[发明专利]一种人工冻结充填体的分段空场嗣后充填采矿法

说明书

本发明公开了一种人工冻结充填体的分段空场嗣后充填采矿法，包括以下步骤：将矿块按采场结构尺寸划分为一步骤采场和二步骤采场，先回采一步骤采场后回采二步骤采场，采场落矿为扇形中深孔侧向崩矿；一步骤采场回采完毕后，对采空区进行尾砂胶结充填，同时采用人工冻结法，利用寒冷地区天然冷源冻结充填料中的水分，形成满足支护强度的人工冻结充填体，并利用水结冰发生的体积膨胀，实现充填体接顶；对二步骤采场进行回采，矿体回采完毕后，拆除冻结设备和冻结管路，对人工冻结充填体进行自然解冻。本发明适用于寒冷地区采用尾砂胶结充填法回采的矿体开采，具有作业安全、充填水泥用量少、充填成本低的特点。

技术领域

本发明涉及地下矿山采矿技术领域，具体涉及一种人工冻结充填体的分段空场嗣后充填采矿法

背景技术

充填采矿法作为地下矿山三大采矿方法之一，已得到了广泛的应用。传统的分段空场嗣后充填法回采工艺中，按照采场结构参数划分一步骤、二步骤采场，先按照一定的回采顺序进行一步骤采场回采，回采完毕后进行胶结充填，形成充填体，然后进行相邻二步骤采场的回采。二步骤采场回采过程中，依靠充填体支撑顶板，控制地压，其强度必须要满足技术要求，确保回采的安全。充填体的强度主要取决于胶凝材料(水泥)的用量和充填料配比，因此在保证充填体强度的基础上，如何解决充填过程中排水及凝固过程中接顶等问题，是矿山面临的一个重要难题。

已公开的成果《预先冻结充填体回采房间矿柱》(王继源.预先冻结充填体回采房间矿柱[J].有色矿山，1979(6):19-21.)中提出在房柱法开采中采用废石料充填采空区，并在废石料中洒水，然后通过水平预埋冻结管道，冻结废石料中的水分使充填体达到一定强度，最后进行矿柱的回采。由于分段空场嗣后充填法和房柱法在采场结构参数、尾砂胶结充填工艺和废石充填工艺等方面存在巨大差异，因此该公开成果无法应用于尾砂胶结充填采矿法的矿体开采，也没有解决凝固过程中接顶等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在不降低充填体强度条件下，能够同时解决充填过程中排水及凝固过程中接顶问题，保证安全高效开采的人工冻结充填体的分段空场嗣后充填采矿法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种人工冻结充填体的分段空场嗣后充填采矿法，包括如下步骤：

(1)按照采场结构尺寸，将矿块划分为一步骤采场和二步骤采场，先采一步骤采场，后采二步骤采场，采场落矿为扇形中深孔崩矿。

(2)一步骤采场回采完毕后，制备尾砂胶结充填料，并架设充填管道和冻结管道，安装和调试冻结制冷设备。

(3)尾砂胶结充填料通过充填管道对采空区进行充填。充填过程中，同时利用冻结设备和冻结管道对充填料中的水分进行冻结，形成人工冻结充填体。

(4)一步骤采场区域冻结充填后，对相邻的二步骤采场进行回采；矿体回采完毕后，拆除制冷设备和管道。

所述的人工冻结充填体的分段空场嗣后充填采矿法适用于寒冷地区采用尾砂胶结充填法回采的矿体开采。

所述步骤(2)中，架设充填管道和冻结管道，以及安装和调试冻结制冷设备工作同时进行。

进一步优选的，所述步骤(2)中架设冻结管路，在采空区上方的上部穿脉巷道中垂直向下布置冻结管路，并加强充填体管路的强度，能够在爆破开采作业下持续制冷。

进一步优选的，所述步骤(3)中，一步骤采场进行充填的同时，进行充填料中的水分冷冻，一次性形成冻结充填体。

进一步优选的，所述步骤(3)中，采空区充填时，采用人工冻结法将充填料中的水分进行冻结，因此充填挡墙无需考虑泌水。

进一步优选的，所述步骤(3)中，采用人工冻结法将充填料中的水分进行冻结后，水分冻结成冰产生约9％的体积膨胀，实现充填体接顶。