权利要求
1.一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1依据矿体产状及倾角，在垂直走向b划分阶段，在阶段内沿矿体走向a划分采场，在采场内沿垂直走向b布置两个分段;
S2在矿体下盘方向d沿矿体走向a掘进阶段运输沿脉巷道，在阶段运输沿脉巷道内向矿体方向掘进多个出矿穿脉巷道，出矿穿脉巷道掘进至矿体消失为止，在采场两端布置兼作探矿与通风的端部行人通风天井;在阶段运输沿脉巷道沿着背离矿体方向开凿溜井联络巷和溜井;
S3在采场底部沿矿体走向a掘进底部脉内凿岩巷道，在采场顶部沿矿体走向掘进顶部脉内凿岩巷道，并在矿体中部位置开凿沿矿体倾向延伸的中央天井;
S4根据底部脉内凿岩巷道和顶部脉内凿岩巷道确定沿矿体走向a的矿体长度，通过出矿穿脉巷道得到矿体厚度，以及根据端部行人通风天井及中央天井确定矿体的高度和倾向，综合构建矿体三维空间模型;依据矿体三维空间模型并满足爆破作用范围限定在矿体内部，确定中深孔爆破参数;
S5在顶部脉内凿岩巷道内向下钻凿平行中深孔，在底部脉内凿岩巷道内向上钻凿平行中深孔;
S6以采场中央天井作为自由面，采用向两侧退采的方式进行回采，先行爆破中央天井两侧炮孔以形成拉槽空间;
S7崩落矿石经出矿穿脉巷道铲出，进入阶段运输沿脉巷道，经溜井集中至矿仓，再由箕斗提升至地表。
2.根据权利要求1所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于， S1中阶段高度为35m～40m，分段高度为17.5m～20m，采场长度不大于50m。
3.根据权利要求1所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于， S2中采场与一侧端部行人通风天井之间留设间柱。
4.根据权利要求1所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于，在S3中，所述中央天井兼作切割天井;在S6中，所述中央天井兼作自由面。
5.根据权利要求1所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于，以采场中央天井和分段为界，将采场划分为四个作业区，分别为右侧上采场、右侧下采场、左侧上采场和左侧下采场。
6.根据权利要求5所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于，在右侧上采场和左侧上采场的顶部脉内凿岩巷道内向下钻凿平行中深孔，在右侧下采场和左侧下采场的底部脉内凿岩巷道内向上钻凿平行中深孔。
7.根据权利要求1所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于， S6中回采采用向两侧端部行人通风天井方向退采的方式，上下分段同步实施一次爆破微差分段起爆，通过微差起爆顺序控制，使下分段矿体先行崩落、上分段矿体后续崩落，从而在同一次爆破过程中完成两分段矿体的依次崩落。
8.根据权利要求1所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于，还包括步骤：
S8地压管理与控制：矿石全部出尽后封闭出矿穿脉巷道，并对采空区进行胶结充填，以实现采空区地压控制。
9.根据权利要求8所述的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其特征在于，所述胶结充填前，还包括：对采空区进行三维扫描，根据点云数据计算空区体积，以确定充填材料用量;并在出矿穿脉巷道与底部联络巷道处砌筑密闭混凝土挡墙，留设泄水孔。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属矿体开采技术领域，具体涉及一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法。
背景技术
[0002]急倾斜薄矿脉作为贵金属矿床典型赋存形式，通常指矿体倾角大于55°，平均厚度小于0.8米的脉状矿床。此类矿体具有形态复杂、空间展布不稳定、脉幅变化大、夹石层多等显著地质特征。目前，国内外针对此类矿体的主流开采方法仍以传统工艺为主，主要包括：削壁充填法、浅孔留矿法及上向水平分层胶结充填采矿法。然而，上述方法普遍存在机械化程度低、劳动强度大、生产成本高、安全性差及回采效率低等问题。随着采矿装备与开采技术的进步，中深孔开采因其效率高、生产能力大而逐渐受到关注。该技术利用潜孔或凿岩台车施工较深炮孔(通常深度>5米)，通过一次爆破崩落大量矿石，具有作业安全、生产效率高、生产能力大的显著优势。
[0003]但在急倾斜薄矿脉应用中，随着钻孔深度的增加，钻孔偏斜和精度下降问题突出，易造成围岩大量混入，导致矿石贫化率显著升高。严重制约了其在薄矿脉中的推广应用。
[0004]因此，有必要提出一种适用于急倾斜薄矿脉的安全、高效、低贫化的中深孔开采新工艺。
发明内容
[0005]本发明提出一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫开采方法，其目的在于，针对急倾斜非规则薄矿脉在中深孔开采过程中存在的钻孔精度难以控制、围岩混入严重及安全风险高等问题，提出一种能够精准控制矿体边界、降低矿石贫化率、提高回采效率并兼顾作业安全性的两分段平行中深孔开采方法。
[0006]本发明提出一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫化开采方法，包括以下步骤：
S1依据矿体产状及倾角，在垂直走向b划分阶段，在阶段内沿矿体走向a划分采场，在采场内沿垂直走向b布置两个分段;
S2在矿体下盘方向d沿矿体走向a掘进阶段运输沿脉巷道，在阶段运输沿脉巷道内向矿体方向掘进多个出矿穿脉巷道，出矿穿脉巷道掘进至矿体消失为止，在采场两端布置兼作探矿与通风的端部行人通风天井;在阶段运输沿脉巷道沿着背离矿体方向开凿溜井联络巷和溜井;
S3在采场底部沿矿体走向a掘进底部脉内凿岩巷道，在采场顶部沿矿体走向掘进顶部脉内凿岩巷道，并在矿体中部位置开凿沿矿体倾向延伸的中央天井;
S4根据底部脉内凿岩巷道和顶部脉内凿岩巷道确定沿矿体走向a的矿体长度，通过出矿穿脉巷道得到矿体厚度，以及根据端部行人通风天井及中央天井确定矿体的高度和倾向，综合构建矿体三维空间模型;依据矿体三维空间模型并满足爆破作用范围限定在矿体内部，确定中深孔爆破参数;
S5在顶部脉内凿岩巷道内向下钻凿平行中深孔，在底部脉内凿岩巷道内向上钻凿平行中深孔;
S6以采场中央天井作为自由面，采用向两侧退采的方式进行回采，先行爆破中央天井两侧炮孔以形成拉槽空间;
S7崩落矿石经出矿穿脉巷道铲出，进入阶段运输沿脉巷道，经溜井集中至矿仓，再由箕斗提升至地表。
[0007]进一步的，S1中阶段高度为35m～40m，分段高度为17.5m～20m，采场长度不大于50m。
[0008]进一步的，S2中采场与一侧端部行人通风天井之间留设间柱。
[0009]进一步的，在S3中，中央天井兼作切割天井，在S6中，中央天井兼作自由面。
[0010]进一步的，以采场中央天井和分段为界，将采场划分为四个作业区，分别为右侧上采场、右侧下采场、左侧上采场和左侧下采场。
[0011]进一步的，在右侧上采场和左侧上采场的顶部脉内凿岩巷道内向下钻凿平行中深孔，在右侧下采场和左侧下采场的底部脉内凿岩巷道内向上钻凿平行中深孔。
[0012]进一步的，S6中回采采用向两侧端部行人通风天井方向退采的方式，上下分段同步实施一次爆破微差分段起爆，通过微差起爆顺序控制，使下分段矿体先行崩落、上分段矿体后续崩落，从而在同一次爆破过程中完成两分段矿体的依次崩落。
[0013]进一步的，还包括步骤：
S8地压管理与控制：矿石全部出尽后封闭出矿穿脉巷道，并对采空区进行胶结充填，以实现采空区地压控制。
[0014]进一步的，所述胶结充填前，还包括：对采空区进行三维扫描，根据点云数据计算空区体积，以确定充填材料用量;并在出矿穿脉巷道与底部联络巷道处砌筑密闭混凝土挡墙，留设泄水孔。
[0015]与现有采矿技术相比，本发明提供的急倾斜非规则薄矿脉开采方法具有以下有益效果：
1.矿体边界控制精度高。本发明通过底部脉内凿岩巷道、顶部脉内凿岩巷道以及端部行人通风天井和中央天井对矿体走向、倾向及厚度进行多维控制，从而能够准确掌握矿体的长度、厚度、宽度和倾向等信息，进而高精度的确定了矿体真实空间形态(矿体三维空间模型)，从而在急倾斜薄矿脉应用中，避免了随着钻孔深度的增加，导致钻孔偏斜和精度下降，易造成围岩大量混入，导致矿石贫化率显著升高的问题。
[0016]2.显著降低矿石贫化率。依据矿体三维模型，以及爆破作用范围尽量限定在矿体内部，可以准确的确定中深孔爆破参数(中深孔长度、倾角和方位角等)，同时根据矿体厚度变化动态调整孔距和排距。通过差异化钻孔参数控制，减少爆破能量向围岩扩散，从而有效降低围岩混入率。
[0017]3.切割条件安全可靠。利用采场中央天井兼作切割井，无需额外施工专用切割井，降低施工难度和安全风险。
[0018]4.回采效率高、机械化程度高。采用两分段平行中深孔同步回采方式，生产能力大幅提升，劳动强度显著降低。
[0019]5.适应性强、推广价值高。适用于急倾斜、厚度变化大、边界复杂的非规则薄矿脉，工程适应性强，采切工程量少，具有良好的推广应用前景。
附图说明
[0020]图1为本发明实施例提供的一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔矿体三维结构示意图;
图2为图1中待开采中深孔矿体的纵向断面图;
图3为图2中III-III处的剖面示意图;
图4为图2中IV-IV处的剖面示意图;
图5为图2中I-I处的剖面示意图;
图6为图2中II-II处的剖面示意图;
图中：
1-阶段运输沿脉巷道;2-出矿穿脉巷道;3-端部行人通风天井;4-中央天井;5-底部脉内凿岩巷道;6-顶部脉内凿岩巷道;7-右侧上采场;8-右侧下采场;9-左侧上采场;10-左侧下采场;11-上向中深孔;12-下向中深孔;13-溜井;14-溜井联络巷;15-间柱。
具体实施方式
[0021]为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
[0022]本发明提出一种急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫化开采方法，如图1至图6所示，包括以下步骤：
S1采场划分：依据矿体产状及倾角，在垂直走向b划分阶段，并在阶段内沿矿体走向a划分采场，采场内沿垂直走向b布置上下两个分段，分段高度根据矿体产状确定;阶段高度为35m～40m，分段高度为17.5m～20m，采场长度不大于50m。采场与一侧端部行人通风天井3之间留设间柱15，而与另一侧端部行人通风天井3之间不留设间柱15，以减少矿柱损失、提高资源回收率。
[0023]S2采准工程实施：在矿体下盘方向d沿矿体走向a掘进阶段运输沿脉巷道1，阶段运输沿脉巷道1走向近似平行于矿体走向，在阶段运输沿脉巷道1内向矿体方向掘进多个出矿穿脉巷道2，出矿穿脉巷道2掘进至矿体消失为止，在采场两端布置兼作探矿与通风的行人通风天井3，采场端部行人通风天井3沿矿体倾向方向掘进，以实现采场的通风、行人及矿体产状控制;在阶段运输沿脉巷道1沿着背离矿体的方向开凿溜井联络巷14和溜井13;
S3凿岩工程布置：在矿体下盘方向d，采场底部沿矿体走向掘进底部脉内凿岩巷道5，在矿体上盘方向c，采场顶部沿矿体走向掘进顶部脉内凿岩巷道6，并在采场中部位置开凿沿矿体倾向延伸的中央天井4，所述中央天井4兼作切割天井;
S4矿体模型构建与爆破参数设计：根据底部脉内凿岩巷道5和顶部脉内凿岩巷道6确定沿矿体走向a的矿体长度，通过出矿穿脉巷道2得到矿体厚度，以及通过端部行人通风天井3及中央天井4确定矿体的高度和倾向，利用三维软件构建矿体三维空间模型;根据矿体空间形态、厚度变化、倾角及围岩接触关系，并满足爆破作用范围限定在矿体内部，确定各钻孔的孔长、倾角、方位角等中深孔爆破参数，使钻孔轴线与矿体赋存形态相匹配;同时结合矿体厚度变化动态调整孔距、排距及最小抵抗线，采用非等长、非平行的中深孔布置方式，替代传统等长平行孔布置形式。
[0024]通过底部脉内凿岩巷道5、顶部脉内凿岩巷道6以及端部行人通风天井3和中央天井4对矿体走向、倾向及厚度进行多维控制，实现对薄矿脉轮廓的精准致裂，在保障作业安全、大幅提升开采效率的同时，显著降低矿石贫化率，从而为急倾斜薄矿脉的开采提供一种安全、高效、低贫化、可推广的现代化解决方案。
[0025]并依据矿体形态合理确定上向和下向中深孔的长度。采场顶部脉内凿岩巷道6内向下钻凿的中深孔长度依据矿体倾向延伸长度确定，底部脉内凿岩巷道5内向上钻凿的中深孔长度依据矿体形态变化确定，从而将采场进一步划分为左上、左下、右上和右下四个作业区。以采场中央天井4和分段为界，将采场划分为四个作业区。分别为右侧上采场7、右侧下采场8、左侧上采场9和左侧下采场10。
[0026]S5中深孔钻凿施工：在顶部脉内凿岩巷道6内向下钻凿平行中深孔，在底部脉内凿岩巷道5内向上钻凿平行中深孔;
凿岩作业选用小型中深孔台车，该设备便于拆卸、移动灵活，并能有效控制钻孔偏斜;装药作业则采用气动式装药机进行。
[0027]如图1和图2所示，中深孔包括上向中深孔11和下向中深孔12。在右侧上采场7和左侧上采场9的顶部脉内凿岩巷道6内采用中深孔凿岩台车向下钻凿平行的下向中深孔12，在右侧下采场8和左侧下采场10的底部脉内凿岩巷道5内采用中深孔凿岩台车向上钻凿平行的上向中深孔11。
[0028]S6采场回采：以采场中央天井4兼作自由面，为爆破提供补偿空间，采用向两侧退采的方式进行回采，先行爆破中央天井4附近炮孔以形成拉槽空间;
回采采用向两侧端部行人通风天井3方向退采的方式，上、下分段同步实施一次爆破的微差分段起爆，通过微差起爆顺序控制，使下分段矿体先行崩落、上分段矿体后续崩落，从而在同一次爆破过程中实现上下分段矿体的一次落矿。
[0029]S7采场出矿：崩落矿石经出矿穿脉巷道2铲出，进入阶段运输沿脉巷道1，经溜井13集中至矿仓，再由箕斗提升至地表。
[0030]S8地压管理与控制：矿石全部出尽后封闭出矿穿脉巷道2，并对采空区进行胶结充填，以实现采空区地压控制。
[0031]回采结束后对采空区进行三维扫描，根据点云数据计算空区体积，以确定充填材料用量;充填前在出矿穿脉巷道2与底部联络巷道处砌筑密闭混凝土挡墙，并留设泄水孔。
[0032]本发明提出的开发方法无需留设顶柱和底柱，通过采用高强度胶结充填料对采空区进行及时充填，使充填体承担围岩及上覆岩层荷载，实现采场地压的有效管理与调控，改善采场整体受力状态，提高矿体回收率，同时增强采场长期稳定性。
[0033]实施例1
以辽宁省某石英脉型金矿为例，该矿床金矿体主要以石英脉形式赋存，围岩主要为安山岩、流纹岩及角砾熔岩，受硅化、黄铁矿化蚀变影响，岩体完整性较差，开采过程中易发生掉块，工程地质条件较为复杂。现阶段该矿山主要采用削壁充填法和浅孔留矿法进行回采，矿石贫化率普遍高于40%，局部采场甚至超过50%，生产效率低、安全风险较高。
[0034]采用本发明提供的急倾斜非规则薄矿脉两分段平行中深孔低贫化高效开采方法，如图1至图6所示，具体实施步骤如下：
S1采场划分：沿矿体走向划分采场，单个采场长度50m，阶段高度为40m，采场宽度约2.5m;倾角约65°。采场内布置两个分段，分段高度根据矿体产状确定;采场之间留设4m间柱15，不留设顶柱和底柱。
[0035]S2采准工程实施：在矿体下盘方向d沿矿体走向掘进阶段运输沿脉巷道1，并在运输巷内每隔约12m掘进底部出矿穿脉巷道2。同时，在采场两端分别掘进端部行人通风天井3，与相邻阶段的底部脉内凿岩巷道5或顶部脉内凿岩巷道6连通;在采场中央自下向上掘进中央天井4，断面尺寸2.5m×2m，沿矿体倾向延伸。
[0036]S3凿岩工程布置：在采场底部沿矿体走向掘进底部脉内凿岩巷道5，在采场顶部沿矿体走向掘进顶部脉内凿岩巷道6，并在采场中部位置开凿沿矿体倾向延伸的中央天井4，所述中央天井4兼作切割天井。
[0037]S4矿体模型构建与爆破参数设计：根据底部脉内凿岩巷道5和顶部脉内凿岩巷道6确定沿矿体走向a的矿体长度，通过出矿穿脉巷道2确定矿体厚度，通过端部行人通风天井3及中央天井4确定矿体倾向，得到矿脉长度为150m～500m，局部延伸超过1000m;矿体厚度为0.2 m～3m，倾角为65°～80°，延深达100m～720m，综合构建矿体三维空间模型;依据三维几何模型并满足爆破作用范围限定在矿体内部，确定中深孔爆破参数。
[0038]采用三维地质建模软件建立矿体空间模型，根据矿体几何形态和空间产状，将采场划分为左、右两个作业区，并进一步细分为上、下分段，合理确定各排中深孔的倾角和孔长。中深孔爆破参数具体为：炮孔直径为67mm，每排布置2～3个炮孔，排距为1.5m，左侧布置13排，右侧布置15排，共布置约147孔(左上33孔、左下32孔、右下43孔、右上39孔)。首排孔距中央天井4抵抗线1.5m，采用上下分段同时由中央向两侧退采的爆破方式，排间微差时间设置为100ms。
[0039]S5中深孔钻凿施工：如图3、图4、图5和图6所示，在采场顶部脉内凿岩巷道6内向下钻凿平行中深孔，在采场底部脉内凿岩巷道5内向上钻凿平行中深孔;随后采用气动装药机对中深孔进行装药，装药结构采用轴向全耦合形式，起爆药包置于孔底，孔口采用专用堵塞材料进行封堵，堵塞长度为1m。
[0040]S6采场回采：如图3、图4、图5和图6所示，以采场中央天井4作为自由面，为爆破提供补偿空间，采用向两侧退采的方式进行回采，先行爆破中央天井4附近炮孔以形成拉槽空间;整个采场可通过四次爆破实现全部矿石回收。
[0041]由中央天井4向两侧依次设置排数为1至n(n为大于1的自然数)，本实施例中左侧作业区设置的排数为1至13排，右侧作业区的排数设置为1至15排，具体回采顺序如下：
1)首次爆破左侧作业区上下分段前两排，上下分段同步实施微差爆破，形成拉槽空间并出尽矿石;
2)第二次爆破左侧作业区第3～7排，上下分段同步微差爆破，出矿约2/3;
3)第三次爆破右侧作业区第1～7排，上下分段同步微差爆破，出矿约2/3;
4)第四次爆破左侧作业区第8～13排及右侧作业区第8～15排，上下分段同步微差爆破，实现剩余矿石一次落矿，完成采场回采。
[0042]S7采场出矿：如图3和图4所示，每次爆破完成后，崩落矿石经出矿穿脉巷道2铲出，进入阶段运输沿脉巷道1，经溜井13集中至矿仓，再由箕斗提升至地表。
[0043]S8地压管理与控制：如图3和图4所示，矿石全部出尽后封闭出矿穿脉巷道2，并对采空区进行胶结充填，以实现采空区地压控制。
[0044]采场矿石全部出尽后，采用三维扫描技术获取采空区点云数据，计算采空区体积以确定充填材料用量。在出矿穿脉巷道2与采场联络巷道处砌筑混凝土密闭挡墙，并设置泄水孔;随后由上阶段布置充填管路，向采空区实施胶结充填，充填材料为全尾砂胶结料与废石的混合料。
[0045]试验采场在回采过程中，上盘围岩暴露面积始终小于600m2，且暴露时间较短，试验期间未发生冒顶或大规模垮塌事故。采场生产能力由原来的约18t/d提高至约100t/d，回采作业量大幅减少，矿石贫化率由40%～50%降低至约15%，粉矿回收率显著提高，人员劳动强度明显降低，实现了安全效益与经济效益的同步提升。
[0046]从上述实施例可以看出，通过引进本发明所述的采矿方法对试验采场进行了成功回采，本发明通过结合浅孔留矿法的边界控制优势与中深孔的高效率崩矿优势，有效解决了急倾斜非规则薄矿脉中深孔开采贫化高、效率低、安全差等技术瓶颈，具有显著的推广价值。
[0047]需要指出的是，以上实施例仅用于解释本发明，而非对本发明保护范围的限定。如无特别说明，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下可以根据这些实施例做出合理修改或变形，均应涵盖在本发明的保护范围内。
说明书附图(6)
