CN116378659A - 一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，包括：在凿岩巷道内形成若干钻孔；在钻孔内放置微波发生器，通过微波发生器产生高功率微波，对钻孔周围矿体微波照射致裂；在形成微波照射致裂后，利用堵孔塞堵塞钻孔，在堵孔塞上嵌入进水管和排水管，将通过进水管将冷水注入钻孔内，使得钻孔周围矿体水冷二次致裂，待矿体降温后，通过排水管排出废水；循环上述步骤，使得钻孔周围裂纹达到预定状态后，利用自然崩落方法，在拉底水平和出矿水平钻孔爆破，采用铲运机或遥控铲运机出矿。本发明采用微波加热协同水冷致裂技术进行矿岩预处理，解决了矿体中等稳固、节理裂隙中等发育不能采用自然崩落法开采的问题，扩展了自然崩落法的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及地下矿山崩落法开采技术领域，具体来说，涉及一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法。
背景技术
自然崩落法是一种地下矿产资源集约高效低成本的大规模采矿方法，具有长久的开采历史，在世界范围内20多个国家广泛应用。自然崩落法适用于开采矿体厚度大、节理裂隙发育、完整性较差的急倾斜矿床，矿岩体在拉底空间上，依靠自身重力、次生构造应力作用，在其软弱结构面的基础上产生崩落，并进一步发展失稳，通过底部结构出矿使上部的矿岩持续崩落，直至上一个阶段或崩透地表。该方法节省了大量的凿岩爆破工作与费用，特别适合低品位厚大矿床开采，是一种生产能力大、开采成本低、采准切割工作量小的地下大规模采矿方法。
自然崩落法对矿体的可崩性和崩落块度要求严苛，随着新技术和新装备的发展和应用，矿岩预处理技术的研究成果使得其适用范围不断扩大，越来越多的硬岩矿山采用自然崩落法开采。我国范围内，中等稳固以上、节理中等发育、应力大的坚硬矿体，尤其是厚大低品位硬岩金属矿山，已经成功采用自然崩落法开采，如铜矿峪铜矿和普朗铜矿。
矿岩预处理技术是通过人工干预的弱化矿岩结构条件一系列技术措施，其目的是在矿体内部制造人工裂隙改变矿体的结构特征，增强矿体的可崩性使矿体保持持续稳定崩落并达到期望的破碎块度。水力压裂(参考CN113153292A、CN114753844A、CN104653161B)、液态二氧化碳爆破(参考CN104632221B、CN112857163A)、微波照射(参考CN110145310B、CN113047837B)等技术为矿岩预处理技术提供了经验支持，矿岩预处理技术在增强矿岩可崩性、减小二次破碎工程量、降低矿震量级等方面取得了较好的效果。
为改善矿岩的可崩性和崩落矿石块度，进一步扩大自然崩落法的适用范围，降低地下矿山开采成本，提升生产效率，本发明提供一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法。
发明内容
本发明提出一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，能够改善矿岩的可崩性和崩落矿石块度，进一步扩大自然崩落法的适用范围，降低地下矿山开采成本，提升生产效率。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，包括：
根据预定高度和水平距离，在矿体中布置凿岩巷道，并在凿岩巷道内形成若干钻孔；
在钻孔内放置微波发生器，并通过微波发生器产生高功率微波，对钻孔周围矿体微波照射致裂；
在形成微波照射致裂后，利用堵孔塞堵塞钻孔，并在堵孔塞上嵌入进水管和排水管，将通过进水管将冷水注入钻孔内，使得钻孔周围矿体水冷二次致裂，待矿体降温后，通过排水管排出废水；
循环上述步骤，使得钻孔周围裂纹达到预定状态后，利用自然崩落方法，在拉底水平和出矿水平钻孔爆破，采用铲运机或遥控铲运机出矿。
其中，在水冷二次致裂后，对裂纹诱发无法达到预定状态的钻孔，注入静态岩石膨胀破碎剂，进一步诱发裂纹。
可选的，所述微波发生器为固态微波发生器。
此外，该微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，还包括：预先进行矿体工程地质调查，查明矿体的节理裂隙结构面赋存情况，评价岩体质量，根据矿体的矿物成本和矿岩物理力学指标，确定矿体的可崩性评价报告；根据矿体的可崩性评价报告，确定微波发生器的功率以及裂纹预定状态。
另外，所述钻孔环形均匀分布至凿岩巷道内。
此外，所述冷水取自井下水仓。
另外，通过钻孔摄像方式获取裂纹状态。
有益效果：本发明解决了地下矿山破碎难采的急倾斜中厚-厚矿体不能高效率大规模开采技术难题，采用微波加热协同水冷致裂技术进行矿岩预处理，解决了矿体中等稳固、节理裂隙中等发育不能采用自然崩落法开采的问题，扩展了自然崩落法的使用范围，提高了中等稳固矿体的开采效率和开采规模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的钻孔内微波加热协同水冷致裂示意图；
图3是根据本发明实施例的微波加热协同水冷致裂崩落示意图。
图中：
1、微波波导；2、钻孔；3、矿体；4、诱发裂纹；5、微波诱导发生器；6、进水管；7、堵孔塞；8、排水管；9、水流方向；10、二次发育裂隙；11、凿岩巷道；12、拉底平巷；13、受矿漏斗；14、阶段运输平巷；15、出矿穿脉；16、冒落带；17、冒落矿石；18、桃形矿柱。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法。
如图1所示，根据本发明实施例的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，包括：
步骤S101，根据预定高度和水平距离，在矿体中布置凿岩巷道，并在凿岩巷道内形成若干钻孔；
步骤S 103，在钻孔内放置微波发生器，并通过微波发生器产生高功率微波，对钻孔周围矿体微波照射致裂；
步骤S105，在形成微波照射致裂后，利用堵孔塞堵塞钻孔，并在堵孔塞上嵌入进水管和排水管，将通过进水管将冷水注入钻孔内，使得钻孔周围矿体水冷二次致裂，待矿体降温后，通过排水管排出废水；
步骤S107，循环上述步骤，使得钻孔周围裂纹达到预定状态后，利用自然崩落方法，在拉底水平和出矿水平钻孔爆破，采用铲运机或遥控铲运机出矿。
在一个实施例中，在水冷二次致裂后，对裂纹诱发无法达到预定状态的钻孔，注入静态岩石膨胀破碎剂，进一步诱发裂纹。而所述微波发生器则可选用固态微波发生器。
在一个实施例中，还可预先进行矿体工程地质调查，查明矿体的节理裂隙结构面赋存情况，评价岩体质量，根据矿体的矿物成本和矿岩物理力学指标，确定矿体的可崩性评价报告；根据矿体的可崩性评价报告，确定微波发生器的功率以及裂纹预定状态。
在一个实施例中，所述钻孔环形均匀分布至凿岩巷道内，全部钻孔共同控制整个矿体。所述冷水取自井下水仓，所述堵孔塞嵌入进水管和排水管，水冷致裂后堵孔塞可自由取出。通过钻孔摄像方式获取裂纹状态。
具体使用时，如图2-3所示，本发明所述的微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法可具体如下所示：
S1：矿体可崩性评价。完成矿体工程地质调查，查明矿体的节理裂隙结构面赋存情况，评价岩体质量，根据矿体的矿物成本和矿岩物理力学指标，确定矿体的可崩性。
S2：矿床开拓。按自然崩落法布置矿床开拓系统、提升运输系统和穿脉、出矿、拉底等采场底部结构。
S3：钻孔布置。在矿体中每隔一定高度和水平距离布置一条凿岩巷道，在凿岩巷道内打环向钻孔。
S4：微波照射致裂。采用固态微波发生器产生高功率微波，通过微波波导将微波能量引入钻孔，对钻孔周围矿体微波照射致裂。
S5：水冷二次致裂。微波照射后，将微波波导移动至下一钻孔，照射炮孔周围岩体。采用堵孔塞堵塞该炮孔，所述堵孔塞嵌入进水管和排水管。将冷水注入微波照射后的炮孔，炮孔周围岩体水冷二次致裂，在热应力作用下，岩体裂隙进一步发育，岩体降温后通过排水管排出废水。
S6：裂纹发育。循环S4～S5，使得炮孔周围裂纹不断发育、扩展、贯通，对裂纹诱发不理想的钻孔注入静态岩石膨胀破碎剂，进一步诱发裂纹。
S7：拉底爆破出矿。所有钻孔裂纹诱导(即矿岩预处理)完成后，按照自然崩落法，在拉底水平和出矿水平钻孔爆破，采用铲运机或遥控铲运机出矿。
通过本发明的上述方案，本发明能够解决地下矿山破碎难采的急倾斜中厚-厚矿体不能高效率大规模开采技术难题，采用微波加热协同水冷致裂技术进行矿岩预处理，解决了矿体中等稳固、节理裂隙中等发育不能采用自然崩落法开采的问题，扩展了自然崩落法的使用范围，提高了中等稳固矿体的开采效率和开采规模。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (7)
1.一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，包括：
根据预定高度和水平距离，在矿体中布置凿岩巷道，并在凿岩巷道内形成若干钻孔；
在钻孔内放置微波发生器，并通过微波发生器产生高功率微波，对钻孔周围矿体微波照射致裂；
在形成微波照射致裂后，利用堵孔塞堵塞钻孔，并在堵孔塞上嵌入进水管和排水管，将通过进水管将冷水注入钻孔内，使得钻孔周围矿体水冷二次致裂，待矿体降温后，通过排水管排出废水；
循环上述步骤，使得钻孔周围裂纹达到预定状态后，利用自然崩落方法，在拉底水平和出矿水平钻孔爆破，采用铲运机或遥控铲运机出矿。
2.根据权利要求1所述的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，在水冷二次致裂后，对裂纹诱发无法达到预定状态的钻孔，注入静态岩石膨胀破碎剂，进一步诱发裂纹。
3.根据权利要求1所述的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，所述微波发生器为固态微波发生器。
4.根据权利要求1所述的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，还包括：
预先进行矿体工程地质调查，查明矿体的节理裂隙结构面赋存情况，评价岩体质量，根据矿体的矿物成本和矿岩物理力学指标，确定矿体的可崩性评价报告；
根据矿体的可崩性评价报告，确定微波发生器的功率以及裂纹预定状态。
5.根据权利要求1所述的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，所述钻孔环形均匀分布至凿岩巷道内。
6.根据权利要求1所述的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，所述冷水取自井下水仓。
7.根据权利要求1所述的一种微波加热协同水冷致裂诱导崩落采矿方法，其特征在于，通过钻孔摄像方式获取裂纹状态。
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| 甘德清、高锋 等: "我国铁矿山采选工序节能降耗潜力与现状分析", 《矿业研究与开发》, vol. 37, no. 5, pages 112 * |
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