一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法技术

本发明专利技术公开了一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法，在采空区(1)周边的采空区围岩(3)中划分出2～6个作业区或爆区；在每个作业区或爆区内的采空区围岩(3)中布置3～6个深孔凿岩硐室(9)，各分层的深孔凿岩硐室(9)之间采用硐室联络井(10)进行连通；在现有工程与深孔凿岩硐室(9)之间布置井巷工程——联络平巷(6)、联络斜井(7)或联络天井；在中下层的深孔凿岩硐室(9)内布置放顶水平深孔(12)，在上层的深孔凿岩硐室(9)内布置水平和上向扇形切割弱化深孔(13)。本发明专利技术减少了井下工程量和深孔爆破的炸药量和采空区大面积冒落带来的空气冲击波造成的危害，降低了施工成本，消除大型采空区存在的安全隐患。消除大型采空区存在的安全隐患。消除大型采空区存在的安全隐患。

A method of caving treatment and elimination of large-scale goaf in underground mines

【技术实现步骤摘要】
一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法


[0001]本专利技术属于地下矿山采空区处理
，具体涉及一种地下矿山大型采空区放顶处理的方法，适用于非煤地下矿山利用深孔爆破法对大型采空区进行放顶处理。

技术介绍

[0002]地下开采的矿山采空区治理通常采用：封闭采空区、崩落采空区、充填采空区、支撑采空区四种方案。其中崩落围岩处理采空区的实质是采用崩落围岩充填空区，改变围岩的应力分布状态，减少岩石的支撑压力。充填采空区是国家鼓励优先采用的空区处理方法，主要是用充填料(尾砂，废石)充填采空区，用充填料支撑围岩，可以减缓或阻止围岩的变形，以保持其相对的稳定。这两张处理方法是比较彻底的治理采空区方法，可以完全解决采空区危害。
[0003]目前国内大部分非煤地下矿山采用崩落法和空场法开采，井下留有一定数量的采空区，由于受到矿石品质和市场的影响，许多矿山遗留大小不等的采空区未得到有效治理。而充填法治理空区，因为充填料缺乏、充填成本高等原因而无法实施，特别是在低品位的铁矿山、化工矿山、建材矿山等地下矿山。
[0004]在一些设计采用放顶处理的崩落法开采矿山，由于放顶工程量大，费用高的问题，放顶工程未及时实施，造成井下空区体积越来越大，带来的安全隐患也愈发严重，对井下生产和地表场地安全威胁日益突出，阻碍了矿山企业的发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了针对现有地下矿山大型采空区井下作业安全条件差、存在重大安全隐患、采空区处理工序复杂、空区处理工程费用高的问题，而提供一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法。采用本专利技术采空区放顶处理的结构布置，一方面减少了井下工程量和深孔爆破的炸药量，另一方面也减少了采空区大面积冒落带来的空气冲击波造成的危害，大大减少了放顶工程的成本，减少了采空区放顶工作的工序，同时消除大型采空区存在的安全隐患。
[0006]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法，将地下开采工程划分为采空区、采空区顶板、采空区围岩、不规则的点柱四部分，采空区、采空区顶板、采空区围岩之间为采空区界限，其特点是采用以下步骤实施：
[0007]1)根据岩石力学计算分析结果，选择在井下采空区周边的坚固稳定、完整性好的采空区围岩中划分出2～6个作业区或爆区，所选择的采空区围岩的完整性系数不小于0.8、抗压强度不小于100MPa；
[0008]2)在每个作业区或爆区内的采空区围岩中，寻找围岩稳定性薄弱地段布置3～6个具有放顶或切割弱化功能的深孔凿岩硐室，所述的3～6个深孔凿岩硐室分布在2～4个分层内，各分层的深孔凿岩硐室之间采用硐室联络井进行连通；所述的硐室联络井根据实际情况采用联络竖井或联络斜井；
[0009]3)在现有工程与深孔凿岩硐室之间布置作为两者之间的联络道并承担人员、材料、设备上下、通风、网路连通任务的井巷工程——联络平巷、联络斜井或联络天井；
[0010]4)在中下层的深孔凿岩硐室内布置放顶水平深孔，在上层的深孔凿岩硐室内布置水平和上向扇形切割弱化深孔；
[0011]5)在放顶水平深孔和切割弱化深孔内装填炸药，放顶水平深孔、切割弱化深孔连网后，采用高精度非电导爆管雷管逐孔起爆技术爆破，放顶水平深孔爆破后崩落采空区顶板形成覆盖层，切割弱化深孔爆破后形成切割弱化冒落面；
[0012]6)放顶水平深孔、切割弱化深孔爆破后，放顶水平深孔、切割弱化深孔周围的岩体应力重新分布，在自重和周边应力的作用下，采空区顶板逐步发生冒落，并最终发展到地表，形成地表塌陷，实现采空区放顶，最终采空区被冒落下松散岩石填满，从而消除井下采空区。
[0013]所述划分出的作业区或爆区，是为了便于井巷工程施工、安全管理以及后续爆破作业实施，加快工程进度。数量以3～4个为佳。
[0014]所述采空区宽度60～150m、长度100～300m、高度20～80m；采空区顶板厚度50～130m；深孔凿岩硐室距离采空区平面投影界限距离5～12m；设计放顶厚度4～15m，切割弱化高度25～40m。这里的放顶厚度是指放顶水平深孔爆破后预计崩落的采空区顶板层的厚度；切割弱化高度是指切割弱化深孔爆破后预计在采空区界限上方岩层形成的破碎裂隙面在垂直方向上的高度。采用这种参数，既有利于提高采空区处理的效率，又可保证凿岩爆破的作业安全。
[0015]进一步地，所述的深孔凿岩硐室宽度3.5～4.5m、高度3.0～4.0m、长度大于4m；深孔凿岩硐室所在分层高度4～5.5m；放顶水平深孔孔径90～110mm、长度30～70m、上向倾角3～10
°
；切割弱化深孔孔径90～110mm、长度30～70m、上向倾角3～90
°
。
[0016]本专利技术一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法利用计算机模拟分析采空区围岩应力分布状况，寻找空区周边稳定性薄弱地段，通过施工井巷工程，在合适位置布置深孔凿岩硐室，在深孔凿岩硐室内布置放顶水平深孔、切割弱化深孔，在采空区顶板围岩预计冒落的界限，对采空区顶板进行有限范围内的切割弱化爆破，诱导采空区顶板逐步失稳冒落，形成井下覆盖岩层，并进一步冒落发展至地表，达到放顶的目的。该结构布置一方面减少了井下工程量和深孔爆破的炸药量，另一方面也减少了采空区大面积冒落带来的空气冲击波造成的危害，大大降低了放顶工程的成本，减少了采空区放顶工作的工序，同时消除大型采空区存在的安全隐患。
[0017]本专利技术一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法采用以上技术方案后，具有以下积极效果：
[0018](1)本专利技术通过采用对采空区顶板边界切割弱化爆破的处理方法，对井下采空区处理工程划分多个作业区或爆区进行处理，解决了处理采空区井下作业困难、安全条件差的矛盾；
[0019](2)本专利技术利用有限的井巷工程和深孔爆破方法，对已有大型采空区进行切割弱化处理，诱导空区顶板逐步冒落，避免了施工泄压天窗、减少了采空区处理的工序、降低了采空区处理的工程费用，消除井下大型采空区的安全隐患；
[0020](3)本专利技术采用深孔爆破切割弱化处理采空区的预计冒落界限，将采空区顶板一
次冒落改变为逐步冒落，可以有效减少大型采空区整体冒落带来的井下空气冲击波、冲击地压对井下和地表设备设施的破坏，消除大型采空区存在的重大安全隐患，为实现矿山本质化安全起到示范作用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法的平面图。
[0022]图2为本专利技术一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法纵向布置剖面图。
[0023]图3为本专利技术一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法施工工艺流程图。
[0024]附图标记为：
[0025]A、B、C
‑
作业区或爆区编号；
[0026]1‑
采空区；2
‑
采空区顶板；3
‑
采空区围岩；4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下矿山大型采空区放顶处理并消除采空区的方法，将地下开采工程划分为采空区(1)、采空区顶板(2)、采空区围岩(3)、不规则的点柱(4)四部分，采空区(1)、采空区顶板(2)、采空区围岩(3)之间为采空区界限(5)，其特征在于采用以下步骤实施：1)根据岩石力学计算分析结果，选择在井下采空区(1)周边的坚固稳定、完整性好的采空区围岩(3)中划分出2～6个作业区或爆区，所选择的采空区围岩(3)的完整性系数不小于0.8、抗压强度不小于100MPa；2)在每个作业区或爆区内的采空区围岩(3)中，寻找围岩稳定性薄弱地段布置3～6个具有放顶或切割弱化功能的深孔凿岩硐室(9)，所述的3～6个深孔凿岩硐室(9)分布在2～4个分层内，各分层的深孔凿岩硐室(9)之间采用硐室联络井(10)进行连通；所述的硐室联络井(10)根据实际情况采用联络竖井或联络斜井；3)在现有工程与深孔凿岩硐室(9)之间布置作为两者之间的联络道并承担人员、材料、设备上下、通风、网路连通任务的井巷工程——联络平巷(6)、联络斜井(7)或联络天井(8)；4)在中下层的深孔凿岩硐室(9)内布置放顶水平深孔(12)，在上层的深孔凿岩硐室(9)内布置水平和上向扇形切割弱化深孔(13)；5)在放顶水平深孔(12)和切割弱化深孔(13)内装填炸药，放顶水平深孔(12)、切割弱化深孔(13)连网后，采用高精度非电导爆管雷管逐孔起爆技术爆破，放顶水平深孔(12)爆破后崩落采...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永泉，刘培正，张显，郭伟，王靖，洪敦敏，邵淑成，王星，
申请(专利权)人：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，
类型：发明
国别省市：