一种利用矿岩界限与爆破相结合的放顶方法
技术领域
本发明涉及矿山开采技术领域，具体涉及一种利用矿岩界限与爆破相结合的放顶方法。
背景技术
铁矿开采中，急倾斜厚矿体矿石和围岩稳定，基本采用无底柱分段崩落法开采，然而随着开采的进行，矿体有时会存在变缓的趋势，形成缓倾斜矿体，矿体边界部分不规则，缓倾斜矿体的开采是世界公认的采矿难题，矿岩稳定性差则更增加了其开采难度。
在无底柱分段崩落法开采缓倾斜矿体过程中，通常会遇到以下问题：一是矿体厚度变薄后，若保持垂直矿体走向布置凿岩进路方式，则各进路长度短，每条进路内可布放顶中深孔排数少，采切比高，施工工期长，采矿成本高，并且爆破后出现提前下岩现象，岩石混入率高、矿石回采率低；二是矿体倾角变缓后，上下分段对应沿脉巷在水平方向上距离较大，下分段靠近上盘方向形成三角区域(如附图1所示),三角矿体也类似于狭长薄矿体，采矿工程布置难度大，出矿效率低。且三角区域矿体采用传统方法回收时，考虑到下水平矿体回收时须放顶，必然会增加一部分岩石爆破量，且覆盖层中会混入大量的岩石，回采过程中岩石混入也会随之增加，造成矿石回采率降低，因此，设计过程中一般会丢弃一部分矿体，造成矿体损失率大的问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有矿石开采中缓倾斜矿体采矿围岩混入大、矿石回采率低以及采矿成本高的问题，本发明提供一种利用矿岩界限与爆破相结合的放顶方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种利用矿岩界限与爆破相结合的放顶方法,其特征在于，包括以下步骤：
(1)绘制上下水平矿岩界线，设定上下水平矿岩界线所在平面为缓倾斜矿体边界面；
(2)在缓倾斜矿体边界面内圈定三角缓倾斜矿体放顶回采区域；
(3)在缓倾斜矿体放顶回采区域范围内沿矿体走向布置退采进路巷道；
(4)在退采进路巷道沿垂直于矿体走向的方向设置放顶中深孔，放顶中深孔在退采进路巷道中以单放射中心放射布置，通过矿体倾角和上下水平矿岩界线确定放顶中深孔深度，控制矿岩爆破边界；(5)根据放顶中深孔设定制定爆破放顶方案，使矿岩剥离。
进一步地，矿岩剥离后后采用低贫化出矿方式，在本水平预留一部分矿石。
进一步地，所述三角缓倾斜矿体放顶回采区域的矿体厚度为15m～30m。
进一步地，爆破放顶方案采用孔底起爆方案。
进一步地，每隔数个进路间距布置一条垂直于矿体走向的探矿进路，以确认矿体倾向方向的矿岩边界。
本发明的有益效果如下：
1、本发明在矿体边界区域沿矿体走向布置巷道，利用矿体地质矿岩界线和矿体倾角设计放顶中深孔深度进行装药爆破，形成人工悬顶，减少岩石爆破量，控制岩石混入，达到矿岩剥离放顶的目的；改变了传统的采矿工艺，针对狭长薄矿体、厚大型缓倾斜、包括一些不规则的小矿体区域均能适用，推广前景广泛；
2、针对狭长薄矿体布置沿矿体走向的退采进路，与传统垂直矿体走向巷道对比，不仅大大减少了采准工程量及放顶中深孔凿岩量，且大大节约了矿体采准工程掘进量和备采矿源的准备时间；解决了矿岩交界区域爆破放顶难题，达到了矿岩有效剥离和提高资源回收率的良好效果；
3、沿矿体走向布置回采进路减少岩石巷道的掘进量、外排量和岩石爆破量，有效减少围岩混入，提高了资源回收率，在某实际应用中回采率提升至85％以上，相比垂直矿体走向工艺该区域回采率提升近30％左右，贫化率从20％降低至10％左右，围岩混入减少约10％左右。
4、本发明丰富并补充了无底柱分段崩落法采矿工艺，针对矿体边界区域的难采矿体，尤其是近似狭长薄矿体的采矿工艺，提供了有效的技术方法。
5、本发明沿矿体走向布置巷道，采用控制放顶技术达到矿岩剥离的目的，形成有效的矿石垫层及覆盖层，为下水平低贫化放矿创造了良好条件，保证了矿体回采过程的有序衔接，丰富了无底柱分段崩落法低贫化放矿技术。
附图说明
图1是缓倾斜矿体与矿岩交界结构横截面示意图；
图2是缓倾斜矿体与矿岩交界退采进路巷道和放顶中深孔布置示意图；
图3是缓倾斜矿体与矿岩交界进行爆破后矿岩剥离状态示意图。
附图标记：1-矿岩、2-缓倾斜矿体边界面、3-上下水平矿岩界线、4-三角缓倾斜矿体放顶回采区域、5-正常矿体回采区、6-放顶中深孔、7-退采进路巷道、8-采空区、9-矿石垫层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
某矿区铁矿属于急倾斜厚矿体，矿石和围岩稳定，采用无底柱分段崩落法开采。然而随着开采的进行，I-II矿体逐渐南倾并有变缓的趋势，矿体边界部分不规则；另外，西区部分矿体的赋存形态不规整、开采形态不理想，且矿体厚度均在20m范围左右，这些均可定义为狭长薄矿体。井下狭长薄矿体由于其矿体规模形态较小，变化较大，缺乏科学系统的开采方法，工业化开采难度大、在生产探矿阶段用传统的平巷探矿方法，则会造成矿石开采的贫化率大、损失率大、成本高的问题。
结合图1、图2和图3，本实施例使用利用矿岩界限与爆破相结合的放顶方法进行放顶开采，具体实施方式如下：
(1)结合该矿体地质情况，根据矿岩1和矿体的边界，绘制上下水平矿岩1界线，设定上下水平矿岩界线3所在平面为缓倾斜矿体边界面2；
(2)在缓倾斜矿体边界面2内圈定三角缓倾斜矿体放顶回采区域4；针对此矿区矿体某水平的回采现状，三角缓倾斜矿体放顶回采区域4的矿体宽度(即厚度)设计参数为15m,超出15m厚度的矿体区域为正常矿体回采区5，其矿体的倾角为45°。
(3)结合设备性能确定退采进路巷道7设计参数为4.2m×3.8m，巷道沿矿体走向布置在三角缓倾斜矿体放顶回采区域4中间位置；
(4)在退采进路巷道7沿垂直于矿体走向的方向设置放顶中深孔6，放顶中深孔6在退采进路巷道7中以单放射中心放射布置，通过矿体倾角和上下水平矿岩界线3确定放顶中深孔6深度，控制矿岩爆破边界；结合现有使用设备性能，H1354深孔凿岩台车凿岩深度可达35米，完全满足技术要求，边孔角设计可以达到15°，放顶中深孔6排面线垂直于回采进路方向且垂直于矿体走向方向。
(5)在放顶中深孔6中填入起爆药包，根据放顶中深孔6设定采用孔底起爆方案进行爆破放顶，使矿岩剥离，如图3所示，矿岩剥离后原三角缓倾斜矿体放顶回采区域4形成采空区8，矿体在本水平面形成矿石垫层9，采用低贫化出矿方式，在本水平预留一部分矿石，形成有效的矿石垫层及覆盖层，为下水平低贫化放矿创造了良好条件，保证了矿体回采过程的有序衔接。
其中为更为准确确认矿体倾向方向的矿岩边界，每隔5个进路间距布置一条垂直于矿体走向的探矿进路(图中未示出)，探矿进路与退采进路巷道7垂直，可以做为后续采矿回路。
在实际应用中，采用本发明的方法该矿体产生巨大的直接经济效益：
(1)该矿体共计回采地质矿回采率完成87.14％。按照经验值回采率55％计算，回采率提升32.14％，计划回采矿石为21.69×53.1％＝11.52万吨。实际回采矿石比计划回采矿石多7.38万吨。
(2)狭长薄矿体回采试验后，相比传统回采方法贫化率从21.1％减低至8.98％，减少岩石2.3万吨；
(3)相比传统的垂直矿体采矿工艺应掘进巷道，减少减少巷道掘进量达60％。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，理应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。
