CN1717533B - 岩石热破碎在薄矿脉开采中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种从矿石矿脉矿藏(12)中开采矿石的无爆破方法，其中通过使包含在矿脉(12)附近的岩石壁(16)之间的矿石破碎成碎片的来开采矿脉。矿石碎片通过吸出被回收并随后被处理以回收珍贵矿物。
Description
技术领域
本发明涉及矿石开采，尤其涉及一种从薄矿脉中开采矿石的热破碎采矿法。
背景技术
多年来，为了机械化采矿，采矿工作者采用了各种各样的方法。他们在许多情况下获得了成功，这些情况都是矿石的体积足以保证设备和所需基础设施的高额成本是值得的。对他们而言，薄矿脉矿藏代表了机械化方面的更加巨大的挑战。选择性采矿方法，例如收缩法，被一种机械化的长井眼采矿法代替了。尽管付出了很多努力，成功的例子仍然非常罕见。随着爆破震动带来的壁的稳定性的控制困难经常导致极高的掺混，使得薄矿脉开采经济上不可行。的确，自从目前的采矿方法小矿脉必须清除掉矿脉两边的大量废岩石以来，过去小截面矿脉开采在经济上是不可行的。那么为了得到少量期望的矿物，必须处理大量的矿石。
因此，既然由于目前采矿方法的限制开采薄矿脉经济上不可行，大量已知的矿化的薄矿脉目前没有被开采。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种允许矿化的薄矿脉可以可获利地开采的矿石开采新工艺。
本发明进一步的目的是提供用于从薄矿脉开采矿石的一种新且有效的采矿方法。
本发明的进一步的目的是优化矿石回收。
本发明的进一步的目的是提供一种使矿脉壁的掺混最小化的新的薄矿脉矿石开采工艺。
因此，根据本发明，提供一种从矿石矿脉矿藏中开采矿石的方法，包括步骤a)确定接近矿石矿脉矿藏的岩石壁的位置，b)使包含在岩石壁之间的矿石破碎成碎片，和c)回收碎片。
根据本发明的进一步的总体方面，提供一种从具有相对的侧壁的矿脉开采矿石的工艺，包括步骤a)在矿脉中以特定间距直接钻导向孔，b)利用热破碎法扩大导向孔直到矿脉被破碎，和c)沿着矿脉回收破碎的矿石。
根据本发明的进一步的总体方面，提供一种从具有相对的侧壁的矿脉开采矿石的无爆破采矿方法，包括步骤：a)定位矿脉并确定其范围，b)在矿脉的侧壁之间以受控的移动速度移动燃烧器，以便使矿脉中的矿石破裂成碎片，和c)回收碎片。
附图说明
这样已经总体上描述了本发明的本质，现在参考相应的表示本发明优选实施例的图，其中：
图1是长井眼采矿方法和根据本发明的优选实施例的热破碎采矿方案之间的示意性对照图；
图2是示出矿石如何能够通过岩石热破碎被回收的矿石矿脉的示意性俯视图；
图3是示出当通过热破碎开采薄矿脉时可以使用的表面开采设计的示意性正视图；
图4是根据本发明的另一个实施例的通过热破碎对薄矿脉开槽过程中的示意性透视图；和
图5是示出为从薄矿脉开采矿石而进行的热破碎开槽操作的示意性侧视图。
具体实施方式
从矿化的薄矿脉中经济地开采高等级的物质，比如金、铂、铜或者其它贵重物质，是开采领域的一个问题。薄矿化矿脉通常没有进行商业性地开采，这是因为有用材料的体积带来的回报与清除掉矿石的数量和清除矿石所需劳动的数量相比使得在薄矿脉应用中回收期望的材料不经济。将在后面看到，本发明提供了一种对该特定问题的解决方法，即通过在开采操作中使贵重金属掺混在周围废弃岩石中的量显著地降到最小来实现。
由于使用炸药，传统的开采方法需要把矿脉两边的大量的商业上没用的岩石(贫瘠岩石)清除掉，与传统的开采方法不同，目前不需要爆破的采矿方法仅仅提供移走真正有价值的东西，也就是说，从周围环境中开采矿藏。这可以从图1中很容易看到，图1是传统采矿方法和本热破碎采矿方法的掺混之间的示意性对照图。更具体地，根据传统的长井眼采矿方法，炮眼10钻在矿脉12及其两边。每个炮眼10装上炸药，例如甘油炸药，炮眼10周围的区域被炸药的爆破力弄成碎片。这样就形成了沿着矿脉12的整个长度相对矿脉侧壁16横向向外延伸的沟槽14。例如，在矿脉宽为30厘米(12英寸)的情况下，将需要炸开一个宽140厘米(55英寸)的沟槽。这意味着沿着矿脉12的整个长度每侧需要掺混掉大约55厘米(22英寸)。也就是说，需要开采的废弃物或者商业上没用的材料的数量明显大于包含在侧壁16之间的材料的量。比例大约是6吨商业上无用的物质比1吨期望的矿物。
相反地，根据本发明，导向孔18(不是炮眼)直接限定在矿脉12中，随后通过热破碎法扩大或扩孔到矿脉侧壁16，从而避免在矿脉中包含的矿石体被位于矿脉侧壁16外部的商业上无价值的物质掺混。沟槽可以保持尽可能地窄。这允许从两吨脉石中开采出1吨期望的矿物。
根据本发明的一种优选开采方式，如图2所示，具有三个导向孔22、24和26的第一组20以预定的纵向间距直接钻到矿脉12中。该间距由矿脉12的宽度确定。对于一个宽12英寸(30厘米)的矿脉，导向孔优选地直径为大约6英寸(15厘米)，间距大约为21英寸(53厘米)。每个导向孔深度在40英尺(12米)到60英尺(18米)之间，而且相对于矿脉12的中心轴线基本居中。产生的破碎物质被回收并且随后被处理以便从贫瘠的物质中分离出矿化物质。
下一步骤是导向孔22、24和26的确认。为了确保导向孔22、24和26在矿脉12中，使用了一个传统的井眼内装置(未示出)来确定矿脉12的位置。一旦矿石定位在导向孔22、24和26中，就开始进行热破碎以扩大每个导向孔到矿脉12的侧壁16。在实践中，可以理解导向孔22、24和26在一些情况下可能在被热力扩孔时被扩到一个稍微从矿脉12的侧壁16向外的位置，如图2中的虚线所示。每个导向孔通过将由柴油燃料和空气供给能量的燃烧器(未示出)下放到孔中并点燃它来进行扩大的。燃烧器也能够以等离子体焰炬的方式供给，尤其是在地下采矿操作中。燃烧器产生的热量把孔内的温度提高到1800度以上。这样产生了使岩石破碎的热应力。简而言之，破碎被认为是一种形式的爆裂，这种爆裂是由克服分子内聚力而产生的岩石晶体不相等的膨胀引起的。这个过程中产生的破碎或碎裂的物质的尺寸从细粒到4厘米(1.6英寸)之间。
前三个导向孔22、24和26优选单独以预先确定的顺序沿着它的所有的长度从底部到顶部扩大，该顺序为首先从第一个孔22开始，接着第三孔26和第二个孔24。第一个孔22和第三孔26的热破碎操作中产生的破碎物质优选作为热屏障留在孔中，当将第二孔24分隔于第一孔22以及将第二孔24分隔于第三孔26的物质柱子开始破碎时，该热屏障防止热量从第二孔24溢出，因此使热量可以从第二孔24传递到第一孔22和第三孔26。通过把破碎物质留在孔中直到相邻孔中的热破碎完全完成，可以明显节约热能消耗。如图2中虚线所示，为了使第一孔22和第二孔24之间的柱子以及第二孔24和第三孔26之间的柱子完全破碎，第二孔24扩大的程度比第一孔22和第三孔26扩大的程度大。
之后，直接在矿脉12的第一组20的下游端处钻出包括两个径向隔开的孔30和32的导向孔的第二组28。第二组28的第二导向孔32首先通过热破碎方法扩大，然后是第一导向孔30。与第一组20类似，在每一个孔进行热破碎过程中产生的破碎物质最适宜留在孔中，第一导向孔30扩大的程度比相邻的孔26和32扩大的程度大。作为总规则，那些被扩大成大尺寸的孔总是形成在两对已经被扩大的导向孔之间。随后，钻出并扩大由标号34所表示的又一对径向隔开的导向孔36和38，一直到达矿脉12的末端。
一旦矿脉12在它所有的长度或者沿着它的足够的部分已经被破碎，破碎的物质通过吸出进行回收。
对于深入外围地层超过60英尺(18米)的矿脉，当矿脉在大约前60英尺(18米)深处的矿石已经通过上文所述的方法回收后，矿脉周围废弃的岩石可以进行爆破。这样，通过从新挖掘的阶地高度重复上面所描述的步骤，矿脉的矿石体可以被破碎并且回收另外60英尺(18米)的深度。可以理解60英尺(18米)的深度由钻井设备的限制来决定，在这里给出仅仅用来说明目的。
如图3所示，对于薄矿脉的三阶地开采，当使用热破碎采矿方案时，剥离比率极低。由于可移动设备(燃烧器)的尺寸很小，可以保持尽可能窄的完工矿坑的形状。这就使得采矿成本大幅度下降。它通过避免废弃物的剥离而使得掺混最小，这也是有利的。
在包含在矿脉12前60英尺(18米)深的矿石体已经从第一或者表面高度被回收后，通过对矿脉12周围的废弃岩石42进行爆破形成了第二阶地高度40。之后，挖掘第二阶地高度40，包括钻和燃烧器的采矿设备在第二阶地高度40的平台上移动，并且钻出导向孔并按照前面所描述的热破碎方式进行扩大。破碎的材料通过吸出进行回收，并且进一步挖掘工地以形成第三阶地高度44，以便允许回收矿脉12剩下的最深的部分。
上面所描述的热破碎采矿方法可以适于表面或地下采矿。
根据本发明的进一步总体方面，热破碎方法用来直接在矿石矿脉矿藏中进行开槽的操作，这样可以在矿脉中不钻导向孔而从周围废弃的岩石中进行矿石体的开采。
如图4所示，首先定位矿石矿脉12，矿脉12一端的一个垂直面46通过挖掘暴露出来。接着，在接近矿石矿脉矿藏的岩石壁16之间的暴露的垂直面46内切出一个槽。通过对着暴露的垂直面引导燃烧器产生的火焰并且在矿脉12的侧壁16之间以受控的移动速度垂直并侧向移动燃烧器以便把包含在矿脉12中的矿石弄碎，就得到了垂直隧道。燃烧器的运动局限在矿脉的边界内，如箭头48和50所示。通过连续再调整燃烧器和槽底部之间的距离，槽被逐渐加深。这里这个距离是指“偏离距离”，而且在整个过程中基本保持恒定。为此，燃烧器可以安装在一个伸缩柱上。一旦伸缩柱已经展开到它完全展开的位置，破碎物质通过吸出进行回收，燃烧器从沟槽中收回，对垂直面46进行爆破，以便暴露一个新的垂直岩石面并从这个面有可能继续进行矿脉12的开槽操作。重复这些步骤直到矿石矿脉12已经被完全开采出为止。
图5表示了上述破碎开槽技术应用于地下矿脉矿藏。和常规的地下采矿操作类似，矿石矿脉12被夹在顶部坑道52和底部坑道54之间。坑道52和54的入口由垂直孔56提供。燃烧器58优选安装在一个放入垂直孔56内的机器手60上。机器手60适于在顶部坑道52和底部坑道54之间垂直移动燃烧器58以及在矿脉12的侧壁之间侧向移动燃烧器58。燃烧器58产生的热量引起形成矿脉12的矿石体碎裂成碎片。当槽在工作面形成时，机器手58在槽内继续前进以便使燃烧器58到垂直槽底部的偏离距离保持基本恒定。进行吸出操作以便从槽中回收碎片。一旦槽被加深到一个预先设定的距离，限定出第二个垂直孔(未示出)并且在新的孔中重复开槽过程。通过这样重复上述步骤，在避免了周围废弃岩石不期望的剥离的同时，矿石矿脉可以被完全开采出。这样，仅仅真正有价值的矿物被开采出来。
总之，本发明矿石矿脉开采工艺具有大量的优势。在传统的选择性采矿中，为了给设备和工人足够的空间，在可开采的矿藏中必须把一部分废弃岩石包括进来。正如图1所示的，通过使用热破碎采矿方案，需要开采的废弃岩石的部分最小。因此，可以实现与矿石搬运、矿石处理和环境控制相关的有效的节约。
Claims (19)
1.一种从具有相对的侧壁的矿脉开采矿石的工艺，包括步骤a)直接在矿脉中以特定间距钻出导向孔，b)利用热破碎方法扩充导向孔直到矿脉被破碎，和c)沿着矿脉回收破碎的矿石，其中沿着矿脉的至少一部分长度，导向孔根据预先设定的模式被连续地扩大，在该模式中每隔一个导向孔以更大的程度被扩大，从而与先前已经被扩大的相对的相邻导向孔合并。
2.如权利要求1所述的工艺，其中间距由矿脉的宽度确定。
3.如权利要求1所述的工艺，其中步骤b)通过将导向孔扩大到矿脉的侧壁而实现。
4.如权利要求1所述的工艺，其中导向孔以预先设定的顺序钻出和扩大，该顺序为以钻出包括三个导向孔的第一组开始，所述第一组的第一和第三孔在该组的第二孔之前扩大。
5.如权利要求4所述的工艺，其中孔的所述第一组后面紧跟着包括两个孔的第二组，第二组的第二孔在第二组的第一孔之前被扩大。
6.如权利要求1所述的工艺，其中破碎的矿石通过吸出被回收。
7.一种从矿石矿脉矿藏开采矿石的方法，包括步骤a)确定矿石矿脉矿藏附近岩石壁的位置，b)利用热破碎方法使包含在岩石壁之间的矿石破裂成碎片，和c)回收碎片，其中沿着矿脉的至少一部分长度，导向孔根据预先设定的模式被连续地扩大，在该模式中每隔一个导向孔以更大的程度被扩大，从而与先前已经被扩大的相对的相邻导向孔合并。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤b)包括以特定间距在矿脉中直接钻出导向孔并且利用热破碎方法扩大导向孔直到矿脉被破碎的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其中间距由矿脉的宽度确定。
10.如权利要求7所述的方法，其中导向孔以预先设定的顺序钻出和扩大，该顺序为以钻出包括三个导向孔的第一组开始，所述第一组的第一和第三孔在该组的第二孔之前扩大。
11.如权利要求10所述的方法，其中孔的所述第一组后面紧跟着包括两个孔的第二组，第二组的第二孔在第二组的第一孔之前被扩大。
12.一种从具有相对的侧壁的矿脉开采矿石的工艺，包括步骤a)直接在矿脉中以特定间距钻出导向孔，b)利用热破碎方法扩充导向孔直到矿脉被破碎，和c)通过吸出沿着矿脉回收破碎的矿石，其中沿着矿脉的至少一部分长度，导向孔根据预先设定的模式被连续地扩大，在该模式中每隔一个导向孔以更大的程度被扩大，从而与先前已经被扩大的相对的相邻导向孔合并。
13.如权利要求12所述的工艺，其中间距由矿脉的宽度确定。
14.如权利要求12所述的工艺，其中步骤b)通过将导向孔扩大到矿脉的侧壁而实现。
15.如权利要求12所述的工艺，其中导向孔以预先设定的顺序钻出和扩大，该顺序为以钻出包括三个导向孔的第一组开始，所述第一组的第一和第三孔在该组的第二孔之前扩大。
16.如权利要求15所述的工艺，其中孔的所述第一组后面紧跟着包括两个孔的第二组，第二组的第二孔在第二组的第一孔之前被扩大。
17.一种从矿石矿脉矿藏开采矿石的方法，包括步骤a)确定矿石矿脉矿藏附近岩石壁的位置，b)以特定间距在矿脉中直接钻出导向孔，其中间距由矿脉宽度确定，并且利用热破碎方法扩大导向孔直到矿脉被破碎，和c)回收碎片，其中沿着矿脉的至少一部分长度，导向孔根据预先设定的模式被连续地扩大，在该模式中每隔一个导向孔以更大的程度被扩大，从而与先前已经被扩大的相对的相邻导向孔合并。
18.如权利要求17所述的方法，其中导向孔以预先设定的顺序钻出和扩大，该顺序为以钻出包括三个导向孔的第一组开始，所述第一组的第一和第三孔在该组的第二孔之前扩大。
19.如权利要求18所述的方法，其中孔的所述第一组后面紧跟着包括两个孔的第二组，第二组的第二孔在第二组的第一孔之前被扩大。
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