一种多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法及进路结构技术

本发明专利技术公开一种多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法及进路结构。所述回收方法在水平矿柱中段顶部按矩形进路回采后胶结充填成假顶层；自假顶层下降六边形一半，按六边形下部倒梯形进路间隔回采后充填成预备层；自预备层下降六边形一半，在预备层间按六边形进路回采后充填成首层充填层；自首层充填层下降六边形一半，在首层充填层间按六边形进路回采后充填形成六边形正常充填层。所述进路结构中假顶层设于水平矿柱各中段顶层，预备层成倒梯形间隔设于假顶底端，首层充填层的六边形进路设于预备层倒梯形进路间，六边形正常充填层的六边形进路设于首层充填层或其上分层六边形进路间。本发明专利技术具有采场稳定性好、回收安全可靠、回收率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法及进路结构
本专利技术属于矿物采掘
，具体涉及一种采场稳定性好、回收安全可靠、矿柱回收率高的多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法及进路结构。
技术介绍
近年来，水平分层充填采矿法（上向/下向）多采用沿矿体水平全断面开挖，机械化大盘区、无矿柱连续布置以及双中段甚至多中段同时回采的开采模式得到广泛应用。充填过程中，当充填料浆充入采空区后，随时间的增加，充填料浆逐渐沉降脱水固结，自身会发生干缩、压缩变形等，导致充填体不接顶，在双中段或者多中段同时回采且进路充填无法接顶时，水平矿柱必然会动态形成。过去几年中，部分矿山在开采过程中出现了水平矿柱，如金川二矿区、金川龙首矿、武山铜矿、凤凰山铜矿、安庆铜矿等。水平矿柱是矿柱中较典型的一种，起到承载采场及空区的作用，能够确保采场及空区的稳定性，但是，在多中段开采过程中，随着开挖深度的增加，各个中段充填体厚度越来越厚，中段间的矿柱越来越薄，随着水平矿柱厚度的变薄以及应力集中程度的加深，矿柱会产生失稳破坏，造成矿产资源浪费，甚至直接导致井下作业人员严重伤亡事故。诸如安庆铜矿为确保高中段回采安全，在-385～-400m之间留设了15m厚的水平矿柱，随开挖和充填深度的增大，留设的矿柱量也越来越多，造成了严重的资源浪费，为了研究针对水平矿柱的回收方法，廖伟成等结合工程实际情况，通过数值模拟的方法分析了多种回采方法，重点对比分析了上向中深孔嗣后充填、下向中深孔嗣后充填以及上向进路分层充填3种方法开采过程中采场安全性，提出最优方案为上向进路分层充填法，提高了矿石回收率，但是，并未从进路断面结构考虑，提高充填体整体稳定性，从而提高采场稳定性。又诸如武山铜矿5000吨/日技改工作结束后，实现了达产达标，为确保后期生产稳定性、可持久性，该矿在北矿带部分采场实行双中段开采。但双中段开采留下的中段矿柱回收率仅40%，甚至为确保安全生产，放弃了矿柱的回收，造成大量矿石资源浪费。后来，矿山通过变更回采顺序，采用房柱法回收，优化胶结充填工艺，虽然将矿石回收率提高到80%以上。但是，所采用的方法并未提高充填体接顶率，从而保证矿柱底部支撑，从根本上解决采场不稳定。专利技术人通过分析水平矿柱形成和破坏过程，得出矿柱底部的支撑作用关系到矿柱会不会出现整体性下沉。现有技术中采用的下向水平分层矩形进路式充填采矿法，在开采过程中进路两帮是垂直的，顶板充填体的稳定主要是依靠两帮的摩擦力实现的，而充填体的“收缩”会在两帮产生“弱面”，因此顶板的整体稳定性差，且充填体无法实现完全接顶。采场不接顶空间较大时，不接顶以上的充填体会塌落，冲击下面的充填体而造成顶板整体失衡，出现顶板的整体垮落现象，若水平矿柱在冲击载荷的作用下产生大规模整体沉降，将造成矿柱无法回收，导致资源大量浪费。矿产资源是不可再生资源，珍惜有限的矿产资源对于我国国民经济发展具有极其重要的意义。资源的浪费，不仅是导致资源问题的根源，也是产生其它危机，如经济、环境和稳定等问题最重要的原因之一。因此，若能提出一种能够安全的回收水平矿柱的方法及其进路结构，可指导矿山企业在保证采场安全的条件下，最大限度的回收水平矿柱，减小资源浪费，从而提高企业经济效益。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种采场稳定性好、回收安全可靠、矿柱回收率高的多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法，第二目的在于提供一种实现第一目的的进路结构。本专利技术的第一目的是这样实现的：包括顶板预备、预备层回采充填、首层回采充填、正常回采充填步骤，具体包括：A、顶板预备：在水平矿柱各中段的顶部按照矩形进路全面回采一至两个水平分层，然后采用混凝土或普通胶结充填形成假顶层；B、预备层回采充填：以上述假顶层作为顶板，下降六边形进路高度的一半，然后按照六边形进路的下半部倒梯形结构进路采用隔一采一的方式回采，回采结束后对倒梯形进路进行胶结充填形成预备层；C、首层回采充填：自上述预备层下降六边形进路高度的一半，在预备层的相邻倒梯形结构进路之间按六边形进路，以相距六边形进路的进路腰宽加进路底宽之和的一半布置回采进路，回采结束后对六边形进路进行胶结充填形成首层充填层；D、正常回采充填：自上述首层充填层或正常充填层的上一分层下降六边形进路高度的一半，在首层充填层或正常充填层的上一分层之相邻六边形进路之间按六边形进路，以相距六边形进路的进路腰宽加进路底宽之和的一半布置回采进路，回采结束后对六边形进路进行胶结充填形成正常充填层。本专利技术的第二目的是这样实现的：包括假顶层、预备层、首层充填层、正常充填层、水平矿柱，所述假顶层设置于水平矿柱各中段的顶层，所述预备层成六边形进路的下半部倒梯形结构等距间隔设置于假顶层的底端，所述首层充填层的六边形进路上部设置于预备层的相邻倒梯形结构进路之间，所述正常充填层由多个六边形回采充填分层组成，所述正常充填层的每一分层之六边形进路的上部设置于首层充填层或上一分层的正常充填层相邻六边形进路之间。本专利技术在水平矿柱顶部以常规矩形进路进行全面回采并混凝土或普通胶结填充，从而形成假顶层，为后面的预备层回采及后续的首层充填层回采形成安全支撑；通过在假顶层下部以六边形进路的下半部倒梯形结构进行间隔回采并填充，为后续正常充填层的六边形进路回采打下形状基础。后续的六边形进路采用了仿生学原理，并在六边形采空进路内胶结充填体，从而使假顶层下部形成蜂窝状镶嵌结构，以保证进路两帮原岩与上分层充填体呈紧密接触，从而不存在接顶与否的问题，能改变单进路假顶的受力状态，形成顶压有效传递结构，为顶部水平矿柱提供支撑作用，提高了采场的稳定性，有效地控制了地应力，能够保证水平矿柱回采过程稳定，并能安全回收水平矿柱资源。通过模拟证明，本专利技术的六边形进路回采胶结充填提高了采场的稳定性，有效地控制了地应力，同时降低了充填过程中对接顶的要求，开采过程中能抑制水平矿柱的产生。本专利技术与现有技术中的矩形进路两中段下向同时开采相比，采用矩形进路开采时，一般当两中段矿体垂直厚度减小为20m时，最大、最小主应力差值达到最大，水平矿柱发生破坏，而采用六边形进路开采，当两中段矿体垂直厚度仅为7.5m时，应力差值达到最大，水平矿柱发生破坏。另外，无论塑性区体积还是塑性区体积在整个矿柱所占的比例，在整个开采过程中矩形进路方案的水平矿柱内部塑性区体积始终远大于六边形进路方案。因此，本专利技术的六边形进路开采相比矩形进路开采的水平矿柱稳定性更好，水平矿柱的回收率更高。因此，本专利技术具有采场稳定性好、回收安全可靠、矿柱回收率高的特点。附图说明图1为本专利技术进路结构布置图；图2为实验例下向水平分层矩形进路布置图；图3为实验例下向水平分层六边形进路布置图；图4为实验例监测点布置图；图5为实验例监测点1应力差值变化曲线图；图6为实验例监测点2应力差值变化曲线图；图7为实验例监测点3应力差值变化曲线图；图8为实验例监测点4应力差值变化曲线图；图9为实验例矿柱塑性区体积变化曲线图；图10为实验例塑性区占矿柱比例曲线图；图中：1-假顶层，2-预备层，3-六边形首层充填层，4-六边形正常充填层，5-水平矿柱，6-六边形填充进路，61-充填体，62-采空层，7-采空填充层，8-垂直矿柱，9-原岩。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法，其特征在于包括顶板预备、预备层回采充填、首层回采充填、正常回采充填步骤，具体包括：A、顶板预备：在水平矿柱各中段的顶部按照矩形进路全面回采一至两个水平分层，然后采用混凝土或普通胶结充填形成假顶层；B、预备层回采充填：以上述假顶层作为顶板，下降六边形进路高度的一半，然后按照六边形进路的下半部倒梯形结构进路采用隔一采一的方式回采，回采结束后对倒梯形进路进行胶结充填形成预备层；C、首层回采充填：自上述预备层下降六边形进路高度的一半，在预备层的相邻倒梯形结构进路之间按六边形进路，以相距六边形进路的进路腰宽加进路底宽之和的一半布置回采进路，回采结束后对六边形进路进行胶结充填形成首层充填层；D、正常回采充填：自上述首层充填层或正常充填层的上一分层下降六边形进路高度的一半，在首层充填层或正常充填层的上一分层之相邻六边形进路之间按六边形进路，以相距六边形进路的进路腰宽加进路底宽之和的一半布置回采进路，回采结束后对六边形进路进行胶结充填形成正常充填层。

【技术特征摘要】
1.一种多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法，其特征在于包括顶板预备、预备层回采充填、首层回采充填、正常回采充填步骤，具体包括：A、顶板预备：在水平矿柱各中段的顶部按照矩形进路全面回采一至两个水平分层，然后采用混凝土或普通胶结充填形成假顶层；B、预备层回采充填：以上述假顶层作为顶板，下降六边形进路高度的一半，然后按照六边形进路的下半部倒梯形结构进路采用隔一采一的方式回采，回采结束后对倒梯形进路进行胶结充填形成预备层；C、首层回采充填：自上述预备层下降六边形进路高度的一半，在预备层的相邻倒梯形结构进路之间按六边形进路，以相距六边形进路的进路腰宽加进路底宽之和的一半布置回采进路，回采结束后对六边形进路进行胶结充填形成首层充填层；D、正常回采充填：自上述首层充填层或正常充填层的上一分层下降六边形进路高度的一半，在首层充填层或正常充填层的上一分层之相邻六边形进路之间按六边形进路，以相距六边形进路的进路腰宽加进路底宽之和的一半布置回采进路，回采结束后对六边形进路进行胶结充填形成正常充填层。2.根据权利要求1所述多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法，其特征在于所述A步骤采用高进路正方形全面回采一个分层或低进路矩形全面回采两个分层，所述低进路矩形全面回采两个分层采用下向水平分层回采且上部分层进路采用逐条封口后胶结充填。3.根据权利要求2所述多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法，其特征在于所述A步骤中高进路正方形或低进路矩形采用隔一采一或隔二采一的方式回采，所述假顶层的厚度为4～6m。4.根据权利要求1、2或3所述多中段同时开采模式下水平矿柱回收方法，其特征在于所述B步骤中倒梯形进路和/或C、D步骤中六边形进路的底部采用混凝土充填形成局部假顶层，然后在局部假顶层上在进行正常胶结充填。5.根据权利要求1、2或3所述多中段同时开采模式下水平矿柱回收...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔登攀，黄学贵，吴顺江，沐兴旺，黄灏，马卓宇，田雪斌，黄勇，孙承超，
申请(专利权)人：彝良驰宏矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53