本發(fā)明涉及礦物加工，特別涉及一種深部多層重疊礦體的高效安全開采方法。
背景技術(shù)：
1、當(dāng)下工業(yè)體系的蓬勃發(fā)展導(dǎo)致對(duì)礦產(chǎn)資源的需求持續(xù)增加，現(xiàn)在淺部礦體日漸枯竭，礦山開采正向更深部延伸，礦脈深部的礦體的開采已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)礦業(yè)的重要方向。
2、然而，深部的礦體呈現(xiàn)埋藏深、層位復(fù)雜、具有軟弱夾層發(fā)育等特點(diǎn)。深部的多層重疊礦體的開采面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，隨著開采深度的增加，地壓隨之增強(qiáng)，沖擊地壓、巖爆等地壓災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅礦山安全。其次，軟弱夾層的存在使得巖體穩(wěn)定性下降，增加了巷道支護(hù)和采場(chǎng)管理的難度，在深部開采過程中，巷道圍巖變形是一個(gè)常見且嚴(yán)重的問題，由于深部礦受地壓和應(yīng)力的影響較大，圍巖容易發(fā)生變形和失穩(wěn)，可能導(dǎo)致巷道坍塌、設(shè)備損壞和人員傷亡。此外，高溫、高濕等深部環(huán)境對(duì)設(shè)備性能和開采人員的作業(yè)健康提出了更高的要求。
3、因此，現(xiàn)需要一種安全高效、成本經(jīng)濟(jì)的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的是提供一種深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，旨在解決現(xiàn)有的深部多層重疊礦體的開采方法的危險(xiǎn)、成本高昂的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，該方法包括以下步驟：
3、三維地質(zhì)建模，在待開采區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘探并獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦體模型；
4、基于礦體模型進(jìn)行分段挖設(shè)監(jiān)測(cè)孔，通過監(jiān)測(cè)孔構(gòu)建地質(zhì)變動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
5、基于礦體模型構(gòu)建二次中轉(zhuǎn)層，在多種礦體的重疊區(qū)域的圍巖處水平橫向開挖高度為2-5m的二次中轉(zhuǎn)層并對(duì)二次中轉(zhuǎn)層構(gòu)建支護(hù)；
6、在二次中轉(zhuǎn)層中開設(shè)回填礦房，并構(gòu)建主巷道和主充填管道，通過主充填管道將地表充填站和礦房連接；
7、基于礦體模型，將礦體劃分為第一采礦區(qū)域和第二采礦區(qū)域，并以崩落法對(duì)第一采礦區(qū)域進(jìn)行開采，以尾礦回填法對(duì)第二采礦區(qū)域進(jìn)行開采。
8、進(jìn)一步地，所述三維地質(zhì)建模，在待開采區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘探并獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦體模型的步驟包括：
9、對(duì)待開采區(qū)域進(jìn)行鉆孔，收集鉆孔數(shù)據(jù)以及地球物理數(shù)據(jù)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)；
10、將獲得的鉆孔數(shù)據(jù)以及地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)以及地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪和過濾，得到準(zhǔn)確的地質(zhì)數(shù)據(jù)；
11、將地址數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維地質(zhì)建模軟件并確定待開采區(qū)域中的地質(zhì)層位界線、主要斷層、斷層走向、礦體形狀、礦體規(guī)模、空間分布；
12、使用克里金法進(jìn)行資源量估算，確定礦體的儲(chǔ)量和品位分布。
13、進(jìn)一步地，所述基于礦體模型進(jìn)行分段挖設(shè)監(jiān)測(cè)孔，通過監(jiān)測(cè)孔構(gòu)建地質(zhì)變動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的步驟包括：
14、基于礦體模型，在待開采區(qū)域內(nèi)分段開挖應(yīng)力監(jiān)測(cè)孔，孔徑為50-100毫米，深度為1-2米；
15、在應(yīng)力監(jiān)測(cè)孔內(nèi)固定設(shè)置應(yīng)力傳感器，并將應(yīng)力傳感器以水泥漿填充空隙，且在應(yīng)力傳感器的外部加裝防護(hù)支架；
16、在待開采區(qū)域的外圍每隔100-200米鉆挖微震監(jiān)測(cè)孔，孔徑為50-100毫米，深度為1-3米；
17、在微震監(jiān)測(cè)孔內(nèi)設(shè)置微震傳感器，并將微震傳感器以水泥漿填充空隙，且在微震傳感器的外部加裝防護(hù)支架；
18、在待開采區(qū)域內(nèi)設(shè)置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)采集處理模塊，對(duì)待開采區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)變動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
19、進(jìn)一步地，所述基于礦體模型構(gòu)建二次中轉(zhuǎn)層，在多種礦體的重疊區(qū)域水平橫向開挖高度為2-5m的二次中轉(zhuǎn)層并對(duì)二次中轉(zhuǎn)層構(gòu)建支護(hù)的步驟包括：
20、基于礦體模型，自地表向下將包圍礦體的穩(wěn)定圍巖區(qū)劃分為安全層；
21、在安全層內(nèi)水平開挖出高度為2-5米的二次中轉(zhuǎn)層；
22、安裝預(yù)應(yīng)力錨桿，在二次中轉(zhuǎn)層的內(nèi)壁上鉆孔并將預(yù)應(yīng)力錨桿插入孔洞內(nèi)，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿施加預(yù)應(yīng)力；
23、在二次中轉(zhuǎn)層的內(nèi)壁上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，多個(gè)鋼筋網(wǎng)之間用綁扎絲固定；
24、使用噴射混凝土設(shè)備，將混凝土均勻噴射在鋼筋網(wǎng)上，形成支護(hù)層。
25、進(jìn)一步地，所述基于礦體模型構(gòu)建二次中轉(zhuǎn)層，在多種礦體的重疊區(qū)域水平橫向開挖高度為2-5m的二次中轉(zhuǎn)層并對(duì)二次中轉(zhuǎn)層構(gòu)建支護(hù)的步驟還包括：
26、在二次中轉(zhuǎn)層的內(nèi)壁上鉆挖注漿孔；
27、使用注漿設(shè)備將水泥漿液注入注漿孔內(nèi)；
28、在二次中轉(zhuǎn)層的內(nèi)壁上設(shè)置應(yīng)力傳感器、位移傳感器和裂隙監(jiān)測(cè)儀并與地質(zhì)變動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連通。
29、進(jìn)一步地，所述在二次中轉(zhuǎn)層中開設(shè)回填礦房，并構(gòu)建主巷道和主充填管道，通過主充填管道將地表充填站和礦房連接的步驟包括：
30、基于礦體模型，自地表充填站向下鉆挖主巷道和主充填管道；
31、在二次中轉(zhuǎn)層中挖設(shè)攪拌池，攪拌池通過主充填管道與地表充填站連通；
32、自攪拌池向下開挖輔充填管道，攪拌池用以連接主充填管道與輔充填管道，攪拌池對(duì)地表充填站混合后的充填料漿進(jìn)行二次攪拌混合。
33、進(jìn)一步地，所述基于礦體模型，將礦體劃分為第一采礦區(qū)域和第二采礦區(qū)域，并以崩落法對(duì)第一采礦區(qū)域進(jìn)行開采，以尾礦回填法對(duì)第二采礦區(qū)域進(jìn)行開采的步驟包括：
34、基于礦體模型，將礦體厚大穩(wěn)定的礦體劃分為第一采礦區(qū)域，將斷層、裂隙發(fā)育區(qū)和軟弱帶劃分為第二采礦區(qū)域；
35、于第一采礦區(qū)域的下方開挖布設(shè)主平硐和副平硐，用以進(jìn)行礦石運(yùn)輸和人員進(jìn)出；
36、于第一采礦區(qū)域的側(cè)方分段開挖建設(shè)中段巷道，并在中段巷道的內(nèi)壁上搭建支護(hù)和地壓監(jiān)測(cè)設(shè)備；
37、于中段巷道的內(nèi)壁上間隔20-25米鉆設(shè)爆破孔，分段進(jìn)行崩落爆破；
38、將第二采礦區(qū)域劃分為待采區(qū)和采場(chǎng)，于待采區(qū)搭建支護(hù)和地壓監(jiān)測(cè)設(shè)備以及布設(shè)連接采場(chǎng)的支充填管道，支充填管道的一端與主充填管道連接，支充填管道的另一端與采場(chǎng)連通，多條支充填管道形成充填管道網(wǎng)；
39、于采場(chǎng)建設(shè)通氣排水系統(tǒng)，用以排出采礦和充填過程中產(chǎn)生的氣體和游離水，同時(shí)掘進(jìn)運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道、積礦巷道和撤退巷道，形成采準(zhǔn)系統(tǒng)；
40、在采場(chǎng)沿設(shè)定的采礦面鑿爆破孔，并將炸藥裝填入爆破孔進(jìn)行分層回采，將得到的礦石運(yùn)出采場(chǎng)，已開采完畢的空洞區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)；
41、通過充填管道網(wǎng)向采空區(qū)注入充填料漿，充填料漿凝固后形成穩(wěn)定圍巖。
42、本發(fā)明中通過預(yù)先構(gòu)建三維地質(zhì)建模，并通過三維地質(zhì)建模將多層重疊礦體中的礦體模型進(jìn)行分類規(guī)劃，且構(gòu)建了地質(zhì)變動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地壓和其他地質(zhì)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和提前預(yù)警，用以保證采礦過程的安全高效。同時(shí)，通過在礦體圍巖處構(gòu)造二次中轉(zhuǎn)層，避免在由地面直接向礦體鉆設(shè)充填管道和巷道的過程中容易受到地壓和應(yīng)力影響的風(fēng)險(xiǎn)，還降低了充填管道和巷道的構(gòu)建成本，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定、成本經(jīng)濟(jì)的開采方式。
1.一種深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，所述三維地質(zhì)建模，在待開采區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘探并獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦體模型的步驟包括：
3.如權(quán)利要求1所述的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，所述基于礦體模型進(jìn)行分段挖設(shè)監(jiān)測(cè)孔，通過監(jiān)測(cè)孔構(gòu)建地質(zhì)變動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的步驟包括：
4.如權(quán)利要求1所述的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，所述基于礦體模型構(gòu)建二次中轉(zhuǎn)層，在多種礦體的重疊區(qū)域的圍巖處水平橫向開挖高度為2-5m的二次中轉(zhuǎn)層并對(duì)二次中轉(zhuǎn)層構(gòu)建支護(hù)的步驟包括：
5.如權(quán)利要求4所述的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，所述基于礦體模型構(gòu)建二次中轉(zhuǎn)層，在多種礦體的重疊區(qū)域水平橫向開挖高度為2-5m的二次中轉(zhuǎn)層并對(duì)二次中轉(zhuǎn)層構(gòu)建支護(hù)的步驟還包括：
6.如權(quán)利要求1所述的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，所述在二次中轉(zhuǎn)層中開設(shè)回填礦房，并構(gòu)建主巷道和主充填管道，通過主充填管道將地表充填站和礦房連接的步驟包括：
7.如權(quán)利要求1所述的深部多層重疊礦體的高效安全開采方法，其特征在于，所述基于礦體模型，將礦體劃分為第一采礦區(qū)域和第二采礦區(qū)域，并以崩落法對(duì)第一采礦區(qū)域進(jìn)行開采，以尾礦回填法對(duì)第二采礦區(qū)域進(jìn)行開采的步驟包括：