臂式掘进机；5-充填回风天井；6-矿石溜井；7-矿体；8-充填体；9-设备姿态调整辅助空间。
具体实施方式
32.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
33.如图1-图4所示，一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：
34.(1)采场垂直于矿体7走向布置，沿走向将矿体7划分为一步骤采场和二步骤采场；采场长度为矿体7的厚度，采场宽度根据矿岩岩体质量确定，所述分层高度根据矿岩岩体质量及悬臂式掘进机4切割高度确定。
35.(2)施工采准切割工程，在矿体7的下盘施工形成中段运输巷1、斜坡道、分段运输巷2、矿石溜井6、采场联络道3，在矿体7内施工形成充填回风天井5。
36.(3)采准切割工程施工完毕后分两步进行回采，先采一步骤采场，再采二步骤采场，采场自下而上分层进行回采，采用悬臂式掘进机4切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕。所述无轨矿用运输设备为矿卡或铲运机。采场充填时，充填管道经上中段充填回风巷、充填回风天井5进入采场进行充填，所述一步骤采场充填时，采用高强度充填体充填；二步骤采场充填时，分层顶部采用高强度充填体充填，分层下部采用低强度充填体充填。采场回采时，新鲜风流经分段运输巷2、采场联络道3流入采场，洗刷采场的污风经充填回风天井5汇入上中段充填回风巷，同时配备通风除尘风机进行回采作业面的除尘。采场回采时，顶板及上下盘围岩采用锚索、锚杆、挂网、喷浆单一或联合支护方式进行顶板管理和支护。
37.(4)一步骤采场回采时，悬臂式掘进机4经采场联络道3进入采场前进式切割落矿，以楔形方式逐步将采幅扩大至采场两侧边界后全断面切割落矿至矿体7上盘边界，并在采场下盘位置遗留两个三角矿带，操作悬臂式掘进机4旋转切割在一侧二步骤采场帮壁的矿体7内形成设备姿态调整辅助空间，实现悬臂式掘进机4的原地掉头，所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入二步骤采场矿体7帮壁的弧形通道，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场跨度及悬臂式掘进机4设备尺寸确定。悬臂式掘进机4掉头后向下盘方向前进式切割两个三
角矿块至下盘边界，然后通过采场联络道3驶出采场。
38.(5)二步骤采场回采时，悬臂式掘进机4经采场联络道3进入采场前进式切割落矿，以楔形方式逐步将采幅扩大至采场两侧边界后全断面切割落矿至矿体7上盘边界，在采场下盘位置将遗留两个三角矿带，利用悬臂式掘进机4在一侧一步骤采场充填体内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，实现悬臂式掘进机4的原地掉头，所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入一步骤采场充填体帮壁的弧形通道，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场跨度及悬臂式掘进机4设备尺寸确定，二步骤采场回采施工设备姿态调整辅助空间时，切割落下的一步骤充填体直接堆存在采场。。悬臂式掘进机4掉头后向下盘方向前进式切割三角矿块至下盘边界，然后通过采场联络道3驶出采场。
39.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于包括以下步骤：(1)采场垂直于矿体走向布置，沿走向将矿体划分为一步骤采场和二步骤采场；(2)施工采准切割工程，在矿体下盘施工形成中段运输巷、斜坡道、分段运输巷、矿石溜井、采场联络道，在矿体内施工形成充填回风天井；(3)采准切割工程施工完毕后分两步进行回采，先采一步骤采场，再采二步骤采场，采场自下而上分层进行回采，采用悬臂式掘进机切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕；(4)一步骤采场回采时，悬臂式掘进机经采场联络道进入采场前进式切割落矿，以楔形方式逐步将采幅扩大至采场两侧边界后全断面切割落矿至矿体上盘边界，并在采场下盘位置遗留两个三角矿带，操作悬臂式掘进机旋转切割在一侧二步骤采场帮壁的矿体内形成设备姿态调整辅助空间，实现悬臂式掘进机的原地掉头，悬臂式掘进机掉头后向下盘方向前进式切割两个三角矿块至下盘边界，然后通过采场联络道驶出采场；(5)二步骤采场回采时，悬臂式掘进机经采场联络道进入采场前进式切割落矿，以楔形方式逐步将采幅扩大至采场两侧边界后全断面切割落矿至矿体上盘边界，在采场下盘位置将遗留两个三角矿带，利用悬臂式掘进机在一侧一步骤采场充填体内旋转切割出设备姿态调整辅助空间，实现悬臂式掘进机的原地掉头，悬臂式掘进机掉头后向下盘方向前进式切割三角矿块至下盘边界，然后通过采场联络道驶出采场。2.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述采场长度为矿体厚度，采场宽度根据矿岩岩体质量确定，所述分层高度根据矿岩岩体质量及悬臂式掘进机切割高度确定。3.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述无轨矿用运输设备为矿卡或铲运机。4.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：充填管道经上中段充填回风巷、充填回风天井进入采场进行充填，所述一步骤采场充填时，采用高强度充填体充填；二步骤采场充填时，分层顶部采用高强度充填体充填，分层下部采用低强度充填体充填。5.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述设备姿态调整辅助空间为一条凹入二步骤采场矿体或一步骤采场充填体帮壁的弧形通道，其高度、宽度、轨迹及深度根据采场跨度及悬臂式掘进机设备尺寸确定。6.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：采场回采时，新鲜风流经分段运输巷、采场联络道流入采场，洗刷采场的污风经充填回风天井汇入上中段充填回风巷，同时配备通风除尘风机进行回采作业面的除尘。7.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：采场回采时，顶板及上下盘围岩采用锚索、锚杆、挂网、喷浆单一或联合支护方式进行顶板管理和支护。
8.根据权利要求1所述的一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，其特征在于：所述二步骤采场回采施工设备姿态调整辅助空间时，切割落下的一步骤充填体直接堆存在采场。
技术总结
本发明公布了一种垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法，垂直于矿体走向布置采场，一步骤采场和二步骤采场间隔布置，先采一步骤采场并充填采空区，再回采二步骤采场并充填空区；采场自下而上分层进行回采，采用悬臂式掘进机切割非爆落矿，无轨矿用运输设备出矿，分层切割落矿、出矿完毕后进行分层充填，充填体养护至设计强度后转层开始下一分层的回采，如此循环直至整个采场回采完毕。本发明采用非爆机械切割落矿方式进行回采，具有回采作业安全、效率高、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。
技术研发人员：周礼 林卫星 曾令义 欧任泽 陆锦涛 龚永超
受保护的技术使用者：长沙矿山研究院有限责任公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/6/30
声明：
“垂直于走向布置非爆机械破岩上向水平分层充填采矿法的制作方法” 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：中冶有色技术网
来源：长沙矿山研究院有限责任公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
