CN102472101B - 形成用于地下矿的竖井 - Google Patents
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Abstract
在形成用于地下矿的竖井时，被钻机(21)挖掘的泥土被处理单元(22)向上输送到转移站(33)，泥土在此处被转移到吊斗(36)中，该吊斗被沿着在竖井孔(19)内的吊斗引导件(38)升高和降低以将挖掘材料输送到地面区域。当挖掘进行时，转移站(33)向下移动。
Description
技术领域
本发明涉及用于地下矿的竖井的形成。它特别地但是并非专有地应用于形成矿井，在矿井已经形成之后，通过该矿井，提供进行地下采矿作业和提取开采材料的通道，但是它还可以应用于形成用于其它目的的竖井诸如用作用于地下矿的通风井。
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地敏感。深洞矿要求竖井通道并且这个竖井通道的开发形成矿开发的初始部分并且因此直接地在项目关键途径上，即在初始竖井完成之前，其它地下开发作业均不能够开始。
传统的凿井操作是如此执行的，即进行钻孔和爆破来挖掘材料以形成孔并且利用清理系统移除挖掘材料，利用清理系统，挖掘材料被拾取并且在吊桶中堆积，吊桶在缆索上被提升到地面，缆索延伸到井架和安装在矿面处的绞车。这个清理操作要求熟练的操作员并且对于矿工本质上是危险的，当竖井正被形成时，需要矿工在竖井底部处引导并且操作设备。而且，挖掘材料能够被移除的速度受到停止用于钻孔和爆破的操作的需要、将可变尺寸材料装载到吊桶中的难度和当吊桶在凿井进行时趋向于在非常长的长度的缆索上摆动时吊桶能够被提升和降低的有限速度所限制。
已经提出了通过使用钻土机械来增加凿井能够得以进行的速度。例如，Sugden的美国专利3,965,995公开了一项使用刀轮的建议，该刀轮围绕水平管状支撑件旋转，在此处切屑被引导到管状支撑件中从而由将它们载送至排出站的环形桶接收。另一个实例是Salter等人的美国专利4,589,502公开了一项使用凿井设备的建议，该凿井设备采用具有旋转切削头和桶传送机的钻土机，该桶传送机用于将切屑载送到安装在钻机上的给料仓，切屑能够被从该给料仓进给到到吊斗中，该吊斗被起重机提升到地面。然而，这些现有技术建议仍然与吊桶、桶或者吊斗的直接填充有关，并且因此由于在站上具有这种填充装置，这种系统的操作速度和能力受到限制，即，如果在用于这种钻土机械的排出站处无任何填充装置，则该机器应该暂时地停止切削，直至另一填充装置可用。本发明使得能够开发一种更加稳健的和有效的移除系统，即便填充装置未在站上，该移除系统也允许从这种机器的挖掘材料的持续供应继续。
发明内容
根据本发明，提供一种在用于地下矿的矿井的形成期间从矿井移除挖掘材料的方法，包括：
在大致连续的基础上将挖掘材料从竖井的挖掘区域向上输送到在挖掘区域上方的转移站；
将输送的挖掘材料堆积到位于转移站处的至少一个储料仓中；
将挖掘材料的所述不连续的仓装料从所述多个储料仓循环地排出到类似的多个吊斗中，一个吊斗与所述储料仓中的每个储料仓关联并且能够沿着所述竖井内的吊斗引导件上下移动；将从各自关联的储料仓接收挖掘材料的不连续的仓装料之后的每个吊斗循环地提升到地面区域，在所述表面区域处从吊斗排出挖掘材料的装料并且将吊斗降低返回到转移站以从各自关联的储料仓接收材料的另外的不连续的仓装料；和
当挖掘进行时，将所述转移站和储料仓周期地重新定位在所述竖井中的相继向下移位的位置处。
可以存在转移站处的一对储料仓和能够顺序地沿着相邻路径在竖井内上下移动的一对吊斗，以接收挖掘材料的非连续的装料并且将那些装料输送到地面区域以在地面区域处排出然后向下返回到转移站。
吊斗可以被各自的吊斗引导件约束为沿着被设置在竖井的侧段内的路径移动，该侧段具有小于竖井的横截面面积的50％的横截面面积。
挖掘材料可以被与转移站相关联的传送机输送到转移站。
传送机可以具有能够竖直移动的下端，当挖掘在所述转移站的周期性重定位之间进行时，该下端向下移动有限的距离。
转移站的周期性移动可以是响应于竖井衬里延伸部在转移站下面的安装。
本发明进一步提供一种形成用于地下矿的矿井的方法，包括：
挖掘泥土以形成从地面区域向下地延伸的孔；和
利用以上限定的方法从竖井移除挖掘材料。
泥土的挖掘可以由包括旋转切削头的钻土机执行。
通过在转移站下面安装连续的衬里延伸部和吊斗引导件延伸部从而在所述转移站的向下重定位之前延伸衬里和吊斗引导件，可以利用含有用于吊斗或者每个吊斗的引导件的竖井衬里逐渐地为孔加衬。
本发明进一步提供用于在竖井的形成期间从矿井移除挖掘材料的设备，包括：
传送机，所述传送机用于将挖掘材料从挖掘区域向上输送到转移站；
多个储料仓，所述储料仓位于转移站处以从传送机的上部接收挖掘材料，从而输送的挖掘材料暂时地存储在所述储料仓中以形成挖掘材料的静态不连续的仓装料；和
类似的多个吊斗，一个吊斗与所述储料仓中的每个储料仓关联，并且每个吊斗能够沿着所述竖井内的吊斗引导件循环地上下移动，以从所述转移站处的所述储料仓中的相应一个储料仓接收挖掘材料的不连续的仓装料，以将该材料输送到地面区域以在所述地面区域处排出并且返回到所述存储站以接收另外的挖掘材料。
本发明还延伸至用于形成用于地下矿的矿井的设备，包括：
用于挖掘泥土以形成从地面区域向下地延伸的孔的挖掘机；和
用于移除被挖掘机挖掘的泥土的、如上限定的设备。
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示意根据本发明构造和操作的凿井系统；
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是通过该系统的上部的水平截面；并且
图6和7示意包含在该系统中的一对吊斗和吊斗引导件的构造。
具体实施方式
附图示意一种位于竖井孔19中的、大体上由20表示的矿井钻探设备。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以从钻机接收挖掘材料并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45、46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包括由通过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(galloway)或者主框架31。
吊盘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。
材料处理单元22包括材料转移站33，所述材料转移站33包括并排安装在吊盘31上具有料斗34形式的一对储料仓。吊盘还支撑桶传送机46，所述桶传送机46将挖掘材料从钻机21通过竖井向上地输送到在转移站上方的位置，所述桶传送机46将挖掘材料从该位置排出到排出坡道35上并且排出到储料仓34中。传送机46在刀具头23正在切削时操作以将挖掘材料进给到储料仓并且材料被顺序地从储料仓排出到一对吊斗36中，所述吊斗36吊在来自地平面的缆索40上并且装配有轮子37，所述轮子37沿着被以将在下面描述的方式装配到竖井的竖直引导件38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沿着相应的竖直引导件38的三个侧面行进的两组轮子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以将预定的不连续装填的材料排出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便当吊斗被提升到表面时积聚来自传送机46的材料，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以接收材料的另一非连续的装料。
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2和3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吊盘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被约束为沿着通过模壳41而被牢固地锚固到竖井衬里的引导件行进，所以它们能够具有非常稳健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随着凿井进行而逐步延伸，通过在材料正被传送和转移的同时在转移站33下面安装连续的衬里延伸部和吊斗引导件延伸部，可以在吊斗移动到衬里延伸部中之前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，从而补偿了上环46b的运动，以允许当钻机的刀具头和传送机45移动通过有限的距离时，利用传送机将挖掘材料继续输送到转移站并且排出到料斗34中，而不用移动转移站。在这个时间期间，竖井衬里42的延伸部(未示出)能够被安装在转移站下面，更加具体地，被安装于在此时当前的材料转移和提升操作期间紧挨吊斗36在衬里安装区域90中的最下位置的下方的平台或者台面上。
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，能够替代喷射地将混凝土倾倒到模壳中或者衬里能够被从预浇制部件组装并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和沿着该延伸引导件行进。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。
因为转移站被独立于钻机地支撑，所以它能够以增量式步骤或者可以匹配或者可以不匹配钻机的运动的大致连续运动移动。通常这种运动响应于对重新定位的需要以实现竖井衬里的另一个延伸部。
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，其使用能够是稳健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。容量将依赖于在表面处的提升装置的尺寸和竖井的深度，但是一种典型的设备应该能够每天移动至少4,500吨的挖掘材料。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从随后开发的运营矿取回材料。
已经仅仅通过实例描述了所示意的系统，并且它能够被相当大地修改，包括各种吊斗引导件布置。能够在根据本发明的设备或者方法中使用各种钻机。这些钻机能够使用各种类型的刀具或者可以采用液压或者其它类型的挖掘。可以可替代地通过钻孔和低能量爆破操作例如通过钻出填充有低能量装药的小的被封闭地隔开的孔来实施挖掘。可以通过任何适当的途径诸如通过水浆液输送来拾取挖掘材料以输送到转移站。还将能够在挖掘机上安装材料尺寸确定单元或者能够压碎挖掘材料或者以其它方式将挖掘材料的尺寸确定为适合于装载到将其输送到转移站的传送机的底端上的状态。
应该理解可以在不偏离本发明和所附权利要求的范围的情况下实现这些和很多其它的修改和变化。
Claims (22)
1.一种在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法，包括：
在大致连续的基础上将挖掘材料从竖井的挖掘区域向上输送到所述挖掘区域上方的转移站；
将输送的挖掘材料堆积到位于所述转移站处的多个储料仓中，从而输送的挖掘材料被暂时地存储在所述储料仓中以形成材料的静态不连续的仓装料；
将挖掘材料的所述不连续的仓装料从所述多个储料仓循环地排出到类似的多个吊斗中，一个吊斗与所述储料仓中的每一个储料仓关联并且能够沿着所述竖井内的吊斗引导件上下移动；
将从各自关联的储料仓接收挖掘材料的不连续的仓装料之后的每个吊斗循环地提升到地面区域，将来自所述吊斗的所述挖掘材料的装料在所述表面区域处排出，并且将所述吊斗降低返回到所述转移站以从各自关联的储料仓接收材料的另外的不连续的仓装料；和
当挖掘进行时，将所述转移站和储料仓周期地重新定位在所述竖井中的相继向下移位的位置处。
2.根据权利要求1所述的在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法，其中存在所述转移站处的一对所述储料仓，并且存在一对所述吊斗，所述一对吊斗能够顺序地沿着相邻路径在所述竖井中上下移动，以接收挖掘材料的不连续的仓装料并且将那些装料输送到所述地面区域以在所述地面区域处排出，并且向下返回到所述转移站。
3.根据权利要求1或2所述的在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法，其中所述吊斗被所述吊斗引导件约束成沿着设置在所述竖井的侧段内的路径移动，所述侧段具有小于所述竖井的横截面面积的50%的横截面面积。
4.根据权利要求1或2所述的在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法，其中所述挖掘材料通过与所述转移站相关联的传送机输送到所述转移站。
5.根据权利要求4所述的在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法，其中所述传送机具有能够竖直移动的下端，当挖掘在所述转移站的周期性重新定位之间进行时，所述下端向下移动有限的距离。
6.根据权利要求1或2所述的在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法，其中所述转移站的周期性重新定位响应于竖井衬里延伸部在所述转移站下面的安装。
7.一种形成用于地下矿的矿井的方法，包括：
挖掘泥土以形成从地面区域向下延伸的孔；和
利用根据权利要求1到6中的任一项所述的在用于地下矿的矿井的形成期间从所述矿井移除挖掘材料的方法从竖井移除挖掘材料。
8.根据权利要求7所述的形成用于地下矿的矿井的方法，其中泥土的挖掘由钻土机执行。
9.根据权利要求8所述的形成用于地下矿的矿井的方法，其中所述钻土机包括旋转切削头。
10.根据权利要求9所述的形成用于地下矿的矿井的方法，其中所述旋转切削头具有一系列的刀具元件，所述刀具元件围绕水平轴线旋转以从所述泥土挖掘材料。
11.根据权利要求10所述的形成用于地下矿的矿井的方法，其中所述切削头围绕竖直轴线旋转从而钻出大致柱形的孔。
12.根据权利要求7所述的形成用于地下矿的矿井的方法，其中为了在所述转移站下面安装连续的衬里延伸部和吊斗引导件延伸部以在所述转移站的向下重新定位之前延伸所述衬里和所述吊斗引导件，利用含有所述吊斗引导件的竖井衬里为所述孔逐渐地加衬。
13.一种用于在竖井的形成期间从矿井移除挖掘材料的设备，包括：
传送机，所述传送机用于将挖掘材料从挖掘区域向上输送到转移站；
多个储料仓，所述储料仓位于所述转移站处以从所述传送机的上部接收挖掘材料，从而输送的挖掘材料暂时地存储在所述储料仓中以形成挖掘材料的静态不连续的仓装料；和
类似的多个吊斗，一个吊斗与所述储料仓中的每个储料仓关联，并且每个吊斗能够沿着所述竖井内的吊斗引导件循环地上下移动，以从所述转移站处的所述储料仓中的相应一个储料仓接收挖掘材料的不连续的仓装料，以将该材料输送到地面区域以在所述地面区域处排出并且返回到所述存储站以接收另外的挖掘材料。
14.根据权利要求13所述的用于在竖井的形成期间从矿井移除挖掘材料的设备，其中存在一对所述储料仓和一对所述吊斗。
15.根据权利要求13或14所述的用于在竖井的形成期间从矿井移除挖掘材料的设备，其中所述吊斗通过所述吊斗引导件被约束成沿着设置在所述竖井的侧段内的路径移动，所述侧段具有小于所述竖井的50%的横截面面积。
16.根据权利要求13或14所述的用于在竖井的形成期间从矿井移除挖掘材料的设备，其中所述储料仓承载在框架上，所述框架能够支撑在框架支撑件上，所述框架支撑件能够操作以将所述框架和储料仓周期性地重新定位在相继地向下移位的新的位置处。
17.一种用于形成用于地下矿的矿井的设备，包括：
挖掘机，所述挖掘机用于挖掘泥土以形成从地面区域向下延伸的孔；和
用于移除通过所述挖掘机挖掘的泥土的、根据权利要求13到15中的任一项所述的用于在竖井的形成期间从矿井移除挖掘材料的设备。
18.根据权利要求17所述的用于形成用于地下矿的矿井的设备，其中所述挖掘机包括旋转切削头。
19.根据权利要求18所述的用于形成用于地下矿的矿井的设备，其中所述旋转切削头具有能够围绕大致水平轴线旋转的一系列挖土刀具。
20.根据权利要求18或者权利要求19所述的用于形成用于地下矿的矿井的设备，其中所述切削头能够围绕竖直轴线旋转从而形成大致柱形的孔。
21.根据权利要求17到19中的任一项所述的用于形成用于地下矿的矿井的设备，其中所述挖掘机能够操作以独立于所述存储站在所述矿井中向下移动，并且所述输送机具有能够竖直移动有限距离的下端，以在所述挖掘机相对于所述存储站的向下运动期间继续接收挖掘材料。
22.根据权利要求17到19中的任一项所述的用于形成用于地下矿的矿井的设备，其中所述储料仓承载在框架上，所述框架能够支撑在框架支撑件上，所述框架支撑件能够操作以将所述框架和储料仓周期性地重新定位在相继地向下移位的新的位置处。
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