CN114233294A - 一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，包括以下步骤：S10、钻孔；S20、切槽；S30、压裂；S40、装运。本发明提供的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，通过在坚硬岩石巷道断面上布置探测孔、多个压裂孔，并分别对探测孔和多个压裂孔进行水力压裂，实现对坚硬岩体的水力压裂，能够有效的降低岩体的完整性和强度，降低掘进机掘进的难度，提高掘进速度，降低掘进机截齿的消耗量，降低掘进产生的岩尘浓度；通过在巷道断面线上设置多个探测孔，避免了对压裂孔进行水力压裂时，对巷道周围支护岩体结构造成的破坏，巷道断面成型好。
Description
技术领域
本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺。
背景技术
花岗岩主要由石英及正长石及微斜长石组成，最原始的花岗岩主要由以下三部分组成：长石、石英、黑云母。花岗岩是最硬的建筑材料，也由于它的超强硬度而使它具有很好的耐磨性。
大理石又称云石，是重结晶的石灰岩，主要成分是CaCO3。石灰岩在高温高压下变软，并在所含矿物质发生变化时重新结晶形成大理石。主要成分是钙和白云石，颜色很多，通常有明显的花纹，矿物颗粒很多。摩氏硬度在2.5到5之间，刚性好，硬度高，耐磨性强，温度变形小。
对于这些硬度较高的岩石开采，现有技术的掘进方式，一般采用打眼爆破或掘进装置掘进，打眼爆破是在需要掘进的区域钻设爆破用的炮眼，在炮眼内填入炸药，引爆炸药产生的冲击波和作用力将需要掘进区域的岩石震松或使其开裂，进而方便掘进施工。这种开采方式危险系数很高、效率低下、工程质量差，不符合现代开采的现场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，包括以下步骤：
S10、钻孔：根据巷道断面形状，在断面中心处沿巷道的轴向采用钻机钻进探测孔，随后再用钻机在巷道的断面线上沿巷道的轴向间隔的钻进多个裂孔；
S20、切槽：采用掘进机的截割装置沿巷道断面形状进行截割，形成边沿切槽；
S30、压裂：移开截割装置，采用高压封孔装置将高压水注入探测孔和裂孔中，高压水将坚硬岩石压裂出裂缝网，降低岩石整体强度和抗截割能力；
S40、装运：采用掘进机对形成裂缝网的岩石进行掘进开采，并采用破碎装置破碎岩石形成岩体碎片，随后采用运输机构将岩体碎片运出。
作为本发明的一种改进，在步骤S10中，还包括对探测孔的使用步骤，具体包括以下步骤：
S11、对形成的探测孔的内部岩体的结构进行探测，并进行抗拉强度的测试；
S12、根据步骤S11的探测结果和测试结果，确定实际需要的探测孔和裂孔的深度；
S13、根据步骤S12的计算结果，对探测孔和裂孔进行深钻直至其深度符合要求；
S14、对符合深度要求的探测孔和裂孔的压裂段位置进行计算确定，以及确定压裂段的压裂参数。
作为本发明的一种改进，在步骤S30中，还包括高压水注入步骤，具体包括以下步骤：
S31、将高压封孔装置推进至探测孔和裂孔中已经计算确定好的的压裂段，其中高压封孔装置与高压注水管相连；
S32、将高压注水管和高压水泵连接并启动高压水泵，对高压封孔装置进行加压，直至对探测孔和裂孔实现封孔；
S33、对探测孔和裂孔继续注入高压水，直至岩体出现裂缝。
作为本发明的一种改进，所述探测孔的直径是裂孔直径的一倍。
作为本发明的一种改进，所述探测孔、裂孔的压裂段轴向一一对应。
作为本发明的一种改进，在步骤S14中，还包括用于确定岩体压裂参数的岩体损伤能量数值确定步骤，具体包括：
S141、从岩体中截取一整块岩石，岩石的整体形状构造为自然形成；
S142、将所截取的岩石装载于三轴压力试验机中，三轴压力试验机对岩石进行三向加力；
S143、根据公式(1)计算岩石的损伤变量，
其中，
D为岩石的损伤变量，
UD为单元耗散能，
UC为单元临界耗散能，
σ1为轴向压力，
ε1为轴向应变，
σ2为径向压力，
ε2为径向应变，
σ3为匀速卸载围压，
ε3为围压应变，
ε1c为轴向破坏临界值，
ε2c为径向破坏临界值，
ε3c为围压破坏临界值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，包括以下步骤：
S10、钻孔：根据巷道断面形状，在断面中心处沿巷道的轴向采用钻机钻进探测孔，随后再用钻机在巷道的断面线上沿巷道的轴向间隔的钻进多个裂孔；
S20、切槽：采用掘进机的截割装置沿巷道断面形状进行截割，形成边沿切槽；
S30、压裂：移开截割装置，采用高压封孔装置将高压水注入探测孔和裂孔中，高压水将坚硬岩石压裂出裂缝网，降低岩石整体强度和抗截割能力；
S40、装运：采用掘进机对形成裂缝网的岩石进行掘进开采，并采用破碎装置破碎岩石形成岩体碎片，随后采用运输机构将岩体碎片运出。
在步骤S10中，还包括对探测孔的使用步骤，具体包括以下步骤：
S11、对形成的探测孔的内部岩体的结构进行探测，并进行抗拉强度的测试；
S12、根据步骤S11的探测结果和测试结果，确定实际需要的探测孔和裂孔的深度；
S13、根据步骤S12的计算结果，对探测孔和裂孔进行深钻直至其深度符合要求；
S14、对符合深度要求的探测孔和裂孔的压裂段位置进行计算确定，以及确定压裂段的压裂参数。
在步骤S30中，还包括高压水注入步骤，具体包括以下步骤：
S31、将高压封孔装置推进至探测孔和裂孔中已经计算确定好的的压裂段，其中高压封孔装置与高压注水管相连；
S32、将高压注水管和高压水泵连接并启动高压水泵，对高压封孔装置进行加压，直至对探测孔和裂孔实现封孔；
S33、对探测孔和裂孔继续注入高压水，直至岩体出现裂缝。
所述探测孔的直径是裂孔直径的一倍。
所述探测孔、裂孔的压裂段轴向一一对应。
上述技术方案的工作原理及有益效果：本发明提供的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，通过在坚硬岩石巷道断面上布置探测孔、多个压裂孔，并分别对探测孔和多个压裂孔进行水力压裂，实现对坚硬岩体的水力压裂，能够有效的降低岩体的完整性和强度，降低掘进机掘进的难度，提高掘进速度，降低掘进机截齿的消耗量，降低掘进产生的岩尘浓度；通过在巷道断面线上设置多个探测孔，避免了对压裂孔进行水力压裂时，对巷道周围支护岩体结构造成的破坏，巷道断面成型好。
在掘进机对坚硬岩体进行机械化截割、装载和输送之前，增加了在坚硬岩体中进行钻孔与割缝-封孔与压裂的工序，从而弱化岩体强度和抗截割能力，大大降低岩体截割难度，改善机械掘进坚硬岩体的工作条件，实现巷道或隧道坚硬岩体的机械化高效掘进。同时可以延长掘进机使用寿命，降低掘进费用。
作为本发明的一个实施例，
在步骤S14中，还包括用于确定岩体压裂参数的岩体损伤能量数值确定步骤，具体包括：
S141、从岩体中截取一整块岩石，岩石的整体形状构造为自然形成；
S142、将所截取的岩石装载于三轴压力试验机中，三轴压力试验机对岩石进行三向加力；
S143、根据公式(1)计算岩石的损伤变量，
其中，
D为岩石的损伤变量，
UD为单元耗散能，
UC为单元临界耗散能，
σ1为轴向压力，
ε1为轴向应变，
σ2为径向压力，
ε2为径向应变，
σ3为匀速卸载围压，
ε3为围压应变，
ε1c为轴向破坏临界值，
ε2c为径向破坏临界值，
ε3c为围压破坏临界值。
上述技术方案的工作原理及有益效果：
进入深部开采后，围岩的受力状态将发生较大的改变，矿体开采后，往往在一定范围内引起较强烈的应力释放，即卸荷现象。相应的垂直应力和水平应力将会发生复杂的变化。因此深部围岩的破坏是在复杂的三维应力加卸载作用下发生。岩石在高应力条件的卸荷作用下，变形规律、裂隙扩展及破坏与常规的加线方式有着本质的不同，因此有必要采用三轴压力试验机进行高应力条件下的卸载试验，从而确定岩体压裂参数。
岩石力学试验实际上是加卸载设备不断对岩石试样施加外功的过程，通过做功，使岩石内部能量发生改变，从而岩石发生应力和变形的变化，因此岩石的破坏从本质上说是内部能量不断变化的结果。根据热力学定律，若不考虑试验过程中有外界的热量交换，则岩石力学系统可视为是封闭的系统，则加载设备所做的外功全部转化为岩石内部的能量。岩石单元耗散能是岩石内部裂隙扩展的源动力，随着耗散能的不断增加，岩石内部的损伤不断扩大，当达到临界耗散能时即发生破坏，因此损伤变量可用耗散能表示。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内中。
Claims (6)
1.一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S10、钻孔：根据巷道断面形状，在断面中心处沿巷道的轴向采用钻机钻进探测孔，随后再用钻机在巷道的断面线上沿巷道的轴向间隔的钻进多个裂孔；
S20、切槽：采用掘进机的截割装置沿巷道断面形状进行截割，形成边沿切槽；
S30、压裂：移开截割装置，采用高压封孔装置将高压水注入探测孔和裂孔中，高压水将坚硬岩石压裂出裂缝网，降低岩石整体强度和抗截割能力；
S40、装运：采用掘进机对形成裂缝网的岩石进行掘进开采，并采用破碎装置破碎岩石形成岩体碎片，随后采用运输机构将岩体碎片运出。
2.根据权利要求1所述的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，其特征在于：在步骤S10中，还包括对探测孔的使用步骤，具体包括以下步骤：
S11、对形成的探测孔的内部岩体的结构进行探测，并进行抗拉强度的测试；
S12、根据步骤S11的探测结果和测试结果，确定实际需要的探测孔和裂孔的深度；
S13、根据步骤S12的计算结果，对探测孔和裂孔进行深钻直至其深度符合要求；
S14、对符合深度要求的探测孔和裂孔的压裂段位置进行计算确定，以及确定压裂段的压裂参数。
3.根据权利要求2所述的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，其特征在于，在步骤S30中，还包括高压水注入步骤，具体包括以下步骤：
S31、将高压封孔装置推进至探测孔和裂孔中已经计算确定好的的压裂段，其中高压封孔装置与高压注水管相连；
S32、将高压注水管和高压水泵连接并启动高压水泵，对高压封孔装置进行加压，直至对探测孔和裂孔实现封孔；
S33、对探测孔和裂孔继续注入高压水，直至岩体出现裂缝。
4.根据权利要求1所述的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，其特征在于：所述探测孔的直径是裂孔直径的一倍。
5.根据权利要求3所述的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，其特征在于：所述探测孔、裂孔的压裂段轴向一一对应。
6.根据权利要求2所述的一种大理石、花岗岩矿山的开采掘进工艺，其特征在于：在步骤S14中，还包括用于确定岩体压裂参数的岩体损伤能量数值确定步骤，具体包括：
S141、从岩体中截取一整块岩石，岩石的整体形状构造为自然形成；
S142、将所截取的岩石装载于三轴压力试验机中，三轴压力试验机对岩石进行三向加力；
S143、根据公式(1)计算岩石的损伤变量，
其中，
D为岩石的损伤变量，
UD为单元耗散能，
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σ1为轴向压力，
ε1为轴向应变，
σ2为径向压力，
ε2为径向应变，
σ3为匀速卸载围压，
ε3为围压应变，
ε1c为轴向破坏临界值，
ε2c为径向破坏临界值，
ε3c为围压破坏临界值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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