CN113669064A - 自然崩落采矿法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采矿技术领域，提供了一种自然崩落采矿法，包括：在矿体待开采区域的底部形成出矿水平、底部结构和拉底水平，所述底部结构包括间隔设置的若干支撑矿柱以及设在支撑矿柱间的集矿口，支撑矿柱的上部为锥形，在所述支撑矿柱的顶部设置第一拉底巷道，在所述锥形的底部设置第二拉底巷道；在所述第一拉底巷道内开凿若干排呈扇形分布的第一炮孔，在所述第二拉底巷道内开凿若干排呈扇形分布的第二炮孔，向所述第一炮孔、第二炮孔内填充爆炸物并封孔；沿开采方向顺次引爆所述第一炮孔、第二炮孔，使所述拉底水平中的矿体破碎并经由所述集矿口落入所述出矿水平内。通过该方法可以有效地避免拉底水平在拉底作业时产生残留的矿体，提高采矿的效率。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，具体的，涉及一种自然崩落采矿法。
背景技术
自然崩落采矿法是一种安全、高效并可实现大规模连续出矿的采矿方法。该采矿方法主要适用于厚大、节理裂隙相对发育且陡倾角的低品位矿床的开采。目前世界范围内采用自然崩落采矿法开采的矿山约有50多座，主要分布在美国、澳大利亚、加拿大、智利、南非、中国等国家，国内应用自然崩落采矿法的矿山主要有山西铜矿峪铜矿和云南普朗铜矿。自然崩落采矿法是指采用普通的凿岩爆破回采方法在矿体的底部或某一阶段的底部采出矿体的一个水平薄层，使此薄层上部的矿体失去支撑，矿岩在自身重力、地应力和岩体内本身存在的节理裂隙的作用下破裂并向下崩落，崩落的矿岩从下部的底部结构中放出，使其上部的矿岩继续破裂并崩落，随着更多的破碎矿岩被放出，崩落在矿体中向上扩展，直至到覆盖岩石崩落，并崩落到地表的一种采出矿石的方法。
如图1和图2所示，示出了两种常见的拉底巷道及炮孔的设置方法。图1中拉底巷道设置在底部结构中桃形矿柱的两个肩部，沿拉底巷道呈扇形开凿有炮孔，但该种结构下，桃形矿柱的顶端处于炮孔的末端，由于炮孔末端爆破控制不佳，容易产生残留的矿柱。图2中拉底巷道设置在底部结构中桃形矿柱的顶部，沿拉底巷道呈扇形开凿有炮孔，但该种结构下，相邻两个桃形矿柱的中间部位处于炮孔的末端，由于炮孔末端爆破控制不佳，容易产生残留的矿柱。自然崩落采矿法中若矿山拉底工作不能连续完全贯通则会留有矿柱，留下的矿柱会改变其周边的原岩应力状态，产生较大的应力集中。集中的应力会传递至拉底下方的底部结构上，进而引起底部结构大面积严重破坏。而底部结构作为自然崩落采矿法生产的重要组成部分，一旦受到破坏就会影响正常生产，严重时甚至导致上部的矿石无法放出，造成大量的资源损失。另外，留下的矿柱会对上部的矿体形成一定程度的支撑，从而阻止上部矿体顺利地实现自然崩落，影响矿山生产，严重时可能导致自然崩落采矿法无法成功实施。
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种自然崩落采矿法，可避免拉底水平在拉底作业时出现残留的矿柱，提高采矿的效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种自然崩落采矿法，包括：
在矿体待开采区域的底部形成出矿水平、底部结构和拉底水平，所述底部结构包括间隔设置的若干支撑矿柱以及设在所述支撑矿柱间的集矿口，所述支撑矿柱的上部为锥形，在所述支撑矿柱的顶部设置第一拉底巷道，在所述锥形的底部设置第二拉底巷道；
在所述第一拉底巷道内开凿若干排呈扇形分布的第一炮孔，在所述第二拉底巷道内开凿若干排呈扇形分布的第二炮孔，向所述第一炮孔、第二炮孔内填充爆炸物并封孔；
沿开采方向顺次引爆所述第一炮孔、第二炮孔，使所述拉底水平中的矿体破碎并经由所述集矿口落入所述出矿水平内。
优选地，所述第一拉底巷道内仅向上方和/或斜上方的方向开凿所述第一炮孔。
优选地，靠近所述第一炮孔的所述第二炮孔的末端与所述第一炮孔在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。
优选地，所述第二拉底巷道内仅向远离所述第一拉底巷道的一侧开凿所述第二炮孔。
优选地，靠近所述第二炮孔的所述第一炮孔的末端与所述第二炮孔在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。
优选地，相邻两个所述支撑矿柱中间上方的所述第二炮孔的末端在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。
优选地，所述第一炮孔与所述第二炮孔在拉底巷道的长度方向错位设置。
优选地，所述第二拉底巷道的水平间距为13-17米，所述第一拉底巷道与第二拉底巷道的垂直间距为8-12米。
优选地，沿开采方向顺次引爆所述第一炮孔、第二炮孔时，所述第一炮孔早于所述第二炮孔引爆。
优选地，在形成所述拉底水平时，还开凿贯通所述第一拉底巷道、第二拉底巷道和出矿水平的斜坡通道。
根据上面的描述和实践可知，本发明所述的自然崩落采矿法，在拉底水平中设置了上下两层拉底巷道，分别是位于支撑矿柱顶部的第一拉底巷道和位于支撑矿柱肩部的第二拉底巷道，再通过上下两层拉底巷道向拉底层内开凿炮孔，使较长的炮孔末端附近还设有其它炮孔，解决了传统的采矿方法中因炮孔末端爆破效果不佳导致的矿体残留问题。通过该自然崩落采矿法进行采矿作业，可以避免在拉底水平内出现残留矿体，提高了采矿的效率。
附图说明
图1为现有自然崩落采矿法中矿体内各结构的一种示意图。
图2为现有自然崩落采矿法中矿体内各结构的另一种示意图。
图3为本发明实施例一涉及的自然崩落采矿法中矿体内各结构的示意图。
图4为本发明实施例二涉及的自然崩落采矿法中矿体内各结构的示意图。
图5为本发明涉及的自然崩落采矿法中出矿水平结构的示意图。
图中的附图标记为：
1、出矿水平，11、出矿联络巷，12、出矿巷道；
2、底部结构，21、支撑矿柱，22、集矿口；
3、拉底水平，31、第一拉底巷道，32、第二拉底巷道，33、拉底层，34、第一炮孔，35、第二炮孔。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
实施例一
图3为该实施例中涉及的自然崩落采矿法中矿体内各结构的示意图。示出了矿体的一个待开采区域的竖向结构。请参考图3，在该实施例中，该矿体采用了自然崩落采矿法，该自然崩落采矿法包括如下步骤：
首先，在待开采区域的底部形成出矿水平1、底部结构2和拉底水平3。出矿水平1、底部结构2和拉底水平3自下而上依次布置。
请结合图5，出矿水平1包括出矿联络巷11和出矿巷道12，出矿联络巷11与底部结构2中的集矿口22的下端口相通，从集矿口22落下的矿石经由出矿联络巷11和出矿巷道12被运输至溜井或破碎站进一步处理后运输至地面。
请结合图3，底部结构2包括沿开采方向(图5中的纵向)间隔设置的若干支撑矿柱21和设置在支撑矿柱21间的集矿口22(参见图5)。集矿口22的上端连接上部的拉底水平3，下端连接出矿水平1中的出矿联络巷11，用于将拉底水平3中破碎的矿体输送至出矿水平1内。支撑矿柱21为桃形矿柱，其上部为锥形。底部结构2既可为上方拉底水平3内的施工作业提供支撑平台，还可将拉底水平3与出矿水平1隔开，起到保护出矿水平1的作用。
请结合图3，拉底水平3包括沿开采方向(图5中的纵向)设置的若干拉底巷道和待爆破开采的拉底层33。在该实施例中，拉底巷道包括设置在支撑矿柱21顶部的第一拉底巷道31和设置在支撑矿柱21肩部的第二拉底巷道32。支撑矿柱21肩部即为支撑矿柱21中锥形结构的底部。
以上出矿联络巷11、出矿巷道12、集矿口22、第一拉底巷道31和第二拉底巷道32均是通过挖掘而形成的。支撑矿柱21则是通过挖掘或爆破其外周的矿体后而形成的，换言之，支撑矿柱21非挖掘形成的而是在矿体上预先规划设置的。
之后，在第一拉底巷道31内开凿若干排呈扇形分布的第一炮孔34，在第二拉底巷道32内开凿若干排呈扇形分布的第二炮孔35，并向第一炮孔34、第二炮孔35内填充爆炸物并封孔。如图3所示，第一炮孔34沿第一拉底巷道31的内壁上方设置，其朝向为正上方和斜上方。第二炮孔35沿第二拉底巷道32的内壁设置，第二炮孔35同样呈扇形布设，其中第二拉底巷道32内一侧的炮孔朝向相邻的第二拉底巷道32，另一侧的炮孔沿支撑矿柱21锥形的上表面设置，防止爆破影响支撑矿柱21的结构。另外，第二炮孔35中一部分炮孔的末端靠近第一炮孔34，该些第二炮孔35的末端与第一炮孔34在沿拉底巷道的长度方向的投影应相交或相接，该种结构可防止第一炮孔34和第二炮孔35相邻位置在爆破作业后产生残留的矿体。但需要注意的是，第一炮孔34和第二炮孔35在拉底巷道的长度方向错位设置，换言之，上述投影虽相交或相接，但第一炮孔34和第二炮孔35在矿体内并未连通，二者在进行爆破时不会产生相互影响。
上述第一炮孔34和第二炮孔35均为朝上或水平设置，无朝向下方的炮孔，因此在开凿炮孔时，可顺利地排出其内的渣石。
另外，相邻两个支撑矿柱21之间的第二炮孔35的长度虽然较短，但是为了防止相邻两个支撑矿柱21的中间上方部位在拉底爆破后出现残留的矿体。因此，相邻两个支撑矿柱21中间上方的第二炮孔35的末端在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。但需要注意的是，相邻的第二拉底巷道32间的第二炮孔35在拉底巷道的长度方向错位设置，换言之，上述投影虽相交或相接，但相邻的第二拉底巷道32间的第二炮孔35在矿体内并未连通，二者在进行爆破时不会产生相互影响。
上述第二炮孔35的长度长于第一炮孔34的长度。其中第二炮孔35承担主要的拉底任务，即通过爆破将拉底层的矿体破碎；第一炮孔34的长度较短，其主要作业是破碎支撑矿柱21顶端的矿体，防止该部位在爆破后出现残留的矿体。
在拉底巷道和炮孔设置完成之后还在巷道的端部向外周形成切割槽，作为后续拉底工作的自由面，方便进行后续的采矿作业。另外，在挖掘第一拉底巷道31和第二拉底巷道32时，还在第一拉底巷道31、第二拉底巷道32和出矿水平1间设置斜坡通道，作为作业人员、设备和材料的进出通道。通过该斜坡通道可以在各个巷道间实现人员、设备和材料的输送。
为了实现最佳的拉底效果，第二拉底巷道32的水平间距应在13-17米范围内，第一拉底巷道31与第二拉底巷道32的垂直间距应在8-12米范围内，第一炮孔34和第二炮孔35在竖直方向覆盖的宽度为13-20米范围内。在该实施例中，第二拉底巷道32的水平间距为15米，第一拉底巷道31与第二拉底巷道32的垂直间距为10米，第一炮孔34和第二炮孔35在竖直方向覆盖的宽度为15米。
最后，沿开采方向顺次引爆第一炮孔34和第二炮孔35，使拉底层33中的矿体破碎并经由集矿口22落入所述出矿水平1内。拉底层33的矿体破碎并落入出矿水平1后，该部位出现空腔，上方的矿体失去支撑，在重力的作用下逐渐持续地破碎并落入下方的出矿水平1内，从而完成采矿作业。
具体地，可将待开采的矿体沿开采方向分为若干段起爆区域，依次对每段起爆区域进行爆破作业。分段进行爆破的方式可最大程度地降低震动所带来的危害效应。另外，同一起爆区域内的第一炮孔34应早于第二炮孔35引爆或者与第二炮孔35同时引爆，反之，则会因下层结构破碎引起上层第一拉底巷道31失稳，给其内的作业人员带来安全隐患。
通过该方法进行采矿作业，可以使拉底层中所有矿体均被爆破致碎，不会产生残留的矿体，因此可以形成较好的空层，使得上方的矿体能够持续稳定地向下掉落，完成采矿作业。
实施例二
图4为该实施例中涉及的自然崩落采矿法中矿体内各结构的示意图。示出了矿体的一个待开采区域的竖向结构。请参考图4，在该实施例中，该矿体采用了自然崩落采矿法，该自然崩落采矿法包括如下步骤：
首先，在待开采区域的底部形成出矿水平1、底部结构2和拉底水平3。出矿水平1、底部结构2和拉底水平3自下而上依次布置。
请结合图5，出矿水平1包括出矿联络巷11和出矿巷道12，出矿联络巷11与底部结构2中的集矿口22的下端口相通，从集矿口22落下的矿石经由出矿联络巷11和出矿巷道12被运输至溜井或破碎站进一步处理后运输至地面。
请结合图4，底部结构2包括沿开采方向(图5中的纵向)间隔设置的若干支撑矿柱21和设置在支撑矿柱21间的集矿口22(参见图5)。集矿口22的上端连接上部的拉底水平3，下端连接出矿水平1中的出矿联络巷11，用于将拉底水平3中破碎的矿体输送至出矿水平1内。支撑矿柱21为桃形矿柱，其上部为锥形。底部结构2既可为上方拉底水平3内的施工作业提供支撑平台，还可将拉底水平3与出矿水平1隔开，起到保护出矿水平1的作用。
请结合图4，拉底水平3包括沿开采方向(图5中的纵向)设置的若干拉底巷道和待爆破开采的拉底层33。在该实施例中，拉底巷道包括设置在支撑矿柱21顶部的第一拉底巷道31和设置在支撑矿柱21肩部的第二拉底巷道32。支撑矿柱21肩部即为支撑矿柱21中锥形结构的底部。
以上出矿联络巷11、出矿巷道12、集矿口22、第一拉底巷道31和第二拉底巷道32均是通过挖掘而形成的。支撑矿柱21则是通过挖掘或爆破其外周的矿体后而形成的，换言之，支撑矿柱21非挖掘形成的而是在矿体上预先规划设置的。
之后，在第一拉底巷道31内开凿若干排呈扇形分布的第一炮孔34，在第二拉底巷道32内开凿若干排呈扇形分布的第二炮孔35，并向第一炮孔34、第二炮孔35内填充爆炸物并封孔。
如图4所示，第一炮孔34沿第一拉底巷道31的内壁向外周发散设置，其朝向上方、斜上方和斜下方。第二炮孔35沿第二拉底巷道32的内壁设置，并且第二拉底巷道32内仅向远离第一拉底巷道31的一侧开凿第二炮孔35。
另外，第一炮孔34中一部分炮孔的末端靠近第二炮孔35，该些第一炮孔34的末端与第二炮孔35在沿拉底巷道的长度方向的投影应相交或相接，该种结构可防止第一炮孔34和第二炮孔35相邻位置在爆破作业后产生残留的矿体。但需要注意的是，第一炮孔34和第二炮孔35在拉底巷道的长度方向错位设置，换言之，上述投影虽相交或相接，但第一炮孔34和第二炮孔35在矿体内并未连通，二者在进行爆破时不会产生相互影响。
另外，相邻两个支撑矿柱21之间的第二炮孔35的长度虽然较短，但是为了防止相邻两个支撑矿柱21的中间上方部位在拉底爆破后出现残留的矿体。因此，相邻两个支撑矿柱21中间上方的第二炮孔35的末端在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。但需要注意的是，相邻的第二拉底巷道32间的第二炮孔35在拉底巷道的长度方向错位设置，换言之，上述投影虽相交或相接，但相邻的第二拉底巷道32间的第二炮孔35在矿体内并未连通，二者在进行爆破时不会产生相互影响。
上述第一炮孔34的长度长于第二炮孔35的长度。其中第一炮孔34承担主要的拉底任务，即通过爆破将拉底层的矿体破碎；第二炮孔35的长度较短，其主要作业是破碎相邻两个支撑矿柱21中间上部的矿体，防止该部位在爆破后出现残留的矿体。
在拉底巷道和炮孔设置完成之后还在巷道的端部向外周形成切割槽，作为后续拉底工作的自由面，方便进行后续的采矿作业。另外，在挖掘第一拉底巷道31和第二拉底巷道32时，还在第一拉底巷道31、第二拉底巷道32和出矿水平1间设置斜坡通道，作为作业人员、设备和材料的进出通道。通过该斜坡通道可以在各个巷道间实现人员、设备和材料的输送。
为了实现最佳的拉底效果，第二拉底巷道32的水平间距应在13-17米范围内，第一拉底巷道31与第二拉底巷道32的垂直间距应在8-12米范围内，第一炮孔34和第二炮孔35在竖直方向覆盖的宽度为13-20米范围内。在该实施例中，第二拉底巷道32的水平间距为15米，第一拉底巷道31与第二拉底巷道32的垂直间距为10米，第一炮孔34和第二炮孔35在竖直方向覆盖的宽度为15米。
最后，沿开采方向顺次引爆第一炮孔34和第二炮孔35，使拉底层33中的矿体破碎并经由集矿口22落入所述出矿水平1内。拉底层33的矿体破碎并落入出矿水平1后，该部位出现空腔，上方的矿体失去支撑，在重力的作用下逐渐持续地破碎并落入下方的出矿水平1内，从而完成采矿作业。
具体地，可将待开采的矿体沿开采方向分为若干段起爆区域，依次对每段起爆区域进行爆破作业。分段进行爆破的方式可最大程度地降低震动所带来的危害效应。另外，同一起爆区域内的第一炮孔34应早于第二炮孔35引爆或者与第二炮孔35同时引爆，反之，则会因下层结构破碎引起上层第一拉底巷道31失稳，给其内的作业人员带来安全隐患。
通过该方法进行采矿作业，可以使拉底层中所有矿体均被爆破致碎，不会产生残留的矿体，因此可以形成较好的空层，使得上方的矿体能够持续稳定地向下掉落，完成采矿作业。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种自然崩落采矿法，其特征在于，包括：
在矿体待开采区域的底部形成出矿水平、底部结构和拉底水平，所述底部结构包括间隔设置的若干支撑矿柱以及设在所述支撑矿柱间的集矿口，所述支撑矿柱的上部为锥形，在所述支撑矿柱的顶部设置第一拉底巷道，在所述锥形的底部设置第二拉底巷道；
在所述第一拉底巷道内开凿若干排呈扇形分布的第一炮孔，在所述第二拉底巷道内开凿若干排呈扇形分布的第二炮孔，向所述第一炮孔、第二炮孔内填充爆炸物并封孔；
沿开采方向顺次引爆所述第一炮孔、第二炮孔，使所述拉底水平中的矿体破碎并经由所述集矿口落入所述出矿水平内。
2.如权利要求1所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
所述第一拉底巷道内仅向上方和/或斜上方的方向开凿所述第一炮孔。
3.如权利要求2中所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
靠近所述第一炮孔的所述第二炮孔的末端与所述第一炮孔在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。
4.如权利要求1中所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
所述第二拉底巷道内仅向远离所述第一拉底巷道的一侧开凿所述第二炮孔。
5.如权利要求4中所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
靠近所述第二炮孔的所述第一炮孔的末端与所述第二炮孔在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。
6.如权利要求1至5中任一项所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
相邻两个所述支撑矿柱中间上方的所述第二炮孔的末端在沿拉底巷道长度方向的投影相交或相接。
7.如权利要求1至5中任一项所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
所述第一炮孔与所述第二炮孔在拉底巷道的长度方向错位设置。
8.如权利要求1至5中任一项所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
所述第二拉底巷道的水平间距为13-17米，所述第一拉底巷道与第二拉底巷道的垂直间距为8-12米。
9.如权利要求1至5中任一项所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
沿开采方向顺次引爆所述第一炮孔、第二炮孔时，所述第一炮孔早于所述第二炮孔引爆。
10.如权利要求1至5中任一项所述的自然崩落采矿法，其特征在于，
在形成所述拉底水平时，还开凿贯通所述第一拉底巷道、第二拉底巷道和出矿水平的斜坡通道。
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