本實(shí)用新型涉及礦山開采充填技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種氣柱預(yù)留空間的進(jìn)路膠結(jié)充填采礦裝置。

背景技術(shù)：

進(jìn)路充填采礦法是采用掘進(jìn)巷道的方式回收礦體，采場回采完畢后對巷道進(jìn)行接頂充填以控制周圍礦巖。由于進(jìn)路斷面一般不大，頂板跨度小，可有效維護(hù)采場的穩(wěn)定性，保證回采作業(yè)安全，且進(jìn)路布置靈活，可用于回收不良礦巖條件下的復(fù)雜礦體，采礦貧化率低、回收率高。但因回采工作面較小、工藝復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、采場綜合生產(chǎn)能力相對較小，該方法僅適用于礦巖極不穩(wěn)固、礦石品位高、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的礦體。

進(jìn)路充填采礦技術(shù)在我國有色金屬、黃金礦山獲得了廣泛應(yīng)用，按照回采順序不同，進(jìn)路充填法可分為下向進(jìn)路充填法和上向進(jìn)路充填法，其中下向進(jìn)路充填法自上而下逐層開采，上分層的充填體作為下分層進(jìn)路的人工頂板，人員及設(shè)備在充填體保護(hù)下作業(yè)。上向進(jìn)路采礦法則自下往上逐層開采，下分層的充填體是本分層開采的進(jìn)路底板。常用的進(jìn)路回采斷面形式有正方形、矩形等，回采工藝包括鑿巖、裝藥、爆破、通風(fēng)、出礦、支護(hù)(如果是上向進(jìn)路采礦)，該進(jìn)路回采結(jié)束后，架設(shè)充填管、砌筑充填擋墻并充填，而后回采相鄰進(jìn)路或按照隔一采一等方式回采。

以金川二礦區(qū)為例，采礦工藝闡述如下：從鉛垂向來說：開采中段高100m，一個(gè)中段劃分為5個(gè)分段，每個(gè)分段又分成5個(gè)分層。從水平方向來說，由于礦體沿走向長約800m，因此沿走向?qū)⒌V體按每100m劃分一個(gè)盤區(qū)，一個(gè)盤區(qū)內(nèi)又劃分為若干采區(qū)，在采區(qū)內(nèi)以進(jìn)路方式進(jìn)行采礦。進(jìn)路一般長為60m，斷面為寬×高＝5m×4m。采完一條進(jìn)路后立即充填，采用隔一采一的回采模式，當(dāng)回采完本層所有礦體后，再回采其下一分層的礦體。

以金川二礦為例，進(jìn)路式采礦工藝存在問題如下：(1)采礦工藝類似巷道掘進(jìn)，只有一個(gè)自由面，爆破時(shí)受到周圍巖體或充填體較大夾制力，每個(gè)工作面(20m²)要求的炮孔數(shù)目一般在50個(gè)以上，且炸藥單耗高、爆破效率低、采礦效率低，目前的爆破進(jìn)尺僅為2.2-2.5m，爆破效率約為80％左右，這是導(dǎo)致進(jìn)路式采礦生產(chǎn)能力低的其中一個(gè)關(guān)鍵原因。(2)礦體和相鄰充填進(jìn)路充填體緊密接觸，爆破會對充填體造成破壞，充填體混入礦石造成礦石貧化，綜合效益差；(3)由于夾制力大而裝填過多的炸藥，導(dǎo)致爆破對充填體的破壞較大，顯著影響了充填體的穩(wěn)定性。(4)接觸充填體的部分礦石有時(shí)不能被爆破下來，造成礦石損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了改進(jìn)現(xiàn)行進(jìn)路采礦工藝存在的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型提供一種氣柱預(yù)留空間的進(jìn)路膠結(jié)充填采礦裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：用固定繩將氣柱預(yù)先固定在待充填的進(jìn)路中(靠近待開采礦體一側(cè))，之后充填該進(jìn)路，在開采相鄰進(jìn)路時(shí)，前述預(yù)留于充填體中的氣柱形成的空間可以作為該相鄰進(jìn)路礦體回采時(shí)的爆破自由空間，能夠極大的提高爆破效率，降低鑿巖、爆破成本。該氣柱式采礦方法可用于下向或上向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。

本實(shí)用新型裝置包括氣柱、固定機(jī)構(gòu)和輔助裝備，其中，氣柱包括氣囊、充放氣閥、安全閥和卡扣，固定機(jī)構(gòu)包括固定繩、膨脹螺絲或錨桿，輔助裝備包括空壓機(jī)和連接管；固定機(jī)構(gòu)的固定繩將氣柱固定在進(jìn)路側(cè)幫，防止充填過程中氣柱跑偏，輔助裝備為氣柱的氣囊充氣；充放氣閥和安全閥設(shè)置在氣囊上，氣囊上設(shè)置上下兩排卡扣，卡扣將氣囊固定在固定繩上。

其中，充放氣閥包括充氣閥、閥體、止氣帶和止氣塞，止氣塞插入閥體，在放氣時(shí)，止氣塞拔出閥體；充放氣閥在充填前完成氣囊的充氣作業(yè)，在回收氣囊時(shí)放出氣囊內(nèi)的空氣(如果發(fā)生特殊情況需要回收)，其中充氣閥結(jié)構(gòu)與自行車輪胎充氣結(jié)構(gòu)類似，充氣時(shí)將與空壓機(jī)相連的充氣端頭卡在充氣閥上，高壓氣體通過充氣閥、閥體、止氣帶進(jìn)入氣囊；止氣帶是彈性橡膠材質(zhì)，高壓氣體可以進(jìn)入氣囊，但氣囊的氣體無法自充氣閥外泄；止氣塞的作用是氣囊中充氣后，能夠阻止氣體的外泄，在特殊需要放出氣囊中的氣體時(shí)可以拔下止氣塞；安全閥的作用是一旦注入氣囊的壓力超過其極限承載壓力時(shí)，該安全閥自動開始泄壓，防止由于設(shè)備故障等各種事故導(dǎo)致氣囊意外破損。

氣囊為柔性不透氣材料，充入氣體膨脹后的單個(gè)氣囊的尺寸可根據(jù)需要制作，氣囊的形狀即預(yù)留空間的形狀，可制作為長方體，也可以制作為半圓體等結(jié)構(gòu)，單個(gè)氣囊垂直于進(jìn)路軸向方向的斷面尺寸(即高×厚)以能夠滿足爆破掏槽所需補(bǔ)償空間即可，單個(gè)氣囊沿走向方向的長度，以方便運(yùn)搬、架設(shè)為核心，可以采取如下幾種：方式一：單個(gè)氣囊長度約為1.0m左右，其優(yōu)點(diǎn)是其中一個(gè)氣囊破損，影響范圍有限，但該方式架設(shè)相對復(fù)雜，氣柱生產(chǎn)成本也相對較高；方式二：單個(gè)氣囊長數(shù)米，或十余米，其優(yōu)點(diǎn)是架設(shè)方便、氣柱生產(chǎn)成本較低，缺點(diǎn)是一旦氣柱某處破損導(dǎo)致泄氣，則影響范圍相對較大。此外，為保證氣囊充氣后達(dá)到預(yù)期的形狀，氣囊內(nèi)部可暗設(shè)拉筋，或者由并排的小氣柱組成。此外，氣柱可以用塑料泡沫等低強(qiáng)度材料替換，用固定鋼絲繩直接固定于進(jìn)路側(cè)幫，此時(shí)，無需充放氣閥和安全閥等附屬裝置。

固定繩為鋼絲繩或鐵絲，固定繩通過膨脹螺絲或錨桿固定在礦體側(cè)幫。

使用該裝置進(jìn)行充填采礦，采用氣柱或者泡沫塑料等低密度材料預(yù)先置于待充填采場內(nèi)，之后對該采場進(jìn)行充填，以上次預(yù)置材料充填以后形成的預(yù)留空間，作為相鄰采礦爆破時(shí)的爆破自由空間，具體方法為：

(一)架設(shè)氣柱：靠未采礦體一側(cè)，自進(jìn)路一端開始，向進(jìn)路末端沿進(jìn)路軸向方向架設(shè)兩根固定繩，兩根固定繩的間距與氣柱上下排卡扣的間距相同，固定繩緊貼進(jìn)路側(cè)幫；將第一個(gè)氣柱的卡扣卡于固定繩上，并依次按如上方法架設(shè)第二個(gè)、第三個(gè)、直至最后一個(gè)氣柱，形成自進(jìn)路一端至另一端的氣柱串，每個(gè)氣柱之間靠緊；當(dāng)所有氣柱架設(shè)完畢后，通過輔助裝備對氣囊實(shí)施充氣；或采用泡沫塑料等低強(qiáng)度材料代替氣囊，用固定鋼絲繩直接固定于進(jìn)路側(cè)幫；

(二)充填、采礦：氣柱架設(shè)充氣完畢后，架設(shè)充填擋墻和充填管，對進(jìn)路實(shí)施充填；相鄰的進(jìn)路采礦時(shí)，仍然按照傳統(tǒng)進(jìn)路式采礦的鑿巖、裝藥、爆破、通風(fēng)、出礦、支護(hù)(如果是上向進(jìn)路)等工序循環(huán)進(jìn)行，在炮孔布孔時(shí)，傳統(tǒng)的進(jìn)路采礦，一般在進(jìn)路中心布置掏槽眼，但本實(shí)用新型中以進(jìn)路充填時(shí)氣柱預(yù)留的空區(qū)作為本條進(jìn)路爆破自由面，按照側(cè)向崩礦的方式布置炮孔裝藥和實(shí)施爆破，可大幅度提高爆破效率，降低鑿巖、爆破成本。

(三)當(dāng)本條進(jìn)路礦體全部回采完畢后，按上述(一)、(二)步驟開采其他相鄰進(jìn)路。

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

該方法不僅具有進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法進(jìn)路布置靈活、采礦回收率高、適用于復(fù)雜破碎貴金屬礦體膠結(jié)充填采礦的優(yōu)勢，并且由于預(yù)留了良好的爆破自由空間，克服了傳統(tǒng)的進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法鑿巖工作量大、爆破及采礦效率低、生產(chǎn)能力小、綜合成本高的弊病。具體優(yōu)點(diǎn)為：(1)采用氣柱作為相鄰進(jìn)路的預(yù)留爆破自由空間，可以大幅度提高爆破效率和采礦效率；(2)由于爆破自由空間大，爆破的夾制力減小，可以大幅度降低炸藥消耗；(3)由于爆破自由空間大幅度提高，可以減少炮眼的布置，也有利于降低釬桿、釬頭的消耗，縮短鑿巖時(shí)間，并提高總采礦循環(huán)的總時(shí)間，提高了產(chǎn)能；(4)由于裝藥量的減少和減少了對充填體的破壞，還可以有效維護(hù)充填體的穩(wěn)定性，有利于采場回采作業(yè)的安全。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的氣柱預(yù)留空間的進(jìn)路膠結(jié)充填采礦裝置氣柱架設(shè)完畢后的采礦進(jìn)路縱剖面圖；

圖2為本實(shí)用新型的氣柱架設(shè)完畢后的采礦進(jìn)路橫剖面圖；

圖3為本實(shí)用新型的氣柱結(jié)構(gòu)主視圖；

圖4為本實(shí)用新型的氣柱結(jié)構(gòu)左視圖；

圖5為本實(shí)用新型的氣柱結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖6為本實(shí)用新型的充放氣閥結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實(shí)用新型的固定繩架設(shè)完畢后的采礦進(jìn)路縱剖面圖；

圖8為本實(shí)用新型的充填完畢后的進(jìn)路橫剖面圖；

圖9為本實(shí)用新型的氣柱預(yù)留的采礦進(jìn)路爆破順序示意圖。

其中：1-固定繩；2-氣囊；3-充放氣閥；4-安全閥；5-卡扣；6-充填體；7-進(jìn)路；8-充填擋墻；9-充填管；10-炮孔；31-充氣閥；32-閥體；33-止氣帶；34-止氣塞。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型針對現(xiàn)行進(jìn)路采礦工藝存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種氣柱預(yù)留空間的進(jìn)路膠結(jié)充填采礦裝置。

如圖1和圖2所示，通過氣柱架設(shè)完畢后的采礦進(jìn)路剖面圖可以看出，本實(shí)用新型裝置包括氣柱、固定機(jī)構(gòu)和輔助裝備，其中，如圖3、圖4和圖5所示，氣柱包括氣囊2、充放氣閥3、安全閥4和卡扣5，固定機(jī)構(gòu)包括固定繩1、膨脹螺絲或錨桿，輔助裝備包括空壓機(jī)和連接管；固定機(jī)構(gòu)的固定繩1將氣柱固定在進(jìn)路7側(cè)幫，輔助裝備為氣柱的氣囊2充氣；充放氣閥3和安全閥4設(shè)置在氣囊2上，氣囊2上設(shè)置上下兩排卡扣5，卡扣5將氣囊2固定在固定繩1上。

如圖6所示，充放氣閥3包括充氣閥31、閥體32、止氣帶33和止氣塞34，止氣塞34插入閥體32，在放氣時(shí)，止氣塞34拔出閥體32。

采用該裝置的具體實(shí)施例如下：

氣囊2材質(zhì)為丁基橡膠或其他柔性不透氣材料，厚度為2-3mm左右，所能承受的壓力大于0.12MPa，完全能夠滿足充填料漿在整個(gè)充填過程中對其所產(chǎn)生的壓力要求；氣囊2內(nèi)部可沿厚度方向暗設(shè)拉筋，以保證氣柱在充氣狀態(tài)下，能保持設(shè)計(jì)的外形。氣柱的尺寸以能夠滿足爆破掏槽所需補(bǔ)償空間即可，其中氣柱沿進(jìn)路7軸向方向的長度，以方便運(yùn)搬、架設(shè)為佳。以金川二礦為例，進(jìn)路7規(guī)格(寬×高)為5m×4m，則單個(gè)氣柱高×長×厚為0.5m×2m×0.2m，上下排卡扣5間距為0.4m；根據(jù)進(jìn)路7的不同長度，可以自由調(diào)節(jié)氣柱的個(gè)數(shù)；懸掛氣柱至固定繩1(直徑可采用φ2-3mm的鋼絲繩)上的裝置為氣柱上下兩排若干卡扣5，待上、下兩根固定繩1架設(shè)于進(jìn)路7側(cè)幫時(shí)，將上述卡扣5分別卡在這兩根固定繩1上即可；充放氣閥3為塑料材質(zhì)閥，其中充氣閥31類似于自行車輪胎充氣的機(jī)構(gòu)，可將空壓機(jī)及其管線和與之相連接的卡嘴與充氣閥31相連實(shí)施充氣，止氣帶33具有空氣單向流動功能，充放氣閥3上設(shè)計(jì)有一個(gè)圓錐形結(jié)構(gòu)的止氣塞34，可在必要時(shí)拔出以排出氣囊2內(nèi)的空氣；安全閥4為單向閥，當(dāng)氣囊2內(nèi)壓力超過0.12MPa時(shí)，自動開啟，壓力降至0.10MPa以下，自動閉合，采用常規(guī)安全閥4的結(jié)構(gòu)即可；氣柱固定機(jī)構(gòu)核心為兩根靠近待開采礦體一側(cè)、置于巷道中部附近、沿巷道軸向敷設(shè)的固定繩1，上下固定繩1的間距與氣柱上下排卡扣5的間距相同。固定繩1可通過在巷道側(cè)幫安裝直徑6-8mm的膨脹螺絲以固定；空壓機(jī)和連接管的規(guī)格應(yīng)與充放氣閥3、空壓機(jī)相配套，可采用C20(DLT0206)型的空壓機(jī)。

此外，也可以選擇用泡沫塑料等低強(qiáng)度材料代替氣囊，該泡沫塑料等低強(qiáng)度材料的外形大致與氣囊相似，用固定鋼絲繩直接固定于進(jìn)路側(cè)幫，以作為相鄰采礦進(jìn)路爆破的自由面，可省去氣囊及充氣裝置等其它部分。

應(yīng)用該裝置具體步驟為：

(一)架設(shè)氣柱：靠未采礦體一側(cè)，自進(jìn)路7一端開始，向進(jìn)路7末端沿進(jìn)路7軸向方向架設(shè)兩根固定繩1，如圖7所示，兩根固定繩1的間距與氣柱上下排卡扣5的間距相同，可采用φ6-8mm膨脹螺絲固定固定繩1，要求固定繩1緊貼進(jìn)路7側(cè)幫，沿進(jìn)路7軸向前、后膨脹螺絲之間的距離一般不大于7m；自進(jìn)路7的一端開始，將第一個(gè)氣柱的上、下排卡扣5分別卡于上述上、下排固定繩1上，并依次按如上方法架設(shè)第二個(gè)、第三個(gè)、直至最后一個(gè)氣柱，形成自進(jìn)路7一端至另一端的氣柱串，每個(gè)氣柱之間應(yīng)靠緊。當(dāng)所有氣柱架設(shè)完畢后，對氣囊2實(shí)施充氣，或采用泡沫塑料等低強(qiáng)度材料代替氣囊，用固定鋼絲繩直接固定于進(jìn)路側(cè)幫。

(二)充填、采礦：氣柱架設(shè)完畢后，架設(shè)充填擋墻8和充填管9，對進(jìn)路7實(shí)施充填，形成新的充填體6，充填完畢如圖8所示；進(jìn)路7采礦依然按照傳統(tǒng)的鑿巖、爆破、通風(fēng)、出礦、支護(hù)(如果是上向)的開采工序依次進(jìn)行，傳統(tǒng)的進(jìn)路式采礦，一般在進(jìn)路7中心布置掏槽眼，但本方法則以氣柱預(yù)留的空區(qū)作為自由面，按照側(cè)向崩礦的方式布置炮孔10及爆破順序(如圖9所示)(圖9氣柱式預(yù)留空間的進(jìn)路7采礦布孔方式及爆破順序，其中①、②、③、④、⑤、⑥表示爆破順序)，采用3.5m的炮孔10長度，可以達(dá)到95％以上的爆破效果。同時(shí)由于自由面較大，可以將目前每個(gè)工作面50個(gè)炮孔10數(shù)降低為40個(gè)左右；

(三)當(dāng)本條進(jìn)路礦體全部回采完畢后，按上述(一)、(二)步驟開采其他相鄰進(jìn)路。

以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。