CN110939445A - 一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法 - Google Patents
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Abstract
一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，该方法步骤为：脉内巷道掘进后采用凿岩台车进行回采钻孔，进行采矿区的最底层采矿；回采钻孔过程中同时采用锚网支护；最底层采矿后采用铲运机进行出矿；利用尾砂膏体充填最底层采空区；按常规水平分层充填采矿法继续采矿，充填体采用尾砂膏体，出矿采用铲运机，直至脉内巷道内采矿区采矿完成。本发明采用凿岩台车+铲运机的大进路水平分层充填采矿法，能采矿台班效率的提高，坑口出矿能力具有保障；采矿成本明显下降，产生良好的经济效益；降低了工人劳动强度；由于采用台车凿岩、铲运机出矿、锚网支护的方式，工人均在有效支护下作业，能够有效保障工人的安全。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术，具体涉及一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法。
背景技术
目前常使用的采矿方法是上向水平分层干式充填采矿法，虽然其工艺相对都比较成熟，沿用时间较长，并且对于井下作业人员、公司管理人员来说，都有成套的管理、技术要求及制度。但是，该采矿法一次崩落矿石量小，且运搬过程受采场空间限制，运输设备仅靠人工或小型机械设备。充填和采矿互相影响，如果回采作业机械化不能妥善解决，则生产效率和生产能力都比较低。致使该采矿方法劳动强度大，劳动效率低。
针对目前采场作业工人劳动强度大，工作效率低下，安全得不到保障，生产任务无法有效完成等一系列问题，急需寻找一种高效率机械化采矿方法，以优化采矿工艺流程，以期提高采矿台班效益、单个采场出矿能力，同时大幅度减小工人的劳动强度、降低工作面粉尘浓度、保障工人作业安全、降低吨矿成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对目前采场作业工人劳动强度大，工作效率低下，安全得不到保障，生产任务无法有效完成等一系列问题，提供一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，本采矿方法可提高采矿台班效益、单个采场出矿能力，同时大幅度减小工人的劳动强度、降低工作面粉尘浓度、保障工人作业安全、降低吨矿成本。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，该方法步骤如下：
1)脉内巷道掘进后采用凿岩台车进行回采钻孔，对采矿区的最底层进行采矿；回采钻孔过程中同时进行喷锚网支护，采用边支护边采矿模式，使采矿作业在支护下进行；
上述掘进前的采准工程采用锚杆支护，锚杆为螺纹钢锚杆，局部破碎区域采用锚网支护。上述喷锚网支护顺序为：凿岩——螺纹钢锚杆支护——挂网，支护后视岩层决定是否进行喷浆。支护中采用的螺纹钢锚杆规格为2000mm*φ18mm，管缝式锚杆规格为1800mm*φ40mm，网片采用φ4mm的铁丝硬网，规格为2000mm*1000mm，网格间距100mm*100mm。
2)最底层采矿后采用铲运机进行出矿；
3)利用尾砂膏体充填最底层采空区；尾砂膏体中水泥与尾砂料浆的灰砂比为1:4～1:6；
4)按常规水平分层充填采矿法继续采矿，充填体采用步骤3)的尾砂膏体，出矿采用步骤2)的铲运机，直至采矿区采矿完成。
较好的，上述提及的凿岩台车为液压凿岩台车，如采用DF10B-1BD单臂履带式液压凿岩钻车。液压凿岩有如下有优点：①节约能源：台车电动液压系统所需功率，只有气动钻进功率损耗的1/3，功率损失小，可节约能源。②凿岩效率高，速度快：在同类岩石和相同孔径的条件下，凿深孔用液压凿岩机比气动凿岩机的凿岩速度提高两倍以上。③钻杆成本低：由于液压凿岩参数可调整，液压凿岩冲击应力波平缓，传递效率高，因此钻具和钎杆一般节约15％-20％。④改善工作环境，噪音低：由于液压凿岩不必排除废气，提高了工作面能见度，改善操作环境。液压凿岩除金属撞击声外，无废气排放声音，故比气动凿岩噪音可降低5-10分贝。⑤有利于安全生产：由于司机操作位置远离工作面，处于有效支护下，故能保证安全生产。
较好的，铲运机采用WJD-1型电动铲运机。铲运机在本采矿方法中属于很重要的一环，为采场内矿石搬运的唯一运输手段，出矿效率高。
较佳的，上述提及的尾砂膏体中还含有碎石，是将尾砂料浆、水泥和碎石加水混匀后得到，水泥、干尾砂、碎石、水的重量比为1:5：2：3。
本发明采用凿岩台车进行掘进，并使用铲运机进行出矿，为凿岩台车+铲运机的大进路水平分层充填采矿法，为实现机械化采矿作业具有重大意义：(1)采矿台班效率的提高，坑口出矿能力具有保障；(2)采矿成本明显下降，产生良好的经济效益；(3)降低了工人劳动强度，特别是高温问题严重、通风困难的垱头面；(4)由于采用台车凿岩、铲运机出矿、喷锚网支护的方式，工人均在有效支护下作业，能够有效保障工人的安全。
具体实施方式
本发明为一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，该方法步骤如下：
1)脉内巷道掘进后采用凿岩台车进行回采钻孔，进行采矿区的最底层采矿；回采钻孔过程中同时对脉内巷道进行喷锚网支护，进行边支护边采矿，使采矿作业在支护下进行；其中，喷锚网支护顺序为：凿岩——螺纹钢锚杆支护——挂网，支护后视岩层决定是否进行喷浆；
2)最底层采矿后采用铲运机进行出矿；
3)最底层采矿后成为采空区，利用尾砂膏体充填最底层采空区；尾砂膏体中水泥与尾砂料浆的灰砂比为1:4～1:6；
4)按常规水平分层充填采矿法继续采矿，充填体采用步骤4)的尾砂膏体，出矿采用步骤3)的铲运机，直至脉内巷道内的采矿区采矿完成。
上述提及的尾砂膏体还含有碎石，是将尾砂料浆、水泥和碎石加水混匀后得到，水泥、干尾砂、碎石、水的重量比为1:5：2：3。
实施例1
本实施例于华家湾-350中段进行。
1、设备选型
设备选型主要根据采场围岩情况、设备最大外形尺寸和工作效率来确定设备型号，采场施工设备选择如下：
①凿岩钻孔设备：DF10B-1BD单臂履带式液压凿岩钻车，适用断面≥2.5m×2.5m，凿孔直径38-43mm，运输尺寸(长×宽×高)8600×1390×1480mm，钎杆长2.5m，孔深2.35m，凿孔速度0.6-1.2m/min。
②出渣运输设备：YJD-1型电动铲运机，斗容1m3，额定载重量2t，卸载高度1050mm，铲斗最大举升高度3250mm，最小转弯半径4260mm，整机重量7t，外形尺寸(长×宽×高)6170×1300×2000(mm)。
③支护设备：湿式喷浆机。
④通风设备：双螺旋风机，搭配φ300风筒布，双电机，单电机功率7.5kw。
2、采矿方法
2.1采场结构参数
华家湾坑口金塘3#脉矿体矿块底板较稳固，矿脉和顶板较破碎，稳固性差，矿脉节理发育；矿脉两侧伴有较强的围岩蚀变，主要蚀变类型有硅化、绢云母化、绿泥石化、毒砂、黄铁矿化等；华家湾3#脉矿体走向长度约100m，平均品位4.5g/t，设计控制标高为-350m～-310m，矿脉平均厚度14m，中间存在有夹石，夹石厚度平均在8m左右，矿体倾角38°～43°，属倾斜中厚矿体。
2.2根据采场结构，设计采场沿走向布置，长为100米，中段高度为40m，机械化掘进断面为2.8m*3.0m，连续回采采场不留间柱，分层高3.0米，视围岩稳定性等现场具体情况，可考虑留有底柱，底柱高为2m。采场宽度为矿体厚度，即14米。并进行采准工程布置和切割工程布置。
3、采矿工艺流程
3.1采场凿岩爆破和回采顺序
脉外采准巷道和脉内巷道使用Y28钻机进行掘进，在脉内巷道使用DF10B-1BD单臂履带式液压凿岩钻台车进行回采钻孔施工。爆破同常规：使用乳化炸药或2号岩石硝铵炸药，引爆雷管采用电雷管。
3.2支护
采准工程均采用锚杆支护，锚杆为螺纹钢锚杆，长度2.0m，局部破碎区域采用锚网支护。脉内巷道均采用喷锚网支护，支护顺序为凿岩——螺纹钢锚杆支护——挂网——喷浆(是否喷浆视岩层决定)。喷浆采用湿式喷浆机，螺纹钢锚杆规格为2000mm*φ18mm，管缝式锚杆规格为1800mm*φ40mm，网片采用φ4mm的铁丝硬网，规格为2000mm*1000mm，网格间距100mm*100mm。
3.3出矿
采用YJD-1型电动铲运机进行出矿，铲运机从采场转运矿石，经脉内进路巷道、脉外联络道到达放矿溜井，利用箕斗或矿车从中段运输平巷运输矿石。大块矿石需要进行二次破碎下溜井。
3.4充填(尾砂膏体充填)
3.4.1本采矿方法充填工艺使用的是尾砂膏体充填。充填站位置位于华家湾三号井地面工业广场，地面标高为215m，本系统设计充填能力确定为10m3/h。
根据充填采空区不同强度要求，调整灰砂比，通过泵送加压经管道输送至采空区进行充填作业。充填回采采空区时，强度要求较低，充填体满足自立特性即可，此时采用灰砂比1:4～1:6，强度要求在1MPa左右。
3.4.2充填准备及施工(同常规技术)
进行尾砂膏体充填前，各与待充区直接相连的平巷必须砌筑挡墙。挡墙采用空心砖砌筑，挡墙厚度约80cm(若采用红砖挡墙砌筑时，厚约60cm)，当断面超过8m2时，需适当加厚挡墙厚度，或砌筑墩子。挡墙表面用C20砼喷砼支护(支护厚度为d＝50mm)，挡墙砌筑须坚固可靠，喷砼须严实，要求无缝隙，要求对挡墙周围1m范围处喷砼以防漏水、漏浆。挡墙上另设2～3个用滤布包裹的Φ＝100mm旧钢管，用于初期充填时挡墙辅助脱水，脱水管位置距巷道底板不能低于1.0m。充填挡墙的砌筑一般在采空区充填前三天完成，挡墙砌筑完毕后，附近采场爆破作业时应做好防护工作，以避免爆破冲击波破坏挡墙。
3.5按常规水平分层充填采矿法进行采矿，充填体采用尾砂膏体，出矿采用YJD-1型电动铲运机，直至脉内巷道采矿完成。
4、经济技术对比及分析
本发明采用凿岩台车+铲运机的大进路水平分层充填采矿法，与现有的上向水平分层干式充填法相比，经济技术指标分析如下表1所示。通过对比可知，本发明的凿岩台车+铲运机大进路水平分层充填采矿法能大大提高采场生产能力，降低矿石损失率，同时还有明显的吨矿成本优势，具有可行性。
表1经济技术指标对比分析表
在华家湾-350中段进行凿岩台车及铲运机等设备的试验及使用后，前期准备工作及磨合期大幅缩短；凿岩台车+铲运机+锚网支护的组合模式创新点十足；因为是机械化采场，相应人工成本较之前有大幅降低，更高效更智能的采矿方法逐步推行，为其他采场或其他单位推行机械化工作提供第一手的数据；由于采用台车凿岩，铲运机出矿，工人均在有效支护下作业，能够有效保障工人的安全。
Claims (8)
1.一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，该方法步骤如下：
1)脉内巷道掘进后采用凿岩台车进行回采钻孔，对采矿区的最底层进行采矿；回采钻孔过程中同时进行锚网支护；
2)最底层采矿后采用铲运机进行出矿；
3)利用尾砂膏体充填最底层采空区；尾砂膏体中水泥与尾砂料浆的灰砂比为1:4～1:6；
4)按常规水平分层充填采矿法继续采矿，充填体采用步骤3)的尾砂膏体，出矿采用步骤2)中的铲运机，直至脉内巷道内采矿完成。
2.如权利要求1所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述掘进前的采准工程采用锚杆支护，锚杆为螺纹钢锚杆，局部破碎区域采用锚网支护。
3.如权利要求1所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述喷锚网支护顺序为：凿岩——螺纹钢锚杆支护——挂网，支护后视岩层决定是否进行喷浆。
4.如权利要求3所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述喷浆采用湿式喷浆机。
5.如权利要求3所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述螺纹钢锚杆规格为2000mm*φ18mm，管缝式锚杆规格为1800mm*φ40mm，网片采用φ4mm的铁丝硬网，规格为2000mm*1000mm，网格间距100mm*100mm。
6.如权利要求1-5中任一项所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述凿岩台车采用DF10B-1BD单臂履带式液压凿岩钻车。
7.如权利要求1-5中任一项所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述铲运机采用WJD-1型电动铲运机。
8.如权利要求1-5中任一项所述的一种安全高效机械化水平分层充填采矿方法，其特征在于，所述尾砂膏体还含有碎石，是将尾砂料浆、水泥和碎石加水混匀后得到，水泥、干尾砂、碎石、水的重量比为1：5：2：3。
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