CN107975373A - 一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，是利用岩体内的高应力，通过液气相变致裂器爆破气体能够在足够长的时间内，以持续的高压波及矿体远端诱导矿岩进行预处理松动，然后再对已经松动的矿岩进行机械化切割连续开采。本发明能使矿体在液气相变和自身高应力作用下充分松动致裂，进而实现机械化连续采掘，大大提高了采掘效率，优化了工作环境。原则上顶板无需支护，因此大大降低了支护成本，作业安全。该采矿方法适用于所有适用上向水平分层充填法以及各种空场法采矿的矿山。
Description
技术领域
本发明属采矿领域，具体涉及一种机械化连续采矿方法。
背景技术
硬岩矿的采掘一般采用爆破落矿，即打孔、装化学炸药(如硝铵炸药、乳化炸药)、爆破、通风、撬毛、支护、出矿等为一个循环，这种方法的特点是化学炸药爆破压力能瞬间上升到峰值、但持续时间短下降速度快，炸药爆炸后会在药卷周围形成粉碎圈，易造成矿岩大范围垮塌。更重要的是其各工序无法连续，且各工序需要相应多个工种配合，生产能力受到限制；此外粉尘大使工作面环境差，通风不利；撬毛时工人经常需要爆破后的不稳定顶板下作业，安全事故时有发生。
煤矿的综合机械化连续开采为高效采矿提供了新思路，不仅大大改善了工人的工作环境，而且提高生产效率和安全系数，降低了成本，人们开始尝试将机械化连续开采应用到硬岩矿山采矿中，但是掘进机在硬岩中开采，掘进部分(钻头)磨损过快，很快就需要更换钻头，使得回采效率较低、成本高，导致机械化连续采矿在硬岩矿山采矿中很难推广实施。因此如何提高硬岩矿开采效率实现安全连续开采，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，以有效提高硬岩矿开采效率。
本发明一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，是利用岩体内的高应力，通过液气相变致裂器爆破气体能够在足够长的时间内，以持续的高压波及矿体远端诱导矿岩进行预处理松动，然后再对已经松动的矿岩进行机械化切割连续开采。
为了利用采场内的集中应力，设置采层高和采场长度之比接近平均垂直应力σv与平均水平主应力σh之比，将一个采区划为若干采场，在采场的开采层中预先布设若干炮孔，炮孔深度贯穿采场，在炮孔中放置液气相变爆破器并实施爆破，使矿岩松动，随后由矿石切割机对松动的岩石进行切割落矿。一个优选的划分是将一个采区划分为3-5个采场，每个采场的长度为25-30m。
所述炮孔的直径为75-90mm，孔间距1-3米，液气相变爆破器直径比炮孔小5-15mm。
采区之内沿走向顺序推进开采，开采一个采场结束之后立刻胶结充填，一个采区推进开采结束后，反向开采这个采区的上一层。
所述液气相变爆破器在炮孔中逐点位爆破，每次沿采场长度方向爆破松动4-5m的矿岩。液气相变爆破器选择可重复利用的液气相变爆破器，当一个点位爆破完后，然后拉动该液气相变爆破器到下一位置继续松动破碎矿岩。
为了适应不同矿区的需要可以：每个炮孔中都放置一个液气相变爆破器，同时起爆，起爆完毕各液气相变爆破器再移到下一点位再同时起爆，矿石切割机跟随连续对矿石进行切割落矿铲运出矿。液气相变爆破器在炮孔中实施爆破，按照炮孔每组呈梅花形的排列，一组一组逐一爆破，矿石切割机跟随连续对矿石进行切割落矿铲运出矿。也可以采用液气相变爆破器对一个采场的矿石全部进行爆破松动完毕，矿石切割机再对矿石进行切割落矿铲运出矿，同时液气相变爆破器转入下一采场的爆破。
本发明利用地下深部高应力岩体本身蓄积的弹性势能，采用液气相变爆破器，利用管内的液态气体在加热条件下汽化形成高压气体，压力峰值可达几百个兆帕的数量级，而且持续时间长，其高压持续时间可达毫秒级，因此能诱导深部矿体高应力矿岩内部的节理裂隙迅速发育，使得矿体在液气相变和自身高应力作用下充分松动致裂，达到松动破裂远端岩石的效果，并能较好达到的松动致裂矿岩而不垮塌的效果。液气相变，如液态二氧化碳、氮气等气体在通电加热条件下汽化形成高压气体，可达600倍大气压强，具有爆破能量可控，震感小，基本不会产生有害气体，其爆破效果是使岩石松动致裂而非崩落岩石，因此贫化损失小。这种情况下再用矿石切割机切割落矿，从而实现连续开采，显著地提高了采矿效率。由于开采扰动小，原则上顶板无需支护，部分不稳定区域使用锚网护顶即可，因此支护成本很低，作业安全。该采矿方法适用于所有适用上向水平分层充填法以及各种空场法采矿的矿山。
附图说明
图1为本发明采矿方法结构示意图。
图2为图1沿II-II剖视图。
图3为图1沿III-III剖视图。
图4为图1的C部放大视图。
图5为一个采场开采示意图。
附图标记：
1-阶段运输平巷；2-穿脉；3-斜坡道；4-溜井；5-分段联络平巷；6-卸矿横巷；7-分层联络道；8-充填回风井；9-泄水管；10-充填体；11-充填挡墙；12-液气相变爆破器；13-炮孔；14-松动矿岩；15-矿石切割机；
A-作业中的采场；B-相邻采场。
具体实施方式
这是本发明方法在某矿山试用的实施例(参见图1-图5)。
首先应以矿体走向划分采场，先测量开采中段垂直应力σv，平均水平主应力σh，为了利用采场内的集中应力，设置采层高和采场长度之比接近σv/σh，如图1所示。采场长度25m，宽度为矿体厚度8m，阶段高度40m，，多数情况下采场长度可以在25-30m，相邻3-5个采场划分为一个采区，对于中厚和薄矿体可以沿断面一次开采，厚度较大的矿体分层开采。采区内回采层高2-5m，采区之内沿走向顺序推进开采，一个采区一层推进开采结束后，反向开采这个采区的上一层。垂直矿体掘穿脉2作为前期生产探矿巷道并控制矿体边界线，平行矿体下盘边界布置分段联络平巷5，各分段联络平巷5通过卸矿横巷6与主斜坡道3或阶段运输平巷1相通。采场分层联络道7将分段联络平巷5与采场相连，同时在阶段运输平巷1旁边掘进溜井4，从而构成采场下盘脉外无轨采准系统。采场新鲜风流由主斜坡道3进入分段联络平巷5，经分层联络道7进入采场，清洗工作面后，污风由充填回风天井8经风井联络道到回风平巷，如图2所示。
在采区内布设炮孔13，用凿岩机或者凿岩台车钻垂直水平炮孔，炮孔直径90mm，炮孔深度贯穿采场，由于采场长度为25m因此炮孔深度也为25m，炮孔间距为1-2m，各炮孔一组组布置，每一组均为梅花型布置，从相邻采场B装入液气相变爆破器12至作业中的采场A，在本实施方式中液气相变爆破器12采用的是73mm的二氧化碳爆裂器液气相变爆破器，也可以采用氮气等液态气体的液气相变爆破器。根据具体情况炮孔直径可以在75-90mm，深度20-25m，炮孔间距1-3米，液气相变爆破器直径比炮孔小5-15mm。液气相变爆破器装足量液体后从相邻采场的一端装入本采场的炮孔中，然后沿着远离相邻采场的方向逐点位实施爆破，形成松动矿岩14，如图4所示。
液气相变爆破器在炮孔中逐点位爆破，每次爆破松动破碎4-5m的矿岩。当一个点位爆破完后，然后拉动该液气相变爆破器到下一位置继续松动破碎矿岩，逐次爆破松动破碎整个采场的矿岩。液气相变爆破器选择可重复利用的液气相变爆破器。实施爆破的方式，可以有但不限于以下几种：
每个炮孔中都放置一个液气相变爆破器，同时起爆，起爆完毕各液气相变爆破器再移到下一点位再同时起爆，矿石切割机15跟随被爆破的矿石连续对其进行切割落矿铲运出矿。如图5所示，装足量液体后，每次爆破松动破碎4-5m的矿岩，然后拉动液气相变爆破器到合适位置继续松动破碎矿岩，逐次爆破松动破碎整个采场的矿岩。
按照炮孔的排列，一组一组逐一爆破，矿石切割机跟随在后连续对松动破裂的矿石进行切割落矿铲运出矿。
一个采场的全部爆破完后，矿石切割机再对整场已松动破裂矿石进行切割落矿铲运出矿。液气相变爆破器则转入下一采场进行爆破。
无论采用哪种方式其开采扰动都很小，原则上顶板无需支护，部分不稳定区域使用锚网护顶。回采使用矿石切割机，靠转轮式摩擦掘进，切割进尺和钻头更换根据矿石的破碎程度，掘进机钻头的磨损情况，支护和掘进效率共同设定。
铲运机经分层联络道7及分段联络平巷5倒入溜井4。出矿完成后，在分层联络道7内砌筑充填挡墙11，从充填回风天井8向采空区充填，通过充填滤水井9滤水，采场充填料浆均采用胶结充填体10。采场下部不留矿石底柱，回采后在底板上构筑钢筋混凝土人工假底，上部留顶柱厚度3m，待中段各采场回采结束后统一回采。本发明采矿方法适用于所有适用上向水平分层充填法以及各种空场法采矿的矿山，生产高效、贫化损失小、安全。能利用地下深部高应力岩体本身的蓄积的弹性势能，使得矿体在液气相变和自身高应力作用下充分松动致裂成相对较小的块体，实现机械化连续开采，而且安全、成本低。
Claims (10)
1.一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，是利用岩体内的高应力，通过液气相变致裂器爆破气体能够在足够长的时间内，以持续的高压波及矿体远端诱导矿岩进行预处理松动，然后再对已经松动的矿岩进行机械化切割连续开采。
2.根据权利要求1所述的一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征是将一个采区划为若干采场，在采场的开采层中预先布设若干炮孔，炮孔深度贯穿采场，在炮孔中放置液气相变爆破器并实施爆破，使矿岩松动，随后由矿石切割机对松动的岩石进行切割落矿。
3.根据权利要求1或2所述的一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于将一个采区划分为3-5个采场，每个采场的长度为25-30m。
4.根据权利要求1或2所述的一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于所述炮孔的直径为75-90mm，孔间距1-3米，液气相变爆破器直径比炮孔小5-15mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于采区之内沿走向顺序推进开采，开采一个采场结束之后立刻胶结充填，一个采区推进开采结束后，反向开采这个采区的上一层。
6.根据权利要求1或2所述的一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于所述液气相变爆破器在炮孔中逐点位爆破，每次爆破松动4-5m的矿岩。
7.根据权利要求6所述的一种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于所述液气相变爆破器选择可重复利用的液气相变爆破器，当一个点位爆破完后，然后拉动该液气相变爆破器到下一位置继续松动破碎矿岩。
8.根据权利要求2-7中之一所述的种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于每个炮孔中都放置一个液气相变爆破器，同时起爆，起爆完毕各液气相变爆破器再移到下一点位再同时起爆，矿石切割机跟随连续对矿石进行切割落矿铲运出矿。
9.根据权利要求2-7中之一所述的种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于液气相变爆破器在炮孔中实施爆破，按照炮孔每组呈梅花形的排列，一组一组逐一爆破，矿石切割机跟随连续对矿石进行切割落矿铲运出矿。
10.根据权利要求2-7中之一所述的种液气相变诱导下机械化连续采掘硬岩矿方法，其特征在于所述液气相变爆破器对一个采场的矿石全部进行爆破松动完毕，矿石切割机再对矿石进行切割落矿铲运出矿，同时液气相变爆破器转入下一采场的爆破。
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