开采露天矿边帮压覆矿产的新方法与流程

本发明涉及一种开采露天矿边帮压覆矿产的新方法，属于矿产开采技术领域，更具体而言，涉及采用机械化开采设备开采露天矿边帮压覆矿产的方法。

背景技术

如图1-图3所示，露天矿山开采时在采坑5的推进方向(图1中箭头所示方向)的后方形成非工作帮13，在正常推进过程中采坑5推进方向的两侧形成端帮12，在采坑5推进方向的前方形成终帮11；露天矿山开采的过程中在采坑5四周形成上述的非工作帮13、端帮12和终帮11统称为边帮1。

目前，露天矿山的开采因存在上述的边帮，导致边帮下压覆的矿产得不到开采、损失矿产资源量巨大，就一座露天矿山而言，露天矿山开采损失资源量占整个露天矿山的25％-30％不等；就露天煤矿而言，每年全国边帮压覆未开采损失的煤矿资源量就高达1亿吨以上。

露天矿山剥离出的矿石中含有大量矸石，这些矸石一般排弃至排渣场，由于未经过处理，长时间的露天堆放会产生大量氨、硫化物等有害气体，污染水源、土壤和周围空气，且有些边帮下压覆的矿产资源极易发火自燃，造成大气、环境污染。

如何将边帮压覆矿产进行回收再利用，如何将矸石进行合理的处置，如何避免边帮压覆矿产发火自燃减小对环境的污染等，是露天矿山开采面临的现实问题。

为解决上述问题，中国zl201210179645.7号、名称为“回收露天煤矿终帮上煤的采煤方法”的专利，给出了一种回收露天煤矿终帮压覆煤矿的采煤方法。具体来说，该回收露天煤矿终帮上煤的采煤方法，适用于露天煤矿终帮上煤层厚度大于2m；煤层顶板是较稳定的岩石；煤层间距不小于5m；煤层倾角小于10°，可实现内排土条件的露天煤矿，露天煤矿建成后，在露天煤矿的非工作帮、终帮与紧邻的两个端帮终帮上存留的煤层中，如图4所示，沿着煤层的倾斜方向掘进一个宽2～4m、高2～7m，深到矿田地表境界即矿权界长50～100m的第一个直线形煤巷道21，再并排掘进与第一个直线形煤巷道相同几何参数的第二个直线形煤巷道22，以此类推并排掘进第三个直线形煤巷道23，各煤巷道之间留有3.3～6m宽的煤柱，在掘进第二个直线形煤巷道22的同时，如图5所示，在第一个直线形煤巷道21中心线的阶梯顶部打垂直钻孔3，钻孔3的直径为150～300mm，钻孔3的深度为打透第一个直线形煤巷道21顶部为止，当第一个钻孔31完成后，继续打第二个钻孔32，钻孔与钻孔的间距为2.5～9m，并在中心线上，同时用剥离物半封闭第一个直线形煤巷道21的硐口，再从第一个钻孔31往第一个直线形煤巷道21里注沙浆，第一个钻孔31里注满沙浆后继续往第二个钻孔32里注沙浆，沙浆注满第一个直线形煤巷道21，用同样的方法直至将第三个直线形煤巷道23注满沙浆为止，这时注满沙浆的第一个直线形煤巷道21已存留了1至2个月时间，接着在已注满沙浆的第一个直线形煤巷道21与已注满沙浆的第二个直线形煤巷道22之间的煤柱中掘进与第一个直线形煤巷道21相同几何参数的第四个直线形煤巷道24，第四个直线形煤巷道24与第一个直线形煤巷道21、第二个直线形煤巷道22之间留出1～1.5m宽的煤柱4，所述第四个直线形煤巷道24完成后，应立即类同第一个直线形煤巷道21在第四个直线形煤巷道24的顶部打钻孔3，半封闭硐口，注满沙浆，及时在第一个直线形煤巷道21、第四个直线形煤巷道24、第二个直线形煤巷道22的硐口前排弃剥离物并形成内排土场，以此类推掘进相同几何参数的第五个直线形煤巷道25，并进行顶部打钻孔3，半封闭硐口，注满沙浆，第五个直线形煤巷道25位于第二个直线形煤巷道22与第三个直线形煤巷道23中间，露天煤矿开采终了时，回收露天煤矿终帮上煤炭资源即结束。

该专利给出的上述开采方法，虽然号称可以开采终帮压覆煤矿，但事实上并不可行，存在诸多缺陷：

a、该现有技术采用从露天煤矿边帮顶部钻孔、并通过钻孔对已采巷道进行灌注沙浆充填，在边帮顶部施工钻孔易造成露天煤矿边坡滑坡、坍塌；且通过钻孔从上往下对已采巷道进行充填，由于充填体塌落角的影响，充填体在已采巷道内形成锥体形状，无法保证已采巷道内的充填体的接顶率和压实率，后期回收已充填巷道之间的煤柱时，由于两侧充填体未接顶、压实率较低，已采巷道跨度逐渐增大，易造成两侧充填体巷道顶板垮落，从而造成边帮整体滑坡、坍塌。

b、该现有技术采用相邻巷道之间留设1～1.5m宽煤柱的方式对露天煤矿终帮压煤进行回收，而该煤柱后期又无法再回收，影响边帮压覆煤碳资源的回收率，并可能导致留设煤柱发火自燃、污染环境；

c、现有技术仅限于煤层厚度大于2.0m、煤层间距不小于5.0m、煤层倾角小于10°的边帮压煤回收，不能扩展至其他种类的露天矿和不在此条件范围内的露天煤矿的开采回收，应用范围有限，当煤层厚度大于6m或者当露天矿山为矿层间距小于5.0m近距离矿层群时，该现有技术均不能实现开采，现有技术的该开采方法适用范围有限、资源回收率依然很低；

d、填充物为沙浆，成本高，且不利于矿山开采废弃物例如剥离矸石等的回收利用，无法实现资源开发与生态环境的协调发展。

因此，需要从提高安全性、提高回收率、减少环境污染、扩大开采矿的种类和废弃物处理等问题出发，研发更安全、更高效、适用范围更广、更环保的露天矿边帮压覆矿产的开采方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，本发明提供了一种开采露天矿边帮压覆矿产的新方法，所述矿产的硬度小于机械化开采设备的截割硬度，包括以下步骤：

步骤10，将所述露天矿边帮压覆矿产的各矿层沿着矿产资源的倾向或走向按设定宽度和高度划分为若干个直线型采硐，并依次编号，编号为奇数的采硐称为奇数采硐，全部奇数采硐的几何尺寸相同，编号为偶数的采硐称为偶数采硐，全部偶数采硐的几何尺寸相同；

步骤20，利用所述机械化开采设备掘进开采所述直线型采硐，先掘进开采奇数采硐或者偶数采硐，各所述奇数采硐或偶数采硐之间保留偶数采硐或奇数采硐作为矿柱，以对所述边帮起支撑作用；且对所述奇数采硐或偶数采硐实行采-充平行作业，即在前一奇数采硐或偶数采硐开采完成后并对后一奇数采硐或偶数采硐开采且满足充填作业空间要求的同时，采用充填物对已采奇数采硐或偶数采硐依次充填；

步骤30，在步骤20的过程中，当两相邻奇数采硐或偶数采硐内的充填物凝固成强度大于所述矿产矿体强度的刚性体后，利用所述机械化开采设备再掘进开采该两相邻奇数采硐或偶数采硐之间的偶数采硐或奇数采硐，且对后开采的偶数采硐或奇数采硐也实行采-充平行作业，即在前一偶数采硐或奇数采硐开采完成后对后一符合开采条件的偶数采硐或奇数采硐开采且满足充填作业空间要求的同时，采用充填物对已采偶数采硐或奇数采硐依次充填；

步骤40，重复所述步骤20和步骤30，直至全部所述直线型采硐开采完毕和充填完毕，完成各所述矿层的开采，从而完成所述露天矿边帮压覆矿产的开采；

其中，所述充填，是指采用填充设备自开采后的所述直线型采硐的尽头向硐口逐渐填充所述充填物，并压实所述充填物和二次填充所述充填物，以使所述充填物凝固成所述刚性体后的接顶率和压实率符合设计要求。

本发明上述开采露天矿边帮压覆矿产的新方法，克服了现有技术的缺陷，具有以下积极效果：

①因采用填充设备自开采后的直线型采硐的尽头向硐口逐渐填充充填物，并压实充填物和二次填充充填物，而非现有技术在岩层上打孔填充，可以使得充填物的接顶率和压实率大幅提高，从而提高对边帮的支撑强度，减小边帮坍塌和滑坡的风险；

②因采用先开采奇数采硐或者偶数采硐、待充填物凝固成刚性体后再开采偶数采硐或奇数采硐，同时采用采-充平行作业的方法，则不但提高了对边帮的支撑强度、减小了边帮坍塌和滑坡的风险，且无需保留矿柱、提高了边帮压覆矿产的回收率，可使露天矿的边帮压覆矿产的回收率近100％，从而降低了露天矿山生产剥采比、延长了露天矿山服务年限、减少了耕地占用和村庄搬迁、减少了露天矿山开设数量，实现了高效低碳环保的生产，促进资源开发与生态环境协调发展；

③因露天矿的边帮压覆矿产的回收率高、基本全部回收了边帮下一些极易发火自燃的矿产资源，减少了对大气、环境的污染；

④本发明的上述开采方法，无矿产资源赋存厚度、赋存层间距及倾角的要求，可增大本发明开采方法的使用范围；且本发明开采方法开采矿产的硬度可随机械化开采设备截割硬度的提高而提高，从而增大可开采矿产资源的范围，进一步扩大了本发明开采方法开采露天矿的种类。

根据本发明的一个实施例，优选地，所述直线型采硐的高度根据所述机械化开采设备的开采高度确定，所述奇数采硐的宽度按照以下式(1)-式(3)确定：



q＝q0+q1+q2+……+qn-1+qn(2)

q0＝hr0，q1＝h1r1，q2＝h2r2……qn-1＝hn-1rn-1，qn＝hnrn(3)

其中，σt为矿产的抗拉强度，h为所述矿层的直接顶岩层的厚度，r0为直接顶岩层的容重，hi为直接顶岩层之外第i层老顶岩层的厚度，ri为直接顶岩层之外第i层老顶岩层的容重，l0为奇数采硐的宽度；λ为系数，根据矿层直接顶岩层的强度而定，一般取值0.6-0.9，当矿层直接顶岩层的强度较小时取小值，当矿层直接顶岩层的强度较大时取大值；

所述偶数采硐的宽度按照以下式(4)式确定：



其中，a为偶数采硐宽度；l0为奇数采硐的宽度；m为直线型采硐的开采高度；h为直线型采硐的开采深度；k为安全系数。

该实施例进一步给出奇数采硐和偶数采硐宽度的确定方法，从而可以进一步规范开采流程、提高开采精度，提高开采效率和开采的可靠性。

进一步，优选地，所述直线型采硐的开采深度为露天矿边帮底部至距露天矿矿田边界以内20米处的距离。

直线型采硐的尽头尽量接近露天矿矿田边界，即直线型采硐的开采深度尽量大，则尽可能地提高边帮压覆矿产的回收率，最大限度地利用矿产资源、提高经济效益。

根据本发明的另一个实施例，优选地，当所述露天矿的所述矿层厚度大于所述机械化开采设备的开采高度时，对所述矿层按照所述开采高度进行分层，自下层向上层每层按照所述步骤10-步骤40进行开采和充填，且开采上层前将采坑填平至该层。

该实施例进一步给出的开采方法，可开采矿层厚度为很厚的边帮压覆矿产，从而进一步提高边帮压覆矿产的回收率和本发明开采方法的适用范围。

根据本发明的再一个实施例，优选地，所述机械化开采设备为具有远程控制、导航定位、远程视频监控的智能化开采设备，其后部搭接胶带输送机。

在边帮压覆矿产回收过程中采用自动化程度高的智能化开采设备进行回收，实现了无人化、安全化生产，极大的提高了劳动生产率和作业安全性，其后部搭接胶带输送机可对开采出的矿产实现直线型采硐内机械化远程输送，便于开采矿产的排出。

根据本发明的又一个实施例，优选地，所述填充设备带有自行走机构和挡料板，所述自行走机构可使所述填充设备自主进入直线型采硐内，所述挡料板可使所述充填物堆积并压实所述充填物，且压实所述充填物后可对空出的空间进行二次充填所述充填物。

该实施例中，可利用自行走机构对采硐进行水平式或倾斜式充填、利用挡料板可保证已采采硐内充填体的接顶率和压实率，从而保证充填体的强度，避免现有技术在边帮顶部施工钻孔造成边帮滑坡、坍塌等矿山地质灾害和安全事故。

根据本发明的还一个实施例，优选地，所述充填物为采用所述露天矿剥离的矸石、建筑垃圾或者固体废弃物与水泥、添加剂一起进行处理，制成的可通过管路泵送的物料，且所述充填物凝固后为强度大于所述矿产矿体强度的刚性体。

本发明对采硐采用泵式充填工艺进行充填，可实现远距离充填、充填方便；充填材料主要为露天矿山剥离矸石、建筑垃圾或者固体废弃物与水泥、添加剂的混合物，减少了这些固体废弃物的排放和堆积，不但节省处理成本，而且减少了其对大气、水、土壤等产生的环境污染。

进一步，优选地，所述充填物在充填站内制成，所述充填站可建在所述露天矿的采坑内或者工业场地内。

采用远距离泵送式充填，且充填物在充填站内制成，则充填站选址灵活、方便，可因地制宜，提高场地的利用效率。

本发明的上述和/或附加的方面和优点，从下面对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

附图说明

图1为露天矿的边帮结构示意图；

图2为图1的aa剖视结构示意图；

图3为图1的bb剖视结构示意图；

图4为现有技术采硐开采顺序示意图；

图5为现有技术采硐钻孔平面示意图；

图6为采用本发明所述开采露天矿边帮压覆矿产的新方法开采边帮压覆矿产的平面结构示意图；

图7为图6的cc剖视结构示意图；

图8为本发明所述方法中的直线型采硐的划分示意图

图9为先开采奇数采硐示意图；

图10为先开采偶数采硐示意图；

图11为确定奇数采硐宽度的力学模型示意图；

图12为确定偶数采硐宽度的力学模型示意图；

图13为分层开采结构示意图。

其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、边帮；11、终帮；12、端帮；13、非工作帮；2、直线形煤巷道；21、第一个直线形煤巷道；22、第二个直线形煤巷道；23、第三个直线形煤巷道；24、第四个直线形煤巷道；25、第五个直线形煤巷道；3、钻孔；31、第一个钻孔；32、第二个钻孔；4、煤柱；5、采坑。

图6至图13中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、边帮；11、终帮；12、端帮；13、非工作帮；5、采坑；6、内排土场；7、矿产；8、直线型采硐；9、充填物；10机械化开采设备；101、胶带输送机；102、底板；103、顶板；箭头d为露天矿推进方向；箭头e为采矿运输方向；箭头f为剥离物内排方向。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供了一种开采露天矿边帮压覆矿产的新方法，如图6-图10所示，所述矿产7的硬度小于机械化开采设备10的截割硬度，包括以下步骤：

步骤10，如图8所示，将所述露天矿边帮压覆矿产的各矿层沿着矿产资源的倾向或走向按设定宽度和高度划分为若干个直线型采硐8，并依次编号，编号为奇数的采硐称为奇数采硐，全部奇数采硐的几何尺寸相同，编号为偶数的采硐称为偶数采硐，全部偶数采硐的几何尺寸相同；

步骤20，如图7所示，利用所述机械化开采设备10掘进开采所述直线型采硐，如图9所示，先掘进开采奇数采硐，或者如图10所示，先掘进开采偶数采硐，则对应地，所述奇数采硐之间保留偶数采硐或偶数采硐之间保留奇数采硐，作为矿柱以对所述边帮起支撑作用；且对所述奇数采硐或偶数采硐实行采-充平行作业，即在前一奇数采硐或偶数采硐开采完成后并对后一奇数采硐或偶数采硐开采且满足充填作业空间要求的同时，采用充填物对已采奇数采硐或偶数采硐依次充填；

所述充填，是指采用填充设备自开采后的所述直线型采硐8的尽头向硐口逐渐填充所述充填物9，并压实所述充填物9和二次填充所述充填物9，以使所述充填物9凝固成刚性体后的接顶率和压实率符合设计要求；

步骤30，在步骤20的过程中，当两相邻奇数采硐或偶数采硐内的充填物9凝固成强度大于所述矿产矿体强度的刚性体后，利用所述机械化开采设备10再掘进开采该两相邻奇数采硐之间的偶数采硐，或者偶数采硐之间的奇数采硐，且对后开采的偶数采硐或奇数采硐也实行采-充平行作业，即在前一偶数采硐或奇数采硐开采完成后对后一符合开采条件的偶数采硐或奇数采硐开采且满足充填作业空间要求的同时，采用充填物9对已采偶数采硐或奇数采硐依次充填；

步骤40，重复所述步骤20和步骤30，直至全部所述直线型采硐8开采完毕和充填完毕，完成各所述矿层的开采，从而完成所述露天矿边帮压覆矿产的开采。

本发明上述的开采新方法，在按照图8所示将各矿层沿着矿产资源的倾向或走向按设定宽度和高度划分为若干个直线型采硐并依次编号后，可以如图9所示先开采奇数采硐，并对已开采的奇数采硐进行依次充填，则在奇数采硐开采和充填过程中，充填物凝固成刚性体可支撑所述边帮时，再依次开采奇数采硐充填物之间的偶数采硐，对偶数采硐同样采用采-充平行作业方式，即在采空一个偶数采硐并开采下一个偶数采硐的同时，对前一个被采空的偶数采硐进行充填，如此依次采-充，可在实现对边帮压覆矿产开采的同时，保证对边帮的支撑强度，确保不发生边帮坍塌和滑坡，安全性和可靠性高。

同样，如图10所示，也可以先开采偶数采硐，同时对偶数采硐采用采-充平行作业方式，然后再对已开采的偶数采硐进行依次充填并在充填物凝固后，再开采偶数采硐之间的奇数采硐，对奇数采硐同样采用采-充平行作业方式，如此依次采-充，同样可在实现对边帮压覆矿产开采的同时，保证对边帮的支撑强度、确保不发生边帮坍塌和滑坡，同样也可实现本申请的发明目的。

本发明上述实施例给出的开采露天矿边帮压覆矿产的新方法，克服了现有技术的缺陷，具有以下积极效果：

①因采用填充设备自开采后的直线型采硐的尽头向硐口逐渐填充充填物，并压实充填物和二次填充充填物，而非现有技术在岩层上打孔填充，可以使得充填物的接顶率和压实率大幅提高，从而提高对边帮的支撑强度，减小边帮坍塌和滑坡的风险；

②因采用先开采奇数采硐或者偶数采硐、待充填物凝固成刚性体后再开采偶数采硐或奇数采硐，同时采用采-充平行作业的方法，则不但提高了对边帮的支撑强度、减小了边帮坍塌和滑坡的风险，且无需保留矿柱、提高了边帮压覆矿产的回收率，可使露天矿的边帮压覆矿产的回收率近100％，从而降低了露天矿山生产剥采比、延长了露天矿山服务年限、减少了耕地占用和村庄搬迁、减少了露天矿山开设数量、实现了高效低碳环保的生产过程，促进资源开发与生态环境协调发展；

③因本发明的开采方法对露天矿边帮压覆矿产的回收率高、基本全部回收了边帮下一些极易发火自燃的矿产资源，从而减少了对大气、环境的污染；

④本发明的开采方法，无矿产资源赋存厚度、赋存层间距及倾角的要求，可增大本发明开采方法的使用范围；且本发明开采方法所能开采矿产的硬度可随机械化开采设备截割硬度的提高而提高，从而增大可开采矿产资源的范围，进一步扩大了本发明开采方法开采露天矿的种类。

优选地，本发明的一个实施例，所述直线型采硐8的高度根据所述机械化开采设备10的开采高度确定，如图11所示，所述奇数采硐的宽度按照以下式(1)-式(3)确定：



q＝q0+q1+q2+……+qn-1+qn(2)

q0＝hr0，q1＝h1r1，q2＝h2r2……qn-1＝hn-1rn-1，qn＝hnrn(3)

其中，σt为所述矿产的抗拉强度，h为所述矿层的直接顶岩层的厚度，r0为直接顶岩层的容重，hi为直接顶岩层之外第i层老顶岩层的厚度，ri为直接顶岩层之外第i层老顶岩层的容重，l0为奇数采硐的宽度；λ为系数，根据矿层直接顶岩层的强度而定，一般取值0.6-0.9，当矿层直接顶岩层的强度较小时取小值，当矿层直接顶岩层的强度较大时取大值；

如图12所示，所述偶数采硐的宽度按照以下式(4)式确定：



其中，a为偶数采硐宽度；l0为奇数采硐的宽度；m为采硐的开采高度；h为采硐的开采深度；k为安全系数。

按照上述方法来确定奇数采硐和偶数采硐的宽度，可以进一步规范开采流程、提高开采精度，从而提高开采效率和开采的可靠性。这是申请人研发出来的确定奇数采硐和偶数采硐宽度的优选方法。

进一步，优选地，所述直线型采硐的开采深度为露天矿边帮底部至距露天矿矿田边界以内20米处的距离。

直线型采硐的尽头尽量接近露天矿矿田边界，即直线型采硐的开采深度尽量大，则尽可能地提高边帮压覆矿产的回收率，最大限度地回收矿产资源、提高经济效益。

优选地，本发明的另一个实施例，当所述露天矿的所述矿层厚度大于所述机械化开采设备10的开采高度时，如图13所示，对所述矿层按照所述开采高度进行分层，自下层向上层每层按照所述步骤10-步骤40进行开采和充填，且开采上层前将采坑5填平至该层。

在目前现有机械化开采设备的开采高度下，当矿产资源厚度小于6.0m时，采硐高度取矿产资源厚度；当矿产资源厚度大于6.0m时，采用分层开采回收，采硐的最大开采高度取6.0m，各分层按照从下至上的顺序依次充填开采。

该实施例进一步给出的开采方法，可开采矿层厚度为很厚的边帮压覆矿产，从而进一步提高边帮压覆矿产的回收率和本发明开采方法的适用范围。

优选地，本发明的再一个实施例，如图7所示，所述机械化开采设备10为具有远程控制、导航定位、远程视频监控的智能化开采设备，其后部搭接胶带输送机101。

在边帮压覆矿产回收过程中采用自动化程度高的智能化矿产开采设备进行开采回收，实现了无人化、安全化生产，极大的提高了劳动生产率和作业安全性，其后部搭接胶带输送机可对开采出的矿产实现直线型采硐内机械化远程输送，便于开采矿产的排出。

优选地，本发明的又一个实施例，所述填充设备带有自行走机构和挡料板，所述自行走机构可使所述填充设备自主进入指向性采硐8内，所述挡料板可使充填物9堆积并压实所述充填物9，且压实所述充填物9后可对空出的空间进行二次充填所述充填物9。

该实施例中，可利用自行走机构对采硐进行水平式或倾斜式充填、利用挡料板可保证已采采硐内充填物的接顶率和压实率，从而保证充填的强度，避免现有技术在边帮顶部施工钻孔造成边帮滑坡、坍塌等矿山地质灾害和安全事故。

优选地，本发明的还一个实施例，所述充填物9为采用所述露天矿剥离的矸石、建筑垃圾或者固体废弃物与水泥、添加剂一起进行处理，制成的可通过管路泵送的物料，且所述充填物9凝固后为强度大于开采矿产矿体强度的刚性体。

本发明对采硐采用泵式充填工艺进行充填，可实现远距离充填、充填方便；充填材料主要为露天矿山剥离矸石、建筑垃圾或者固体废弃物与水泥、添加剂的混合物，减少了这些固体废弃物的排放和堆积，不但节省处理成本，而且减少了其对大气、水、土壤等产生的环境污染。

进一步，优选地，所述充填物9在充填站内制成，所述充填站可建在所述露天矿的采坑5内或者工业场地内。

采用远距离泵送式充填，且充填物在充填站内制成，则充填站选址灵活、方便，可因地制宜，提高场地的利用效率。

综上所述，本发明提供的开采露天矿边帮压覆矿产的方法，可高效、安全、智能开采边帮压覆矿产的同时，保证对边帮的支撑强度，确保不出现边帮坍塌和滑坡事故，且边帮压覆矿产的回收率高，克服了现有技术的缺陷、实现了本专利的发明目的。

下面以伊金霍洛旗德隆矿业有限公司(原伊金霍洛旗乌兰煤矿)的露天煤矿为例，对采用本发明所述开采方法来开采该露天煤矿边帮压覆煤矿加以说明，以对本发明的开采方法做进一步的理解：

伊金霍洛旗德隆矿业有限公司的露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇，该露天煤矿的井田内有很多煤层，本实施例选用第3、4号煤层来进行说明。

露天煤矿矿山移交后，对第3、4层煤矿在露天煤矿边帮上沿煤矿赋存倾向或走向划分为若干个直线采硐，并进行依次编号，编号为奇数的采硐称为奇数采硐，全部奇数采硐的几何尺寸相同，编号为偶数的采硐称为偶数采硐，全部偶数采硐的几何尺寸相同。其中，所述直线型采硐的宽度，按照以下方法来确定：

1、奇数采硐宽度的确定

根据地质报告，矿田内3号煤层直接顶以砂质泥岩为主，岩层厚度h为1.5～3.0m之间，抗拉强度σt为4.34mpa，容重r为2300n/m3；4号煤层直接顶以细粒砂岩为主，岩层厚度h为2.0～3.0m之间，抗拉强度σt为5.25mpa，容重r为2650n/m3；

根据式



可得到3号煤层和4号煤层开采时奇数采硐极限悬露跨度即宽度l0：

3号煤层：



即：2.13≤l0≤3.05

4号煤层：



即：2.53≤l0≤3.10

根据上述计算，3号煤层奇数采硐的宽度l0介于2.13m和3.05m之间；4号煤层奇数采硐的宽度l0介于2.53m和3.10m之间。

2、偶数采硐宽度的确定

偶数采硐的宽度按照以下式计算：



式中：a—偶数采硐宽度，m；

l0—奇数采硐宽度，3号煤层取3.05m、4号煤层取3.10m；

m—煤层采高，3号煤层取4.25m、4号煤层取4.22mm；

h—采硐开采深度，3号煤层取平均40m、4号煤等取平均80m；

k—安全系数，一般取0.5-0.8。

则取值和计算结果如下表所示：

3、4号煤层偶数采硐宽度列表



根据上述计算结果可知，3号煤层的奇数采硐宽度为3.05m，偶数采硐宽度为1.83m；4号煤层的奇数采硐宽度为3.10m，偶数采硐宽度为2.89m。

各煤层利用边帮采煤机先掘进1#采硐至井田边界附近，1#采硐掘进到井田边界后退出采硐内边帮采煤机，在边帮上紧邻1#采硐留设偶数采硐尺寸的2#采硐煤柱对边坡起支撑作用，同时在同一延展方向上紧邻留设的2#采硐煤柱掘进与1#采硐相同尺寸的3#采硐；3#采硐开采完成后退出采硐内边帮采煤机，在边帮上紧邻3#采硐留设偶数采硐尺寸的4#采硐煤柱，同时在同一延展方向上紧邻留设的4#采硐煤柱掘进与1#采硐相同尺寸的5#采硐，依次类推。

同时，在采坑内或工业场地内建充填站，充填站利用露天煤矿剥离的矸石或建筑垃圾或城市固体废弃物、水泥、添加剂经破碎、搅拌制备成充填物，充填物经充填泵通过管路经自动行走机构进入已采空的奇数采硐内依次进行充填。为保证采硐内充填物接顶率和压实率，行走机构前方安装自动伸缩封口充填挡浆板，挡浆板中上部预留充填体输送管道口。通过自行走机构进入采硐的充填管路，经挡浆板中上部预留充填物输送管道口进入挡浆板前方充填区域进行充填，充填区域充填初步完成后，通过挡浆板进行第一次挤压以提高充填物的接顶率和压实率，挤压完成后进行二次充填，直至整个充填区域充填满并压实。充填时，采硐外设远程控制、定位系统、安全监控及视频监控系统。

采坑内各奇数采硐采用采-充平行作业方式，即1#采硐开采完成后在3#采硐开采的同时利用上述充填物对1#采硐进行充填，1#采硐充填完成后对3#采硐进行充填，3#采硐充填完成后对5#采硐进行充填，依次类推。

同时，5#采硐充填完成后1#、3#采硐已充填完成约2个月左右，充填物凝固成刚性体，此时用边帮采煤机对1#采硐和3#采硐之间的事先预留的2#采硐进行开采，1#、3#采硐之间的2#采硐开采完成后开采3#、5#采硐之间的4#采硐，依此类推；偶数采硐也采用采-充平行作业方式，即在对4#采硐进行开采的同时，对2#已采采硐进行充填，2#采硐进行充填完成后对4#采硐进行充填，依次类推。

最后完成3号煤层的全部直线采硐的开采和充填，完成边帮压覆煤矿的3号煤层的开采和回收，而边帮保持完好，不影响其他施工和作业。

同样方法，可完成4号煤层的边帮压覆煤矿的开采和回收。

本实施中，回采率较不充填提升50％，回采率到达边帮压覆量的100％。充填后不会因矿产回收影响边坡稳定，地表保持原貌且该方法能够开采特厚煤层及多煤层群，最大限度地回收浪费的资源，并解决了自然发火隐患。采后充填量达采出煤量额85％(每套设备开采工作每年可充填矸石达60～80万m3)，从而达到“三废”治理目的，减少固体矸石对环境的影响和对土壤环境的污染，实现真正的绿色开采，起到隐患治理的目的，具有显著的经济效益和社会效益。

该实施例再次验证了本发明给出的开采露天矿压覆矿产的新方法为安全、有效、环保、回收率高的边帮压覆矿产开采方法，克服了现有技术的诸多缺陷，具有良好的经济价值和社会价值。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“1#”、“2#”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结

本发明提供了一种开采露天矿边帮压覆矿产的新方法，包括：将露天矿边帮压覆矿产的各矿层沿着矿体的倾向或走向按设定宽度和高度划分为若干个直线型采硐，并依次编号；利用开采设备先开采奇数采硐或偶数采硐，各奇数采硐或偶数采硐之间保留偶数采硐或奇数采硐作为矿柱，且对奇数采硐或偶数采硐实行采?充平行作业，在满足充填作业空间后对已采采硐依次充填；当两相邻采硐内的充填物凝固后，再开采该两相邻采硐之间的采硐，且对后开采的采硐也实行采?充平行作业，直至各矿层及厚矿体多分层的开采充填完毕。本发明提供的该开采方法，提高了对边帮的支撑强度，减小了边帮坍塌和滑坡的风险，且矿产回收率高，并减少对大气、土壤等环境的污染。

技术研发人员：宿威俊;孟建华;闫林;蒋红军;董辉;张德军;金晓峰

受保护的技术使用者：内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司;伊金霍洛旗德隆矿业有限公司

技术研发日：2018.09.20

技术公布日：2018.12.18