CN109403978A - 坚硬矿料井下机械化连续开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种坚硬矿料井下机械化连续开采方法，先围绕计划开采的矿体所在区域块，开设依次连通的输送通道、工作面通道和动力通道，输送通道和动力通道各有一端通向地面，区域块朝向工作面通道的一侧面为工作面开采矿壁；对区域块的矿体进行初始的弱化处理；根据矿料品位等级的不同在工作面开采矿壁上划分不同的矿层，利用滚筒式采矿机进行逐个矿层开采，后续每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次近工作面矿体的弱化处理，每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次矿体成分检测，并依据检测结果按照矿料品位等级在工作面开采矿壁上划分不同的矿层。本发明能提升矿料品位，降低提炼成本，且开采经济性好，能适应不同硬度的坚硬矿料的开采。

Description

坚硬矿料井下机械化连续开采方法

技术领域

本发明涉及一种井下开采方法，尤其适用于坚硬矿料的开采。

背景技术

铝土、铝岩等坚硬物料矿体的现有开采方法为炮采，生产效率低下，矿料贫化率居高不下，输送困难，提炼成本高，也无法保证安全开采，有的甚至严重影响开采经济性，已经不能满足现代化矿井与提炼系统的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种坚硬矿料井下机械化连续开采方法，能提升矿料品位，降低提炼成本，且开采经济性好，能适应不同硬度的坚硬矿料的开采。

本发明的主要技术方案有：

一种坚硬矿料井下机械化连续开采方法，先围绕计划开采的矿体所在区域块，开设依次连通的输送通道、工作面通道和动力通道，所述输送通道和动力通道各有一端通向地面，所述区域块朝向所述工作面通道的一侧面为工作面开采矿壁；对所述区域块的矿体进行初始的弱化处理，根据矿料品位等级的不同在工作面开采矿壁上划分不同的矿层；利用滚筒式采矿机在所述工作面通道内往复行走，对所述工作面开采矿壁进行逐个矿层开采；一个工作面开采完成后，采矿机朝向区域块前进一个步距，继续下一个工作面的逐个矿层开采，随着开采的推进，后续每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次近工作面矿体的弱化处理，每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次工作面矿体的成分及含量检测，并依据检测结果按照矿料品位等级在每个工作面开采矿壁上划分不同的矿层。

所述弱化处理可以采用水力弱化处理方式、爆破弱化处理方式或者爆破弱化与水力弱化相结合的弱化处理方式。

开采推进过程中的弱化处理是在输送通道和动力通道内，各自向靠近工作面的矿体中开设若干个修正深孔，向所述修正深孔中装入炸药进行爆破或者通入高压水使矿体产生压裂，所述修正深孔全部位于矿料层内且平行于所述工作面开采矿壁。

当开设自所述输送通道和动力通道的所述修正深孔不能占据所述工作面开采矿壁的全长时，优选在所述工作面通道内，向工作面开采矿壁长度方向的中部未弱化段矿体中开设工作面浅孔，向所述工作面浅孔中装入炸药进行爆破或者通入高压水使矿体产生压裂。

逐个矿层开采时，优选按照矿料品位等级由高到低的顺序进行逐层开采。

进一步地，可以保留属于最低矿料品位等级的一定高度的顶部和底部台阶，留到采矿机针对一个工作面的最后一次单向行走过程中进行一次性开采。

本发明的有益效果是：

本发明通过对矿体进行采前弱化，实现了采矿机对坚硬物料由难采向可采的转变。

本发明基于矿料品位等级的不同在工作面开采矿壁上划分矿层，并针对矿料等级不同的所述矿层进行逐层开采，大大节约了提炼成本，实现了不同品位矿料的经济性开采。

本发明通过采前弱化、采前成分检测、矿层划分、逐层开采形成了“弱化-检测-分采”的不同品位矿料的总体开采工艺，保证了不同品位矿料特别是高品位矿料的品质，提升了开采的利润空间，实现经济性开采，解决了现有的炮采开采不经济、适应条件差的缺陷，实现了从可采到优采的转变，尤其对于坚硬物料开采的改良效果显著，且能够适应条件多变的坚硬物料矿山矿体的开采。

本发明通过“弱化-检测-分采”工艺配合后续的分别输送和分类存储使用，实现了井下不同品位矿料的连续性开采，自动化程度和生产效率都明显提高，安全性好，解决了现有的炮采开采生产效率低、安全生产不易保障等问题。

附图说明

图1为采用本发明的开采方法开采时各通道布置示意图；

图2为采用本发明的开采方法开采时开采设备的工作面断面示意图；

图3为开采设备的工作面正面示意图；

图4为采用爆破弱化处理方式时的一种装置作业示意图；

图5为采用本发明的开采方法对工作面不同品位矿料开采的示意图。

附图标记：1.采矿机；12.截割滚筒；2.工作面输送机；21.刮板及链条系统；22.中板；3.支护架；31.底座；32.可调高支撑；33.顶梁组；34.收缩状态时的多级护板；34’.伸展状态时的多级护板；35.顶伸缩；36.底伸缩；41.输送侧弱化装置；410.初始深孔；411.输送侧深孔；421.工作面浅孔；42.工作面弱化装置；43.动力侧弱化装置；431.动力侧深孔；5.侧壁输送机；6.动力装置；7.矿体所在区域块；711.中间矿层；712.近顶底的矿层；713.顶部和底部的矿层；72.输送通道；73.工作面通道；74.动力通道。

具体实施方式

本发明公开了一种坚硬矿料井下机械化连续开采方法，如图1所示，先开设通道，围绕计划开采的矿体所在区域块7，开设三面环绕区域块的依次连通的输送通道72、工作面通道73和动力通道74，所述输送通道和动力通道各有一端通向地面，所述区域块朝向所述工作面通道的一侧面为工作面开采矿壁。然后根据矿体特性，对所述区域块的矿体进行初始的弱化处理。再基于矿料品位等级的不同在工作面开采矿壁上划分不同的矿层。当整个工作面的矿料属于同一个矿料品位等级时，工作面开采矿壁划分为一个矿层。然后进行分层开采，即利用滚筒式采矿机1在所述工作面通道内往复行走，对所述工作面开采矿壁进行逐个矿层开采；一个工作面开采完成后，采矿机朝向区域块前进一个步距，继续下一个工作面的逐个矿层开采。随着开采的推进，后续每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次近工作面矿体的弱化处理，每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次工作面各部位矿体的成分及含量检测，并依据检测结果按照矿料品位等级在每个工作面开采矿壁上划分不同的矿层。

工作面通道提供采矿机1、工作面输送机2、支护架3的容纳空间。输送通道提供侧壁输送机5的容纳空间。动力通道提供动力装置6的容纳空间。工作面输送机和侧壁输送机分别沿着各自所在的通道铺设，工作面输送机的卸料端悬伸到侧壁输送机的上料端的上方，采矿机开采的矿料装载到工作面输送机上，工作面输送机将矿料卸到侧壁输送机上，侧壁输送机再将矿料运向地面。通过自动装料、运料，能够明显提高生产效率。

通过对矿体进行弱化处理，使一定范围内的矿体产生裂隙而松动，使利用滚筒式采矿机实现坚硬物料的开采由难采向可采转变。

每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次矿体成分及含量的检测，可以使工作面上基于不同矿料品位等级所划分的矿层更符合实际矿料分布情况，是保证不同等级矿料特别是高品位矿料的品质的前提和基础。所述矿料品位等级主要根据开采矿料的品质要求确定，是对矿料品质高低的人为定义。

利用采矿机针对矿料品位等级不同的所述矿层进行逐层开采，可大大节约提炼成本，提高生产效率。若出现同级矿体或少级变化矿体的分布情况，由于划分成的矿层数量少，分层开采工艺也随之简化。

本发明提出了弱化、检测、分采的不同品位矿料的连续开采工艺，提升矿料品位的同时，降低提炼成本，提高生产效率，开采经济性得到明显提高。

如图2所示，所述工作面输送机2沿工作面呈线型铺设在矿壁的后方，所述工作面输送机上设有滑轨，所述采矿机1跨设在所述工作面输送机上并通过所述滑轨与所述工作面输送机滑动连接。所述支护架3设置在所述工作面输送机的后方，用于为采矿机、工作面输送机提供运行空间，其顶梁组33支撑在矿壁后方的顶部，顶梁组的前端抵在工作面的顶部边缘。所述采矿机和工作面输送机位于所述顶梁组的下方。

所述顶梁组通过可调高支撑32支撑在底座31的上方。所述顶梁组的底部安装有多级护板，通过各级油缸的作用能够形成收缩和伸展两种状态，伸展状态时的多级护板34’的上端连接在所述顶梁组，下端向下延伸到所述工作面输送机的电缆槽的近矿壁侧，收缩状态时的多级护板34两端均贴近所述顶梁组的下表面。所述顶伸缩35和底伸缩36分别安装在所述顶梁组和底座的靠近矿壁的端部。

所述工作面输送机包括中板22和在所述中板上下分布并周向绕行的刮板及链条系统21，所述刮板及链条系统由所述动力装置驱动，可带动所述中板上的矿料向侧面输送机上卸载，中板上与所述刮板及链条系统接触的上表面设置有耐磨层，用以提高输送高磨蚀物料时的耐磨能力。

所述采矿机包括机身和截割机构，所述截割机构的一端角度可调地安装在所述机身上，所述截割机构的另一端设有截割滚筒12。所述截割机构的角度改变时，所述截割滚筒的高度随着发生变化，因此可以通过调节截割机构相对机身的角度，截割不同高度上的矿料层。

所述弱化处理可以采用水力弱化处理方式、爆破弱化处理方式或者爆破弱化与水力弱化相结合的弱化处理方式。爆破弱化是在矿体上钻孔，然后向孔中装入炸药，通过炸药爆破松动矿体。该爆破只对矿体矿料进行松动增加裂隙，并不破坏各矿层的分布和造成矿层间混合。水力弱化是在矿体上钻孔，向孔中通入高压水使矿体产生压裂。

在输送通道和动力通道内，各自向靠近工作面的矿体中开设初始深孔，向所述初始深孔中装入炸药进行爆破，所述初始深孔平行于所述工作面通道的延伸方向。

附图1、3、4所示，所述初始的弱化处理可以是在输送通道和动力通道内，各自向靠近工作面的矿体中开设若干个初始深孔410，例如通过输送侧弱化装置41、动力侧弱化装置43对靠近工作面的矿体进行深孔钻入形成所述初始深孔，所述若干个初始深孔在各自对应的通道的延伸方向上间隔分布，然后向所述初始深孔中装入炸药进行爆破，使近工作面的矿体松动。

所述初始深孔平行于所述工作面通道的延伸方向。同侧通道内的深孔，根据矿料硬度等不同，设置不同距离的钻孔间距。

随着工作面开采的推进，工作面矿体的实际分布情况越来越明朗，后续的各次弱化处理可以是在输送通道和动力通道内，各自向靠近工作面的矿体中开设若干个修正深孔，所述若干个修正深孔在各自对应的通道的延伸方向上间隔分布。例如图4所示的输送侧深孔411与动力侧深孔431。之所以称为修正深孔，是因为这类深孔的延伸方向往往不同于初始深孔，初始深孔的延伸方向参照工作面通道的延伸方向确定，因此从输送通道和动力通道各自开设的初始深孔的方向平行，而修正深孔的延伸方向参照的是矿层的起伏走势，为了避免非矿层的顶板的破坏影响安全以及矿料中混入顶底的非矿杂质从而影响矿料品位，修正深孔尽量不穿透矿体以外的顶底，即所述修正深孔优选为全部位于矿料层内且平行于所述工作面开采矿壁，钻孔时往往是以前一次弱化处理时所开设的深孔的延伸方向为基准修正钻孔角度，以得到尽可能深的孔。然后向所述修正深孔中装入炸药进行爆破或者通入高压水使矿体产生压裂，实现对靠近工作面的矿体的弱化处理。前者为爆破弱化，后者为水力弱化，优选采用前者，弱化效果更优。

由于矿层起伏变化，从输送通道和动力通道内开设的修正深孔往往相互间不贯通，即孔底部之间往往相距一定的距离，使位于工作面开采矿壁长度方向的中部成为未弱化段。仅仅依靠输送侧深孔与动力侧深孔无法对工作面全长范围内的近工作面的矿体段进行弱化。此时，可以从工作面通道内，通过工作面弱化装置42向工作面开采矿壁长度方向的中部矿体中开设工作面浅孔421，向工作面浅孔中装入炸药进行爆破或者通入高压水使未弱化段矿体产生压裂，实现对未弱化段的弱化处理。从工作面通道内相关设备的安全和防护难度考虑，未弱化段的弱化处理优选采用水力弱化。

通过修正深孔和工作面浅孔实施的弱化可以同时进行。

如图5所示，采矿机在工作面的始端和终端之间的每一次单向行走，都对应开采一定厚度的矿料层，当所述矿层较厚时，有可能需要多次往复行走完成一个矿层的开采。

优选按照矿料品位等级由高到低的顺序进行逐层开采，以优先保证较高品质矿料的获取。

逐个矿层开采的过程中，可以保留属于最低矿料品位等级的一定高度的顶部和底部台阶，留到采矿机针对该工作面的最后一次单向行走过程中进行一次性开采。保留底部台阶可以避免前一个步距开采时留有的低级品位的矿料浮渣混入高一级别品质的矿料中。所谓一定高度通常不超过采矿机一个滚筒的直径，以便在对顶部和底部台阶开采时可以在采矿机的一次行走中完成。

由于一般情况下，矿料按照品位等级在工作面开采矿壁上自然呈现出高度方向上分层的现象，并且通常品位等级越高的矿料层越集中在工作面开采矿壁高度方向的中部，越靠近工作面开采矿壁的顶部和底部，矿料层的品位等级越低。以图2为例，中间矿层711的矿料品位等级最高，近顶底的矿层712矿料品位等级居中，顶部和底部的矿层713矿料品位等级最低。保留顶部最低等级矿料和底部台阶，采矿机分层开采的过程中，更多的是从次低等级矿料开采向最高等级矿料开采的切换，相比于从最低等级矿料开采向最高等级矿料开采的切换，矿料装载与传输过程中高品位矿料中因低品位矿料的混入对高品位矿料品质的降低影响会更小。

对于其中仅含有一个对应于最低矿料品位等级的区域的工作段，顶部最低等级矿料和底部台阶可以保留，也可以不保留。

逐个矿层开采时，还可以采用另一种工艺：在工作面开采矿壁上划分不同的矿层的同时，还在工作面开采矿壁上横向划分一个或多个工作段，采矿机从工作面的一端向另一端行走过程中逐个工作段进行开采，每个工作段内按照矿料品位等级由高到低的顺序进行逐层开采。

所述矿层和工作段的确定首先要进行基础的矿料区分：按照矿料品位等级的不同，在工作面开采矿壁上标示出代表各个矿料品位等级的矿料所占据位置和面积的原始区块，以该工作面内最高矿料品位等级的矿料所对应的原始区块的竖向边界为界线划分出若干个原始区间。

本文中的横向、竖向是指在与工作面开采矿壁平行的平面内相互垂直的两个方向，其中横向与采矿机沿工作面行走的方向平行。

然后针对原始区块和原始区间进行一系列合并，得到矿层和工作段，包括如下步骤：

1)确定各原始区间的占优等级：根据滚筒的直径和原始区块的厚度，评估各原始区间内实际能采到的矿料的最高矿料品位等级，将该最高矿料品位等级作为该原始区间的占优等级。

2)确定所述矿层：每个原始区间内，当存在矿料品位等级高于占优等级的原始区块时，将这样的原始区块并入矿料品位等级等于占优等级的原始区块中，形成一个所述矿层。

3)确定所述工作段：每相邻两个原始区间，其二者的占优等级相同或者前者的占优等级高于后者且前者中含有其矿料品位等级与后者的占优等级相同的原始区块，则将这两个原始区间合并为一个，允许同一原始区间参与多次符合上述规则的合并，其中前者和后者按照采矿机的行走方向分别靠近工作面的始端和终端，经过上述合并后得到的各区间作为各个所述工作段。每个工作段的占优等级与参与合并的多个原始区间中占优等级最高的一个保持一致。

由于矿料分布具有随机性，很多时候会遇到高品质矿料层比较分散、矿料层比较薄的情况，对此几乎没有足够小直径的滚筒能够做到只采高品质矿料而使低品质矿料不会混入其中，也就是说矿料分布的自然特性和采矿设备的局限性决定了有一部分高品质矿料必然要被降级开采。采用上述方法确定所述矿层和工作段，可以把一些必然要被降级开采的原始区块直接做降级划分处理，对基于自然属性划分得到的比较分散的原始区块，通过体现开采经济性评估的人为的归并、整理，变得更加集中，使基于“分层分段”工艺开采时需要在不同矿料品位等级之间切换的次数减少，切换后单次采到更多的矿料，开采效率更高，开采经济性更好。

所述步骤1)中，评估各原始区间内能实际采到的矿料的最高矿料品位等级的方法为：针对一个原始区间，如果滚筒的直径不超过其中矿料品位等级最高的原始区块的厚度，则该原始区间内能够实际采到的矿料的最高矿料品位等级就是该原始区块的矿料品位等级，反之，需要具体核算利用该直径的单个滚筒全直径范围参与开采时截割区域完全覆盖矿料品位等级最高的原始区块的情况下，所获得的不同品质的混合矿料最高能够达到哪一个矿料品位等级。

对上述“分层分段”工艺的进一步优化是：采矿机从工作面的一端向另一端行走过程中，至少对于其中含有多个对应于不同矿料品位等级的矿层的工作段保留属于最低矿料品位等级的一定高度的顶部和底部台阶，留到采矿机返回过程中进行一次性逐个工作段开采，实现最低等级矿料的截割与装载。

进一步地，当所述采矿机要从对一个矿料品位等级的矿层开采向对另一个矿料品位等级的矿层开采切换时，所述采矿机先向集控中心发出与另一个矿料品位等级相对应的开采准备信号，集控中心接到所述开采准备信号后向卸料分装机发出相应等级矿料分装信号以及向所述采矿机发出相应等级矿料开采许可信号，所述分装信号的控制内容是使所述卸料分装机在一定时长的延时后将其出料口切换至与另一个矿料品位等级的料仓相对接，所述采矿机接到所述许可信号后，开始对另一个矿料品位等级的矿层的开采。

所述卸料分装机设置在由各级输送机连续组合成的运输链的末端。卸料分装机具有多角度定位装置，当接收来自工作面的不同品位等级矿料后，通过调整多角度定位装置的短道与不同料仓的仓道对接，可以实现不同品位等级的矿料进入相应的料仓内存储，由此实现不同品位等级矿料的分装。

上述“弱化、检测、分采、分装”工艺实现了针对不同品位矿料的连续开采和连续输送，生产效率进一步提高，矿料品位等级的提升更有保障，开采经济性进一步提高。

Claims (10)

1.一种坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：先围绕计划开采的矿体所在区域块，开设依次连通的输送通道、工作面通道和动力通道，所述输送通道和动力通道各有一端通向地面，所述区域块朝向所述工作面通道的一侧面为工作面开采矿壁；对所述区域块的矿体进行初始的弱化处理，根据矿料品位等级的不同在工作面开采矿壁上划分不同的矿层；利用滚筒式采矿机在所述工作面通道内往复行走，对所述工作面开采矿壁进行逐个矿层开采；一个工作面开采完成后，采矿机朝向区域块前进一个步距，继续下一个工作面的逐个矿层开采，随着开采的推进，后续每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次近工作面矿体的弱化处理，每个工作面或连续多个工作面开采前进行一次工作面矿体的成分及含量检测，并依据检测结果按照矿料品位等级在每个工作面开采矿壁上划分不同的矿层。

2.如权利要求1所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：所述初始的弱化处理是在输送通道和动力通道内，各自向靠近工作面的矿体中开设若干个初始深孔，向所述初始深孔中装入炸药进行爆破，所述初始深孔平行于所述工作面通道的延伸方向。

3.如权利要求2所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：开采推进过程中的弱化处理是在输送通道和动力通道内，各自向靠近工作面的矿体中开设若干个修正深孔，向所述修正深孔中装入炸药进行爆破或者通入高压水使矿体产生压裂，所述修正深孔全部位于矿料层内且平行于所述工作面开采矿壁。

4.如权利要求3所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：当开设自所述输送通道和动力通道的所述修正深孔不能占据所述工作面开采矿壁的全长时，在所述工作面通道内，向工作面开采矿壁长度方向的中部未弱化段矿体中开设工作面浅孔，向所述工作面浅孔中装入炸药进行爆破或者通入高压水使矿体产生压裂。

5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：逐个矿层开采时，按照矿料品位等级由高到低的顺序进行逐层开采。

6.如权利要求5所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：逐个矿层开采时，保留属于最低矿料品位等级的一定高度的顶部和底部台阶，留到采矿机针对一个工作面的最后一次单向行走过程中进行一次性开采。

7.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：在工作面开采矿壁上划分不同矿层的同时，还在工作面开采矿壁上横向划分一个或多个工作段，采矿机从工作面的一端向另一端行走过程中逐个工作段进行开采，每个工作段内按照矿料品位等级由高到低的顺序进行逐层开采。

8.如权利要求7所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：所述矿层和工作段的确定方法为：按照矿料品位等级的不同，在工作面开采矿壁上标示出代表各个矿料品位等级的矿料所占据位置和面积的原始区块，以该工作面内最高矿料品位等级的矿料所对应的原始区块的竖向边界为界线划分出若干个原始区间，

步骤1)确定各原始区间的占优等级：根据滚筒的直径和原始区块的厚度，评估各原始区间内能采到的矿料的最高矿料品位等级，将该最高矿料品位等级作为该原始区间的占优等级；

步骤2)确定所述矿层：每个原始区间内，当存在矿料品位等级高于占优等级的原始区块时，将这样的原始区块并入矿料品位等级等于占优等级的原始区块中，形成一个所述矿层；

步骤3)确定所述工作段：每相邻两个原始区间，其二者的占优等级相同或者前者的占优等级高于后者且前者中含有其矿料品位等级与后者的占优等级相同的原始区块，则将这两个原始区间合并为一个，允许同一原始区间参与多次符合上述规则的合并，其中前者和后者按照采矿机的行走方向分别靠近工作面的始端和终端，经过上述合并后得到的各区间作为各个所述工作段。

9.如权利要求8所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：采矿机从工作面的一端向另一端行走过程中，至少对于其中含有多个对应于不同矿料品位等级的矿层的工作段保留属于最低矿料品位等级的一定高度的顶部和底部台阶，留到采矿机返回过程中进行一次性逐个工作段开采。

10.如权利要求1-9中任意一项权利要求所述的坚硬矿料井下机械化连续开采方法，其特征在于：当所述采矿机要从对一个矿料品位等级的矿层开采向对另一个矿料品位等级的矿层开采切换时，所述采矿机先向集控中心发出与另一个矿料品位等级相对应的开采准备信号，集控中心接到所述开采准备信号后向卸料分装机发出相应等级矿料分装信号以及向所述采矿机发出相应等级矿料开采许可信号，所述分装信号的控制内容为使所述卸料分装机在一定时长的延时后将出料口切换至与另一个矿料品位等级的料仓相对接，所述采矿机接到所述许可信号后，开始对另一个矿料品位等级的矿层的开采，所述卸料分装机设置在由各级输送机连续组合成的运输链的末端。