申请/专利权人：中南大学

申请日：2018-10-19

公开（公告）日：2020-07-31

公开（公告）号：CN109296366B

主分类号：E21C41/16(20060101)

分类号：E21C41/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.31#授权;2019.03.01#实质审查的生效;2019.02.01#公开

摘要：本发明公开了一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法。首先将残留顶柱上方高大采空区进行一步废石‑尾砂胶结和二步尾砂非胶结充填构筑人工假顶；再将残留顶柱下方高大采空区依次进行一步废石‑尾砂非胶结和二步尾砂胶结充填形成作业平台，并预留回采空间。采用上向水平分层充填法对残留顶柱自下而上逐层回收，回采至最后一层时，改用进路充填法隔一采一回收。本发明采用充填法处置高阶段大跨度采空区，保障其间残留顶柱回采的安全性；利用采空区内冒落的废石与浓缩后的尾砂，以非胶结充填为主进行采空区处置，最大程度地降低充填成本；采用上向水平分层充填法和进路充填法，进一步提高回采效率、控制采场暴露面积、减少损失贫化。

主权项：1.一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，构筑人工假顶：将残留顶柱上方采空区充填处理，形成人工假顶；步骤二，形成作业平台：将残留顶柱下方高大采空区充填处理并预留回采作业空间，形成作业平台；步骤三，上向水平分层充填法回收：进入作业平台位置，采用上向水平分层充填法，从作业平台自下而上对残留顶柱进行逐层回收；步骤四，进路充填法回收：步骤三中回收至最后一分层时，将分层平均划分为多个矿块，采用隔一采一的两步回采方式进行回收，并在每步回采完成后及时进行充填，直至完成整个残留顶柱的回收。

全文数据：一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法技术领域本发明属于矿物采掘技术领域，具体涉及一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法。背景技术矿产资源是重要的自然资源，是社会生产发展的重要物质基础。随着社会经济的快速发展，矿产资源消耗加速，导致易于开采的浅部优质资源日渐枯竭。为保障可持续发展，大量的矿山已开始关注浅部高品位残矿资源的二次回收，特别是当深部开采面临诸多技术难题难以克服时，矿山将会更多地转向残矿资源的二次开采。在充填法大范围推广应用之前，空场法作为广大中小型矿山回采厚大矿体的主要方案，虽然工艺简单，但是采空区安全隐患突出，间柱、顶底柱等残矿资源损失严重。而这些残留矿柱中，尤以上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱回收难度最大，究其原因：①残留顶柱上、下部采空区走向长、跨度大，暴露面积大、时间长，顶板随时可能冒落、坍塌，回采作业安全隐患突出；②采空区周边虽然预留有点柱或间柱支撑，但是由于采空区规模大、暴露时间长，矿柱受爆破震动、风化的影响，极易发生失稳垮塌，进而诱发大规模采空区灾害；③上部残矿所在中段大多废弃已久，相应的开拓、运输、通风、排水系统均已荒废，需要大量恢复或重新布置上述工程；④采空区规模庞大、形态复杂、安全隐患突出，充填治理难度大、成本高、周期长。充填技术的不断进步和充填成本的不断降低为此类残矿资源的安全高效回收提供了便利。针对采空区的空间分布形态，充分利用已有开拓运输工程，开发一种废石、尾砂的胶结非胶结组合充填工艺，并提出配套的回采工艺方案，实现此类高品位残留顶柱的安全高效回收，不仅可以提高矿山经济效益，延长矿山服务年限，为深部资源勘探赢得时间，也可以从根本上消除采空区安全隐患，保护地表环境，兼具较高的环境效益和社会效益。发明内容为了解决目前上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱在回收时存在安全隐患突出、成本高、效率低、损失贫化严重的技术问题，本发明提供一种能够安全高效地回收残留顶柱的方法，具有采场安全性好、矿石回收率高、贫化小的特点。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，包括以下步骤：步骤一，构筑人工假顶：将残留顶柱上方采空区充填处理，形成人工假顶；步骤二，形成作业平台：将残留顶柱下方高大采空区充填处理并预留回采作业空间，形成作业平台；步骤三，上向水平分层充填法回收：进入作业平台位置，采用上向水平分层充填法，从作业平台自下而上对残留顶柱进行逐层回收；步骤四，进路充填法回收：步骤三中回收至最后一分层时，将分层平均划分为多个矿块，采用隔一采一的两步回采方式进行回收，并在每步回采完成后及时进行充填，直至完成整个残留顶柱的回收。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤一中，在进行残留顶柱下方高大采空区充填处理时，分为两步进行，一步采用废石-尾砂非胶结充填，二步采用尾砂胶结充填。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤一中，在进行残留顶柱上方采空区充填处理时，是通过在采空区顶部施工充填钻孔以通入采空区，然后架设管道进行充填。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤二中，在进行残留顶柱下方高大采空区充填处理时，分为两步进行，一步采用废石-尾砂非胶结充填，二步采用尾砂胶结充填。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤二中，在进行残留顶柱下方高大采空区充填处理时，是从间柱内施工充填钻孔以通入采空区，然后架设管道进行充填。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤三中，上向水平分层充填法的单分层回采高度为3.3m，回采结束后底部3m采用尾砂非胶结充填，顶部0.3m采用胶结充填。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤三中，是从脉外运输巷道掘进分层联络道进入作业平台。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤四中，根据分层的总长度，将其平均划分为多个连续的矿块，首先回收单数矿块，并在回采结束后采用尾砂胶结充填采空区，其中尾砂胶结充填体28d抗压强度应≥2MPa；然后再回收双数矿块，并在回采结束后采用尾砂非胶结充填，直至完成整个残留顶柱的回收。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述的步骤一中，一步废石-尾砂胶结充填高度≥5m，充填体28d抗压强度应≥2MPa。所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，所述步骤二中，二步尾砂胶结充填高度≥2m、充填体28d抗压强度应≥1.5MPa。本发明的技术效果在于，通过充分利用原高大采空区内冒落的废石或矿石堆，采用废石与尾砂的胶结非胶结组合充填工艺，处置原有高大采空区，构筑人工假顶、形成作业平台，保障残留顶柱的回采安全；再采用采场暴露面积小、损失贫化少、回采效率高的上向水平分层充填法和进路充填法，实现残留顶柱的安全、高效、低贫损回收。附图说明图1是上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱示意图。图2是充填处置采空区构筑人工假顶形成作业平台示意图。图3是上向水平分层充填法回收残留顶柱的示意图。图4是回采结束并充填完毕的残留顶柱示意图。图中：1-残留顶柱；2-上方高大采空区；3-冒落围岩或矿石堆；4-间柱；5-原有出矿巷道；6-下方高大采空区；7-充填钻孔；8-二步尾砂非胶结充填；9-一步废石-尾砂胶结充填；10-二步尾砂胶结充填；11-一步废石-尾砂非胶结充填；12-进路充填法采场；13-上向水平分层充填法采场；14-一步胶结充填进路；15-二步非胶结充填进路；16-上向水平分层充填法非胶结充填体；17-上向水平分层充填法胶结充填体；18-脉外运输巷道；19-分层联络道。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。本发明的上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法包括构筑人工假顶、形成作业平台、上向水平分层充填法回收、进路充填法回收步骤，具体包括：A.构筑人工假顶：将残留顶柱1上方高大采空区2充填处理，以构筑人工假顶，保障回采安全。为便于充填施工，首先在采空区顶部施工充填钻孔，然后架设管道，将充填料浆从采空区顶部的充填钻孔7充入，一步采用废石-尾砂胶结充填9、二步采用尾砂非胶结充填8，见图1和图2；B.形成作业平台：将残留顶柱1下方高大采空区6充填处理，形成作业平台，并预留回采作业空间。与步骤A进行充填的过程类似，充填料浆从间柱4内的充填钻孔7充入采空区，一步采用废石-尾砂非胶结充填11、二步采用尾砂胶结充填10，见图2；C.上向水平分层充填法回收：从脉外运输巷道18掘进分层联络道19进入采场，采用上向水平分层充填法13，自上述作业平台自下而上对残留顶柱进行逐层回收。分层充填以尾砂非胶结充填16为主，仅在每分层上部胶结充填17厚度0.3m，目的是供机械化采掘设备运行，见图3；D.进路充填法回收：回采至最后一分层时，改用进路充填法12，隔一采一的方式回收，即将分层平均分为多个矿块，一步隔一采一回收一半矿块，回收完成后马上进行对回收过的部分进行一步尾砂胶结充填14，然后二步回收剩下的一半矿块，再二步尾砂非胶结充填15，见图4。以甘肃某铅锌矿为例，其残留顶柱回收之前的状态见图1，可以看出其上下皆存在高阶段大跨度采空区，残矿回收难度大、安全隐患突出。首先，充填料浆经管道输送，自充填钻孔7充入残留顶柱上方高大采空区2内，充分利用原高大采空区内冒落的围岩或矿石堆3，采用一步废石-尾砂胶结充填9、二步尾砂非胶结充填8，处置上方高大采空区、构筑人工假顶、保障回采安全，参见图2。甘肃某铅锌矿山一步废石-尾砂胶结充填9厚度达到5.5m、28d抗压强度为2.2MPa，二步尾砂非胶结充填8厚度达到26m、28d抗压强度为0.2MPa，上部采空区充满率达到90％，安全隐患基本消除。其次，充填料浆经管道输送，自间柱4内的充填钻孔7充入残留顶柱下方高大采空区6内，充分利用原高大采空区内冒落的废石或矿石堆3，采用一步废石-尾砂非胶结充填11、二步采用尾砂胶结充填10，处置下方高大采空区、形成作业平台，并预留回采作业空间，参见图2。甘肃某铅锌矿山一步废石-尾砂非胶结充填11厚度达到29m、28d抗压强度为0.3MPa，二步采用尾砂胶结充填10厚度2.5m、28d抗压强度为2.0MPa，下部采空区充满率达到80％，既消除了下部采空区安全隐患，又为残留顶柱回采预留了作业空间。然后，当上部高大采空区2、下部高大采空区6的充填体固结强度达到稳定值后，便可开始残留顶柱1的回采工作。从脉外运输巷道18掘进分层联络道19进入采场，采用上向水平分层充填法13，自上述作业平台自下而上对残留顶柱进行逐层回收。分层充填以尾砂非胶结充填16为主，仅在每分层上部胶结充填17厚度0.3m，供机械化采掘设备运行，见图3。甘肃某铅锌矿残留顶柱厚度15m，采用上向水平分层法回采厚度为12m，自下而上共分为三个分层，每分层高度为4m。采用阿特拉斯·科普柯Boomer281凿岩台车凿岩、2m3电动铲运机出矿，采场生产能力270td。每分层充填时，底部3.7m为尾砂非胶结充填，28d抗压强度为0.2MPa；顶部0.3m为尾砂胶结充填，28d抗压强度为2.0MPa。最后，由于最上部一层矿体的直接顶板为相对软弱的充填体，因此宜采用采场暴露面积更小、安全性更高的进路充填法12进行回采。从脉外运输巷道18掘进的分层联络道19进入采场，采用隔一采一的进路式回收，即将最后一层分层平均分为多个连续矿块，首先回收单数矿块，回采完成后进行一步尾砂胶结充填14，再回收双数矿块，回采完成后进行二步尾砂非胶结充填15，见图3和图4。甘肃某铅锌矿残留顶柱厚度15m，采用进路充填法回采最上层的3m厚矿体，进路宽3m、高3m。采用YT28型气腿凿岩机、1m3电动铲运机出矿，采场生产能力90td。一步尾砂胶结充填进路，28d抗压强度为2.0MPa；二步尾砂非胶结充填进路，28d抗压强度为0.2MPa。最终，回采结束并充填完毕的残留顶柱参见图4。上例所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

权利要求：1.一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，构筑人工假顶：将残留顶柱上方采空区充填处理，形成人工假顶；步骤二，形成作业平台：将残留顶柱下方高大采空区充填处理并预留回采作业空间，形成作业平台；步骤三，上向水平分层充填法回收：进入作业平台位置，采用上向水平分层充填法，从作业平台自下而上对残留顶柱进行逐层回收；步骤四，进路充填法回收：步骤三中回收至最后一分层时，将分层平均划分为多个矿块，采用隔一采一的两步回采方式进行回收，并在每步回采完成后及时进行充填，直至完成整个残留顶柱的回收。2.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤一中，在进行残留顶柱上方采空区充填处理时，分为两步进行，一步采用废石-尾砂胶结充填，二步采用尾砂非胶结充填。3.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤一中，在进行残留顶柱上方采空区充填处理时，是通过在采空区顶部施工充填钻孔以通入采空区，然后架设管道进行充填。4.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤二中，在进行残留顶柱下方高大采空区充填处理时，分为两步进行，一步采用废石-尾砂非胶结充填，二步采用尾砂胶结充填。5.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤二中，在进行残留顶柱下方高大采空区充填处理时，是从间柱内施工充填钻孔以通入采空区，然后架设管道进行充填。6.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤三中，上向水平分层充填法的单分层回采高度为3.3m，回采结束后底部3m采用尾砂非胶结充填，顶部0.3m采用胶结充填。7.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤三中，是从脉外运输巷道掘进分层联络道进入作业平台。8.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤四中，根据分层的总长度，将其平均划分为多个连续的矿块，首先回收单数矿块，并在回采结束后采用尾砂胶结充填采空区，其中尾砂胶结充填体28d抗压强度应≥2MPa；然后再回收双数矿块，并在回采结束后采用尾砂非胶结充填，直至完成整个残留顶柱的回收。9.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述的步骤一中，一步废石-尾砂胶结充填高度≥5m，充填体28d抗压强度应≥2MPa。10.根据权利要求1所述的一种上下皆存在高阶段大跨度采空区的残留顶柱的回收方法，其特征在于，所述步骤二中，二步尾砂胶结充填高度≥2m、充填体28d抗压强度应≥1.5MPa。

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