第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式的制作方法

本发明属于地下矿山开采，具体涉及一种第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的布置方式，可在黑色、有色、黄金、化工、煤矿等固体矿山地下开采中广泛应用。

背景技术：

1、第四系下中厚至厚大矿体是指矿体厚度5m以上，且上部覆盖一定厚度第四系的矿体。由于第四系多为砂土、亚粘土、亚砂土，以及砂土互层等，一般多存在孔隙含水层，结构较松软，支撑力较低；同时矿体厚度为中厚至厚大，开采规模较大。该类型矿体在我国中东部地区分布较为广泛，仅铁矿探明资源量就超过50亿吨，包括安徽的霍邱和准北地区、山东的淄博及潍坊地区、河南许昌地区等。目前，该类型矿体开采难以兼顾安全和低成本开采。主要表现在：

2、(1)采用传统的扇形中深孔或下向大孔开采方式，采场空区暴露面积大、暴露时间长，虽能实现规模化开采，但是易造成采场围岩跨塌，继而导致上覆第四系及地下水涌入空区，影响井下生产安全。

3、(2)若选用小规格的采场结构参数，同时留设大量的矿柱，虽能保证采场围岩的稳定，但是采场存在采切工程量大、准备时间长、生产效率低、采矿回收率低、资源浪费现象严重等弊端，并导致开采成本过高，矿山企业难以承担。

4、可见，目前针对第四系下中厚至厚大矿体尚无安全、高效的开采方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对第四系下中厚至厚大矿体开采面临的作业不安全、矿柱损失大、生产效能低下及开采成本高等问题，而提供一种第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，该结构布置方式针对第四系下中厚至厚大矿体的开采技术条件，在保障安全的前提下，尽可能提高矿石回采率和采场生产能力，降低开采成本。

2、本发明在矿体的上部为第四系，存在孔隙含水层，结构较松软，支撑力较低，存在安全隐患，开采难度大、开采效率低、回采率低等技术难题。因此，为解决上述难题，本发明第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式采用以下技术方案实施：

3、1)根据矿体厚度，沿矿体垂直方向划分若干中段，自下而上依次为中段ⅰ、中段ⅱ、中段ⅲ和中段ⅳ；在中段ⅰ、中段ⅱ、中段ⅲ内的顶部设有顶部凿岩硐室，在中段ⅰ、中段ⅱ、中段ⅲ内的底部设有出矿巷道；

4、2)在最上部中段—中段ⅳ的顶部留设护顶矿柱/岩柱,防止开采过程中上部第四系及其地下水涌入空区；

5、3)每2～3个中段留设一定厚度的水平隔离矿柱,减轻充填体累计沉降压缩对上部护顶矿柱/岩柱和第四系的影响；

6、4)在中段内每隔一定距离留设垂直间柱，用于支撑上部的护顶矿柱/岩柱和各水平隔离矿柱；

7、5)在出矿巷道一侧每隔40～150m布置溜井，并在出矿巷道内每隔10～15m向矿体下盘掘装矿进路；在装矿进路端部掘堑沟，在堑沟内布置扇形中深孔并形成底部切割槽；在顶部凿岩硐室内布置下向大孔；

8、6)在最上部中段—中段ⅳ内划分3～5个分段采场，在分段采场底部布置凿岩巷道，在凿岩巷道中间形成中部切割槽，在凿岩巷道内布置扇形中深孔；

9、7)在矿体下盘布置斜坡道，连通各中段及中段内的顶部凿岩硐室、出矿巷道，方便无轨设备及人员上下。

10、进一步地，所述的中段高度为50～100m，分段采场高度为10～25m，各分段采场的长度为40～100m。

11、进一步地，所述出矿巷道在中段ⅰ、中段ⅱ、中段ⅲ内距矿体下盘10～20m沿矿体走向布置。

12、进一步地，所述护顶矿柱/岩柱的厚度为10～30m；所述水平隔离矿柱厚度为10～20m；所述间柱宽度为10～20m。

13、进一步地，所述溜井在出矿巷道一侧每隔50～100m布置。

14、本发明第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式采用以上技术方案后，具体表现为以下积极效果：

15、(1)本发明通过留设一定规格的护顶矿柱、水平隔离矿柱和间柱，在保证回采率的前提下，减轻充填体累计沉降压缩对上部第四系的扰动，并减少了矿体开采对上部第四系的影响。

16、(2)本发明下部各中段采场(中段ⅰ、中段ⅱ和中段ⅲ)采用下向大孔进行中段回采，大大提高了采场生产能力，降低开采成本，而最上部中段扇形中深孔进行分段回采，减小采场暴露面积及缩短回采时间，进一步降低开采扰动对护顶矿柱/岩柱的稳定性影响，实现了第四系下中厚至厚大矿体的安全高效开采。

17、(3)本发明采用上述结构布置方式后，开采回采率较传统方案虽降低2～3％，但采场生产能力提高50％以上，吨矿开采成本降低近20％，经济效益显著，同时实现了第四系下中厚至厚大矿体的安全开采。

技术特征：

1.一种第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，在矿体的上部为第四系(14)，其特征在于采用以下技术方案实施：

2.如权利要求1所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述的中段(1)高度为50～100m，分段采场(15)高度为10～25m。

3.如权利要求2所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述各分段采场(15)的长度为40～100m。

4.如权利要求1所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述出矿巷道(11)在中段ⅰ、中段ⅱ、中段ⅲ内距矿体下盘10～20m沿矿体走向布置。

5.如权利要求1所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述护顶矿柱/岩柱(3)的厚度为10～30m。

6.如权利如权利要求1、2、3、4或5所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述水平隔离矿柱(2)厚度为10～20m。

7.如权利要求6所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述间柱(4)宽度为10～20m。

8.如权利要求7所述的一种第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述溜井(12)在出矿巷道(11)一侧每隔50～100m布置。

9.如权利要求3所述的第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，其特征在于：所述出矿巷道(11)在中段ⅰ、中段ⅱ、中段ⅲ内距矿体下盘10～20m沿矿体走向布置；所述护顶矿柱/岩柱(3)的厚度为10～30m，所述水平隔离矿柱(2)厚度为10～20m，所述间柱(4)宽度为10～20m；所述溜井(12)在出矿巷道(11)一侧每隔50～100m布置。

技术总结本发明公开了一种第四系下中厚至厚大矿体安全高效开采的结构布置方式，沿矿体垂直方向自下而上划分中段Ⅰ、中段Ⅱ、中段Ⅲ和中段Ⅳ；在中段Ⅳ的顶部留设护顶矿柱/岩柱(3)；每2～3个中段(1)留设一定厚度的水平隔离矿柱(2)；在中段(1)内每隔一定距离留设垂直间柱(4)；在出矿巷道(11)一侧每隔40～150m布置溜井(12)；在中段Ⅳ内划分3～5个分段采场(15)，在分段采场(15)底部布置凿岩巷道(17)，在凿岩巷道(17)中间形成中部切割槽(16)，在凿岩巷道(17)内布置扇形中深孔(18)。较传统方案相比，采场生产能力提高50％以上，吨矿开采成本降低近20％，经济效益显著，同时实现了第四系下中厚至厚大矿体的安全开采。技术研发人员：刘培正,刘爱兴,赵运涛,王靖,熊韶运,洪敦敏受保护的技术使用者：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10