CN102472100B - 地下采矿 - Google Patents

Abstract

在开发地下矿时，通过挖掘泥土并且利用材料传送系统从竖井(80)移除挖掘材料而形成矿井(80)，所述材料传送系统包括能够在竖井内的吊斗引导件上上下移动的吊斗(36)。通过挖掘隧道钻机在其中被组装和操作以钻出隧道(82)的洞穴(81)而从竖井(80)的底部开挖隧道(82)。来自隧道挖掘的材料经由传送机(87)被从隧道输送到在竖井的形成期间在竖井内建立的材料输送系统，该材料输送系统被操作以将该材料输送到地面区域。

Description

地下采矿

技术领域

本发明涉及地下采矿并且特别地涉及需要在开发地下矿的早期阶段中执行的作业。

背景技术

现代大型分块崩落采矿要求相当多的时间来开发和非常多的早期投资。这两个因素均使得它们在净现值方面的金融成功度对于使得它们能够被投入生产的速度极度敏感。深洞矿要求竖井通道并且这个竖井通道的开发形成采矿的初始部分并且因此直接地在项目关键途径上，即在初始竖井实现之前，其它地下开发作业均不能够开始。

在初始竖井已经被凿出之后，能够以用于分块崩落采矿和通过竖井而被输送到表面的、在掘进操作中挖掘的材料的适当的方式从竖井开挖隧道。竖井应该配备有能够移除在掘进期间并且随后地从运营矿挖掘的材料的材料输送系统。传统上，在凿井操作之后并且在隧道开挖之前安装这个系统，这在矿产开发工程中引起相当大的延迟。利用本发明，通过在竖井的形成期间在竖井内建立材料输送系统并且使用该系统输送在随后的掘进操作期间挖掘的材料，这种延迟能够得以避免或者被大大地减小。

发明内容

本发明提供一种开发地下矿的方法，包括：

通过挖掘泥土以形成从地面区域向下地延伸的孔而形成矿井；

利用材料输送系统在竖井的形成期间从该孔移除挖掘材料，该材料输送系统能够被操作用于通过该孔将挖掘材料向上地输送到地面区域以在表面区域处排出；

当通过从竖井向外挖掘来形成隧道时，从竖井的底部开挖一条或者多条隧道；和

通过将在隧道挖掘中挖掘的材料从隧道传送到在竖井的形成期间建立的材料输送系统并操作该系统以将该材料输送到表面区域而移除该材料。

可以通过首先在竖井的底部处挖掘洞穴然后从该洞穴挖掘一条隧道或者多条隧道而实现隧道开挖。

洞穴可以被挖掘成延伸到竖井的相对侧。

可以通过钻孔和爆破并且移除挖掘材料来挖掘洞穴。

隧道钻机部件可以被沿着竖井向下降低并且在洞穴内被组装成隧道钻机，该隧道钻机能够被操作用于从洞穴向外地钻孔以形成一条隧道或者多条隧道。

挖掘泥土以形成竖井可以由挖掘机实现，该挖掘机被设置在材料输送系统下面以将挖掘材料输送到表面区域。在此情形中，挖掘机可以是包括旋转切削头的钻土机。

在竖井的形成完成时并且在隧道开挖之前，通过移除零件并且沿着竖井将被移除的零件向上提升到地面区域，挖掘机可以被整体地或者部分地回收。然而，能够在隧道开挖之前在竖井的底部处埋置挖掘机或者挖掘机的零件。

该材料输送系统可以包括能够在孔内的吊斗引导件上上下移动的一个或者多个吊斗和转移站，在该转移站处，在竖井的形成中挖掘的材料被转移到一个吊斗或者多个吊斗中以输送到表面区域，并且当挖掘进行时，该转移站被向下地移动。

在竖井的形成完成时，转移站可以位于竖井底部处或者竖井底部附近并且隧道挖掘材料可以被进给到转移站以转移到一个吊斗或者多个吊斗中。

可以存在：一对所述吊斗，其能够沿着相邻路径在竖井内上下移动以依次地接收挖掘材料并且将该材料输送到表面区域以在表面区域处排出然后向下返回到转移站；和在转移站处的一对储料仓，其用于接收挖掘材料并且将该材料的非连续的装料间歇地排出到吊斗中。

挖掘泥土以形成竖井可以由钻土机实现，该钻土机包括被设置在用于将挖掘材料输送到表面区域的材料输送系统下面的旋转切削头。该钻土机可以在切削头上方装配有钻岩机，该钻岩机能够被操作用于围绕竖井孔的周边钻出向外延伸的孔，并且洞穴的挖掘可以通过下述方式开始，即通过操作钻岩机以在竖井孔的底部处围绕竖井孔的周边形成向外延伸的爆破孔，设置并且引爆在爆破孔内的爆炸装药以挖掘初始站，可以从所述初始站开挖洞穴和一条隧道或者多条隧道。

附图说明

为了可以更加充分地解释本发明，将参考附图详细描述一个具体实施例，其中：

图1示意凿井系统；

图2是通过凿井系统的竖直截面；

图3是通过该系统的上部的竖直截面；

图4和5是通过图3所示系统的上部的水平截面；

图6和7示意在该系统中包含的一对吊斗的构造；并且

图8至16以图解方式示意可以从竖井向外开挖一条隧道或者多条隧道的方式。

具体实施方式

图1至5示意一种位于竖井孔19中的、大体上由20表示的矿井钻孔设备。这个设备包括钻机21和挖掘材料处理单元22，所述挖掘材料处理单元22被设置在钻机上方并且能够被操作用于从钻机接收挖掘材料并且将其转移到吊斗以输送到地平面并且在地平面处排出到适当的传送设施或者其它输送机构以进行处置。

钻土机21具有装配有刀具25的旋转切削头23并且被安装在主机器框架26的下端处。刀具头能够围绕竖直轴线旋转从而机器能够被操作用于钻出大致柱形的孔。桶传送机29将挖掘材料从刀具头向上输送到被设置在钻机上方的材料处理单元22。

通过被以液压方式致动的稳定起重器27、28的操作，主机器框架26能够在钻孔内被稳定或者锁定到位，起重器27、28操作上和下夹持器29、30以夹持竖井的侧壁从而稳定钻机在竖井中的位置。通过以已知的方式操作稳定起重器27、28和夹持器29、30，钻机能够利用主框架26的增量式前进而被向下地推进。

材料处理单元22被安装在由被沿着周向隔开的竖直立柱32相互连接的一系列平台或者台面31a形成的格架或者主框架31上。刀具头装配有刀具25并且被承载在可旋转柱30上，该可旋转柱被安装在主机器框架26中。

格架31可以在缆索上被降低到竖井中并且被独立于钻机21地支撑，但是在如在以下描述的可替代布置中，格架可以被支撑在钻机的本体上。

材料处理单元22包括材料转移站33，该材料转移站33包括并排安装在格架31上的形式为漏斗34的一对储料仓。格架还支撑桶传送机46，该桶传送机46通过竖井将挖掘材料从钻机21向上输送到在转移站上方的位置，该桶输送机将挖掘材料从该转移站排出到排出坡道35上并且排出到储料仓34中。传送机46连续地操作以将挖掘材料进给到储料仓中并且材料被从储料仓顺序地排出到一对吊斗36中，该吊斗36被吊在来自地平面的缆索40上并且装配有轮子37，轮子37在被以将在下面描述的方式装配到竖井的竖直引导件38上行进。

吊斗36可以是如在图6和7中所示的弧门底部卸料吊斗。每一个吊斗的顶部和底部均装配有将在相应的竖直引导件38的三个侧面上行进的两组轮子37。每一个吊斗均还装配有衬有磨损块以沿着引导件行进的开槽导轮(open channel runner)50。

吊斗36一前一后地操作从而当一个吊斗被从转移站33提升到地平面时，另一个吊斗被降低到装载站。当吊斗36到达装载站时，相应的储料仓34的底板被移动以通过排出开口39将在储料仓中存储的材料排出到吊斗中。储料仓的内容物快速地排空到吊斗中并且储料仓的底门关闭。每一个储料仓均具有充分的容量以当吊斗被提升到表面时从传送机46连续地积聚材料，通过打开底部弧门而排出它的内容物，并且吊斗被再次降低到装载站。

吊斗36被形成为长矩形容器，该容器被设置成沿着竖井的侧部或者段52竖直地延伸。竖井的占据显著地小于竖井截面的50％的这个部分可以被钢制模壳从竖井空间的其余部分划分，当钻孔进行时，该钢制模壳承载吊斗引导件38并且被设于安装在竖井内的竖井衬里42中。通常竖井的侧段52的最大宽度可以不大于竖井直径的大约三分之一。

如在图4中所示，竖井可以装配有空气管道43和用于将人员和材料运送至格架34的台面和钻机的主架的运送桶或者提升器44，竖井的中央区域51仍然可用作提升舱室。

因为吊斗36被约束为在通过模壳41而被牢固地锚固到竖井衬里的引导件上行进，所以它们能够具有非常健壮的构造并且能够比先前用于向表面传输挖掘材料的容器更加快速地沿着引导件并且在保护性模壳内被升高和降低。衬里42可以由混凝土形成并且为了使得衬里和用于吊斗的引导件能够逐步延伸，可以通过随着凿井进行在吊斗移动到衬里延伸部中之前在材料正被传送和转移时在转移站33下面安装连续的衬里和吊斗引导件延伸部而延伸竖井衬里和吊斗引导件。

随着竖井钻孔操作的进行，钻机可以通过稳定起重器27、28的交替操作而被以连续的增量推进，以允许机器沿着孔向下移动。通过传送机的底环46a的运动，传送机的底端能够竖直地延伸，补偿了上环46b的运动的，以允许当钻机的刀具头和传送机29移动有限的距离时，利用传送机继续将挖掘材料输送到转移站并且排出到漏斗34中，而不用移动转移站。在这个时间期间，竖井衬里的延伸部34能够被安装在转移站下面，更加具体地，被安装于在那时当前的材料转移和提升操作期间紧挨吊斗36的最下位置的下方。

可以通过将混凝土通过从表面延伸的平滑线路直接地喷射到钻孔上并且通过分配器将混凝土供应到一个或者多个、通常地两个被以人工方式操作的涂覆软管来安装衬里。可替代地，衬里能够被从预浇制部件组装并且通过螺接或者其它方便的方法而被附接到壁。吊斗引导件的延伸部和吊斗引导件模壳然后能够被安装从而被牢固地锚固到衬里。单元22然后能够被降低从而装载站被降低并且允许吊斗36行进到在延伸衬里内的延伸引导件上。如果通过喷射或者其它方法将衬里以湿润形式涂覆到钻孔，则将需要足够的时间以允许混凝土在装载站被降低之前固化。

虽然在所示意的实施例中，材料处理单元22被独立于钻机21地支撑，但这不是必须的，并且在一种可替代布置中，承载装载站的格架可以被直接地支撑在钻机的主框架上。在这种布置中，当该框架通过稳定起重器的操作而被锚固到钻孔时，装载站将利用钻机的主框架支撑并且被牢固地保持到位。钻机的头部将随着钻孔的进行而向下地移动以使得竖井衬里和吊斗引导件能够在钻机的主框架和转移站接着被向下移动之前延伸。在其中独立于钻机地支撑转移站的布置中，转移站能够以增量式步骤或者可以被或者可以不被联接到钻机的运动的大致连续的运动移动。

本发明使得能够开发一种材料转移和提升系统，在钻孔进行时，其使用能够是健壮的并且能够比吊桶和其它不受引导的容器更加快速地提升和降低的吊斗。所示意的系统能够以与用于在运营矿中移除材料而要求的速率相等的速率移动挖掘材料。通常，使用每一个均具有24吨容量的两个吊斗，每天移动10,000吨的挖掘材料是可能的。相应地，如在凿井操作期间安装的转移站和吊斗提升设施可以被保留到位并且随后地被用于在掘进操作期间和从随后开发的运营矿取回材料。

钻机21的主框架61包括装配有被布置成沿着径向钻孔的四个高容量液压钻岩机63的螺接台面62。这些钻岩机在凿井期间操作以钻出用于安装岩锚以稳定井壁的螺栓孔。防尘罩70位于刀具头23和螺接台面62之间。通过利用也可以在螺接台面处设置的设施喷射混凝土，还将混凝土涂覆到井壁。

图8至16示意可以从竖井开挖隧道82并且使用在凿井操作期间开发的材料输送系统将在掘进操作期间挖掘的材料输送到表面的方式。图8和9以图解方式示出竖井的底部80，已经从该底部80挖掘洞穴81以延伸到竖井的相对侧。洞穴81可以通过钻孔和爆破并且使用现有材料输送系统22沿着竖井向上移除材料而形成。洞穴被形成为具有足以容纳隧道钻机83的长度和容积，该隧道钻机利用被沿着在竖井内的重载升降舱室降下的部件在洞穴内组装并且被操作以开挖隧道82。隧道钻机83可以具有传统上在土木工程隧道掘进中诸如在道路和铁路隧道或者水管隧道的形成中使用的类型。它可以包括被安装在履带式行进装置85上并且设置有带旋转刀具的钻头86的中央本体84。钻机可以包括诸如链式输送机88的细长输送机，其从旋转切削头向后地延伸到在钻机后面拖曳的、可进一步延伸的传送机87，以将挖掘材料运送返回到竖井的底部。

为了形成洞穴81，可以起初地使用钻岩机63或者钻机的螺接台面62钻出在其中分阶段地引爆爆炸装药的爆破孔而形成竖井站。在通过这项技术形成竖井站之后，能够实现进一步的分阶段钻孔和爆破以形成扩大的洞穴。

图10至16示意通过如在下面讨论的步骤或者阶段序列形成竖井站。

阶段1

当竖井钻机21沉降并且接近将在此处形成站的水平面时，在螺接台面62下面安装的定心钻钻出如在图10中所示的用于站的巷道口。

阶段2

竖井钻机21利用四个螺接钻具63继续缓慢凿井通过站区域，采用所述螺接钻具来环钻出带有孔64的圆形站，如在图11中所示。该环是基于布置有多个“楔式切割”部以提供用于爆破的自由面的螺接样式的。钻具装配有用于延伸钻孔的“前夹具”并且通过手添加杆。站区域可以已经被以正常方式喷射混凝土，但是当站区域将不被螺接时，可能已经涂覆了较多的喷射混凝土，或者，如果需要螺栓，则“外壳螺栓”能够被设定在某些环钻孔中并且被移除以进行爆破。

当竖井钻机沉降以通过所提出的站的深度在相继平面中钻出爆破孔时操作螺接钻具63，从而能够随后通过分阶段爆破成层(in slices)地形成站。在如在图12中所示钻出用于爆破废物旁通狭槽或者通道的另外的孔65时，竖井钻机然后沉降大致3米。将在以后使用这些旁通狭槽来使废物从正在开采的站掉落到竖井钻机切削轮以如在下面所讨论的那样输送。在上方格架上执行的混凝土浇注过程在这个过程期间得以保持以允许竖井钻机在阶段爆破操作期间爬升到站上方。

阶段3

用于废物旁通通道的孔65被装药和爆破以形成通道66然后站的顶层67被分阶段地爆破。如在图13中所示，竖井钻机在每一次装药之后爬出到站水平面上方，并且采用电子雷管执行爆破以减小最大瞬时装药和由此引起的冲击。该站被竖直地划分成大致2.5m高的层67从而易于利用手持式设施支撑。

阶段4

竖井钻机21被降低以使得螺接台面62与如在图12中所示的第一挖掘站层齐平。第一层67的后部和壁被喷射混凝土并且被螺接并且废物借助于如在图15中所示被安装在螺接台面上的铲泥机71而被移除，从而刮回到废物旁通流道中以绕过防尘罩70。竖井钻机刀具头23间歇地运行以经由吊斗系统卸除废物。

阶段5

如在图16中所示，相继站的层67被爆破出来并且壁被喷射混凝土和螺接。

阶段6

竖井钻机继续在挖掘站下面进行凿井。更加具体地，竖井底部可以向下地延伸到洞穴81的地板下面以形成材料输送系统的转移站33能够位于其中的竖井道89(图8)。材料输送系统的储料仓或者漏斗34能够因此位于在洞穴的地板下面的竖井道中并且吊斗36被降低到竖井道中以接收从传送机67掉落到储料仓中的材料。

在隧道开挖操作之前通过移除零件并且通过竖井的重载升降舱室将它们提升，竖井钻孔设备的钻头21可以被完全或者部分地回收。然而，这个设施是非常大的，重量通常在1800吨的量级，并且在其中操作成本可以超过$1,000,000每天的工程中，回收可能是不经济的。在这些情况中，在隧道开挖操作之前，零件或者整个钻头可能被留在孔的底部处并且被埋置。

所示意的设施使得能够非常显著地节约采矿时间。然而，已经仅仅通过实例描述了这个设施并且它可以被相当大地修改。例如，虽然能够通过组装并且操作用于掘进操作的隧道钻机而实现最大的益处，但是这不是必须的并且将能够通过传统的钻孔和爆破技术开挖隧道。类似地，还将能够修改竖井钻孔设施或者替代机械切削头地采用钻孔和爆破技术。

Claims (20)

1.一种开发地下矿的方法，包括：

通过在格架下方挖掘泥土以形成从地面区域向下延伸的孔来形成矿井；

通过材料输送系统在所述矿井的形成期间从所述孔移除挖掘材料，所述材料输送系统包括安装在所述格架上的材料转移站，所述材料输送系统能够操作用于经由所述转移站将所述挖掘材料通过所述孔向上输送到所述地面区域以在所述地面区域处排出；

当所述矿井形成时，将所述格架和所述材料转移站设置在所述矿井的底部处；

通过从所述矿井向外挖掘来从所述矿井的底部开挖一条或者多条隧道；和

通过将在隧道挖掘中挖掘的材料从所述隧道输送到在所述矿井的形成期间建立的所述材料输送系统的所述材料转移站并且操作所述材料输送系统以将所述材料输送到所述地面区域而移除所述材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过首先在所述矿井的底部处挖掘洞穴然后从所述洞穴挖掘一条隧道或者多条隧道而实现隧道开挖。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述洞穴挖掘成延伸到所述矿井的相对侧。

4.根据权利要求2或者权利要求3所述的方法，其中通过钻孔和爆破并且移除挖掘材料来挖掘所述洞穴。

5.根据权利要求2所述的方法，其中隧道钻机部件被沿着所述矿井降低并且在所述洞穴内被组装成隧道钻机，所述隧道钻机能够操作用于从所述洞穴向外钻孔以形成所述一条隧道或者多条隧道。

6.根据权利要求1至3和5中的任一项所述的方法，其中所述格架包括挖掘机的零件，并且通过所述挖掘机实现泥土的挖掘以形成所述矿井。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述挖掘机是包括旋转切削头的钻土机。

8.根据权利要求6所述的方法，其中在所述矿井的形成完成时并且在隧道开挖之前，通过移除零件并且将被移除的零件沿着所述矿井提升到所述地面区域，所述挖掘机被整体地或者部分地回收。

9.根据权利要求7所述的方法，其中在隧道开挖之前将所述挖掘机或者所述挖掘机的零件埋置在所述矿井的底部处。

10.根据权利要求1至3和5中的任一项所述的方法，其中所述材料输送系统包括能够在所述孔内的吊斗引导件上上下移动的一个或者多个吊斗。

11.根据权利要求10所述的方法，其中随着所述矿井的形成的进行，所述孔被逐渐加衬并且设置有吊斗引导件延伸部。

12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述矿井的形成中挖掘的材料被从所述转移站转移到一个吊斗或者多个吊斗中用于输送到所述地面区域，并且当挖掘进行时，所述转移站向下移动。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述矿井的形成完成时，所述转移站位于所述矿井的底部处或者所述底部附近，并且隧道挖掘材料被进给到所述转移站用于转移到所述一个吊斗或者多个吊斗中。

14.根据权利要求12所述的方法，其中存在一对所述吊斗，所述吊斗能够沿着相邻路径在所述矿井内上下移动以依次接收挖掘材料并且将该材料输送到所述地面区域以在所述地面区域处排出然后向下返回到所述转移站。

15.根据权利要求14所述的方法，其中存在所述转移站处的一对储料仓，以接收挖掘材料并且将该材料的非连续的装料间歇地排出到所述吊斗中。

16.根据权利要求2所述的方法，其中通过钻土机实现泥土的挖掘以形成所述矿井，所述钻土机包括被设置在用于将挖掘材料输送到所述地面区域的所述材料输送系统下面的旋转切削头，所述钻土机在所述切削头上方装配有钻岩机，所述钻岩机能够操作用于围绕所述矿井的周边钻出向外延伸的岩石孔，并且所述洞穴的挖掘通过下述方式开始，即操作所述钻岩机以在所述矿井的底部处围绕所述矿井的周边形成向外延伸的爆破孔，设置并且引爆所述爆破孔内的爆炸装药以挖掘初始站，从所述初始站开挖所述洞穴和一条隧道或者多条隧道。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述爆破孔被分阶段地爆破，并且对于每一阶段的爆破，所述钻土机均被升高到爆破区域上方。

18.根据权利要求16或者权利要求17所述的方法，其中允许或者使得通过所述爆破挖掘的材料掉落到所述矿井的底部并且所述矿井的钻机被操作以拾取该材料并且将其进给到所述材料输送系统用于输送到所述地面区域。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述材料输送系统包括能够在所述孔内上下移动的一个或者多个吊斗，和所述转移站，在所述转移站处，在所述矿井的形成中挖掘的材料被转移到所述一个吊斗或者多个吊斗中用于输送到所述地面区域，当挖掘进行时所述转移站向下移动，并且在钻孔和爆破以形成扩大的站之后，操作所述钻土机以向下延伸所述矿井直至所述转移站到达开挖站并且能够从所述开挖站和从其延伸的所述一条隧道或者多条隧道直接接收挖掘材料。

20.根据权利要求19所述的方法，其中存在一对所述吊斗，所述吊斗能够在吊斗引导件上在所述矿井内上下移动；和所述转移站处的一对挖掘材料储料仓，以接收挖掘材料并且将该材料的非连续的装料间歇地排出到所述吊斗中。