CN102844522B - 地下采矿 - Google Patents
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Abstract
一种分块崩落采矿的方法，包括：在暗挖层处挖掘暗挖隧道(21)；穿过暗挖隧道顶板钻出暗挖爆破孔(25)，并在孔中设置炸药及引爆这些孔中的炸药以炸开暗挖隧道上的岩石，进而开始在暗挖隧道(21)上形成破碎的岩石洞室(26)；在暗挖层下方的回采层处挖掘回采层隧道(22)；在选定的放矿漏斗位置处，从回采层隧道向上朝向破碎岩石洞室(26)钻出放矿漏斗爆破孔(33)，并在孔中设置炸药及引爆这些孔中的炸药以使放矿漏斗(32)爆炸，破碎岩石穿过放矿漏斗(32)落入回采层隧道(22)；以及从放矿漏斗位置通过回采层隧道(22)逐步移除落下的岩石，其中一些挖掘工作是通过隧道钻机完成的。
Description
技术领域
本发明涉及地下采矿，特别适用于分块和盘区崩落采矿。
背景技术
分块和盘区崩落采矿是一种利用重力从矿体中开采矿石的有效技术。破碎岩石的洞室在待回收矿体下面的上层(暗挖层)处被爆破，在暗挖层下面的下层(回采层)处形成回采层隧道，以及一些相对较窄的放矿漏斗(drawbells)在回采层和暗挖层之间爆破，以致破碎洞室中岩石通过放矿漏斗落入下面的回采隧道，通过回采隧道能够移除岩石。岩石通过放矿漏斗下落的速度由岩石从回采巷道中被移除的速度所控制，并且随着破碎的岩石从放矿漏斗落下，洞室逐渐倒塌，进而在重力的作用下产生更多破碎的岩石以供给放矿漏斗。
术语“分块崩落开采”与“分区崩落开采”可根据正在开采的矿体的规模使用。特别是术语“盘区崩落开采”可在相对较宽和较浅的矿体的开采中使用。术语“分块崩落开采”可扩展到相对较深的矿体中使用，也可以作为一种广泛的或通用的术语用于任一种矿体下的崩落开采，并且因此将盘区崩落开采包括在其范围内。术语“分块崩落开采”将在包含权利要求书的本说明书的其余部分中广义使用，并且被解释为将盘区崩落开采包含在其范围内。
在暗挖层和回采层两者处进行的传统分块崩落采矿挖掘是通过如下方式执行：钻孔和爆破以及移除爆破的岩石进而在暗挖层处形成暗挖隧道且在回采层处形成回采巷道。这是一个缓慢的过程并且大型分块崩落矿需要大量的开发时间以及非常大的前期投资。这两方面因素使得它们在净现值方面的财务成功对投入生产的速度极其敏感。本发明涉及的方法能够使分块崩落矿的开发变得更快。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及一种分块崩落采矿的方法，包括：
在暗挖层处挖掘暗挖隧道；
通过暗挖隧道顶板钻出暗挖爆破孔，并在这些孔中设置炸药及引爆这些孔中的炸药以炸开暗挖隧道上方的岩石，进而开始在暗挖隧道上形成破碎的岩石洞室；
在暗挖层下方的回采层处挖掘回采层隧道；
在选定的放矿漏斗位置处，从回采层隧道向上朝向破碎岩石洞室的钻出放矿漏斗爆破孔，并在这些孔中设置炸药以使放矿漏斗爆炸，破碎岩石穿过放矿漏斗落入回采层隧道；以及
从放矿漏斗位置通过回采层隧道逐步移除落下的岩石；
其中在所述暗挖层的应力影内由隧道钻机机械地挖掘至少一些所述回采层隧道。
可由隧道钻机机械地挖掘至少部分回采层隧道和/或暗挖层巷道。特别是回采层隧道可以方便地以用隧道钻机在回采层快速开发的方式开发。
也可以由隧道钻机机械地挖掘至少部分的暗挖层隧道。
横跨暗挖层正面形成破碎的岩石洞室，由连续的洞室形成掘进该暗挖层正面，并且回采层隧道可包括一系列通常与掘进的暗挖层正面平行的放矿漏斗平巷以及一系列与放矿漏斗平巷呈横向且交叉的回采平巷。
放矿漏斗平巷可延伸通过所述放矿漏斗位置并且放矿漏斗位置可被布置在回采平巷之间。
回采平巷倾斜于放矿漏斗平巷，以便从暗挖层正面的掘进方向向后和向侧面延伸以与周边回采平巷连接。
在一种方法中，通过使用隧道钻机使回采平巷以增量的方式延长，该增量等于一个新的放矿漏斗平巷的每次挖掘过程中放矿漏斗平巷之间的间隔。
更具体的说，可由隧道钻机挖掘每个新的放矿漏斗平巷，使用该隧道钻机可掘进放矿漏斗平巷使放矿漏斗平巷与回采平巷交叉，在交叉点处改变掘进方向以在放矿漏斗平巷上方不断地以增量的方式掘进回采平巷且然后缩进到放矿漏斗平巷中，从而放矿漏斗平巷与回采平巷都可以通过大致‘L’形或‘曲棍球棒’形的隧道延伸部的不断开挖而逐步延伸。
在一个可选的方法中，可由隧道钻机挖掘放矿漏斗平巷，并且通过钻孔和爆破挖掘回采平巷。在这种可选的方法中，可由隧道钻机在暗挖层正面的掘进方向上循序地挖掘放矿漏斗平巷，并且通过在连续的放矿漏斗平巷之间钻孔和爆破以增量的方式使回采平巷延伸。
每个回采平巷延伸部可与放矿漏斗平巷呈钝角地延伸，从放矿漏斗平巷掘进每个回采平巷延伸部。
可在掘进的暗挖层正面和在已经在暗挖层处形成的岩石洞室下方钻孔和爆破的放矿漏斗之后开挖放矿漏斗平巷与回采平巷。
放矿漏斗平巷和回采平巷的开挖滞后于掘进的暗挖层正面至少暗挖层与回采层之间的距离。
根据另一个方面，本发明可提供一种分块崩落采矿的方法，包括：
在暗挖层处挖掘暗挖隧道；
通过所述暗挖隧道的顶板钻出暗挖爆破孔，并在那些孔中设置炸药及引爆炸药以炸开所述暗挖隧道上方的岩石，以开始在所述暗挖隧道上方形成破碎的岩石洞室；
在所述暗挖层下方的回采层处挖掘回采层隧道；
从在选定的放矿漏斗位置处的所述回采层隧道朝向所述破碎的岩石洞室向上钻出放矿漏斗爆破孔，并在那些孔中设置炸药及引爆炸药以炸开放矿漏斗，破碎的岩石穿过所述放矿漏斗向下落入所述回采层隧道中；以及
从所述放矿漏斗位置通过所述回采层隧道逐步移除这些落下的岩石；
其中，横跨暗挖层正面形成所述破碎的岩石洞室，由连续的洞室形成掘进所述暗挖层正面，所述回采层隧道包括大致与掘进的暗挖层正面平行的一系列放矿漏斗平巷，以及与所述放矿漏斗平巷交叉且倾斜于所述放矿漏斗平巷以便从所述暗挖层正面的掘进方向向后和向侧面延伸的一系列回采平巷，并且由隧道钻机挖掘所述放矿漏斗隧道。
附图说明
为了本发明可以更充分的解释，将参照附图来描述一些使用隧道钻机的特殊分块崩落采矿方法，其中：
图1为分块崩落采矿的图解竖直剖面图；
图2为图1中线2-2上的竖直横剖面；
图3至12图示了使用隧道钻机在矿内逐步开挖回采层隧道；以及
图13图示了使用隧道钻机以及钻孔和爆破两者的一种可选方法开挖回采层隧道。
具体实施方式
图示的矿包括暗挖隧道21和回采层隧道22，其全部或部分是由隧道钻机24挖掘的，其中一个隧道钻机已在图7至12中示出。隧道21和22可从侧部平巷延伸，该侧部平巷从一个或多个延伸到待开采的矿体上表面的直立矿井的底部发散。每个隧道钻机可由降低到各自矿井的组件组装成，以及在矿井底部的洞室中组装成或者采用澳大利亚专利申请20099030507中公布的方式，即通过钻孔和爆破以及移除矿井中的挖掘物在矿井的底部形成。
隧道钻机24可以是一种在土木工程隧道，诸如公路和铁路隧道或水管隧道的形成中所使用的传统隧道钻机。它们可各自包括一系列安装在履带行走装置上的链接车辆，所述履带行走装置包括牵车和拖曳车辆，牵车具有带旋转切割的钻头，拖曳车辆带传送带以将挖掘物送到牵车的后部并且支撑辅助设备完成如凿岩，喷锚支护和喷锚注浆的隧道完工作业。
暗挖隧道21可作为一组在待开采矿体下面的暗挖层处的平行隧道被延伸。暗挖爆破孔25被钻出通过暗挖隧道顶部以使暗挖隧道向上和横向延伸。孔25中设置炸药，引爆炸药以爆破在暗挖隧道21上的岩石进而在暗挖隧道上且横跨暗挖层正面27形成破碎的岩石洞室26。暗挖层正面27是由连续的岩石洞室掘进形成的，该正面沿暗挖隧道21向后掘进。因爆炸和隧道塌方形成的破碎的岩石在此开采阶段可通过未受爆炸影响的暗挖隧道段移除。这个过程加速了破碎岩石的上洞室的开采速度。
随着暗挖进程的发展，使用其中一个隧道钻机24来开采回采层隧道22的回采矿，其遵循图3至12所示的作业顺序的预暗挖方法。在预暗挖方法中，在矿石生成或回采层开采之前完成暗挖层。这样可以使待作业的回采层的所有开采在低应力区域中进行，低应力区域在暗挖层的应力影(stress shadow)内。放矿漏斗32可通过以下步骤形成：在选定的放矿漏斗位置处，从回采层隧道22向上朝早已在暗挖层上形成的破碎岩石洞室钻出放矿漏斗爆破孔33，并且在这些爆破孔中放置炸药，引爆孔中的炸药以使放矿漏斗32爆炸，破碎岩石穿过放矿漏斗32落入回采层隧道22。
图3至12示意地图示了使用隧道钻机24开采回采层隧道22的开采顺序。如这些图所示，回采层隧道22包括一系列大致平行于掘进的暗挖层正面27的放矿漏斗平巷34和一系列与放矿漏斗平巷34呈横向且交叉的回采平巷35。放矿漏斗平巷延伸穿过放矿漏斗位置32’，该放矿漏斗位置被布置在回采平巷35之间。优选地，每个放矿漏斗位置32’设置在两个回采平巷的中间位置。回采平巷35相对放矿漏斗平巷34倾斜，以沿暗挖层正面27的掘进方向向后及横向延伸并且与周边回采平巷36连接，从而破碎的岩石能够以直线路径从放矿漏斗通过回采平巷到周边平巷36用于回收矿石。
回采层隧道22包括放矿漏斗平巷34和回采平巷35，它们位于掘进的暗挖层正面27后面的低应力暗挖区域40内，因此与暗挖层正面前面的高应力支撑压力区域41间隔。
从图3至12所示的开发顺序可以看到，回采平巷35以递增的方式延伸，该递增增量等于在新的放矿漏斗平巷的每次挖掘过程中放矿漏斗平巷34之间的间隔。图3示出了从周边隧道36发散的一个新的放矿漏斗平巷34A，图4至6示出了如何开发这个新的放矿漏斗平巷34A以不断地掘进回采平巷。这个开发包括重复图7至11所示的开挖周期。
在图7所示的周期开始时，隧道钻机24位于放矿漏斗平巷31A内并且对准以挖掘出该放矿漏斗平巷的延伸段34B。图8示出了隧道钻机朝向与回采平巷35A的交叉点37的方向切断放矿漏斗平巷。在交叉点37，掘进方向改变为在放矿漏斗平巷外以等同于回采平巷间间隔的距离不断掘进回采平巷35A。然后如图10所示隧道钻机被向后重新定位进入到放矿漏斗平巷中，然后如图11中所示隧道钻机向前移动，以朝向下一个与回采平巷的交叉点延长放矿漏斗平巷。以这种方式，放矿漏斗平巷和回采平巷都可以通过大致L形的或曲棍球球棍形的隧道延伸部的不断开挖而逐渐被延伸。
放矿漏斗平巷与回采平巷间的倾斜角度可在130度到140度的范围内，优选约为135度以允许操纵隧道钻机以及用于随后的从放矿漏斗回收矿石的车辆。
图3至12图示的隧道掘进方法和开发顺序加快了回采层隧道的掘进速度，因此使回采层隧道的掘进速度达到预暗挖方法中暗挖层开挖的速度，而在预暗挖方法中，回采层隧道的挖掘是在暗挖层下相对较低应力区域内完成的。由放矿漏斗和回采平巷的开挖滞后于掘进的暗挖层正面产生的水平距离优选地至少为暗挖层和回采层之间的距离以贴近图2中所示的45度角的角度规则，以便保证回采层的掘进不遇到高应力层，所述高应力层产生在暗挖层正面附近的支撑区域41内及支撑区域41附近。暗挖层和回采层之间的距离通常约为15到20米的量级，隧道可钻孔至约为3到5米的量级高度或直径。
因为隧道钻机在低应力区域内操作并且远没有爆破对周边岩石结构产生的破坏性大，以比从前短的间隔开挖放矿漏斗平巷和回采平巷是可能的，所以这些平巷间的支柱的尺寸以及矿石质量在生产中的损失都降至最低。同时，如图12所示的在临近区域43，44和45内可允许同时进行生产，建筑和开发活动。
图13图示了一种开发回采层隧道22的可选的方法，该方法通过将机械挖掘与利用钻孔和爆破的挖掘相结合。如之前所描述的方法，通过隧道钻机24在暗挖层正面27的掘进方向循序地挖掘放矿漏斗平巷。然而在之前的方法中，需要在与回采平巷的每个交叉点处操纵隧道钻机以钻出回采平巷的延长段；在本方法中，只需在贯穿每个放矿漏斗平巷的开挖的直线上简单操纵隧道钻机，以及如虚线35B所示的可通过钻孔和爆破在连续的放矿漏斗平巷间延长回采平巷。更具体的说，可在之前挖掘的连续的放矿漏斗平巷之间通过钻孔和爆破使每个回采平巷延伸。
操作隧道钻机在先前挖掘的两个或多个连续的放矿漏斗平巷前挖掘一个或多个放矿漏斗平巷，在先前挖掘的两个或多个连续的放矿漏斗平巷之间执行钻孔和爆破。由于先前挖掘的放矿漏斗平巷间已实施了钻孔和爆破，可操作隧道钻机以挖掘新的放矿漏斗平巷以延长回采平巷。
在图13所示的布局中，放矿漏斗平巷以三个一组的方式从周边平巷延长。隧道钻机24可先于前一组已挖掘的放矿漏斗平巷间回采平巷延长的爆破移动到放矿漏斗平巷的一个新的直线组内。在其他的布局中，放矿漏斗平巷可以通过除以三个一组的方式连接周边平巷外的一种新方法连接周边平巷，而三个一组的方法可能会影响隧道钻机先于钻孔和爆破作业的掘进程度。
图13所示的可选方法使得作业的设计具有更大的灵活性并且是一些矿位置的优选方法。
以上所描述的矿开采方法和设备大大节省了矿开发的时间。然而，这些方法和设备借助于本实例提出并且应该是多样化的。依据本发明的方法可使用各种各样的隧道钻机，并且在一些矿中，这种钻机不必在矿井的底部组装，而是可以沿倾斜的路径和隧道从矿表面运输。需要了解的是，在不超出所附权利要求的范围的情况下，可以做这些及许多其他的修改和变型。
Claims (19)
1.一种分块崩落采矿的方法，包括：
在暗挖层处挖掘暗挖隧道；
通过所述暗挖隧道的顶板钻出暗挖爆破孔，并在那些孔中设置炸药及引爆炸药以炸开所述暗挖隧道上方的岩石，以开始在所述暗挖隧道上方形成破碎的岩石洞室；
在所述暗挖层下方的回采层处挖掘回采层隧道；
从在选定的放矿漏斗位置处的所述回采层隧道朝向所述破碎的岩石洞室向上钻出放矿漏斗爆破孔，并在那些孔中设置炸药及引爆炸药以炸开放矿漏斗，破碎的岩石穿过所述放矿漏斗向下落入所述回采层隧道中；以及
从所述放矿漏斗位置通过所述回采层隧道逐步移除这些落下的岩石，
其中，在所述暗挖层的应力影内由隧道钻机机械地挖掘至少一些所述回采层隧道，
其中，所述回采层隧道包括大致与掘进的暗挖层正面平行的一系列放矿漏斗平巷，以及横向于所述放矿漏斗平巷且与所述放矿漏斗平巷交叉的一系列回采平巷，并且由所述隧道钻机挖掘所述放矿漏斗平巷。
2.如权利要求1所述的方法，其中横跨暗挖层正面形成所述破碎的岩石洞室，由连续的洞室形成掘进所述暗挖层正面。
3.如权利要求2所述的方法，其中也由所述隧道钻机挖掘所述回采平巷。
4.如权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述放矿漏斗平巷延伸通过所述放矿漏斗位置，并且所述放矿漏斗位置被布置在所述回采平巷之间。
5.如权利要求2或权利要求3所述的方法，其中在掘进的暗挖层正面之后挖掘所述放矿漏斗平巷和回采平巷。
6.一种分块崩落采矿的方法，包括：
在暗挖层处挖掘暗挖隧道；
通过所述暗挖隧道的顶板钻出暗挖爆破孔，并在那些孔中设置炸药及引爆炸药以炸开所述暗挖隧道上方的岩石，以开始在所述暗挖隧道上方形成破碎的岩石洞室；
在所述暗挖层下方的回采层处挖掘回采层隧道；
从在选定的放矿漏斗位置处的所述回采层隧道朝向所述破碎的岩石洞室向上钻出放矿漏斗爆破孔，并在那些孔中设置炸药及引爆炸药以炸开放矿漏斗，破碎的岩石穿过所述放矿漏斗向下落入所述回采层隧道中；以及
从所述放矿漏斗位置通过所述回采层隧道逐步移除这些落下的岩石；
其中，横跨暗挖层正面形成所述破碎的岩石洞室，由连续的洞室形成掘进所述暗挖层正面，所述回采层隧道包括大致与掘进的暗挖层正面平行的一系列放矿漏斗平巷，以及与所述放矿漏斗平巷交叉且倾斜于所述放矿漏斗平巷以便从所述暗挖层正面的掘进方向向后和向侧面延伸的一系列回采平巷，并且由隧道钻机挖掘所述放矿漏斗平巷。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述放矿漏斗平巷延伸通过所述放矿漏斗位置，并且所述放矿漏斗位置被布置在所述回采平巷之间。
8.如权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述回采平巷向后及向侧面延伸以与周边回采平巷相连接。
9.如权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述回采平巷以增量的方式延伸，该增量等于新的放矿漏斗平巷的每次挖掘期间所述放矿漏斗平巷之间的间隔。
10.如权利要求9所述的方法，其中由隧道钻机挖掘新的放矿漏斗平巷，该隧道钻机被操作以掘进所述放矿漏斗平巷到达与所述回采平巷的交叉点，以在该交叉点处改变钻孔方向以以增量的方式掘进所述回采平巷超过所述放矿漏斗平巷，然后缩进到所述放矿漏斗平巷中，从而所述放矿漏斗平巷与回采平巷都通过大致‘L’形或‘曲棍球棒’形的隧道延伸部的不断开挖而逐渐延长。
11.如权利要求10所述的方法，其中每个回采平巷延伸部与所述放矿漏斗平巷呈钝角延伸，从所述放矿漏斗平巷掘进每个回采平巷延伸部。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述钝角在130度到140度的范围中。
13.如权利要求6或权利要求7所述的方法，其中由隧道钻机在所述暗挖层正面的掘进方向上循序地挖掘所述放矿漏斗平巷，以及通过在连续的放矿漏斗平巷之间钻孔和爆破使所述回采平巷以增量的方式延伸。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述隧道钻机被操作以在先前挖掘的放矿漏斗平巷前的一个位置或多个位置处挖掘一个或多个放矿漏斗平巷，在所述先前挖掘的放矿漏斗平巷之间执行钻孔和爆破以使所述回采平巷延伸。
15.如权利要求6或权利要求7所述的方法，其中在掘进的暗挖层正面之后挖掘所述放矿漏斗平巷与回采平巷。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述放矿漏斗平巷和回采平巷的开挖滞后于所述掘进的暗挖层正面至少所述暗挖层与回采层之间的距离。
17.如权利要求15所述的方法，其中在已经形成在所述暗挖层处的岩石洞室下方钻孔和爆破所述放矿漏斗。
18.如权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述暗挖隧道包括在所述暗挖层正面的掘进方向上延伸的一组平行隧道，通过横跨与那些隧道呈横向的所述暗挖层正面的那些隧道的顶板钻出所述暗挖爆破孔，并且由炸药炸开所述暗挖爆破孔以掘进所述暗挖层正面。
19.如权利要求18所述的方法，其中由隧道钻机挖掘所述暗挖隧道。
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