CN114542073B - 硬岩开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硬岩开采方法，涉及采矿的技术领域，包括以下步骤：将硬岩划分为多个回采单元，每个回采单元划分为多个未采条带；对其中一条未采条带的进行钻爆法开采，以形成已采条带；在已采条带内用硬岩预裂方法对回采单元内其余未采条带进行整体预裂处理；利用机械对预裂后的未采条带进行开采。通过提前预裂硬岩，使硬岩更加适合效率较高的机械开采，缓解了人工开采造成的效率低的技术问题，达到了开采效率高，节约时间的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，尤其是涉及一种硬岩开采方法。
背景技术
悬臂式掘进机、连采机和综采机等机械设备的破岩能力受岩石硬度的限制（一般可截割f≤8，经济截割f＜6，f为普氏系数），而在金属矿山中，岩石硬度一般较大，如花岗岩、闪长岩和玄武岩等岩浆岩，铁质、钙质胶结的砾岩、砂岩和泥质灰岩等沉积岩，片麻岩、石英岩、大理岩和板岩等变质岩。由于硬岩的硬度较高，机械落矿的效率十分低下。
现有技术中，在硬岩矿体稳定的情况下，一般采用爆破掘进的方式对硬岩进行开采，或者通过预裂的方式先将硬岩矿体预裂，再进行人工开采。
但是，边掘进边松动爆破和小断面巷道炮掘后集中松动爆破的方式增加了工艺环节和采矿成本，预裂后开采的效率低，导致开采所需时间长，增加了开采的风险，同时浪费了开采成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬岩开采方法，以缓解现有技术中存在的预裂后开采效率低的技术问题。
本发明提供的硬岩开采方法，包括以下步骤：
将硬岩划分为多个回采单元，每个回采单元划分为多个未采条带；
对其中一条未采条带的进行钻爆法开采，以形成已采条带；
在已采条带内用硬岩预裂方法对回采单元内其余未采条带进行整体预裂处理；
利用机械对预裂后的未采条带进行开采。
在可选的实施方式中，所述的划分多个未采条带的步骤包括：
未采条带的长度为20m~120m，宽度为9m~18m。
在可选的实施方式中，所述的硬岩的预裂方法包括以下步骤：
对钎杆上逐节标记切缝位置；
利用标记完成后的钎杆对未采条带进行打孔；
沿着打孔方向的逆向回退钎杆；
回退过程中，根据钎杆标记位置依次对未采条带进行切缝，以使未采条带完成多个标记位置的切缝；
当钎杆完成切缝后退出钎杆，对打孔进行封堵并加压，以使未采条带沿着切缝被预裂。
在可选的实施方式中，所述的在钎杆上逐节标记切缝位置的步骤还包括：
每相邻的两个标记之间的距离为0.3m~0.5m。
在可选的实施方式中，所述的切缝步骤还包括：
未采条带的表面设置有基准面，钎杆上的每个标记与未采条带的基准面平齐时均固定钎杆；
在每次固定钎杆时，在钎杆伸入未采条带的一端沿钎杆的轴向释放加压水来切割未采条带，以形成切缝。
在可选的实施方式中，所述钎杆包括钻割一体钻头。
在可选的实施方式中，所述的硬岩的预裂方法包括可控冲击波预裂和水压致裂。
在可选的实施方式中，还包括岩石物理力学性质测定和预裂试验；
对未采条带进行岩石物理力学性质测定，测得最大主应力
、最小主应力
和矿体的抗剪切强度
；
用以上测得的数据进行预裂试验，以获得预裂效果最好的压力。
在可选的实施方式中，所述的预裂试验的步骤包括：
对钻孔进行初始加压和持续增压；
观察初始加压后和持续增压后的预裂状态，直至预裂后满足机械开采。
在可选的实施方式中，所述的初始加压和持续增压的步骤包括：
初始加压的公式为：
每次持续增压0.5MPa~1.5MPa，直至预裂后机械能够掘进硬岩。
本发明提供的硬岩开采方法，包括以下步骤：将硬岩划分为多个回采单元，每个回采单元划分为多个未采条带；对其中一条未采条带的进行钻爆法开采，以形成已采条带；在已采条带内用硬岩预裂方法对回采单元内其余未采条带进行整体预裂处理；利用机械对预裂后的未采条带进行开采。通过提前预裂硬岩，使硬岩更加适合效率较高的机械开采，缓解了人工开采造成的效率低的技术问题，达到了开采效率高，节约时间的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的硬岩预裂及其开采方法的未采时的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的硬岩预裂及其开采方法的打孔结构示意图；
图3为本发明实施例提供的硬岩预裂及其开采方法的预裂后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-图3所示，本发明实施例提供的硬岩开采方法，包括以下步骤：将硬岩划分为多个回采单元，每个回采单元划分为多个未采条带；对其中一条未采条带的进行钻爆法开采，以形成已采条带；在已采条带内用硬岩预裂方法对回采单元内其余未采条带进行整体预裂处理；利用机械对预裂后的未采条带进行开采。
需要说明的是，在同一水平面上，将待开采的硬岩沿着水平方向划分为多个回采单元，每个单元内可以设置有四个未采条带，四个条带的宽度一致且互相平行，进一步地，对四个条带中的首个条带或者末个条带采用钻爆法开采，以使开采完成后形成一个通道，即，第一个已采条带，并将预裂所需设备运输至已采条带内，对单元内剩余的未采条带进行预裂，直至预裂后达到机械的开采条件后撤出工作人员和预裂设备，并通过机械对预裂后的未采条带进行开采，以提高开采的效率，其中，机械包括掘进机。
本发明实施例提供的硬岩开采方法，包括以下步骤：将硬岩沿水平方向划分为多个回采单元和未采条带；对其中一条未采条带的进行钻爆法开采，以形成已采条带；在已采条带内用硬岩预裂方法对未采条带进行预裂处理；利用机械对预裂后的未采条带进行开采。通过提前预裂硬岩，使硬岩更加适合效率较高的机械开采，缓解了人工开采造成的效率低的技术问题，达到了开采效率高，节约时间的技术效果。
在可选的实施方式中，划分多个未采条带的步骤包括：未采条带的长度为20m~120m，宽度为9m~18m。
在本实施例中，未采条带的长度和宽度依据硬岩的厚度以及采用机械的尺寸决定，同时满足能够被预裂的范围，操作人员对剩余多个未采条带进行预裂处理后，机械对剩余的未采条带依次进行开采，以使掘进机的工作效率得到提高，即，提高硬岩的开采效率。
在可选的实施方式中，还包括以下步骤：预裂处理后对已采条带进行充填；在预裂后的未采条带完成开采后进行充填。
在本实施例中，在钻爆法开采单元内的首条或者末条未采条带后，会对硬岩进行预裂，在预裂操作结束后对已采条带进行充填，以使机械在开采剩余的未采条带时，该单元内足够稳定，防止发生事故；进一步地，在机械开采完该单元预裂后的全部未采条带后，对机械开采后的已采条带进行充填，以使该单元相对稳定，防止在开采其他单元时由于矿体结构不稳发生危险。
在可选的实施方式中，硬岩的预裂方法包括以下步骤：对钎杆上逐节标记切缝位置；利用标记完成后的钎杆对未采条带进行打孔；沿着打孔方向的逆向回退钎杆；回退过程中，根据钎杆标记位置依次对未采条带进行切缝，以使未采条带完成多个标记位置的切缝；当钎杆完成切缝后退出钎杆，对打孔进行封堵并加压，以使未采条带沿着切缝被预裂。
在本实施例中，标记可以设置有多个，多个标记互相平行且间隔布置，每个标记可以沿钎杆的圆周方向包覆在钎杆上，标记后的钎杆沿着预设的方向对未采条带进行打孔，然后在回退过程中，当钎杆中的第一个标记与未采条带的表面齐平时停止回退，然后对未采条带进行切缝，进一步地，继续回退钎杆，直至钎杆露出第二个标记，并将第二个标记与未采条带的表面平齐后，固定钎杆，再次对未采条带进行切缝，以此类推，以使每个标记对应着均切割一个切缝，其中，加压的方式包括水压或电磁脉冲可控冲击波，在水压预裂过程中，当钎杆完全退出后，从钎杆打孔的开口处将加压设备伸入至打孔内，并对打孔的开口处进行封堵后加压，以使预裂更加彻底，预裂效果更好，更加方便后续开采。
在可选的实施方式中，在钎杆上逐节标记切缝位置的步骤还包括：每相邻的两个标记之间的距离为0.3m~0.5m。
在本实施例中，在硬岩的硬度和抗剪切强度较高时，减小相邻的两个标记之间的距离；在硬岩的硬度和抗剪切强度较低时，增大相邻的两个标记之间的距离，进一步地，钎杆上的两个标记之间的距离为0.3m~0.5m，即，相邻的切缝之间的间距为0.3m~0.5m，使切缝之间更加紧密，同时能够面对不同材质的硬岩调整切缝之间的距离，从而使硬岩的预裂更加彻底，更加方便后续开采。
在可选的实施方式中，还包括以下步骤：对未采条带进行多次打孔，多个打孔互相平行且均匀布置。
在本实施例中，钎杆对未采条带多次打孔，每个打孔均设置在同一水平面上，每个打孔的直径可以一致，且如图2所示，每个打孔均与未采条带的边缘呈夹角设置，以使未采条带的预裂更加彻底，每个打孔均与以使水平方向的预裂更加均匀。
可选的，未采条带上设置有多个打孔，多个打孔沿未采条带的高度方向均匀布置，且多个打孔沿未采条带的宽度方向均匀布置，即，未采条带的侧壁上均匀布置有打孔。
在可选的实施方式中，切缝步骤还包括：未采条带的表面设置有基准面，钎杆上的每个标记与未采条带的基准面平齐时均固定钎杆；在每次固定钎杆时，在钎杆伸入未采条带的一端沿钎杆的轴向释放加压水来切割未采条带，以形成切缝。
在本实施例中，未采条带被钎杆伸入的一侧设置有基准面，基准面可以是未采条带的侧面，也可以是固定在未采条带侧面的标记线或者标记点，当钎杆完成打孔并退出时，钎杆上的第一个标记与基准面对齐，此时固定钎杆，钎杆伸入未采条带的一端设置有喷水口，喷水口的开口方向垂直于钎杆的轴线，钎杆内部中空，从钎杆的另一端接上加压水，并通过钎杆内部的中空将加压水输入至喷水口并进行切缝，以使切缝的延伸方向与钎杆的轴线垂直，以此类推，使每个钎杆上的标记与基准面对齐时，均通过加注加压水和转动钎杆的方式进行切缝，同时控制切缝的时间和水压，使预裂方向更加容易控制，同时使切缝更加均匀。
在可选的实施方式中，钎杆包括钻割一体钻头。
在本实施例中，钎杆也可以设置为钻头，钎杆伸入未采条带的一端设置有喷水口，钎杆在钻通未采条带后的回退过程中，通过固定钎杆的轴向，使其不再沿轴向运动，同时注入加压水后加压水从喷水口喷出，并沿钎杆的周向匀速转动钎杆，使加压水能够沿钎杆的圆周方向切割硬岩，从而形成了环形的切缝，并在后续的加压预裂过程中，可以沿着环形的切缝的圆周方向预裂，使其预裂更加广泛，预裂效果更好。
在可选的实施方式中，硬岩的预裂方法包括可控冲击波预裂和水压致裂。
在本实施例中，电磁脉冲可控冲击波预裂中，对打孔处的开口进行封堵，在钎杆完成打孔后对孔内进行注水，利用钎杆尖端的聚能装置释放定向电脉冲波，以水为介质进行预裂，达到预裂效果后，沿着打孔方向的逆向回退钎杆，回退过程中，根据钎杆标记位置依次对未采条带进行可控冲击波预裂。
在可选的实施方式中，还包括岩体物理力学性质测定和预裂试验；对未采条带进行岩体物理力学性质测定，测得最大主应力
、最小主应力
和矿体的抗剪切强度
；用以上测得的数据进行预裂试验，以获得预裂效果最好的压力。
在本实施例中，可以利用岩体钻孔三轴应变计套孔解除法检测硬岩内部的岩石物理力学性质，测得上述数据后记录，再根据数据进行预裂试验，以达到预裂效果，避免预裂后预裂不充分无法通过机械开采或者过度预裂导致危险现象。
在可选的实施方式中，预裂试验的步骤包括：对钻孔进行初始加压和持续增压；观察初始加压后和持续增压后的预裂状态，直至预裂后满足机械开采。
在本实施例中，将加压装置设置到初始加压值并对硬岩进行加压，通过另外布置在岩体内部的声发射探头观测内部预裂的状态，在没有达到预裂效果的时候，通过不断的加压，持续观察声发射探头传回的硬岩的预裂状态，判断硬岩达到能够掘进的标准时停止加压并进行保压，以使预裂效果更好，预裂更加充分。
在可选的实施方式中，初始加压和持续增压的步骤包括：初始加压的公式为：
在可选的实施方式中，持续增压步骤包括：每次加压0.5MPa~1.5MPa，直至预裂后掘进机能够掘进硬岩。
在本实施例中，未采条带内另外打孔，在打孔内可以设置有声发射探头，通过声发射探头探查硬岩的预裂情况，在预裂过程中，观察不同水压预裂参数下对应的矿体内部岩石破碎程度，根据矿体内部岩石破碎程度调整水压参数，当预裂没有达到效果时进行加压，每次加压0.5MPa~1.5Mpa并进行保压，保压时间为1min~2min，直至确定预裂后的硬岩能够满足掘进机开采。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种硬岩开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硬岩划分为多个回采单元，每个回采单元划分为多个未采条带；
对其中一条未采条带的进行钻爆法开采，以形成已采条带；
在已采条带内用硬岩预裂方法对回采单元内其余未采条带进行整体预裂处理；
利用机械对预裂后的未采条带进行开采；
所述的硬岩的预裂方法包括以下步骤：
对未采条带进行岩石物理力学性质测定；
根据硬岩的不同特性确定切缝的不同距离，对钎杆上逐节标记切缝位置；
利用标记完成后的钎杆对未采条带进行打孔；
沿着打孔方向的逆向回退钎杆；
回退过程中，根据钎杆标记位置依次对未采条带进行切缝，以使未采条带完成多个标记位置的切缝；
当钎杆完成切缝后退出钎杆，对打孔进行封堵并加压，以使未采条带沿着切缝被预裂。
2.根据权利要求1所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述的划分多个未采条带的步骤包括：
未采条带的长度为20m~120m，宽度为9m~18m。
3.根据权利要求1所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述的对钎杆上逐节标记切缝位置的步骤包括：
每相邻的两个标记之间的距离为0.3m~0.5m。
4.根据权利要求1所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述的切缝步骤还包括：
未采条带的表面设置有基准面，钎杆上的每个标记与未采条带的基准面平齐时均固定钎杆；
在每次固定钎杆时，在钎杆伸入未采条带的一端沿钎杆的轴向释放加压水来切割未采条带，以形成切缝。
5.根据权利要求1所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述钎杆包括钻割一体钻头。
6.根据权利要求1所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述的硬岩的预裂方法包括水压致裂和可控冲击波预裂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的硬岩开采方法，其特征在于，还包括预裂试验；
对未采条带进行岩石物理力学性质测定包括测量最大主应力
、最小主应力
和矿体的抗剪切强度
；
用以上测得的数据进行预裂试验，以获得预裂效果。
8.根据权利要求7所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述的预裂试验的步骤包括：
对钻孔进行初始加压和持续增压；
观察初始加压后和持续增压后的预裂状态，直至预裂后满足机械开采。
9.根据权利要求8所述的硬岩开采方法，其特征在于，所述的初始加压和持续增压的步骤包括：
初始加压的公式为：
每次持续增压0.5MPa~1.5MPa，直至预裂后机械能够掘进硬岩。
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