本發(fā)明涉及一種開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法，屬于礦產(chǎn)開采技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及采用機(jī)械化開采設(shè)備開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的方法。

背景技術(shù)

如圖1-圖3所示，露天礦山開采時(shí)在采坑5的推進(jìn)方向(圖1中箭頭所示方向)的后方形成非工作幫13，在正常推進(jìn)過程中采坑5推進(jìn)方向的兩側(cè)形成端幫12，在采坑5推進(jìn)方向的前方形成終幫11；露天礦山開采的過程中在采坑5四周形成上述的非工作幫13、端幫12和終幫11統(tǒng)稱為邊幫1。

目前，露天礦山的開采因存在上述的邊幫，導(dǎo)致邊幫下壓覆的礦產(chǎn)得不到開采、損失礦產(chǎn)資源量巨大，就一座露天礦山而言，露天礦山開采損失資源量占整個(gè)露天礦山的25％-30％不等；就露天煤礦而言，每年全國邊幫壓覆未開采損失的煤礦資源量就高達(dá)1億噸以上。

露天礦山剝離出的礦石中含有大量矸石，這些矸石一般排棄至排渣場，由于未經(jīng)過處理，長時(shí)間的露天堆放會產(chǎn)生大量氨、硫化物等有害氣體，污染水源、土壤和周圍空氣，且有些邊幫下壓覆的礦產(chǎn)資源極易發(fā)火自燃，造成大氣、環(huán)境污染。

如何將邊幫壓覆礦產(chǎn)進(jìn)行回收再利用，如何將矸石進(jìn)行合理的處置，如何避免邊幫壓覆礦產(chǎn)發(fā)火自燃減小對環(huán)境的污染等，是露天礦山開采面臨的現(xiàn)實(shí)問題。

為解決上述問題，中國zl201210179645.7號、名稱為“回收露天煤礦終幫上煤的采煤方法”的專利，給出了一種回收露天煤礦終幫壓覆煤礦的采煤方法。具體來說，該回收露天煤礦終幫上煤的采煤方法，適用于露天煤礦終幫上煤層厚度大于2m；煤層頂板是較穩(wěn)定的巖石；煤層間距不小于5m；煤層傾角小于10°，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)排土條件的露天煤礦，露天煤礦建成后，在露天煤礦的非工作幫、終幫與緊鄰的兩個(gè)端幫終幫上存留的煤層中，如圖4所示，沿著煤層的傾斜方向掘進(jìn)一個(gè)寬2～4m、高2～7m，深到礦田地表境界即礦權(quán)界長50～100m的第一個(gè)直線形煤巷道21，再并排掘進(jìn)與第一個(gè)直線形煤巷道相同幾何參數(shù)的第二個(gè)直線形煤巷道22，以此類推并排掘進(jìn)第三個(gè)直線形煤巷道23，各煤巷道之間留有3.3～6m寬的煤柱，在掘進(jìn)第二個(gè)直線形煤巷道22的同時(shí)，如圖5所示，在第一個(gè)直線形煤巷道21中心線的階梯頂部打垂直鉆孔3，鉆孔3的直徑為150～300mm，鉆孔3的深度為打透第一個(gè)直線形煤巷道21頂部為止，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)鉆孔31完成后，繼續(xù)打第二個(gè)鉆孔32，鉆孔與鉆孔的間距為2.5～9m，并在中心線上，同時(shí)用剝離物半封閉第一個(gè)直線形煤巷道21的硐口，再從第一個(gè)鉆孔31往第一個(gè)直線形煤巷道21里注沙漿，第一個(gè)鉆孔31里注滿沙漿后繼續(xù)往第二個(gè)鉆孔32里注沙漿，沙漿注滿第一個(gè)直線形煤巷道21，用同樣的方法直至將第三個(gè)直線形煤巷道23注滿沙漿為止，這時(shí)注滿沙漿的第一個(gè)直線形煤巷道21已存留了1至2個(gè)月時(shí)間，接著在已注滿沙漿的第一個(gè)直線形煤巷道21與已注滿沙漿的第二個(gè)直線形煤巷道22之間的煤柱中掘進(jìn)與第一個(gè)直線形煤巷道21相同幾何參數(shù)的第四個(gè)直線形煤巷道24，第四個(gè)直線形煤巷道24與第一個(gè)直線形煤巷道21、第二個(gè)直線形煤巷道22之間留出1～1.5m寬的煤柱4，所述第四個(gè)直線形煤巷道24完成后，應(yīng)立即類同第一個(gè)直線形煤巷道21在第四個(gè)直線形煤巷道24的頂部打鉆孔3，半封閉硐口，注滿沙漿，及時(shí)在第一個(gè)直線形煤巷道21、第四個(gè)直線形煤巷道24、第二個(gè)直線形煤巷道22的硐口前排棄剝離物并形成內(nèi)排土場，以此類推掘進(jìn)相同幾何參數(shù)的第五個(gè)直線形煤巷道25，并進(jìn)行頂部打鉆孔3，半封閉硐口，注滿沙漿，第五個(gè)直線形煤巷道25位于第二個(gè)直線形煤巷道22與第三個(gè)直線形煤巷道23中間，露天煤礦開采終了時(shí)，回收露天煤礦終幫上煤炭資源即結(jié)束。

該專利給出的上述開采方法，雖然號稱可以開采終幫壓覆煤礦，但事實(shí)上并不可行，存在諸多缺陷：

a、該現(xiàn)有技術(shù)采用從露天煤礦邊幫頂部鉆孔、并通過鉆孔對已采巷道進(jìn)行灌注沙漿充填，在邊幫頂部施工鉆孔易造成露天煤礦邊坡滑坡、坍塌；且通過鉆孔從上往下對已采巷道進(jìn)行充填，由于充填體塌落角的影響，充填體在已采巷道內(nèi)形成錐體形狀，無法保證已采巷道內(nèi)的充填體的接頂率和壓實(shí)率，后期回收已充填巷道之間的煤柱時(shí)，由于兩側(cè)充填體未接頂、壓實(shí)率較低，已采巷道跨度逐漸增大，易造成兩側(cè)充填體巷道頂板垮落，從而造成邊幫整體滑坡、坍塌。

b、該現(xiàn)有技術(shù)采用相鄰巷道之間留設(shè)1～1.5m寬煤柱的方式對露天煤礦終幫壓煤進(jìn)行回收，而該煤柱后期又無法再回收，影響邊幫壓覆煤碳資源的回收率，并可能導(dǎo)致留設(shè)煤柱發(fā)火自燃、污染環(huán)境；

c、現(xiàn)有技術(shù)僅限于煤層厚度大于2.0m、煤層間距不小于5.0m、煤層傾角小于10°的邊幫壓煤回收，不能擴(kuò)展至其他種類的露天礦和不在此條件范圍內(nèi)的露天煤礦的開采回收，應(yīng)用范圍有限，當(dāng)煤層厚度大于6m或者當(dāng)露天礦山為礦層間距小于5.0m近距離礦層群時(shí)，該現(xiàn)有技術(shù)均不能實(shí)現(xiàn)開采，現(xiàn)有技術(shù)的該開采方法適用范圍有限、資源回收率依然很低；

d、填充物為沙漿，成本高，且不利于礦山開采廢棄物例如剝離矸石等的回收利用，無法實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

因此，需要從提高安全性、提高回收率、減少環(huán)境污染、擴(kuò)大開采礦的種類和廢棄物處理等問題出發(fā)，研發(fā)更安全、更高效、適用范圍更廣、更環(huán)保的露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的開采方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題至少之一，本發(fā)明提供了一種開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法，所述礦產(chǎn)的硬度小于機(jī)械化開采設(shè)備的截割硬度，包括以下步驟：

步驟10，將所述露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的各礦層沿著礦產(chǎn)資源的傾向或走向按設(shè)定寬度和高度劃分為若干個(gè)直線型采硐，并依次編號，編號為奇數(shù)的采硐稱為奇數(shù)采硐，全部奇數(shù)采硐的幾何尺寸相同，編號為偶數(shù)的采硐稱為偶數(shù)采硐，全部偶數(shù)采硐的幾何尺寸相同；

步驟20，利用所述機(jī)械化開采設(shè)備掘進(jìn)開采所述直線型采硐，先掘進(jìn)開采奇數(shù)采硐或者偶數(shù)采硐，各所述奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐之間保留偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐作為礦柱，以對所述邊幫起支撐作用；且對所述奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐實(shí)行采-充平行作業(yè)，即在前一奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐開采完成后并對后一奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐開采且滿足充填作業(yè)空間要求的同時(shí)，采用充填物對已采奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐依次充填；

步驟30，在步驟20的過程中，當(dāng)兩相鄰奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐內(nèi)的充填物凝固成強(qiáng)度大于所述礦產(chǎn)礦體強(qiáng)度的剛性體后，利用所述機(jī)械化開采設(shè)備再掘進(jìn)開采該兩相鄰奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐之間的偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐，且對后開采的偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐也實(shí)行采-充平行作業(yè)，即在前一偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐開采完成后對后一符合開采條件的偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐開采且滿足充填作業(yè)空間要求的同時(shí)，采用充填物對已采偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐依次充填；

步驟40，重復(fù)所述步驟20和步驟30，直至全部所述直線型采硐開采完畢和充填完畢，完成各所述礦層的開采，從而完成所述露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的開采；

其中，所述充填，是指采用填充設(shè)備自開采后的所述直線型采硐的盡頭向硐口逐漸填充所述充填物，并壓實(shí)所述充填物和二次填充所述充填物，以使所述充填物凝固成所述剛性體后的接頂率和壓實(shí)率符合設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明上述開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，具有以下積極效果：

①因采用填充設(shè)備自開采后的直線型采硐的盡頭向硐口逐漸填充充填物，并壓實(shí)充填物和二次填充充填物，而非現(xiàn)有技術(shù)在巖層上打孔填充，可以使得充填物的接頂率和壓實(shí)率大幅提高，從而提高對邊幫的支撐強(qiáng)度，減小邊幫坍塌和滑坡的風(fēng)險(xiǎn)；

②因采用先開采奇數(shù)采硐或者偶數(shù)采硐、待充填物凝固成剛性體后再開采偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐，同時(shí)采用采-充平行作業(yè)的方法，則不但提高了對邊幫的支撐強(qiáng)度、減小了邊幫坍塌和滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，且無需保留礦柱、提高了邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率，可使露天礦的邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率近100％，從而降低了露天礦山生產(chǎn)剝采比、延長了露天礦山服務(wù)年限、減少了耕地占用和村莊搬遷、減少了露天礦山開設(shè)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了高效低碳環(huán)保的生產(chǎn)，促進(jìn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；

③因露天礦的邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率高、基本全部回收了邊幫下一些極易發(fā)火自燃的礦產(chǎn)資源，減少了對大氣、環(huán)境的污染；

④本發(fā)明的上述開采方法，無礦產(chǎn)資源賦存厚度、賦存層間距及傾角的要求，可增大本發(fā)明開采方法的使用范圍；且本發(fā)明開采方法開采礦產(chǎn)的硬度可隨機(jī)械化開采設(shè)備截割硬度的提高而提高，從而增大可開采礦產(chǎn)資源的范圍，進(jìn)一步擴(kuò)大了本發(fā)明開采方法開采露天礦的種類。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，所述直線型采硐的高度根據(jù)所述機(jī)械化開采設(shè)備的開采高度確定，所述奇數(shù)采硐的寬度按照以下式(1)-式(3)確定：



q＝q0+q1+q2+……+qn-1+qn(2)

q0＝hr0，q1＝h1r1，q2＝h2r2……qn-1＝hn-1rn-1，qn＝hnrn(3)

其中，σt為礦產(chǎn)的抗拉強(qiáng)度，h為所述礦層的直接頂巖層的厚度，r0為直接頂巖層的容重，hi為直接頂巖層之外第i層老頂巖層的厚度，ri為直接頂巖層之外第i層老頂巖層的容重，l0為奇數(shù)采硐的寬度；λ為系數(shù)，根據(jù)礦層直接頂巖層的強(qiáng)度而定，一般取值0.6-0.9，當(dāng)?shù)V層直接頂巖層的強(qiáng)度較小時(shí)取小值，當(dāng)?shù)V層直接頂巖層的強(qiáng)度較大時(shí)取大值；

所述偶數(shù)采硐的寬度按照以下式(4)式確定：



其中，a為偶數(shù)采硐寬度；l0為奇數(shù)采硐的寬度；m為直線型采硐的開采高度；h為直線型采硐的開采深度；k為安全系數(shù)。

該實(shí)施例進(jìn)一步給出奇數(shù)采硐和偶數(shù)采硐寬度的確定方法，從而可以進(jìn)一步規(guī)范開采流程、提高開采精度，提高開采效率和開采的可靠性。

進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述直線型采硐的開采深度為露天礦邊幫底部至距露天礦礦田邊界以內(nèi)20米處的距離。

直線型采硐的盡頭盡量接近露天礦礦田邊界，即直線型采硐的開采深度盡量大，則盡可能地提高邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率，最大限度地利用礦產(chǎn)資源、提高經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，當(dāng)所述露天礦的所述礦層厚度大于所述機(jī)械化開采設(shè)備的開采高度時(shí)，對所述礦層按照所述開采高度進(jìn)行分層，自下層向上層每層按照所述步驟10-步驟40進(jìn)行開采和充填，且開采上層前將采坑填平至該層。

該實(shí)施例進(jìn)一步給出的開采方法，可開采礦層厚度為很厚的邊幫壓覆礦產(chǎn)，從而進(jìn)一步提高邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率和本發(fā)明開采方法的適用范圍。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，所述機(jī)械化開采設(shè)備為具有遠(yuǎn)程控制、導(dǎo)航定位、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的智能化開采設(shè)備，其后部搭接膠帶輸送機(jī)。

在邊幫壓覆礦產(chǎn)回收過程中采用自動(dòng)化程度高的智能化開采設(shè)備進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)了無人化、安全化生產(chǎn)，極大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)安全性，其后部搭接膠帶輸送機(jī)可對開采出的礦產(chǎn)實(shí)現(xiàn)直線型采硐內(nèi)機(jī)械化遠(yuǎn)程輸送，便于開采礦產(chǎn)的排出。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，所述填充設(shè)備帶有自行走機(jī)構(gòu)和擋料板，所述自行走機(jī)構(gòu)可使所述填充設(shè)備自主進(jìn)入直線型采硐內(nèi)，所述擋料板可使所述充填物堆積并壓實(shí)所述充填物，且壓實(shí)所述充填物后可對空出的空間進(jìn)行二次充填所述充填物。

該實(shí)施例中，可利用自行走機(jī)構(gòu)對采硐進(jìn)行水平式或傾斜式充填、利用擋料板可保證已采采硐內(nèi)充填體的接頂率和壓實(shí)率，從而保證充填體的強(qiáng)度，避免現(xiàn)有技術(shù)在邊幫頂部施工鉆孔造成邊幫滑坡、坍塌等礦山地質(zhì)災(zāi)害和安全事故。

根據(jù)本發(fā)明的還一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，所述充填物為采用所述露天礦剝離的矸石、建筑垃圾或者固體廢棄物與水泥、添加劑一起進(jìn)行處理，制成的可通過管路泵送的物料，且所述充填物凝固后為強(qiáng)度大于所述礦產(chǎn)礦體強(qiáng)度的剛性體。

本發(fā)明對采硐采用泵式充填工藝進(jìn)行充填，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離充填、充填方便；充填材料主要為露天礦山剝離矸石、建筑垃圾或者固體廢棄物與水泥、添加劑的混合物，減少了這些固體廢棄物的排放和堆積，不但節(jié)省處理成本，而且減少了其對大氣、水、土壤等產(chǎn)生的環(huán)境污染。

進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述充填物在充填站內(nèi)制成，所述充填站可建在所述露天礦的采坑內(nèi)或者工業(yè)場地內(nèi)。

采用遠(yuǎn)距離泵送式充填，且充填物在充填站內(nèi)制成，則充填站選址靈活、方便，可因地制宜，提高場地的利用效率。

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)，從下面對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解。

附圖說明

圖1為露天礦的邊幫結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的aa剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1的bb剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)采硐開采順序示意圖；

圖5為現(xiàn)有技術(shù)采硐鉆孔平面示意圖；

圖6為采用本發(fā)明所述開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法開采邊幫壓覆礦產(chǎn)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6的cc剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明所述方法中的直線型采硐的劃分示意圖

圖9為先開采奇數(shù)采硐示意圖；

圖10為先開采偶數(shù)采硐示意圖；

圖11為確定奇數(shù)采硐寬度的力學(xué)模型示意圖；

圖12為確定偶數(shù)采硐寬度的力學(xué)模型示意圖；

圖13為分層開采結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，圖1至圖5中附圖標(biāo)記與部件名稱之間的對應(yīng)關(guān)系為：

1、邊幫；11、終幫；12、端幫；13、非工作幫；2、直線形煤巷道；21、第一個(gè)直線形煤巷道；22、第二個(gè)直線形煤巷道；23、第三個(gè)直線形煤巷道；24、第四個(gè)直線形煤巷道；25、第五個(gè)直線形煤巷道；3、鉆孔；31、第一個(gè)鉆孔；32、第二個(gè)鉆孔；4、煤柱；5、采坑。

圖6至圖13中附圖標(biāo)記與部件名稱之間的對應(yīng)關(guān)系為：

1、邊幫；11、終幫；12、端幫；13、非工作幫；5、采坑；6、內(nèi)排土場；7、礦產(chǎn)；8、直線型采硐；9、充填物；10機(jī)械化開采設(shè)備；101、膠帶輸送機(jī)；102、底板；103、頂板；箭頭d為露天礦推進(jìn)方向；箭頭e為采礦運(yùn)輸方向；箭頭f為剝離物內(nèi)排方向。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖說明根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

本發(fā)明提供了一種開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法，如圖6-圖10所示，所述礦產(chǎn)7的硬度小于機(jī)械化開采設(shè)備10的截割硬度，包括以下步驟：

步驟10，如圖8所示，將所述露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的各礦層沿著礦產(chǎn)資源的傾向或走向按設(shè)定寬度和高度劃分為若干個(gè)直線型采硐8，并依次編號，編號為奇數(shù)的采硐稱為奇數(shù)采硐，全部奇數(shù)采硐的幾何尺寸相同，編號為偶數(shù)的采硐稱為偶數(shù)采硐，全部偶數(shù)采硐的幾何尺寸相同；

步驟20，如圖7所示，利用所述機(jī)械化開采設(shè)備10掘進(jìn)開采所述直線型采硐，如圖9所示，先掘進(jìn)開采奇數(shù)采硐，或者如圖10所示，先掘進(jìn)開采偶數(shù)采硐，則對應(yīng)地，所述奇數(shù)采硐之間保留偶數(shù)采硐或偶數(shù)采硐之間保留奇數(shù)采硐，作為礦柱以對所述邊幫起支撐作用；且對所述奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐實(shí)行采-充平行作業(yè)，即在前一奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐開采完成后并對后一奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐開采且滿足充填作業(yè)空間要求的同時(shí)，采用充填物對已采奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐依次充填；

所述充填，是指采用填充設(shè)備自開采后的所述直線型采硐8的盡頭向硐口逐漸填充所述充填物9，并壓實(shí)所述充填物9和二次填充所述充填物9，以使所述充填物9凝固成剛性體后的接頂率和壓實(shí)率符合設(shè)計(jì)要求；

步驟30，在步驟20的過程中，當(dāng)兩相鄰奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐內(nèi)的充填物9凝固成強(qiáng)度大于所述礦產(chǎn)礦體強(qiáng)度的剛性體后，利用所述機(jī)械化開采設(shè)備10再掘進(jìn)開采該兩相鄰奇數(shù)采硐之間的偶數(shù)采硐，或者偶數(shù)采硐之間的奇數(shù)采硐，且對后開采的偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐也實(shí)行采-充平行作業(yè)，即在前一偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐開采完成后對后一符合開采條件的偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐開采且滿足充填作業(yè)空間要求的同時(shí)，采用充填物9對已采偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐依次充填；

步驟40，重復(fù)所述步驟20和步驟30，直至全部所述直線型采硐8開采完畢和充填完畢，完成各所述礦層的開采，從而完成所述露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的開采。

本發(fā)明上述的開采新方法，在按照圖8所示將各礦層沿著礦產(chǎn)資源的傾向或走向按設(shè)定寬度和高度劃分為若干個(gè)直線型采硐并依次編號后，可以如圖9所示先開采奇數(shù)采硐，并對已開采的奇數(shù)采硐進(jìn)行依次充填，則在奇數(shù)采硐開采和充填過程中，充填物凝固成剛性體可支撐所述邊幫時(shí)，再依次開采奇數(shù)采硐充填物之間的偶數(shù)采硐，對偶數(shù)采硐同樣采用采-充平行作業(yè)方式，即在采空一個(gè)偶數(shù)采硐并開采下一個(gè)偶數(shù)采硐的同時(shí)，對前一個(gè)被采空的偶數(shù)采硐進(jìn)行充填，如此依次采-充，可在實(shí)現(xiàn)對邊幫壓覆礦產(chǎn)開采的同時(shí)，保證對邊幫的支撐強(qiáng)度，確保不發(fā)生邊幫坍塌和滑坡，安全性和可靠性高。

同樣，如圖10所示，也可以先開采偶數(shù)采硐，同時(shí)對偶數(shù)采硐采用采-充平行作業(yè)方式，然后再對已開采的偶數(shù)采硐進(jìn)行依次充填并在充填物凝固后，再開采偶數(shù)采硐之間的奇數(shù)采硐，對奇數(shù)采硐同樣采用采-充平行作業(yè)方式，如此依次采-充，同樣可在實(shí)現(xiàn)對邊幫壓覆礦產(chǎn)開采的同時(shí)，保證對邊幫的支撐強(qiáng)度、確保不發(fā)生邊幫坍塌和滑坡，同樣也可實(shí)現(xiàn)本申請的發(fā)明目的。

本發(fā)明上述實(shí)施例給出的開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，具有以下積極效果：

①因采用填充設(shè)備自開采后的直線型采硐的盡頭向硐口逐漸填充充填物，并壓實(shí)充填物和二次填充充填物，而非現(xiàn)有技術(shù)在巖層上打孔填充，可以使得充填物的接頂率和壓實(shí)率大幅提高，從而提高對邊幫的支撐強(qiáng)度，減小邊幫坍塌和滑坡的風(fēng)險(xiǎn)；

②因采用先開采奇數(shù)采硐或者偶數(shù)采硐、待充填物凝固成剛性體后再開采偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐，同時(shí)采用采-充平行作業(yè)的方法，則不但提高了對邊幫的支撐強(qiáng)度、減小了邊幫坍塌和滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，且無需保留礦柱、提高了邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率，可使露天礦的邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率近100％，從而降低了露天礦山生產(chǎn)剝采比、延長了露天礦山服務(wù)年限、減少了耕地占用和村莊搬遷、減少了露天礦山開設(shè)數(shù)量、實(shí)現(xiàn)了高效低碳環(huán)保的生產(chǎn)過程，促進(jìn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；

③因本發(fā)明的開采方法對露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率高、基本全部回收了邊幫下一些極易發(fā)火自燃的礦產(chǎn)資源，從而減少了對大氣、環(huán)境的污染；

④本發(fā)明的開采方法，無礦產(chǎn)資源賦存厚度、賦存層間距及傾角的要求，可增大本發(fā)明開采方法的使用范圍；且本發(fā)明開采方法所能開采礦產(chǎn)的硬度可隨機(jī)械化開采設(shè)備截割硬度的提高而提高，從而增大可開采礦產(chǎn)資源的范圍，進(jìn)一步擴(kuò)大了本發(fā)明開采方法開采露天礦的種類。

優(yōu)選地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述直線型采硐8的高度根據(jù)所述機(jī)械化開采設(shè)備10的開采高度確定，如圖11所示，所述奇數(shù)采硐的寬度按照以下式(1)-式(3)確定：



q＝q0+q1+q2+……+qn-1+qn(2)

q0＝hr0，q1＝h1r1，q2＝h2r2……qn-1＝hn-1rn-1，qn＝hnrn(3)

其中，σt為所述礦產(chǎn)的抗拉強(qiáng)度，h為所述礦層的直接頂巖層的厚度，r0為直接頂巖層的容重，hi為直接頂巖層之外第i層老頂巖層的厚度，ri為直接頂巖層之外第i層老頂巖層的容重，l0為奇數(shù)采硐的寬度；λ為系數(shù)，根據(jù)礦層直接頂巖層的強(qiáng)度而定，一般取值0.6-0.9，當(dāng)?shù)V層直接頂巖層的強(qiáng)度較小時(shí)取小值，當(dāng)?shù)V層直接頂巖層的強(qiáng)度較大時(shí)取大值；

如圖12所示，所述偶數(shù)采硐的寬度按照以下式(4)式確定：



其中，a為偶數(shù)采硐寬度；l0為奇數(shù)采硐的寬度；m為采硐的開采高度；h為采硐的開采深度；k為安全系數(shù)。

按照上述方法來確定奇數(shù)采硐和偶數(shù)采硐的寬度，可以進(jìn)一步規(guī)范開采流程、提高開采精度，從而提高開采效率和開采的可靠性。這是申請人研發(fā)出來的確定奇數(shù)采硐和偶數(shù)采硐寬度的優(yōu)選方法。

進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述直線型采硐的開采深度為露天礦邊幫底部至距露天礦礦田邊界以內(nèi)20米處的距離。

直線型采硐的盡頭盡量接近露天礦礦田邊界，即直線型采硐的開采深度盡量大，則盡可能地提高邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率，最大限度地回收礦產(chǎn)資源、提高經(jīng)濟(jì)效益。

優(yōu)選地，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述露天礦的所述礦層厚度大于所述機(jī)械化開采設(shè)備10的開采高度時(shí)，如圖13所示，對所述礦層按照所述開采高度進(jìn)行分層，自下層向上層每層按照所述步驟10-步驟40進(jìn)行開采和充填，且開采上層前將采坑5填平至該層。

在目前現(xiàn)有機(jī)械化開采設(shè)備的開采高度下，當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源厚度小于6.0m時(shí)，采硐高度取礦產(chǎn)資源厚度；當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源厚度大于6.0m時(shí)，采用分層開采回收，采硐的最大開采高度取6.0m，各分層按照從下至上的順序依次充填開采。

該實(shí)施例進(jìn)一步給出的開采方法，可開采礦層厚度為很厚的邊幫壓覆礦產(chǎn)，從而進(jìn)一步提高邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率和本發(fā)明開采方法的適用范圍。

優(yōu)選地，本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，如圖7所示，所述機(jī)械化開采設(shè)備10為具有遠(yuǎn)程控制、導(dǎo)航定位、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的智能化開采設(shè)備，其后部搭接膠帶輸送機(jī)101。

在邊幫壓覆礦產(chǎn)回收過程中采用自動(dòng)化程度高的智能化礦產(chǎn)開采設(shè)備進(jìn)行開采回收，實(shí)現(xiàn)了無人化、安全化生產(chǎn)，極大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)安全性，其后部搭接膠帶輸送機(jī)可對開采出的礦產(chǎn)實(shí)現(xiàn)直線型采硐內(nèi)機(jī)械化遠(yuǎn)程輸送，便于開采礦產(chǎn)的排出。

優(yōu)選地，本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述填充設(shè)備帶有自行走機(jī)構(gòu)和擋料板，所述自行走機(jī)構(gòu)可使所述填充設(shè)備自主進(jìn)入指向性采硐8內(nèi)，所述擋料板可使充填物9堆積并壓實(shí)所述充填物9，且壓實(shí)所述充填物9后可對空出的空間進(jìn)行二次充填所述充填物9。

該實(shí)施例中，可利用自行走機(jī)構(gòu)對采硐進(jìn)行水平式或傾斜式充填、利用擋料板可保證已采采硐內(nèi)充填物的接頂率和壓實(shí)率，從而保證充填的強(qiáng)度，避免現(xiàn)有技術(shù)在邊幫頂部施工鉆孔造成邊幫滑坡、坍塌等礦山地質(zhì)災(zāi)害和安全事故。

優(yōu)選地，本發(fā)明的還一個(gè)實(shí)施例，所述充填物9為采用所述露天礦剝離的矸石、建筑垃圾或者固體廢棄物與水泥、添加劑一起進(jìn)行處理，制成的可通過管路泵送的物料，且所述充填物9凝固后為強(qiáng)度大于開采礦產(chǎn)礦體強(qiáng)度的剛性體。

本發(fā)明對采硐采用泵式充填工藝進(jìn)行充填，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離充填、充填方便；充填材料主要為露天礦山剝離矸石、建筑垃圾或者固體廢棄物與水泥、添加劑的混合物，減少了這些固體廢棄物的排放和堆積，不但節(jié)省處理成本，而且減少了其對大氣、水、土壤等產(chǎn)生的環(huán)境污染。

進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述充填物9在充填站內(nèi)制成，所述充填站可建在所述露天礦的采坑5內(nèi)或者工業(yè)場地內(nèi)。

采用遠(yuǎn)距離泵送式充填，且充填物在充填站內(nèi)制成，則充填站選址靈活、方便，可因地制宜，提高場地的利用效率。

綜上所述，本發(fā)明提供的開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的方法，可高效、安全、智能開采邊幫壓覆礦產(chǎn)的同時(shí)，保證對邊幫的支撐強(qiáng)度，確保不出現(xiàn)邊幫坍塌和滑坡事故，且邊幫壓覆礦產(chǎn)的回收率高，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷、實(shí)現(xiàn)了本專利的發(fā)明目的。

下面以伊金霍洛旗德隆礦業(yè)有限公司(原伊金霍洛旗烏蘭煤礦)的露天煤礦為例，對采用本發(fā)明所述開采方法來開采該露天煤礦邊幫壓覆煤礦加以說明，以對本發(fā)明的開采方法做進(jìn)一步的理解：

伊金霍洛旗德隆礦業(yè)有限公司的露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)，該露天煤礦的井田內(nèi)有很多煤層，本實(shí)施例選用第3、4號煤層來進(jìn)行說明。

露天煤礦礦山移交后，對第3、4層煤礦在露天煤礦邊幫上沿煤礦賦存傾向或走向劃分為若干個(gè)直線采硐，并進(jìn)行依次編號，編號為奇數(shù)的采硐稱為奇數(shù)采硐，全部奇數(shù)采硐的幾何尺寸相同，編號為偶數(shù)的采硐稱為偶數(shù)采硐，全部偶數(shù)采硐的幾何尺寸相同。其中，所述直線型采硐的寬度，按照以下方法來確定：

1、奇數(shù)采硐寬度的確定

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，礦田內(nèi)3號煤層直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，巖層厚度h為1.5～3.0m之間，抗拉強(qiáng)度σt為4.34mpa，容重r為2300n/m3；4號煤層直接頂以細(xì)粒砂巖為主，巖層厚度h為2.0～3.0m之間，抗拉強(qiáng)度σt為5.25mpa，容重r為2650n/m3；

根據(jù)式



可得到3號煤層和4號煤層開采時(shí)奇數(shù)采硐極限懸露跨度即寬度l0：

3號煤層：



即：2.13≤l0≤3.05

4號煤層：



即：2.53≤l0≤3.10

根據(jù)上述計(jì)算，3號煤層奇數(shù)采硐的寬度l0介于2.13m和3.05m之間；4號煤層奇數(shù)采硐的寬度l0介于2.53m和3.10m之間。

2、偶數(shù)采硐寬度的確定

偶數(shù)采硐的寬度按照以下式計(jì)算：



式中：a—偶數(shù)采硐寬度，m；

l0—奇數(shù)采硐寬度，3號煤層取3.05m、4號煤層取3.10m；

m—煤層采高，3號煤層取4.25m、4號煤層取4.22mm；

h—采硐開采深度，3號煤層取平均40m、4號煤等取平均80m；

k—安全系數(shù)，一般取0.5-0.8。

則取值和計(jì)算結(jié)果如下表所示：

3、4號煤層偶數(shù)采硐寬度列表



根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，3號煤層的奇數(shù)采硐寬度為3.05m，偶數(shù)采硐寬度為1.83m；4號煤層的奇數(shù)采硐寬度為3.10m，偶數(shù)采硐寬度為2.89m。

各煤層利用邊幫采煤機(jī)先掘進(jìn)1#采硐至井田邊界附近，1#采硐掘進(jìn)到井田邊界后退出采硐內(nèi)邊幫采煤機(jī)，在邊幫上緊鄰1#采硐留設(shè)偶數(shù)采硐尺寸的2#采硐煤柱對邊坡起支撐作用，同時(shí)在同一延展方向上緊鄰留設(shè)的2#采硐煤柱掘進(jìn)與1#采硐相同尺寸的3#采硐；3#采硐開采完成后退出采硐內(nèi)邊幫采煤機(jī)，在邊幫上緊鄰3#采硐留設(shè)偶數(shù)采硐尺寸的4#采硐煤柱，同時(shí)在同一延展方向上緊鄰留設(shè)的4#采硐煤柱掘進(jìn)與1#采硐相同尺寸的5#采硐，依次類推。

同時(shí)，在采坑內(nèi)或工業(yè)場地內(nèi)建充填站，充填站利用露天煤礦剝離的矸石或建筑垃圾或城市固體廢棄物、水泥、添加劑經(jīng)破碎、攪拌制備成充填物，充填物經(jīng)充填泵通過管路經(jīng)自動(dòng)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)入已采空的奇數(shù)采硐內(nèi)依次進(jìn)行充填。為保證采硐內(nèi)充填物接頂率和壓實(shí)率，行走機(jī)構(gòu)前方安裝自動(dòng)伸縮封口充填擋漿板，擋漿板中上部預(yù)留充填體輸送管道口。通過自行走機(jī)構(gòu)進(jìn)入采硐的充填管路，經(jīng)擋漿板中上部預(yù)留充填物輸送管道口進(jìn)入擋漿板前方充填區(qū)域進(jìn)行充填，充填區(qū)域充填初步完成后，通過擋漿板進(jìn)行第一次擠壓以提高充填物的接頂率和壓實(shí)率，擠壓完成后進(jìn)行二次充填，直至整個(gè)充填區(qū)域充填滿并壓實(shí)。充填時(shí)，采硐外設(shè)遠(yuǎn)程控制、定位系統(tǒng)、安全監(jiān)控及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

采坑內(nèi)各奇數(shù)采硐采用采-充平行作業(yè)方式，即1#采硐開采完成后在3#采硐開采的同時(shí)利用上述充填物對1#采硐進(jìn)行充填，1#采硐充填完成后對3#采硐進(jìn)行充填，3#采硐充填完成后對5#采硐進(jìn)行充填，依次類推。

同時(shí)，5#采硐充填完成后1#、3#采硐已充填完成約2個(gè)月左右，充填物凝固成剛性體，此時(shí)用邊幫采煤機(jī)對1#采硐和3#采硐之間的事先預(yù)留的2#采硐進(jìn)行開采，1#、3#采硐之間的2#采硐開采完成后開采3#、5#采硐之間的4#采硐，依此類推；偶數(shù)采硐也采用采-充平行作業(yè)方式，即在對4#采硐進(jìn)行開采的同時(shí)，對2#已采采硐進(jìn)行充填，2#采硐進(jìn)行充填完成后對4#采硐進(jìn)行充填，依次類推。

最后完成3號煤層的全部直線采硐的開采和充填，完成邊幫壓覆煤礦的3號煤層的開采和回收，而邊幫保持完好，不影響其他施工和作業(yè)。

同樣方法，可完成4號煤層的邊幫壓覆煤礦的開采和回收。

本實(shí)施中，回采率較不充填提升50％，回采率到達(dá)邊幫壓覆量的100％。充填后不會因礦產(chǎn)回收影響邊坡穩(wěn)定，地表保持原貌且該方法能夠開采特厚煤層及多煤層群，最大限度地回收浪費(fèi)的資源，并解決了自然發(fā)火隱患。采后充填量達(dá)采出煤量額85％(每套設(shè)備開采工作每年可充填矸石達(dá)60～80萬m3)，從而達(dá)到“三廢”治理目的，減少固體矸石對環(huán)境的影響和對土壤環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)真正的綠色開采，起到隱患治理的目的，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

該實(shí)施例再次驗(yàn)證了本發(fā)明給出的開采露天礦壓覆礦產(chǎn)的新方法為安全、有效、環(huán)保、回收率高的邊幫壓覆礦產(chǎn)開采方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺陷，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會價(jià)值。

本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“中”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或單元必須具有特定的方向、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此，不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”、“1#”、“2#”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術(shù)語“多個(gè)”指兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本說明書的描述中，術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“具體實(shí)施例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或?qū)嵗?。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種開采露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的新方法，包括：將露天礦邊幫壓覆礦產(chǎn)的各礦層沿著礦體的傾向或走向按設(shè)定寬度和高度劃分為若干個(gè)直線型采硐，并依次編號；利用開采設(shè)備先開采奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐，各奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐之間保留偶數(shù)采硐或奇數(shù)采硐作為礦柱，且對奇數(shù)采硐或偶數(shù)采硐實(shí)行采?充平行作業(yè)，在滿足充填作業(yè)空間后對已采采硐依次充填；當(dāng)兩相鄰采硐內(nèi)的充填物凝固后，再開采該兩相鄰采硐之間的采硐，且對后開采的采硐也實(shí)行采?充平行作業(yè)，直至各礦層及厚礦體多分層的開采充填完畢。本發(fā)明提供的該開采方法，提高了對邊幫的支撐強(qiáng)度，減小了邊幫坍塌和滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，且礦產(chǎn)回收率高，并減少對大氣、土壤等環(huán)境的污染。

技術(shù)研發(fā)人員：宿威俊;孟建華;閆林;蔣紅軍;董輝;張德軍;金曉峰

受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司;伊金霍洛旗德隆礦業(yè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2018.09.20

技術(shù)公布日：2018.12.18