一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿结构与出矿方法与流程

1.本发明属于地下矿床开采领域，具体涉及一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿结构与出矿方法。


背景技术：

2.多层脉状急倾斜薄矿体厚度和倾角在倾向上变化无序，矿脉产状复杂。据统计，目前采用浅孔留矿法对此类矿体回采占比达50.7%。传统的浅孔留矿法回采机械化程度低、人工劳动强度大、安全风险高、采场生产能力小、综合作业成本高。传统的浅孔留矿法一般采用沿脉巷道漏斗放矿，或铲运机加溜井放矿。对于多层脉状矿体，为了控制贫化率，尽可能单脉分采，由此形成多个采场，导致采用沿脉巷道漏斗放矿时漏斗数量多，采切工程量大，构筑成本高，劳动强度大，底柱资源损失浪费；采用铲运机加溜井放矿时虽可不留底柱，但溜井及其辅助斜坡道等工程量大，采场出矿水平较运输水平抬高3~5m，为便于铲运机行走，需施工采区斜坡道，采切成本高，且在长采场结构参数下（采场长度100m以上），铲运机长距离往返运输效率低，能耗高，难以充分发挥机械化作业优势；此外，脉状薄矿体一般沿走向方向变化较大，导致探矿沿脉弯曲布置，轨道铺设难度大，矿车运行效率低。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿结构与出矿方法，能够提高多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿水平，降低采切工程量，节约生产成本。
4.为实现上述目的，本发明提供的一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿结构，将待开采的地下矿体划分为若干个中段，沿矿体走向布置中段运输巷，从所述中段运输巷道垂直于矿体走向布置若干条穿脉巷道贯穿矿体，自一条所述穿脉巷道揭露矿体处沿矿体走向往相邻的穿脉巷道布置一条沿脉拉底巷道，所述沿脉拉底巷道的两端与所述穿脉巷道联通，在相邻的两条所述穿脉巷道间沿矿体下盘布置一条脉外出矿巷道，所述脉外出矿巷道的两端与所述穿脉巷道联通，联通处为出矿处，在所述沿脉拉底巷道与所述脉外出矿巷道之间布置若干条出矿进路，所述脉外出矿巷道两端靠近所述穿脉巷道处，各布置一个出矿辅助斜坡，在所述脉外出矿巷道靠近任一端所述穿脉巷道位置布置一个倒车硐室，所述倒车硐室的出口与同侧最端部的一条所述出矿进路的开口联通。
5.在上述出矿结构中，所述沿脉拉底巷道跟随矿脉走向掘进，作为探矿巷道，同时作为回采集矿巷道；所述脉外出矿巷道作为运矿巷道，设计为平直无轨巷道，提高设备通行效率；所述出矿辅助斜坡用于辅助卸矿；所述倒车硐室用于倒车掉头，设置于出矿进路斜向方向相反的穿脉巷道一侧，即若出矿进路朝左侧斜向布置，则倒车硐室设置于靠近右侧穿脉巷道处；若出矿进路朝右侧斜向布置，则倒车硐室设置于靠近左侧穿脉巷道处，倒车硐室出口与同侧最端部的一条出矿进路的开口联通，便于同侧出矿进路内的铲运机倒车掉头。
6.进一步地，相邻的所述穿脉巷道之间相距100~200m。
7.进一步地，所述脉外出矿巷道与沿脉拉底巷道距离8~12m。
8.进一步地，所述出矿进路与所述脉外出矿巷道呈45
°
~70
°
夹角，相邻出矿进路间相距8~10m。
9.进一步地，所述倒车硐室与相近的所述穿脉巷道之间留3~5m岩柱，保证倒车硐室的安全稳定性；倒车硐室的长轴方向与所述脉外出矿巷道呈90
°
直角，倒车硐室的长度与铲运机全长之差≥0.6m，宽度与铲运机宽度之差≥1.2m，高度与铲运机高度之差≥0.6m。
10.进一步地，所述出矿辅助斜坡的坡度控制在5~10%，使用废石或木板垫成。
11.对于薄矿体开采，一般采用小型铲运机出矿，小型铲运机铲斗的卸矿高度一般低于最小的常用矿车的受矿高度，因此需采用出矿辅助坡道实现铲运机给矿车直接装矿，在脉外出矿巷道两端靠近穿脉口的位置，采用废石或木板垫成一个出矿辅助斜坡，使铲运机向矿车卸矿时铲斗抬高，完成卸矿；所述出矿辅助斜坡的坡度控制在5~10%，假设出矿辅助斜坡水平长度l，坡度β，铲运机最大卸矿高度h1，矿车受矿高度h2，则应满足以下条件：l
×
tanβ+h1
‑ꢀ
h2≥0.1m。
12.进一步地，在所述沿脉拉底巷道两端靠近所述穿脉巷道处，分别设置一处端部柔性隔墙，所述端部柔性隔墙与同侧最近的一条所述出矿进路相距2~3m，所述端部柔性隔墙包括钢骨架、防护网和柔性隔层，所述钢骨架插入所述沿脉拉底巷道周边的岩石中固定；所述防护网绑定在所述钢骨架上，通过锚定在巷道岩石内的挂钩固定在沿脉拉底巷道内；所述柔性隔层绑定在所述防护网朝采场内一侧，其作用为采场回采时将崩落矿岩隔离在沿脉拉底巷道内，不使矿岩散体坍落进入穿脉巷道，影响矿车运输和人员通行，同时保证两端人行通风天井底部进出口安全空间。
13.所述钢骨架端部应插入岩石深度不少于300mm；所述防护网网度不大于300mm
×
300mm，相邻的所述挂钩间距不超过300mm，挂钩锚入巷道岩石内深度不低于300mm。
14.进一步地，所述钢骨架材料为工字钢。
15.进一步地，所述防护网为钢筋网或柔性网，其中，所述柔性网可选择为钢丝绳网、尼龙绳网、聚酯纤维柔性网的一种或几种。
16.进一步地，所述柔性隔层为柔性材料，可采用土工布、麻袋、泡沫板、废弃风筒带等材料，具有一定的让压效果，能够经受矿石侧压力和爆破振动的影响。
17.基于同一发明构思，本发明还提供一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿方法，包括如下步骤：s1，采用上述出矿结构，构建无底柱平底出矿结构；s2，开始采场上采和崩矿，矿石落入所述沿脉拉底巷道；s3，采场布置有铲运机与矿车组作为出矿设备，所述矿车组进入采场两端任意一条的所述穿脉巷道，停靠在其与所述脉外出矿巷道的出矿处准备受矿；s4，铲运机进入所述脉外出矿巷道，进入所述出矿进路装矿，以中央位置为界，左右两侧出矿采用不同方式：s4.a，与所述出矿进路斜向方向相同一侧，铲运机在出矿进路中前行装矿，然后后退转弯至脉外出矿巷道中，再沿脉外出矿巷道前行至出矿处，利用所述出矿辅助斜坡往矿车上卸矿，完成卸矿后再次进入出矿进路开始下一次装矿作业；s4.b，与出矿进路斜向方向相反一侧，铲运机先在出矿进路中前行装矿，然后后退
转弯进入脉外出矿巷道，继续后退行驶至端部倒车硐室，再前行完成掉头，前行至出矿处，利用所述出矿辅助斜坡往矿车上卸矿，完成卸矿后再次倒退进入倒车硐室，掉头向出矿进路斜向方向驶出，进入出矿进路开始下一次装矿作业；s5，计算铲运机在每条进路每天的出矿次数，保证各条出矿进路中出矿均匀，保持采场内矿堆表面均匀沉降；s6，采场回采结束后，完成大量放矿；s7，采用遥控铲运机对沿脉拉底巷道内的三角矿堆进行回收，完成全部出矿工作。
18.上述步骤s3中，选择的矿车车斗容积与铲运机斗容尽量保持相当，即铲运机一斗矿石，刚好装满一辆矿车；步骤s4（s4.a、s4.b）中卸矿时，铲运机开上由废石或木板垫成的出矿辅助斜坡，利用斜坡坡度使铲运机铲斗抬高，此时的铲斗最大卸矿高度应高于矿车受矿高度0.1~0.3m，顺利完成卸矿；步骤s5中，为保持采场内矿堆表面均匀沉降，铲运机在各条出矿进路中均匀出矿，铲运机在每条出矿进路每天出矿次数按以下方式计算；假设浅孔留矿法综合生产能力为q（t/d），矿岩平均体重k（t/m3），矿岩松散系数a，铲运机和矿车斗容均为w（m3），车辆满斗装载系数b，出矿进路数量n条，采场每天出矿量为a（m3/d），铲运机每次铲装矿石量为b（m3/次），每条进路每天需要出矿次数为c（次/d）。则有：采场每天出矿量a=q/k
×
a（m3/d）；铲运机每次铲装矿石量b=w
×
b（m3/次）；每条进路每天出矿次数c=（q/k
×a×
n）/（w
×
b）（次/d）；按照以上方法计算每条进路出矿量和出矿次数，可以保证采场均匀放矿，矿堆表面尽量平整，提高采场作业效率。
19.与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：（1）解决了铲运机出矿需配套溜井和辅助斜坡道的难题，减少了采切工程，降低了生产成本，提高了采切效率；（2）实现了无底柱平底结构铲运机出矿，不留底柱，矿石损失率由15%降低到5%；（3）取消了传统放矿漏斗，减少了采切工程，降低了劳动强度，铲运机出矿可适当扰动结拱散体，有利于流态化放矿，减少卡堵事故；（4）对于长采场出矿，矿车从两端穿脉分别出矿，避免了铲运机长距离倒运作业，大幅提高了出矿效率，降低了司机操作劳动强度；（5）根据采场生产能力与矿石性质，合理分配每条进路出矿次数，实现采场均匀放矿，提高了采场内矿堆表面平整性，减少了平场作业工作量，提高了采场综合生产能力、生产效率和安全保证。
20.说明书附图图1为本发明一个实施例中的出矿结构俯视示意图。
21.图2为本发明一个实施例的出矿结构中端部柔性隔墙断面配置示意图。
22.图3为本发明一个实施例的出矿方法中第二穿脉巷道装矿示意图。
23.图4为本发明一个实施例的出矿方法中第一穿脉巷道装矿示意图。
24.图5为本发明一个实施例的出矿方法中铲运机通过辅助斜坡给矿车装矿示意图。
25.图中：1-脉外出矿巷道；2-出矿进路；3-沿脉拉底巷道；4-倒车硐室；5-人行通风天井；6-端部柔性隔墙；701-第一穿脉巷道；702-第二穿脉巷道；8-矿脉；9-矿车组；10-铲运
机；11-出矿辅助斜坡；12-钢骨架；13-防护网；14-挂钩。
具体实施方式
26.以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
27.实施例1在本实施例中，广西某钨锡矿山，其矿体平均厚度0.4m，倾角80
°
，矿体多层产出，属于典型多层脉状急倾斜极薄矿体，选用1m3电动铲运机10出矿，铲运机10长度5800mm，宽度1300mm，驾驶棚高2000mm，配套1m3矿车组9运矿，矿车长度2140mm，宽度1100mm，高度1200mm；采用本发明提供的一种多层脉状急倾斜薄矿体的机械化出矿结构与出矿方法进行试采作业。参考图1至图5，本实施例中的出矿结构与出矿方法包括以下步骤：s1，形成无底柱平底出矿结构；将待开采的地下矿体划分为若干个中段，沿矿体走向布置中段运输巷，从中段运输巷道垂直于矿体走向布置两条穿脉巷道贯穿矿脉8，分别为第一穿脉巷道701和第二穿脉巷道702，两条穿脉巷道（701、702）间距100m；自第一穿脉巷道701揭露矿体处沿矿体走向往第二穿脉巷道702掘进一条沿脉拉底巷道3，沿脉拉底巷道3的两端与两条穿脉巷道（701、702）联通；距离沿脉拉底巷道3外8m处沿矿体下盘布置一条脉外出矿巷道1，脉外出矿巷道1的两端与两条穿脉巷道（701、702）联通，设置联通处为出矿处；在沿脉拉底巷道3与脉外出矿巷道1之间布置11条出矿进路2，出矿进路2与脉外出矿巷道1呈70
°
夹角，出矿进路2斜向方向朝第二穿脉巷道702，相邻出矿进路2之间间距8m；在脉外出矿巷道1两端靠近两条穿脉巷道（701、702）处，采用废石各垫成一个出矿辅助斜坡11，辅助铲运机10向矿车卸矿时抬高铲斗，完成卸矿，根据计算，斜坡11坡度为6%，铲运机10铲斗抬高后高度1.3m，比矿车受矿高度高0.1m。
28.在脉外出矿巷道1靠近第一穿脉巷道701位置掘进一个倒车硐室4，倒车硐室4的出口与同侧最端部的一条出矿进路2的开口联通，其长轴方向与脉外出矿巷道1呈90
°
直角，倒车硐室4与穿脉巷道之间留5m岩柱，倒车硐室4长度6400mm，硐室宽度2500mm，硐室高度2600mm。
29.在沿脉拉底巷道3靠近两端穿脉处分别设置端部柔性隔墙6，距离最近一条出矿进路2距离2m，将崩落矿岩隔离在沿脉拉底巷道3内，防止矿岩散体坍落进入穿脉巷道，影响矿车运输和人员通行，同时保证两端人行通风天井5底部进出口安全空间。
30.端部柔性隔墙6采用横向和纵向各两根工字钢制成钢骨架12，工字钢两端插入岩石深度300mm；防护网13采用全断面钢筋网，钢筋网网度100mm
×
100mm，采用铁丝将钢筋网绑扎在钢骨架12上，使用挂钩14将钢筋网边缘固定在沿脉拉底巷道3内，相邻挂钩14间距300mm，挂钩14锚入巷道岩石内深度300mm，柔性隔层采用麻袋和废旧风筒带等材料，使用铁丝绑定在钢筋网朝采场内侧。柔性隔层具有一定的让压效果，能够经受矿石侧压力和爆破振动的影响。
31.s2，开始采场上采和崩矿，矿石落入沿脉拉底巷道3；
s3，矿车组9先进入第二穿脉巷道702，停靠在其与脉外出矿巷道1的出矿处准备受矿；s4，铲运机10进入脉外出矿巷道1，进入出矿进路2装矿，以中央位置为界，左右两侧出矿采用不同方式：s4.a，先开始第二穿脉巷道702侧的出矿，铲运机10在出矿进路2中前行装矿，然后后退转弯至脉外出矿巷道1中，再沿脉外出矿巷道1前行至出矿处，利用出矿辅助斜坡11往矿车上卸矿，完成卸矿后再次进入出矿进路2开始下一次装矿作业；s4.b，完成第二穿脉巷道702侧出矿后，矿车组9进入第一穿脉巷道701，停靠在其与脉外出矿巷道1的出矿处准备受矿；铲运机10开始第一穿脉巷道701侧的出矿作业，铲运机10先在出矿进路2中前行装矿，然后后退转弯进入脉外出矿巷道1，继续后退行驶至端部倒车硐室4，再前行完成掉头，前行至出矿处，利用出矿辅助斜坡11往矿车上卸矿，完成卸矿后再次倒退进入倒车硐室4，掉头向出矿进路2斜向方向驶出，进入出矿进路2开始下一次装矿作业；s5，铲运机10在各条出矿进路2中均匀出矿，保持采场内矿堆表面均匀沉降；每条进路每天出矿次数按以下方式计算；采场综合生产能力为150（t/d），矿岩平均体重2.7（t/m3），矿岩松散系数1.6，铲运机10和矿车斗容均为1.0（m3），车辆满斗装载系数0.85，出矿进路2数量11条，采场每天出矿量为88（m3/d），铲运机10每次铲装矿石量为0.85（m3/次），每条进路每天需要出矿次数为9.3（次/d），根据现场出矿情况，每条进路出矿次数可控制在9~10次；s6，采场回采结束后，完成大量放矿；s7，采用遥控铲运机10对沿脉拉底巷道3内的三角矿堆进行回收，完成全部出矿工作。
32.本实施例中，采场的综合生产能力可达到150t/d，贫化率60%，损失率5%，在100m长的脉外出矿巷道1中，铲运机10往两端穿脉巷道分别均匀出矿，避免了铲运机10长距离往返作业，提高了出矿效率。
33.对比例1广西某钨锡矿山，其矿体平均厚度0.4m，倾角80
°
，矿体多层产出，属于典型多层脉状急倾斜极薄矿体，采用传统人工作业的浅孔留矿法进行采出矿：留设底柱5m，采用木制+混凝土漏斗作为出矿结构，矿车组在沿脉运输巷道中装矿。漏斗间距5m，共计19个，单个漏斗施工时间平均3天，需采用手工风动钻机施工，劳动强度极大。由于经常发生矿石结拱卡漏现象，且矿车组在沿脉巷道中占据大部分空间，工人处理难度大，效率低，采场综合生产能力不足70t/d，矿石损失率15%。
34.由对比例1与实施例1可得，采用本发明提供的一种多层脉状急倾斜薄矿体的机械化出矿结构与出矿方法，极大地提高了出矿机械化水平、采场综合生产能力，同时有效降低了矿石损失率、工人劳动强度和安全风险。
35.上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围。

技术特征：
1.一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿结构，将待开采的地下矿体划分为若干个中段，沿矿体走向布置中段运输巷，从所述中段运输巷道垂直于矿体走向布置若干条穿脉巷道贯穿矿体，自一条所述穿脉巷道揭露矿体处沿矿体走向往相邻的穿脉巷道布置一条沿脉拉底巷道，所述沿脉拉底巷道的两端与所述穿脉巷道联通，在相邻的两条所述穿脉巷道间沿矿体下盘布置一条脉外出矿巷道，所述脉外出矿巷道的两端与所述穿脉巷道联通，联通处为出矿处，在所述沿脉拉底巷道与所述脉外出矿巷道之间布置若干条出矿进路，其特征在于，所述脉外出矿巷道两端靠近所述穿脉巷道处，各布置一个出矿辅助斜坡，在所述脉外出矿巷道靠近任一端所述穿脉巷道位置布置一个倒车硐室，所述倒车硐室的出口与同侧最端部的一条所述出矿进路的开口联通。2.根据权利要求1所述的出矿结构，其特征在于，相邻的所述穿脉巷道之间相距100~200m。3.根据权利要求1所述的出矿结构，其特征在于，所述脉外出矿巷道与沿脉拉底巷道距离8~12m。4.根据权利要求1所述的出矿结构，其特征在于，所述出矿进路与所述脉外出矿巷道呈45
°
~70
°
夹角，相邻出矿进路间相距8~10m。5.根据权利要求1所述的出矿结构，其特征在于，所述倒车硐室与相近的所述穿脉巷道之间留3~5m岩柱，其长轴方向与所述脉外出矿巷道呈90
°
直角，所述倒车硐室的尺寸大于铲运机尺寸，优选地，倒车硐室与铲运机长度之差≥0.6m，宽度之差≥1.2m，高度之差≥0.6m。6.根据权利要求1所述的出矿结构，其特征在于，所述出矿辅助斜坡的坡度控制在5~10%，使用废石或木板垫成。7.根据权利要求1所述的出矿结构，其特征在于，在所述沿脉拉底巷道两端靠近所述穿脉巷道处，各设置一处端部柔性隔墙，分别与同侧最近的一条所述出矿进路相距2~3m；所述端部柔性隔墙包括钢骨架、防护网和柔性隔层，所述钢骨架插入所述沿脉拉底巷道周边的岩石中固定；所述防护网绑定在所述钢骨架上，通过锚定在巷道岩石内的挂钩固定在沿脉拉底巷道内；所述柔性隔层绑定在所述防护网朝采场内一侧。8.根据权利要求7所述的出矿结构，其特征在于，所述钢骨架材料为工字钢；所述防护网为钢筋网或柔性网；所述柔性隔层为柔性材料。9.一种多层脉状急倾斜薄矿体机械化出矿方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，构建如权利要求1~8任一项的出矿结构；s2，开始采场上采和崩矿，矿石落入所述沿脉拉底巷道；s3，采场布置有铲运机与矿车组作为出矿设备，所述矿车组进入采场两端任意一条的所述穿脉巷道，停靠在其与所述脉外出矿巷道的出矿处准备受矿；s4，铲运机进入所述脉外出矿巷道，进入所述出矿进路装矿，以中央位置为界，左右两侧出矿采用不同方式：s4.a，与所述出矿进路斜向方向相同一侧，铲运机在出矿进路中前行装矿，然后后退转弯至脉外出矿巷道中，再沿脉外出矿巷道前行至出矿处，利用所述出矿辅助斜坡往矿车上卸矿，完成卸矿后再次进入出矿进路开始下一次装矿作业；s4.b，与出矿进路斜向方向相反一侧，铲运机先在出矿进路中前行装矿，然后后退转弯进入脉外出矿巷道，继续后退行驶至端部倒车硐室，再前行完成掉头，前行至出矿处，利用
所述出矿辅助斜坡往矿车上卸矿，完成卸矿后再次倒退进入倒车硐室，掉头向出矿进路斜向方向驶出，进入出矿进路开始下一次装矿作业；s5，计算铲运机在每条进路每天的出矿次数，保证各条出矿进路中出矿均匀，保持采场内矿堆表面均匀沉降；s6，采场回采结束后，完成大量放矿；s7，采用遥控铲运机对沿脉拉底巷道内的三角矿堆进行回收，完成全部出矿工作。

技术总结
本发明公开了一种多层脉状急倾斜薄矿体的机械化出矿结构与出矿方法，将矿体划分为若干个中段，沿矿体走向布置中段运输巷道，从中段运输巷道垂直于矿体走向布置若干条穿脉巷道，在相邻两条穿脉巷道间自揭露矿体处沿矿体走向布置沿脉拉底巷道，以及沿矿体下盘布置脉外出矿巷道，沿脉拉底巷道与脉外出矿巷道的两端均与穿脉巷道联通，在沿脉拉底巷道与脉外出矿巷道之间布置若干条出矿进路，在脉外出矿巷道两端靠近穿脉巷道处，各布置一个出矿辅助斜坡，在脉外出矿巷道靠近任一端穿脉巷道处布置一个倒车硐室，用于铲运机倒车掉头。采用本发明的出矿结构及出矿方法，可以减少采切工程量，降低生产成本和劳动强度，提高了采切效率和采场综合生产能力。和采场综合生产能力。和采场综合生产能力。


技术研发人员：刘福春 张军 朱建国 熊有为 谢庆旭 雷显权 刘恩彦 李冬萍 李恺钦 刘少银
受保护的技术使用者：长沙有色冶金设计研究院有限公司 中国有色矿业集团有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/16