CN101545366B - 一种水下采矿方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种水下采矿方法及其装置，其步骤为：①先用破岩装置或其他爆破方式将水下矿床破碎到提升管道符合输送要求的矿石颗粒；②将提升管道、提升泵和水力吸矿装置布放到井下，当水力吸矿装置着底时，启动提升泵输送清水；③水力吸矿装置使提升管道入口的矿石颗粒保持悬浮状态；④矿石颗粒被提升到地面储矿池内；⑤矿石在地面储矿池内沉降，清水脱泥后排入矿井内；⑥远程测控站负责监控；⑦采矿完成后，停止水力吸矿装置工作，当输送管路出口排出清水时，即可关闭提升泵。该装置包括水力吸矿装置、水下空间探测器、提升管道、提升泵、远程测控站、输送管路以及地面储矿池。本发明具有结构简单紧凑、操作简便、安全性好、开采效率高等优点。

Description

一种水下采矿方法及其装置

技术领域

本发明主要涉及到采矿方法和设备领域，特指一种水下采矿方法及其装置。

背景技术

在我国很多沉积型的金属矿藏中，其特点是矿床埋藏深、地下水量大、水文地质条件复杂。如采用堵水排水法进行地下开采，对于黑色金属矿和价值较低的矿床，其经济效益难以得到保障。再者，沉积类矿藏地质条件都较差，容易发生安全事故。随着矿山开采技术的进步和自动化技术的发展，特别是海上石油和深海采矿技术的开发使得不排水地下矿采矿方法成为可能。因此，无人化和不排水的采掘方法应该是解决途径之一。

通过水下采矿方法与装置的研究开发，建立不影响地下水位的友好型采矿方法，可以解决我国大部分地区地下水量大采矿难的问题。该采矿方法的开发成功，可以拓展到高瓦斯煤矿、高粉尘煤矿的采矿，从而大大降低恶性安全事故，改善工人劳动作业条件，提高人民生活质量。陆基水下矿区一般埋藏于地面之下几十米到几百米深处，由于地下水的长期作用，矿石多呈砂粒状、粉状和块状等，个别的呈胶结状。再者，由于矿区水文地质条件复杂，坑道疏干排水容易引起地面塌陷，造成生态环境变化等，而且矿床开采费用高，前期准备时间长，安全隐患大。如采用传统的陆基地下金属矿床开采方法，矿床坑道容易发生垮帮、冒顶和变形，严重影响作业人员和设备安全。因此，水下采矿方法是对矿井内已经爆破破碎后的矿石物料，通过集矿、造浆和提升以达到采矿的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、操作简便、安全性好、开采效率高、可适用于不排水地下矿采矿方法的水下采矿方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种水下采矿方法，其特征在于步骤为：

①首先用破岩装置或其他爆破方式将水下矿床破碎到符合提升管道输送要求的矿石颗粒；

②通过地面平台式钻塔把提升管道、提升泵和水力吸矿装置布放到井下，当水力吸矿装置着底时，启动提升泵输送清水；

③水力吸矿装置使提升管道入口的矿石颗粒保持悬浮状态；

④矿石颗粒通过格筛、提升管道、提升泵和输送管路提升到地面储矿池内；

⑤矿石在地面储矿池内沉降，清水脱泥后经溢流排放管排入矿井内；

⑥远程测控站采集矿浆浓度、流量和压力等数据；

⑦采矿完成后，首先停止水力吸矿装置工作，当输送管路出口排出清水时，即可关闭提升泵。

一种水下采矿装置，其特征在于：它包括水力吸矿装置、水下空间探测器、提升管道、提升泵、远程测控站、输送管路以及地面储矿池，所述位于水下采矿区的水力吸矿装置与提升管道的下方相连通，提升管道的中部设有提升泵，提升管道的上方通过输送管路与地面储矿池相连，所述水下空间探测器与远程测控站相连。

作为本发明的进一步改进：

所述水力吸矿装置包括高压喷嘴、格筛、集矿斗、软管以及潜水泵，高压喷嘴通过软管与潜水泵相连，高压喷嘴装设于集矿斗下方的四周侧，集矿斗的顶端与提升管道相连通，集矿斗的底部进口处设有格筛。

所述提升管道上套设有潜水泵固定板，潜水泵通过卡箍固定于潜水泵固定板上。

所述提升泵为潜水砂砾泵。

所述提升泵为空气泵，空气泵的下方连接有固液两相流提升管道，空气泵的上方连接有固液气三相流提升管道，空气泵的侧面上设有压气管道。

所述提升管道通过拉绳与地面平台式钻塔相连，拉绳上装设有拉力传感器。

所述地面储矿池通过溢流排放管与竖井相连通。

所述提升管道与水力吸矿装置之间设有伸缩套。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明的水下采矿方法及其装置，具有结构简单紧凑、操作简便、安全性好、开采效率高、可适用于不排水地下矿采矿等优点，可为地质条件差的矿藏提供一种安全性较好，环境友好的开采方法；同时也可用于煤矿的开采，特别是我国南方地区目前无法开采的高粉尘煤矿，若不排水开采方法能成功用于该煤矿的开采，由于井下无人，使恶性安全事故大为降低，对创建和谐社会和建设美好生活意义重大。

附图说明

图1是本发明水下采矿装置的结构示意图；

图2是本发明中水力吸矿装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施例中空气泵的连接示意图。

图例说明：

1、水力吸矿装置                    101、高压喷嘴

102、格筛                          103、集矿斗

105、底架                          106、软管

107、卡箍                          108、潜水泵

109、潜水泵固定板

2、水下空间探测器                  3、伸缩套

4、提升管道                        5、提升泵

501、固液两相流提升管道            502、固液气三相流提升管道

503、压气管道

6、远程测控站                      7、地面平台式钻塔

8、拉力传感器                      9、输送管路

10、地面储矿池                     11、溢流排放管

12、竖井                           13、拉绳

14、岩石层                         15、矿床层

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的水下采矿方法，其步骤为：

①首先用破岩装置或其他爆破方式将水下矿床破碎到符合提升管道4输送要求的矿石颗粒；

②通过地面平台式钻塔7把提升管道4、提升泵5和水力吸矿装置1布放到井下，当水力吸矿装置1着底时，启动提升泵5输送清水；

③水力吸矿装置1使提升管道4入口的矿石颗粒保持悬浮状态；

④矿石颗粒通过格筛102、提升管道4、提升泵5和输送管路9提升到地面储矿池10内；

⑤矿石在地面储矿池10内沉降，清水脱泥后经溢流排放管11排入矿井内；

⑥远程测控站6采集矿浆浓度、流量和压力等数据；

⑦采矿完成后，首先停止水力吸矿装置1工作，当输送管路9出口排出清水时，即可关闭提升泵5。

根据实际需要，提升泵5可以为采用水力提升方式的潜水砂砾泵，也可以为采用气力提升方式的空气泵。当采用空气泵时，在水力吸矿装置1着底后，启动地面空气压缩机，排出的压缩空气通过压气管道503进入空气泵输送清水。

为保持提升管道4入口处有一定量的矿石，利用提升管道4下部与水力吸矿装置1之间的伸缩套3，通过水力吸矿装置1自身重力作用，在伸缩套3的有效行程内保持着底；还可通过串接在提升管道4上部的拉力传感器8测定提升系统重量的变化，判断水力吸矿装置1的着底高度；整个采矿过程由地面远程测控站6控制和监视，采矿过程每一启动步骤，屏幕上均清晰的显示采矿过程中设备工作状况，如启动过程中出现问题将会发出报警信号。当一次采矿完成后，用水下空间探测器2对已采矿区的开采状况进行观察，并确定下一采矿区的深度和方位。

如图1所示，本发明水下采矿装置，它包括水力吸矿装置1、水下空间探测器2、提升管道4、提升泵5、远程测控站6、输送管路9以及地面储矿池10，位于水下采矿区的水力吸矿装置1与提升管道4的下方相连通，提升管道4的上方通过输送管路9与地面储矿池10相连，水下空间探测器2与远程测控站6相连并由其控制，提升管道4的中部设有提升泵5。参见图2，本实施例中水力吸矿装置1包括一个以上高压喷嘴101、格筛102、集矿斗103、底架105、软管106、卡箍107以及潜水泵108，高压喷嘴101通过软管106与潜水泵108相连，高压喷嘴101装设于集矿斗103下方的四周侧，集矿斗103的顶端与提升管道4相连通，集矿斗103的底部进口处设有格筛102。集矿斗103、软管106固定于底架105上。提升管道4上套设有潜水泵固定板109，潜水泵108通过卡箍107固定于潜水泵固定板109上。潜水泵108产生的压力水通过软管106经过高压喷嘴101出来形成射流，扬起井下沉淀的矿石，该装置的集矿效率很大程度决定于喷嘴参数和射流参数。提升管道4通过拉绳13与地面平台式钻塔7相连，拉绳13上装设有拉力传感器8。地面储矿池10通过溢流排放管11与竖井12相连通。提升管道4与水力吸矿装置1之间设有伸缩套3。提升泵5可以采用潜水砂砾泵，其属于水力提升方式，主要是利用潜水砂砾泵的动力在管线内外产生压差，形成清水在管线内的上升流，把矿石提升至地面。

参见图3，本发明的提升泵5也可以采用空气泵，其属于气力提升方式，主要是利用管线内外压差把矿石提升至地面。空气泵的下方连接有固液两相流提升管道501，空气泵的上方连接有固液气三相流提升管道502，空气泵的侧面上设有压气管道503。地面空气压缩机排出的压缩空气通过压气管道503进入空气泵环形通道内，空气泵下部为固液(矿石和水)两相流，空气泵上部为固液气(矿石、水和空气)三相流。环形通道、进气孔面积是空气泵结构设计的主要依据，本空气泵的环形通道设计为内外套管形式，进气孔面积由多组圆孔组成。

工作原理：

采矿前，首先用破岩装置或其他爆破方式将水下矿床破碎到一定大小的矿石颗粒，然后通过地面平台式钻塔7把提升管道4、提升泵5和水力吸矿装置1布放到井下，当水力吸矿装置1着底时，启动提升泵5输送清水。

参见图1，矿床层15位于岩石层14的下方。采矿时，水力吸矿装置1把提升管道4入口的矿石颗粒保持悬浮状态，矿石颗粒通过格筛102、提升管道4、提升泵5以及输送管路9提升到地面储矿池10内，矿石在地面储矿池10内沉降，清水脱泥后经溢流排放管11排入矿井内。同时，远程测控站6采集矿浆浓度、流量和压力等数据。此外，为保持提升管道4入口处有一定量的矿石，利用提升管道4下部与水力吸矿装置1之间的伸缩套3，通过水力吸矿装置1自身重力作用，在伸缩套3的有效行程内保持着底，也可通过串接在提升管道4上部的拉力传感器8测定提升系统重量的变化，判断水力吸矿装置1的着底高度。

采矿结束时，首先停止水力吸矿装置1工作，当输送管路9出口排出清水时，即可关闭提升泵5。

整个采矿过程由地面远程测控站6控制和监视，采矿过程每一启动步骤，屏幕上均清晰的显示采矿过程中设备工作状况，如启动过程中出现问题将会发出报警信号。当一次采矿完成后，用水下空间探测器2对已采矿区的开采状况进行观察，并确定下一采矿区的深度和方位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水下采矿方法，其特征在于步骤为：

①首先用破岩装置将水下矿床破碎到符合提升管道输送要求的矿石颗粒；

②通过地面平台式钻塔把提升管道、提升泵和水力吸矿装置布放到井下，当水力吸矿装置着底时，启动提升泵输送清水；

③水力吸矿装置使提升管道入口的矿石颗粒保持悬浮状态；

④矿石颗粒通过格筛、提升管道、提升泵和输送管路提升到地面储矿池内；

⑤矿石在地面储矿池内沉降，清水脱泥后经溢流排放管排入矿井内；

⑥远程测控站采集矿浆浓度、流量和压力数据；

⑦采矿完成后，首先停止水力吸矿装置工作，当输送管路出口排出清水时，即关闭提升泵。

2.根据权利要求1所述的水下采矿方法，其特征在于：所述提升泵为采用水力提升方式的潜水砂砾泵，或为采用气力提升方式的空气泵。

3.一种水下采矿装置，其特征在于：它包括水力吸矿装置(1)、水下空间探测器(2)、提升管道(4)、提升泵(5)、远程测控站(6)、输送管路(9)以及地面储矿池(10)，所述位于水下采矿区的水力吸矿装置(1)与提升管道(4)的下方相连通，提升管道(4)的中部设有提升泵(5)，提升管道(4)的上方通过输送管路(9)与地面储矿池(10)相连，所述水下空间探测器(2)与远程测控站(6)相连。

4.根据权利要求3所述的水下采矿装置，其特征在于：所述水力吸矿装置(1)包括高压喷嘴(101)、格筛(102)、集矿斗(103)、软管(106)以及潜水泵(108)，高压喷嘴(101)通过软管(106)与潜水泵(108)相连，高压喷嘴(101)位于集矿斗(103)下方的四周侧，集矿斗(103)的顶端与提升管道(4)相连通，集矿斗(103)的底部进口处设有格筛(102)。

5.根据权利要求4所述的水下采矿装置，其特征在于：所述提升管道(4)上套设有潜水泵固定板(109)，潜水泵(108)通过卡箍(107)固定于潜水泵固定板(109)上。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的水下采矿装置，其特征在于：所述提升泵(5)为潜水砂砾泵。

7.根据权利要求3-5中任意一项所述的水下采矿装置，其特征在于：所述提升泵(5)为空气泵，空气泵的下方连接有固液两相流提升管道(501)，空气泵的上方连接有固液气三相流提升管道(502)，空气泵的侧面上设有压气管道(503)。

8.根据权利要求3-5中任意一项所述的水下采矿装置，其特征在于：所述提升管道(4)通过拉绳(13)与地面平台式钻塔(7)相连，拉绳(13)上装设有拉力传感器(8)。

9.根据权利要求3-5中任意一项所述的水下采矿装置，其特征在于：所述地面储矿池(10)通过溢流排放管(11)与竖井(12)相连通。

10.根据权利要求3-5中任意一项所述的水下采矿装置，其特征在于：所述提升管道(4)与水力吸矿装置(1)之间设有伸缩套(3)。

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