权利要求
1.一种深埋高应力超大规模集中矿体
采矿方法，其特征在于：包括如下步骤：
测量矿体地应力状态：确定水平主应力与所述矿体的空间关系;
盘区布置：所述盘区(7)长度沿平行水平最大主应力方向布置，且所述盘区(7)一侧设置盘区矿柱(8)，所述盘区矿柱(8)内设置有主运输巷(9)，所述主运输巷(9)和所述盘区矿柱(8)走向均平行水平最大主应力方向;
采区布置：在所述盘区(7)内布置若干所述采区(1)，所述采区(1)间布置采区矿柱(3)，所述采区矿柱(3)内设置有采区运输巷(4)，所述采区(1)的走向平行水平最大主应力方向设置，所述采区矿柱(3)和所述采区运输巷(4)的走向均垂直于水平最大主应力方向;
采场布置：在各所述采区(1)内布置若干所述采场(2)，各所述采场(2)的水平长度方向平行于水平最大主应力方向，各所述采场(2)的水平宽度方向垂直于水平最大主应力方向;
采准切割：对所述采场(2)布置采准切割工程;
回采填充：对所述采场(2)进行爆破回采出矿，然后回填采空区。
2.根据权利要求1所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤测量矿体地应力状态中，还确定垂直主应力与所述矿体的空间关系。
3.根据权利要求2所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法将所述矿体沿竖向分为不同阶段，并在各所述阶段内进行盘区布置、采区布置、采场布置、采准切割和回采填充。
4.根据权利要求3所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤采区(1)布置中，在各所述采区运输巷(4)布置有竖向的溜井(5)。
5.根据权利要求3所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤采准切割中，所述采准切割工程包括采场出矿巷(12)、切割天井(16)、凿岩巷(10)和充填巷(14);相邻所述采场(2)之间共用一个所述采场出矿巷(12);所述凿岩巷(10)和所述充填巷(14)沿所述采场(2)水平长度方向延伸，且均通过出矿进路(15)与所述采场出矿巷(12)连通;所述采场出矿巷(12)与所述采区运输巷(4)连通;所述采场(2)水平长度方向一侧设置有所述切割天井(16);所述采场(2)内还设置有连通所述凿岩巷(10)的凿岩联络巷(18)以及连通所述充填巷(14)的充填联络巷(19)。
6.根据权利要求5所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤回采填充中，以所述切割天井(16)为自由面形成切割槽(17)，然后以所述切割槽(17)为自由面和补偿空间沿所述采场(2)水平长度方向依次爆破。
7.根据权利要求5所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤回采填充中，对所述采场(2)回采完毕后通过所述充填巷(14)充填所述采空区。
8.根据权利要求7所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤回采填充中，上侧所述阶段的所述凿岩巷(10)能够作为下侧所述阶段的所述充填巷(14)。
9.根据权利要求3所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：步骤回采填充中，一步骤对所述采场(2)进行回采完毕后，二步骤对所述采区矿柱(3)进行回收，三步骤对所述盘区矿柱(8)进行回收。
10.根据权利要求9所述的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，其特征在于：各所述阶段内，所述盘区矿柱(8)和所述采区矿柱(3)组成框架式结构;步骤回采填充中，一步骤对所述采场(2)回采过程中，通过所述盘区矿柱(8)和所述采区矿柱(3)进行地压管理;二步骤回收所述采区矿柱(3)与三步骤回收所述盘区矿柱(8)时，通过所述采场(2)内充填的充填体(13)进行地压管理。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及采矿技术领域，特别是涉及一种深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，特别适用于厚度在数百米以上矿体开采。
背景技术
[0002]随着浅部
矿产资源枯竭，千米以深的深部采矿是当前的发展趋势。铁矿资源作为一种战略性矿产资源，深部铁矿石资源规模化开发是主要途径之一。随着开采深度增大，“三高一扰动”问题突出，尤其是高地应力成为影响深部采矿安全的主要因素。根据国内当前千米以深埋矿山地应力研究成果，当开采深度达到千米以深时地高应力往往达到40MPa甚至以上，开挖后采场失稳、巷道变形破坏等问题突出。
[0003]具有开发价值的深部铁矿床规模一般较大，超大规模的矿体厚度可达上百米甚至数百米。深埋超大规模矿体由于开采范围高度集中，需长期在同一区域进行采掘作业，高地应力条件与长期频繁强爆破扰动对采矿安全提出了更高的要求。但是，现有的采矿方法中缺少针对于超大规模高应力深埋矿体的采矿方法，未考虑深部地应力对采场、巷道等工程稳定性的影响，不能充分发挥高应力条件下采场与巷道等工程自身的稳定性，易导致高应力条件下采场与巷道失稳，以及支护成本增加。
发明内容
[0004]本发明的目的是提供一种深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现对于深埋高应力超大规模集中矿体的安全高效开采。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006]本发明提供一种深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，包括如下步骤：
[0007]测量矿体地应力状态：确定水平主应力与所述矿体的空间关系;
[0008]盘区布置：所述盘区长度沿平行水平最大主应力方向布置，且所述盘区一侧设置盘区矿柱，所述盘区矿柱内设置有主运输巷，所述主运输巷和所述盘区矿柱走向均平行水平最大主应力方向;
[0009]采区布置：在所述盘区内布置若干所述采区，所述采区间布置采区矿柱，所述采区矿柱内设置有采区运输巷，所述采区的走向平行水平最大主应力方向设置，所述采区矿柱和所述采区运输巷的走向均垂直于水平最大主应力方向;
[0010]采场布置：在各所述采区内布置若干所述采场，各所述采场的水平长度方向平行于水平最大主应力方向，各所述采场的水平宽度方向垂直于水平最大主应力方向;
[0011]采准切割：对所述采场布置采准切割工程;
[0012]回采填充：对所述采场进行爆破回采出矿，然后回填采空区。
[0013]优选地，步骤测量矿体地应力状态中，还确定垂直主应力与所述矿体的空间关系。
[0014]优选地，采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法将所述矿体沿竖向分为不同阶段，并在各所述阶段内进行盘区布置、采区布置、采场布置、采准切割和回采填充。
[0015]优选地，步骤采区布置中，在各所述采区运输巷布置有竖向的溜井。
[0016]优选地，步骤采准切割中，所述采准切割工程包括采场出矿巷、切割天井、凿岩巷和充填巷;相邻所述采场之间共用一个所述采场出矿巷;所述凿岩巷和所述充填巷沿所述采场水平长度方向延伸，且均通过出矿进路与所述采场出矿巷连通;所述采场出矿巷与所述采区运输巷连通;所述采场水平长度方向一侧设置有所述切割天井;所述采场内还设置有连通所述凿岩巷的凿岩联络巷以及连通所述充填巷的充填联络巷。
[0017]优选地，步骤回采填充中，以所述切割天井为自由面形成切割槽，然后以所述切割槽为自由面和补偿空间沿所述采场水平长度方向依次爆破。
[0018]优选地，步骤回采填充中，对所述采场回采完毕后通过所述充填巷充填所述采空区。
[0019]优选地，步骤回采填充中，上侧所述阶段的所述凿岩巷能够作为下侧所述阶段的所述充填巷。
[0020]优选地，步骤回采填充中，一步骤对所述采场进行回采完毕后，二步骤对所述采区矿柱进行回收，三步骤对所述盘区矿柱进行回收。
[0021]优选地，各所述阶段内，所述盘区矿柱和所述采区矿柱组成框架式结构;步骤回采填充中，一步骤对所述采场回采过程中，通过所述盘区矿柱和所述采区矿柱进行地压管理;二步骤回收所述采区矿柱与三步骤回收所述盘区矿柱时，通过所述采场内充填的充填体进行地压管理。
[0022]本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0023]本发明提供的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法中，利用盘区划分矿体，利用采区划分盘区，各个盘区与采区相互独立，采区内多个采场可同时回采，提高了采矿效率，实现强采强出;此外，首先测量矿体的水平主应力状态，在盘区、采区与采场布置均考虑水平地应力的影响，将盘区内主运输巷和盘区矿柱走向均平行水平最大主应力方向，且采场的水平长度方向平行于水平最大主应力方向，采场的水平宽度方向垂直于水平最大主应力方向，提升在水平最大主应力方向上的支撑能力，可极大限度保障矿体回采的安全稳定，充分发挥应力作用下矿体自身稳定性，有助于同时改善巷道、采场与充填体的稳定性，降低支护成本;采区矿柱和采区运输巷的走向均垂直于水平最大主应力方向，不同方向的盘区矿柱与采区矿柱进行框架式支撑，有利于实现地压均匀分布，降低深部高地应力对开采安全性的影响;因此有利于实现深埋高应力超大规模集中矿体的安全高效开采。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为实施例一提供的矿体的应力状态俯视示意图;
[0026]图2为实施例一提供的矿体的应力状态侧视示意图;
[0027]图3为实施例一提供的矿体的应力状态主视示意图;
[0028]图4为实施例一提供的矿体的分布俯视示意图;
[0029]图5为实施例一提供的矿体的采区分布俯视示意图;
[0030]图6为实施例一提供的矿体的采区分布侧视示意图;
[0031]图7为实施例一提供的矿体的采区分布正视示意图。
[0032]图中：1-采区;2-采场;3-采区矿柱;4-采区运输巷;5-溜井;6-通风天井;7-盘区;8-盘区矿柱;9-盘区运输巷;10-凿岩巷;11-中深孔;12-采场出矿巷;13-充填体;14-充填巷;15-出矿进路;16-切割天井;17-切割槽;18-凿岩联络巷;19-充填联络巷。
具体实施方式
[0033]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]本发明的目的是提供一种深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现对于深埋高应力超大规模集中矿体的安全高效开采。
[0035]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0036]实施例一
[0037]本实施例提供一种深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法，包括如下步骤：
[0038]测量矿体地应力状态：确定水平主应力与矿体的空间关系;
[0039]盘区布置：盘区7长度沿平行水平最大主应力方向布置，且盘区7一侧设置盘区矿柱8，盘区矿柱8内设置有主运输巷9，主运输巷9和盘区矿柱8走向均平行水平最大主应力方向;
[0040]采区布置：在盘区7内布置若干采区1，采区1间布置采区矿柱3，采区矿柱3内设置有采区运输巷4，采区1的走向平行水平最大主应力方向设置，采区矿柱3和采区运输巷4的走向垂直于水平最大主应力方向;
[0041]采场布置：在各采区1内布置若干采场2，各采场2的水平长度方向平行于水平最大主应力方向，各采场2的水平宽度方向垂直于水平最大主应力方向;采场2长方形布置，采场具体长宽参数根据岩石力学性质、地应力等因素确定，可采用Mathews稳定性图法等方法确定。本实施例每个采区1布置若干个采场2，可采用隔一采一方式进行回采。
[0042]采准切割：对采场2布置采准切割工程;
[0043]回采填充：对采场2进行爆破回采出矿，然后回填采空区;具体地，爆破落矿走向平行水平最大主应力方向，能够充分发挥地应力对爆破效果的促进作用。
[0044]其中，如图4所示，利用盘区7划分矿体，利用采区1划分盘区7，各个盘区7与采区1相互独立，采区1内多个采场2可同时回采，提高了采矿效率，实现强采强出;此外，首先测量矿体周围的水平主应力状态，如图1-图3，在盘区7、采区1与采场2布置均考虑水平地应力的影响，将盘区7内主运输巷9和盘区矿柱8走向均平行水平最大主应力方向，且采场2的水平长度方向平行于水平最大主应力方向，采场2的水平宽度方向垂直于水平最大主应力方向，提升在水平最大主应力方向上的支撑能力，可极大限度保障矿体回采的安全稳定，充分发挥应力作用下矿体自身稳定性，有助于同时改善巷道、采场与充填体的稳定性，降低支护成本;采区矿柱3和采区运输巷4的走向水平布置且均垂直于水平最大主应力方向，不同方向的盘区矿柱8与采区矿柱3进行框架式支撑，有利于实现地压均匀分布，降低深部高地应力对开采安全性的影响;因此有利于实现深埋高应力超大规模集中矿体的安全高效开采。
[0045]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，步骤测量矿体地应力状态中，还确定垂直主应力与矿体的空间关系;水平最大主应力方向为σH，与水平最大主应力σH垂直方向为σh，垂向应力为σv，其中通过充分考虑地应力的影响，充分发挥三维应力作用下岩体自身稳定性，有助于同时改善巷道、采场与充填体的稳定性，降低支护成本。可采用水压致裂等相关方法测量矿体地应力状态，确定地应力大小与方向，分析矿体与地应力的空间状态和关系。
[0046]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法将矿体沿竖向分为不同阶段，并在各阶段内按照地应力状态进行盘区布置、采区布置、采场布置、采准切割和回采填充。
[0047]其中，分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法是一种高效、安全的现代化地下采矿方法，其凿岩方式采用巷道中深孔分段爆破凿岩，避免采用暴露面积较大的垂直深孔硐室凿岩方式，相比于硐室凿岩一次性大规模爆破安全性更好、效率更高;在竖向上根据矿体厚度分为不同阶段，在该方法的基础上对各阶段进行盘区布置、采区布置、采场布置、采准切割和回采填充。由于深部矿体地应力高，根据要控制阶段高度。
[0048]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，步骤采区1布置中，在各采区运输巷4布置有竖向的溜井5。
[0049]其中，在采区运输巷4布置2条溜井，溜井数量可根据
铲运机最佳运行距离确定;竖向的溜井5能够将不同高度的阶段竖向连通，以便采区1内的落矿从采区运输巷4运出后，通过溜井5落矿至下一阶段的采区运输巷4，采区运输巷4与主运输巷9连通，落矿能够通过主运输巷9运出矿体，提高出矿效率。
[0050]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，如图5-图7，步骤采准切割中，采准切割工程包括采场出矿巷12、切割天井16、凿岩巷10和充填巷14;相邻采场2之间共用一个采场出矿巷12;凿岩巷10和充填巷14沿采场2水平长度方向延伸，且均通过出矿进路15与采场出矿巷12连通;采场出矿巷12与采区运输巷4连通;采场2水平长度方向一侧设置有切割天井16;采场2内还设置有连通凿岩巷10的凿岩联络巷18以及连通充填巷14的充填联络巷19。
[0051]其中，沿采场2水平宽度方向相邻的两个采场2间共用一个采场出矿巷12，凿岩巷10设置于采场2一侧，凿岩巷10通过出矿进路15与采场出矿巷12连通，实现矿石的转运;充填巷14在采场2回采完毕后，对采空区进行充填体13的回填，嗣后全尾砂胶结充填，充填体13强度根据地压大小、岩体性质、回采顺序等因素确定;由于深部高地应力的影响，本实施例中充填体13强度可为2.5MPa，充填体13长度平行水平最大主应力方向，有利于最大限度保持高应力作用下充填体的稳定性;凿岩联络巷18用于连通凿岩巷10和外部分段巷道，以便进行凿岩爆破作业;充填联络巷19用于连通充填巷14和外部充填系统，以便进行充填作业。
[0052]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，步骤回采填充中，以切割天井16为自由面形成切割槽17，然后以切割槽17为自由面和补偿空间沿采场2水平长度方向依次爆破。
[0053]其中，可采用凿岩台车在凿岩巷10钻凿上向扇形中深孔，由于炮孔较深、孔底距较大，需控制排距，装药采用
装药车;采用一次成井技术爆破切割天井16，切割槽17在矿体切割天井16一侧拉开后，平行水平最大主应力方向采用微差爆破回采，该爆破落矿方向地应力夹制作用小，水平最大主应力能够对爆破起到助力作用，有利于降低炸药单耗、控制爆破震动，与此同时，采用数码雷管起爆，通过严格控制微差时间与单段药量来降低爆破振动，以降低深部高应力岩体爆破强扰动灾害。
[0054]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，步骤回采填充中，对采场2回采完毕后通过充填巷14充填采空区;嗣后全尾砂胶结充填，充填体13强度根据地压大小、岩体性质、回采顺序等因素确定。
[0055]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，步骤回采填充中，上侧阶段的凿岩巷10能够作为下侧阶段的充填巷14，实现对下侧阶段内采场2的回填;如此能够实现巷道的有效利用，减少巷道数量，提升采矿效率。
[0056]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，步骤回采填充中，一步骤对采场2进行回采完毕后，二步骤对采区矿柱3进行回收，三步骤对盘区矿柱8进行回收;通过采场2、采区矿柱3、盘区矿柱8回采顺序设计，在实现地压管理的同时提高矿石回采率，可有效提升资源综合回收率。
[0057]本实施例提供的可选方案中，较为优选地，各阶段内，盘区矿柱8和采区矿柱3组成框架式结构;步骤回采填充中，一步骤对采场2回采过程中，通过盘区矿柱8和采区矿柱3进行地压管理;二步骤回收采区矿柱3与三步骤回收盘区矿柱8时，通过采场2内充填的充填体13进行地压管理;如此，在整体回采过程中，始终保持矿体处于框架式结构，实现地压均衡分布。
[0058]本实施例提供的深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法的详细步骤如下：
[0059]采用水压致裂等相关方法测量矿体地应力状态：确定地应力大小与方向;分析矿体与地应力的空间状态，确定水平主应力、垂直主应力与矿体的三维空间关系。
[0060]采矿方法：采用中深孔分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法;相比大直径深孔阶段凿岩，中深孔分段凿岩安全性与效率更高，更加适用于深部高应力矿体的开采。
[0061]阶段划分：深部采场地应力高，阶段采场高度不宜过大，阶段高度过大采场侧帮易失稳，给采场回采带来安全隐患;深部开采由于地应力高，阶段采场法宜采用巷道中深孔分段凿岩方法，而不宜采用硐室深孔阶段凿岩方式;根据中深孔凿岩设备最佳钻孔深度，阶段高度设置为60m为宜，最大不应超过80m。
[0062]盘区布置：深埋高应力超厚大集中矿体盘区布置考虑地应力因素，盘区7沿水平最大主应力方向布置，盘区7间布置盘区矿柱8，盘区矿柱里面布置主运输巷9，即主运输巷9走向与水平最大主应力方向平行，盘区矿柱8厚度根据实际情况在30m～60m为宜。
[0063]采区布置：盘区7内布置采区01，采区1间布置采区矿柱3，采区矿柱3内布置采区运输巷4和溜井5，即采区矿柱3与水平最大主应力方向垂直，采区矿柱3根据实际情况在20m左右为宜;通过盘区矿柱8与采区矿柱3将矿体分割为框架式结构，前期利用盘区矿柱8与采区矿柱3进行地压管理。待矿房回采结束后，二步骤回采采区矿柱3与三步骤回采盘区矿柱8时，利用充填体进行地压管理。在整体回采过程中，始终保持矿体处于框架式结构，实现地压均衡分布。
[0064]采场布置：在采取内布置长方形采场，采场2长轴平行水平最大主应力方向、短轴垂直水平最大主应力方向;采场2长度以50m～80m为宜，宽度以15m-20m为宜，高度为阶段高度。
[0065]采准切割：采准切割工程包括采场出矿巷12、切割天井16、凿岩巷10、充填巷14、切割槽17、通风天井6、充填天井等。
[0066]回采作业：包括：
[0067]爆破落矿：切割槽17垂直水平最大主应力拉开后，平行水平最大主应力方向爆破落矿。该爆破落矿方向地应力夹制作用小，有利于降低炸药单耗、控制爆破震动。
[0068]采场通风：新鲜风流从主运输巷9进入采区运输巷4，然后经过出矿进路15进入凿岩巷10，洗刷工作面后经回风天井进入上部通风巷，最后进入回风井排出地表。
[0069]铲运出矿：采用铲运机将采场崩落矿石经出矿进路15、采场出矿巷12、采区运输巷4运至溜井5。该方法避免了铲运机的频繁倒车与错车作业，提高铲运机运行效率，加快度出矿速度。
[0070]采场充填：采场出矿完毕后，嗣后全尾砂胶结充填，充填体强度根据地压大小、岩体性质、回采顺序等因素确定。
[0071]采区矿柱与盘区矿柱回收：
[0072]一步骤对采场2进行回采完毕后，二步骤对采区矿柱3进行回收，三步骤对盘区矿柱8进行回收;各阶段内，盘区矿柱8和采区矿柱3组成框架式结构;步骤回采填充中，一步骤对采场2回采过程中，通过盘区矿柱8和采区矿柱3进行地压管理;二步骤回收采区矿柱3与三步骤回收盘区矿柱8时，通过采场2内充填的充填体13进行地压管理。
[0073]本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
说明书附图(7)
声明：
“深埋高应力超大规模集中矿体采矿方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：华北理工大学
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