權利要求

1.礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法包括步驟：

沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；

分別在上盤區(qū)域和下盤區(qū)域內布置采場，且所述上盤區(qū)域內的采場布置方向與所述下盤區(qū)域內的采場布置方向不同；

沿豎向，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一個區(qū)域超前于另一個區(qū)域回采；

豎向相鄰的采場之間，均采用自上而下的開采順序；

采場回采后，充填采空區(qū)（300），豎向相鄰兩個采場中，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板。

2.根據(jù)權利要求1所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的步驟中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的劃分方法為：

對待采礦體的工程巖體質量進行分級分類；

根據(jù)待采礦體的工程巖體質量分級分類的邊界，將待采礦體劃分為上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；其中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，一者的工程巖體質量優(yōu)于另一者。

3.根據(jù)權利要求1所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的步驟中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的劃分方法為：

當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，將整個待采礦體劃分為兩個區(qū)域寬度不等的盤區(qū)，其中，寬度較小的盤區(qū)相對先行回采，而另一個區(qū)域相對滯后回采。

4.根據(jù)權利要求2所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時；

根據(jù)待采礦體的工程巖體質量分級分類的邊界，將待采礦體劃分為上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；其中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，一者的工程巖體質量優(yōu)于另一者；

且先行開采的區(qū)域為工程巖體質量相對較差的一側區(qū)域。

5.根據(jù)權利要求2-4任意一項所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述分別在上盤區(qū)域和下盤區(qū)域內布置采場，且所述上盤區(qū)域內的采場布置方向與所述下盤區(qū)域內的采場布置方向不同的步驟中：

上盤區(qū)域內的采場布置方向與下盤區(qū)域內的采場布置方向相互垂直或斜交，且兩個區(qū)域之間采場的相交角度為30°～90°。

6.根據(jù)權利要求5所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，當待采礦體的上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，工程巖體質量相對較差的區(qū)域（100）為極破碎至破碎或極松軟至松軟，而另一側工程巖體質量相對較好時，則在所述工程巖體質量相對較差的區(qū)域（100）中，沿礦體走向布置采場，而在工程巖體質量相對較好的區(qū)域（200）中，垂直于礦體走向布置采場；

或者，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，則在超前的先行開采區(qū)域中，沿礦體走向布置采場，而在滯后開采區(qū)域中，垂直于礦體走向布置采場。

7.根據(jù)權利要求6所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述沿豎向，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一個區(qū)域超前于另一個區(qū)域回采的步驟中：在豎直方向上，超前回采區(qū)域中的回采作業(yè)面所在水平，其標高應低于滯后回采區(qū)域中正在回采的采場底面水平；

當待采礦體是按照一側為工程巖體質量相對較差的區(qū)域（100），而另一側工程巖體質量相對較好的區(qū)域（200）的特征劃分的上盤區(qū)域和下盤區(qū)域時，則在豎直開采方向上，工程巖體質量相對較差的區(qū)域（100）超前于工程巖體質量較好的區(qū)域進行回采；

或者，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，則在豎直開采方向上，沿礦體走向布置采場的區(qū)域超前于垂直于礦體走向布置采場的區(qū)域進行回采。

8.根據(jù)權利要求7所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，當待采礦體的一側區(qū)域是極破碎至破碎或極松軟至松軟礦體時，則在該區(qū)域內布置的采場，選用下向進路充填采礦法或下向分層充填采礦法的任意一種，或所述下向進路充填采礦法和下向分層充填采礦法的組合；而在另一側工程巖體質量相對較好區(qū)域內布置的采場，選用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法的任意一種，或所述階段空場嗣后充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法的組合；

或者，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，則在超前開采區(qū)域內布置的采場，采用下向進路充填采礦法或下向分層充填采礦法的任意一種，或所述下向進路充填采礦法和下向分層充填采礦法的組合；而在另一側滯后開采區(qū)域內布置的采場，采用下向進路充填采礦法或下向分層充填采礦法的任意一種，或下向進路充填采礦法和下向分層充填采礦法的組合，又或者采用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法的任意一種，或階段空場嗣后充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法的組合。

9.根據(jù)權利要求8所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述豎向相鄰的采場之間，均采用自上而下的開采順序的步驟中：

某一區(qū)域內使用階段空場嗣后充填采礦法時，所述豎向相鄰的采場之間是指相鄰階段之間上下對應的采場；

某一區(qū)域內使用分段空場嗣后充填采礦法、下向分層或下向進路充填采礦法時，所述豎向相鄰的采場之間是指某個開采階段之內劃分的上下相鄰的分段、分層或進路采場；

上下相鄰的采場之間，須先回采上部采場，再回采下部采場，兩采場之間不留原巖隔離礦柱，以實現(xiàn)分層、分段或階段之間的自上而下連續(xù)回采。

10.根據(jù)權利要求9所述的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，其特征在于，所述采場回采后，充填采空區(qū)（300），豎向相鄰兩個采場中，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板的步驟中：

所述上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板，其充填體力學強度及結構參數(shù)滿足下部采場回采的要求，包括：

若采用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法，則上部采場充填體的底部應有一層厚度不低于5m、強度不低于1MPa的膠結充填層；

若采用下向分層或下向進路充填采礦法，則上部采場充填體的底部應有一層厚度不低于1m、強度不低于1MPa的膠結充填層。

說明書

技術領域

本發(fā)明涉及采礦技術領域，尤其是涉及礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法。

背景技術

地下金屬/非金屬礦山的待采礦體通常是經歷長期復雜地質構造運動之后形成的，其成礦作用通常富集在較大地質斷層構造的周邊區(qū)域，成礦后的長期地質構造活動也影響其工程地質巖體質量，導致每個礦體的巖體質量各不相同，但又可以歸類劃分為若干種典型的賦存產狀特征。此外，金屬/非金屬礦物通常來源于地殼深部巖漿熱液或其成礦后變質作用，導致金屬/非金屬礦體絕大多數(shù)會向深部空間逐步延伸。

為了安全、經濟、高效的開采地下金屬/非金屬礦體，尤其是針對含破碎或松軟礦段的復雜地質結構礦體、以及深部高地應力環(huán)境下的待采礦體，應在其開采設計時，選取與其地質構造、巖體質量及地應力等級合理匹配的開采方法，盡可能地提高礦體中各個回采單元的綜合生產能力和開采效率，確保開采過程安全性，提高礦石回收率，并降低開采成本，增加礦山企業(yè)的開采經濟效益。

當待采礦體中含有不同范圍的破碎或松軟礦段時，尤其是大多數(shù)情況下破碎或松軟礦段中的礦石品位實際賦存更高，而待采礦體中的其余部分礦段工程地質巖體質量相對較好時，則根據(jù)現(xiàn)有的技術方案，對此類典型礦體一般有以下幾種開采方法：

現(xiàn)有技術方案一是：在巖體質量相對較好一側預留一定厚度的礦巖作為隔離礦柱，人為隔離破碎或松軟的礦段區(qū)域，待巖體質量相對較好礦段回采完成之后，再返回開采破碎或松軟礦段。但此方案將導致待采礦體的總體生產能力降低，先開采巖體質量相對較好的礦段，將導致重分布的地應力更加集中在破碎或松軟礦段中，后期返回開采時，其地應力環(huán)境更加惡化、回采難度和安全性更差、礦石回采率整體更低。而且?guī)r體質量相對較好的礦段先行回采完成后，其周邊的井巷工程結構需長期保留并維護，以備后期服務于破碎或松軟礦段的開采，導致長時間多區(qū)域的井巷工程安全維護成本高，后期還可能需要為破碎或松軟礦段的開采重新采掘運輸、采準工程巷道，開拓采準成本增加。

現(xiàn)有技術方案二是：在破碎或松軟礦段區(qū)域預先采取一定工程加固措施，如注漿、錨桿/錨索支護等，然后將此破碎或松軟區(qū)域與其余巖體質量相對較好礦段區(qū)域進行合并開采，劃分采場時不再考慮巖體質量相對較差和較好的礦段分界。此方案中，對破碎或松軟礦段預處置措施的工程成本高，并且注漿加固或錨桿/錨索支護效果難以評估，不同巖體質量礦段合并成的大規(guī)模采場回采后的安全穩(wěn)定性風險大，采場實際邊界難管控，采場礦石損失率和貧化率高。

此外，對于深部高地應力礦體，或高地應力環(huán)境與破碎松軟地質結構同時疊加存在的礦體，上述技術方案一的開采方法將進一步加劇滯后回采的破碎松軟礦段的動力災害問題，更容易誘發(fā)巖爆或巖體失穩(wěn)等安全事故；技術方案二的開采方法中，即使采取了高成本的預處置工程加固措施，在開采過程中，也難以確保其預處置措施是否能夠滿足高應力環(huán)境下合并開采的巖體穩(wěn)定性要求，加固或支護的有效性難評估，安全風險高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，以緩解現(xiàn)有礦體開采時，開采效率低，安全性差且開采成本高的技術問題。

本發(fā)明實施例提供的一種礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，所述礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法包括步驟：

沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；

分別在上盤區(qū)域和下盤區(qū)域內布置采場，且所述上盤區(qū)域內的采場布置方向與所述下盤區(qū)域內的采場布置方向不同；

沿豎向，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一個區(qū)域超前于另一個區(qū)域回采；

豎向相鄰的采場之間，均采用自上而下的開采順序；

采場回采后，充填采空區(qū)，豎向相鄰兩個采場中，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板。

進一步的，所述沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的步驟中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的劃分方法為：

對待采礦體的工程巖體質量進行分級分類；

根據(jù)待采礦體的工程巖體質量分級分類的邊界，將待采礦體劃分為上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；其中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，一者的工程巖體質量優(yōu)于另一者。

進一步的，所述沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的步驟中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域的劃分方法為：

當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，將整個待采礦體劃分為兩個區(qū)域寬度不等的盤區(qū)，其中，寬度較小的盤區(qū)相對先行回采，而另一個區(qū)域相對滯后回采。

進一步的，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時；

根據(jù)待采礦體的工程巖體質量分級分類的邊界，將待采礦體劃分為上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；其中，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，一者的工程巖體質量優(yōu)于另一者；

且先行開采的區(qū)域為工程巖體質量相對較差的一側區(qū)域。

進一步的，所述分別在上盤區(qū)域和下盤區(qū)域內布置采場，且所述上盤區(qū)域內的采場布置方向與所述下盤區(qū)域內的采場布置方向不同的步驟中：

上盤區(qū)域內的采場布置方向與下盤區(qū)域內的采場布置方向相互垂直或斜交，且兩個區(qū)域之間采場的相交角度為30°～90°。

進一步的，當待采礦體的上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，工程巖體質量相對較差的區(qū)域為極破碎至破碎或極松軟至松軟，而另一側工程巖體質量相對較好時，則在工程巖體質量相對較差的區(qū)域中，沿礦體走向布置采場，而在工程巖體質量相對較好的區(qū)域中，垂直于礦體走向布置采場；

或者，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，則在超前的先行開采區(qū)域中，沿礦體走向布置采場，而在滯后開采區(qū)域中，垂直于礦體走向布置采場。

進一步的，所述沿豎向，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一個區(qū)域超前于另一個區(qū)域回采的步驟中：在豎直方向上，超前回采區(qū)域中的回采作業(yè)面所在水平，其標高應低于滯后回采區(qū)域中正在回采的采場底面水平；

當待采礦體是按照一側為工程巖體質量相對較差的區(qū)域，而另一側工程巖體質量相對較好的區(qū)域的特征劃分的上盤區(qū)域和下盤區(qū)域時，則在豎直開采方向上，工程巖體質量相對較差的區(qū)域超前于工程巖體質量較好的區(qū)域進行回采；

或者，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，則在豎直開采方向上，沿礦體走向布置采場的區(qū)域超前于垂直于礦體走向布置采場的區(qū)域進行回采。

進一步的，當待采礦體的一側區(qū)域是極破碎至破碎或極松軟至松軟礦體時，則在該區(qū)域內布置的采場，選用下向進路充填采礦法或下向分層充填采礦法的任意一種，或所述下向進路充填采礦法和下向分層充填采礦法的組合；而在另一側工程巖體質量相對較好區(qū)域內布置的采場，選用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法的任意一種，或所述階段空場嗣后充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法的組合；

或者，當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有地壓災害風險時，則在超前開采區(qū)域內布置的采場，采用下向進路充填采礦法或下向分層充填采礦法的任意一種，或所述下向進路充填采礦法和下向分層充填采礦法的組合；而在另一側滯后開采區(qū)域內布置的采場，采用下向進路充填采礦法或下向分層充填采礦法的任意一種，或下向進路充填采礦法和下向分層充填采礦法的組合，又或者采用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法的任意一種，或階段空場嗣后充填采礦法和分段空場嗣后充填采礦法的組合。

進一步的，所述豎向相鄰的采場之間，均采用自上而下的開采順序的步驟中：

某一區(qū)域內使用階段空場嗣后充填采礦法時，所述豎向相鄰的采場之間是指相鄰階段之間上下對應的采場；

某一區(qū)域內使用分段空場嗣后充填采礦法、下向分層或下向進路充填采礦法時，所述豎向相鄰的采場之間是指某個開采階段之內劃分的上下相鄰的分段、分層或進路采場；

上下相鄰的采場之間，須先回采上部采場，再回采下部采場，兩采場之間不留原巖隔離礦柱，以實現(xiàn)分層、分段或階段之間的自上而下連續(xù)回采。

進一步的，所述采場回采后，充填采空區(qū)，豎向相鄰兩個采場中，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板的步驟中：

所述上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板，其充填體力學強度及結構參數(shù)滿足下部采場回采的要求，包括：

若采用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法，則上部采場充填體的底部應有一層厚度不低于5m、強度不低于1MPa的膠結充填層；

若采用下向分層或下向進路充填采礦法，則上部采場充填體的底部應有一層厚度不低于1m、強度不低于1MPa的膠結充填層。

本發(fā)明實施例提供的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法包括步驟：沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域；分別在上盤區(qū)域和下盤區(qū)域內布置采場，且所述上盤區(qū)域內的采場布置方向與所述下盤區(qū)域內的采場布置方向不同；沿豎向，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一個區(qū)域超前于另一個區(qū)域回采；豎向相鄰的采場之間，均采用自上而下的開采順序；采場回采后，充填采空區(qū)，豎向相鄰兩個采場中，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板。將待采礦體分成上盤區(qū)域和下盤區(qū)域，并對上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一者采用超前回采，另一者滯后回采的方式，超前回采充填后的區(qū)域可有效阻斷高應力傳遞路徑，為另一側礦段的更大規(guī)模開采提供卸壓后的地應力環(huán)境，不易出現(xiàn)坍塌的危險。而且整體采用下向開采順序，能使高應力區(qū)域不斷向深部轉移，為回采作業(yè)面的上下盤協(xié)同采礦創(chuàng)造有利的應力環(huán)境，解決高地應力礦體開采的地壓風險高的安全問題。上盤區(qū)域和下盤區(qū)域協(xié)同進行開采，確保礦體上、下盤區(qū)域能夠穩(wěn)定持續(xù)的回采礦石。上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板，有效解決了礦巖破碎或松軟、或高地應力環(huán)境下，原巖頂板安全穩(wěn)定性差、頂板巖爆風險高的問題。本方法無需進行注漿加固、錨桿/錨索支護等預處置措施，降低了生產成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法中，垂直于礦體走向的豎直剖面上的典型區(qū)段內的采場分布及其開采順序邏輯圖；

圖2為圖1中A-A方向的剖視圖；

圖3-圖8為本發(fā)明實施例的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法中，垂直于礦體走向的豎直剖面上的上盤和下盤區(qū)域中典型采場的關鍵采充時序過程圖；

圖9為本發(fā)明實施例的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法中，垂直于礦體走向的豎直剖面上的上盤區(qū)域充填采場超前于下盤區(qū)域充填采場的協(xié)同開采方案圖；

圖10為本發(fā)明實施例的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法中，沿著礦體走向的水平剖面上的上盤區(qū)域充填采場超前于下盤區(qū)域充填采場的協(xié)同開采方案圖。

圖標：100-工程巖體質量相對較差的區(qū)域；200-工程巖體質量相對較好的區(qū)域；300-采空區(qū)；410-第一充填體；420-第二充填體；430-第三充填體；440-第四充填體。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法包括步驟：

沿豎向，將待采礦體劃分為多個開采階段，階段內垂直于礦體走向劃分上盤區(qū)域和下盤區(qū)域。

如圖1所示，將待采礦體沿豎直方向劃分為若干個開采階段，如圖第1階段、第2階段、第3階段、及其下向延伸類推的其余階段。所述的待采礦體可以是整個礦體，也可以是如圖1中展示的豎直方向上某個典型礦段，也可以是圖2中展示的沿礦體走向方向的某個典型礦段。

如圖1和圖2所示，在某個階段內，垂直于礦體走向劃分為上盤區(qū)域和下盤區(qū)域，其劃分方法包括：

如果其上盤與下盤的工程巖體質量一側為較差的，例如，工程巖體質量相對較差的區(qū)域100質量為極破碎至破碎或極松軟至松軟，而另一側為工程巖體質量相對較好的區(qū)域200時，則根據(jù)工程巖體質量分級分類的邊界，將待采礦體劃分為上盤區(qū)域和下盤區(qū)域，其中工程巖體質量較差的區(qū)域可以在上盤也可以在下盤，本實施例中，為了方便說明，圖1中左側部分為質量較差的巖體，且為上盤區(qū)域，右側為質量較好的巖體，為下盤區(qū)域。

針對待采礦體，如果其處于深部應力區(qū)域且有巖爆等地壓災害風險時，劃分的上盤區(qū)域或下盤區(qū)域中的一個區(qū)域為寬度相對較小的，一般為1~3個采場寬度，劃分另一者為寬度較大的，其中，深部應力區(qū)域即待采礦體位于地表下方800m以下的開采水平，其具有的應力較高。如圖1左側區(qū)域的第1排、第2排至第N排相對先采的采場寬度，該區(qū)域的采場相對先行回采，實現(xiàn)礦巖卸壓作用，而另一個區(qū)域相對滯后回采，如圖1右側區(qū)域的1-1、2-1和3-1采場。

如果待采礦體具有上盤與下盤的工程巖體質量一側為較差的，例如為極破碎至破碎或極松軟至松軟，而另一側工程巖體質量相對較好時的特征，同時具有處于深部應力區(qū)域且有巖爆等地壓災害風險的特征時，則主要根據(jù)工程巖體質量分級分類邊界進行上盤區(qū)域和下盤區(qū)域劃分。

分別在上盤區(qū)域和下盤區(qū)域內布置采場，且所述上盤區(qū)域內的采場布置方向與所述下盤區(qū)域內的采場布置方向不同。

上盤區(qū)域內的采場布置方向與下盤區(qū)域內的采場布置方向相互垂直或斜交，且兩個區(qū)域之間采場的相交角度為30°～90°。本實施例中圖1和圖2中，上盤區(qū)域內的采場布置方向與下盤區(qū)域內的采場布置方向可以相互垂直，而在上盤或下盤區(qū)域中，單個區(qū)域內的采場布置方向一般相同，圖1和圖2中的上盤區(qū)域采場均是沿著礦體走向布置，而下盤區(qū)域采場均是垂直于礦體走向布置，兩類采場的布置方向相互垂直。

當待采礦體的上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中，工程巖體質量相對較差的區(qū)域100為極破碎至破碎或極松軟至松軟，而另一側工程巖體質量相對較好時，則在所述工程巖體質量相對較差的區(qū)域100中，沿礦體走向布置采場，而在工程巖體質量相對較好的區(qū)域200中，垂直于礦體走向布置采場。質量較差區(qū)域的采場回采斷面小，沿礦體走向布置可回采更多的礦石。

當待采礦體處于深部應力區(qū)域且有巖爆地壓災害風險時，則在超前的先行開采區(qū)域中，沿礦體走向布置采場，而在滯后開采區(qū)域中，垂直于礦體走向布置采場。超前的先行開采區(qū)域的采場回采斷面小，沿礦體走向布置可回采更多的礦石。

沿豎向，上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一個區(qū)域超前于另一個區(qū)域回采。

如圖3和圖4所示，在先行開采的上盤區(qū)域中，其采場沒有回采和充填完畢之前，滯后回采的下盤區(qū)域的各采場均不得進行回采。超前回采區(qū)域中的回采作業(yè)面的所在水平，不高于滯后回采區(qū)域中正在回采的采場的底面水平，一般條件下，超前回采區(qū)域的作業(yè)面應與滯后回采區(qū)域的作業(yè)面有豎直方向的高度差，如圖5中豎直方向上下盤區(qū)域同時回采采場的作業(yè)面之間存在1個采場高度差。

如圖6所示，上盤區(qū)域的第2階段（或分段）所示的正在回采的采場超前進度達到了所述要求，達到此要求之后，才能回采下盤區(qū)域中所示的第1階段（或分段）的采場礦巖。又如圖8所示，當上盤區(qū)域的第3階段（或分段）內采場超前回采進度達到此要求時，才能回采下盤區(qū)域所示的第2階段（或分段）內的采場礦巖。以此類推，實現(xiàn)上盤區(qū)域采場超前于下盤區(qū)域的上下盤協(xié)同開采。

如圖1-圖8所示，當待采礦體的上盤區(qū)域是極破碎至破碎或極松軟至松軟礦體時，則在上盤區(qū)域內布置的采場，選用下向進路或下向水平分層充填采礦法，而在另一側工程巖體質量相對較好的下盤區(qū)域內布置的采場，選用階段空場嗣后充填采礦法或分段空場嗣后充填采礦法。

豎向相鄰的采場之間，均采用自上而下的開采順序。

圖1-圖8所示的下盤區(qū)域中，如果是采用階段空場嗣后充填采礦法，在所述的豎向相鄰的采場之間，具體指相鄰階段之間上下對應的采場，即圖中第1階段的1-1采場和第2階段的2-1采場之間，應是先回采并充填完畢1-1采場后，才能再后續(xù)回采2-1采場。同樣的順序，也如圖6和圖8所示的下盤區(qū)域階段采場之間的開采順序邏輯關系。而在同一個階段內的下盤區(qū)域各采場之間，如圖2中的第2階段的2-1、2-2、2-3、2-K采場之間的開采順序，在此則不作特殊要求，可按照“隔一采一”或“隔多采一”的順序，但需確保階段內各采場充填體的強度要求。

圖1-圖8所示的下盤區(qū)域中，如果是采用分段空場嗣后充填采礦法，則所述的豎向相鄰的采場之間是指相鄰分段之間上下對應的采場，即圖中第1分段的1-1采場和第2分段的2-1采場之間，應先回采并充填完畢1-1采場，再后續(xù)回采2-1采場，以此類推。

圖1-圖8所示的上盤區(qū)域中，如果是采用下向分層或下向進路充填采礦法時，則所述豎向相鄰的采場之間，是指某個開采階段或分段之內劃分的上下相鄰的分層或進路采場，即圖1中的上盤區(qū)域的第1分層、第2分層、第M分層之間的分層或進路采場；其開采順序應是先回采和充填完畢第1分層的各個分層或進路采場之后，才能再回采第2分層的各個分層或進路采場，以此類推。然而，在同一個分層內的上盤區(qū)域各采場之間，如圖1中的第M分層的1-M-1、1-M-2、1-M-N采場之間的開采和充填順序，在此不作特殊要求，可按照“隔一采一”或“隔多采一”的順序，但需確保此分層內各采場充填體的強度要求。

如圖3-圖8所示，在上下相鄰的階段、分段、分層或進路采場之間，按照先回采上部采場，再回采下部采場，則上下相鄰的采場之間不留原巖隔離礦柱，以實現(xiàn)階段、分段或分層之間的自上而下連續(xù)回采。

采場回采后，充填采空區(qū)300，豎向相鄰兩個采場中，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板。

若采用下向分層或下向進路充填采礦法，如圖1-圖8所示的上盤區(qū)域，此時，上部采場充填體的底部充填層，即如圖4所示的第一充填體410，應是一層厚度不低于1m、強度不低于1MPa的膠結充填體。然而，對于下向分層或下向進路采場剩余高度范圍內的第二充填體420，其強度一般不低于0.2MPa。如果在同一回采分層中，該采場充填體未來不再因周邊采場回采而導致充填體側向暴露，則第二充填體420也可以是非膠結充填體。

若采用階段或分段空場嗣后充填采礦法，如圖1-圖8中所示下盤區(qū)域，此時，上部采場充填體的底部充填層，即圖7所示的第三充填體430，應是一層厚度不低于5m、強度不低于1MPa的膠結充填體。然而，對于階段或分段采場剩余高度范圍內的第四充填體440，其強度一般不低于0.5MPa，如果在同一回采階段或分段中，該采場充填體未來不再因周邊采場回采而導致充填體側向暴露，則第四充填體440也可以是非膠結充填體。

將待采礦體分成上盤區(qū)域和下盤區(qū)域，并對上盤區(qū)域和下盤區(qū)域中的一者采用超前回采，另一者滯后回采的方式，超前回采填充后的區(qū)域可有效阻斷高應力傳遞路徑，為另一側礦段的更大規(guī)模開采提供卸壓后的地應力環(huán)境，不易出現(xiàn)坍塌的危險。而且整體采用下向開采順序，能使高應力區(qū)域不斷向深部轉移，為回采作業(yè)面的上下盤協(xié)同采礦創(chuàng)造有利的應力環(huán)境，解決高地應力礦體開采的地壓風險高的安全問題。上盤區(qū)域和下盤區(qū)域協(xié)同進行開采，確保礦體上、下盤區(qū)域能夠穩(wěn)定持續(xù)的回采礦石。上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板，有效解決了礦巖破碎或松軟、或高地應力環(huán)境下，原巖頂板安全穩(wěn)定性差、頂板巖爆風險高的問題。本方法無需進行注漿加固、錨桿/錨索支護等預處置措施，降低了生產成本。

本方案解決的問題包括：

（1）在含破碎或松軟礦段的復雜地質結構礦體開采時，以往方案中一般是預留一定厚度隔離礦柱，人為隔離相應的破碎或松軟礦段，待其余的工程巖體質量相對較好礦段回采完成之后再考慮返回開采破碎或松軟礦段，本發(fā)明提出的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，就針對性解決了此類礦體開采時以往方案的綜合生產能力低，破碎或松軟礦段后期再開采時應力更加集中、開采環(huán)境安全性差、回采難度大、礦石回采率低的問題，實現(xiàn)此類礦體全礦段的安全高效充填開采。

此外，本發(fā)明提出的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，能有效解決破碎或松軟礦段滯后開采導致先行開采區(qū)域的井巷工程需長期維護保留，長時間多區(qū)域的井巷工程的安全維護成本高，后期返回開采破碎或松軟礦段時還需重新為其開挖運輸、采準等工程巷道，開采成本高，破碎或松軟礦段的局部壓礦、棄礦嚴重等問題。

（2）在含破碎或松軟礦段的復雜地質結構礦體開采時，以往其他方案中還會考慮對破碎或松軟礦段區(qū)域進行注漿加固、錨桿/錨索支護等預處置措施，然后將此破碎或松軟區(qū)域與其余工程巖體質量較好礦段區(qū)域進行合并開采，劃分采場時便不再考慮工程巖體質量較差和較好的礦段分界，本發(fā)明提出的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，就針對性解決了此類礦體開采時以往方案的破碎或松軟礦段的預處置措施工程成本高、其加固或支護效果難以評估、不同工程巖體質量礦段合并開采的安全風險大、采場邊界管控難、礦石貧化率高等問題，確保此類礦體全礦段的不同工程巖體質量區(qū)域的分類協(xié)同開采，提高此類礦體的綜合生產能力。

（3）在含破碎或松軟礦段的復雜地質結構礦體、高地應力環(huán)境厚大礦體開采時，本發(fā)明提出的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，在上下相鄰階段采場之間、以及階段內的分段、分層或進路采場之間進行連續(xù)下行充填回采，上部采場的充填體作為下部采場回采的直接頂板，有效解決了礦巖破碎或松軟、或高地應力環(huán)境下，原巖頂板安全穩(wěn)定性差、頂板巖爆風險高的問題，能人為調配的充填體頂板可更好滿足此類礦體安全開采要求。

（4）含破碎或松軟礦段的復雜地質結構礦體、高地應力環(huán)境厚大礦體的上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，能實現(xiàn)礦體上下盤回采過程在時間和空間上是相互匹配銜接的，通過超前回采和滯后回采礦段的進度管理，有效解決了上下盤礦體協(xié)同開采的全礦段綜合生產能力的匹配問題，確保礦體上下盤能夠穩(wěn)定持續(xù)的回采礦石，而且通過超前開采進度的管理，將生產作業(yè)面集中在某個開采水平進行強化開采，有利于礦巖質量差、地應力高的開采環(huán)境下實現(xiàn)采礦作業(yè)面的安全管控。

（5）本發(fā)明提出的礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采方法，能夠在高地應力環(huán)境下厚大礦體開采時，通過一側礦段的下向進路或分層采場的超前回采，可有效阻斷高應力傳遞路徑，為另一側礦段的更大規(guī)模開采提供卸壓后的地應力環(huán)境，而且整體采用下向開采順序，能使高應力區(qū)域不斷向深部轉移，為回采作業(yè)面的上下盤協(xié)同采礦創(chuàng)造有利的應力環(huán)境，解決高地應力礦體開采的地壓風險高的安全問題。

以實地實施的具體案例說明本申請的詳細方案：

作為一種實地使用本發(fā)明的例子，例如某大型地下礦山開采深度超過1000m，礦體的地應力環(huán)境高。其礦體主要賦存在斷裂帶及其周邊延展范圍中。主斷裂帶蝕變區(qū)域位于礦體上部，主斷裂帶蝕變區(qū)域的巖石破碎、蝕變強烈、裂隙發(fā)育，工程巖體質量和穩(wěn)固性差，但是主斷裂帶蝕變區(qū)域的礦石品位高、價值大。此外，在主斷裂帶下部的礦體區(qū)域，仍然有較厚的礦石富集區(qū)域，該區(qū)域相對更厚，且?guī)r石質量和穩(wěn)固性相對較好，該區(qū)域的巖石仍然較破碎、裂隙較發(fā)育。該礦山主礦體形成了“靠上的破碎富礦帶和靠下的厚大較破碎成礦帶”的二元地質結構。該礦山主礦體，沿礦體走向延展近1km，傾角平均50°，平均厚度30～70m。

由于該礦體厚大、中等傾斜，但工程巖體質量一般至較差，近主斷裂區(qū)域工程巖體質量差至極差，且深部開采的地應力高。為此，礦山的原來設計開采方法中，預先在主斷裂帶蝕變區(qū)域的下部，將工程巖體質量相對較好區(qū)域中，預留5~10m厚的礦巖作為隔離礦柱，人為隔離該破碎的主斷裂區(qū)域礦巖，該隔離層用于管控地壓，并阻止破碎帶的礦巖垮落坍塌至靠下的開采區(qū)域中。然后，在礦體下部的工程巖體質量相對較好的區(qū)域200中，全面采用上向水平分層和上向進路充填采礦法。此種開采模式，將礦體中礦石品位更高的主斷裂區(qū)域隔離出來，先并不開采該破碎區(qū)，等后期再尋找機會返回來進行回收。

礦山原來采用的開采模式中，主斷裂帶蝕變區(qū)域的穩(wěn)固性差，后期回采時，下部礦體區(qū)域回采后導致的地應力重分布更加集中在主斷裂帶中，造成該部分極破碎的富礦帶的回采安全性差、礦石回收率低。礦山先期用上向水平分層和上向進路開采靠下部的相對穩(wěn)固礦巖，其回采效率低，對于整個礦體而言，綜合生產能力相對不高。在礦山企業(yè)要求擴大產能時，需要同時進行近百余個的上向水平分層和上向進路開采的作業(yè)面，此種開采模式在其深部采礦時，人員和作業(yè)面多導致其安全風險高、通風效果差，井下作業(yè)環(huán)境惡劣，勞動生產率低，作業(yè)面太多而導致管理難度大等一系列問題。

利用本發(fā)明方法，示例礦山在深部高應力環(huán)境下的中等傾斜至傾斜的、含有極破碎至破碎礦帶的、破碎帶下部的礦段工程巖體質量相對較好的厚大金屬礦體開采時，采用本發(fā)明的如圖9和圖10所示的礦體上下盤連續(xù)下行協(xié)同開采方法，具體包括如下步驟與要求：

（1）以礦山主礦體的相對靠上部的主斷裂帶蝕變區(qū)域為界線，將待采礦體劃分為含斷裂帶的上盤礦體區(qū)域和相對靠下部的工程巖體質量相對較好的下盤礦體區(qū)域。

（2）在上盤區(qū)域，沿著礦體走向布置采場。上盤區(qū)域內的采場，設計選用下向進路充填采礦法，且下向進路采場寬度4～5m，高度4～5m，長度50～80m。在垂直于礦體方向上，上盤區(qū)域平行布置2~4條下向進路的采場寬度。

（3）在上盤區(qū)域，每一分層的進路采場逐一地進行回采和充填，每條下向進路回采完畢后，及時進行進路采場空區(qū)充填，進路底面向上1.5m高度范圍內使用灰砂比1:5的全尾砂膠結充填，其單軸抗壓強度不低于2MPa，而后剩余的高度范圍內統(tǒng)一使用灰砂比1:12的全尾砂膠結充填，其單軸抗壓強度不低于0.8MPa。

（4）在下盤區(qū)域，垂直于、或60~80°斜交于上盤礦體的下向進路采場布置采場，下盤區(qū)域內的采場設計采用整體下行式的中深孔分段空場嗣后充填采礦法。典型下向分段采場的寬度約為10m，高12～15m，長20～60m。

（5）在垂直于礦體走向方向，即垂直于上盤進路采場方向，沿走向布置的上盤進路采場長度范圍內，可相應的布置5~10個下向分段采場的寬度。在一個開采分段內，布置的多個下向分段采場之間采用“隔三采一”的開采順序。每個下向分段采場回采后及時充填采空區(qū)300，空區(qū)底面向上5~6m高度范圍內使用灰砂比1:4的全尾砂膠結充填，其單軸抗壓強度不低于3MPa，而后剩余的高度范圍內統(tǒng)一使用灰砂比1:10的全尾砂膠結充填，其單軸抗壓強度不低于1MPa。

（6）上盤區(qū)域內布置的下向進路采場，應超前于下盤區(qū)域內布置的下向分段采場進行回采，其超前高度不低于1個下向分段采場的高度，即超前高度不低于12～15m。如圖9和圖10所示，至少在上盤區(qū)域的下向進路采場回采至第3個開采分段的第2個下向進路分層時，才能開始回采下盤區(qū)域的第2個開采分段的采場，以此類推，可實現(xiàn)此礦山主礦體上下盤協(xié)同下行連續(xù)開采。

（7）上盤區(qū)域的下向進路采場，為了達到持續(xù)的能夠超前于下盤區(qū)域的分段采場進行回采，而避免出現(xiàn)上盤和下盤區(qū)域開采銜接不連續(xù)的問題，造成礦山出礦能力波動的問題，需要進行礦體上下盤協(xié)同采礦能力的匹配計算，該協(xié)同采礦要求是指上盤區(qū)域的下向進路采場應始終保持超前于下盤區(qū)域下向分段采場的回采，且超前高度持續(xù)不低于1個下向分段采場的高度。在此協(xié)同開采能力要求下，可反算得出對下向進路采礦生產能力、下向分段采礦生產能力、下向進路開采的超前時間。

本發(fā)明實施例提供的一種礦體上下盤連續(xù)下行式協(xié)同采礦方法，具有如下有益效果：

（1）實現(xiàn)了破碎礦體的分區(qū)開采，提高了破碎礦體的低貧損回采指標。改變了原有上盤或下盤破碎礦體開采現(xiàn)狀，解決破碎礦體開采的技術難題；

（2）實現(xiàn)了高應力礦體的卸荷開采，保障深部高應力礦體開采的安全。將高應力礦體單獨劃分一部分進行先行回采，阻斷高應力傳遞路徑，將高應力不斷轉移至深部，為本水平其它礦體大規(guī)模采礦創(chuàng)造有利的應力環(huán)境，降低高應力地段開采可能觸發(fā)的動力災害；

（3）實現(xiàn)了礦體上下盤協(xié)同采礦，保證礦體上下盤連續(xù)穩(wěn)定推進。根據(jù)現(xiàn)場地質情況，將礦體劃分為上下盤礦體，兩個區(qū)域礦體連續(xù)推進，不留任何隔離礦柱，提高了資源總體回采率，并且有利于控制深部開采的巖爆動力災害風險。

本發(fā)明的技術關鍵點是：

針對地下金屬非金屬礦山的傾斜至急傾斜中厚以上礦體、或水平至緩傾斜的厚大礦體，特別適用于礦體上盤或下盤賦存破碎礦體或整體處于高應力地段礦體的開采，以破碎礦體范圍或垂直于最大主應力方位為界，將待采礦體劃分為上下盤礦體采場，上下盤礦體采場垂直或斜交布置。兩個區(qū)域采場可采用不同采礦方法，先采區(qū)域須超前于后采區(qū)域的回采，且超前高度須大于后采區(qū)域的最大采場高度。階段間（內）采用自上而下連續(xù)回采順序，嗣后充填，上部采場充填體作為下部采場的直接頂板，確保礦體上下盤能夠穩(wěn)定連續(xù)協(xié)同采礦。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。