一種采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)崩落采礦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采礦方法，特別是涉及一種地下礦崩落采礦方法，尤其適用于裂隙、節(jié)理等構(gòu)造發(fā)育的厚大塊狀中等堅(jiān)固礦體的開(kāi)采。
【背景技術(shù)】
[0002]厚大中等堅(jiān)固礦體的開(kāi)采，傳統(tǒng)采用分段或階段礦房法、崩落法開(kāi)采，部分品位高、礦巖穩(wěn)定性差的礦床采用充填法進(jìn)行開(kāi)采。當(dāng)該類(lèi)礦體厚度變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育，在走向上不連續(xù)，礦石品位高且變化大時(shí)，開(kāi)采損失貧化大，無(wú)法保證作業(yè)的安全性。
[0003]該類(lèi)礦體也可采用自然崩落法進(jìn)行開(kāi)采。雖然自然崩落法開(kāi)采具有生產(chǎn)能力大、便于組織管理、作業(yè)安全、開(kāi)采成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，主要因?yàn)槠鋵?duì)于礦體本身及其圍巖可崩性要求較高，且需要大面積拉底，若礦體內(nèi)的節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，則巖體的崩落很難持續(xù)有效進(jìn)行。國(guó)內(nèi)外一些礦山在崩落邊界布置的鑿巖巷道中鉆鑿炮孔，采用炸藥爆破預(yù)裂控制崩落邊界，同時(shí)對(duì)難以自然崩落部分用炮孔強(qiáng)制崩落，擴(kuò)大了自然崩落法的使用范圍，但常規(guī)的炸藥爆破崩礦，存在如礦體頂?shù)装鍑鷰r動(dòng)力損傷大，爆破范圍及塊度難以控制，盲炮難以處理等諸多問(wèn)題，這導(dǎo)致自然崩落法的應(yīng)用受到限制。
[0004]目前也有一些非爆破開(kāi)采的方法用于地下礦山，例如高壓水射流以及圍巖弱化技術(shù)。不過(guò)高壓水射流更多適用于煤礦開(kāi)采，由于金屬礦巖體本身比較堅(jiān)硬，采用該方法成本高且效果難以保證效果；圍巖弱化技術(shù)在礦山開(kāi)采中運(yùn)用較為普遍，例如鉆空孔、切槽及松動(dòng)爆破等方法，不過(guò)在對(duì)生產(chǎn)規(guī)模有要求的厚大礦體的高效采礦中，多是作為采礦工藝的輔助技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述厚大中等堅(jiān)固礦體，尤其節(jié)理裂隙中等發(fā)育且厚度變化較大的礦體開(kāi)采，提供一種能大大減小礦石崩落所需的拉底面積，有利于礦石自然連續(xù)崩落，并具有作業(yè)安全、生產(chǎn)效率高、爆破動(dòng)力可控和采礦成本低的特點(diǎn)的采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)崩落采礦方法。
[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)崩落采礦方法，利用液態(tài)二氧化碳汽化物理作用產(chǎn)生的高壓氣體對(duì)礦體關(guān)鍵部位進(jìn)行誘導(dǎo)致裂，控制平衡拱的發(fā)展，從而有效實(shí)現(xiàn)巖石內(nèi)節(jié)理裂隙的萌生、擴(kuò)展與貫通，大大降低巖體強(qiáng)度及完整性，以至于最終礦體在礦石自重和地壓作用下發(fā)生連續(xù)的自然崩落，實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:首先確定礦體及圍巖的可崩性，通過(guò)巖體內(nèi)裂縫及裂隙發(fā)育情況的數(shù)字式全景鉆孔攝像與探測(cè)，根據(jù)全景圖像的逆變換算法，還原和形成三維虛擬巖芯圖及孔壁展開(kāi)平面圖；基于圖像數(shù)字處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，獲取巖石裂隙、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面信息；將鉆孔數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為巖石物理參數(shù)的分布圖，對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值模擬評(píng)價(jià)；并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖體工程地質(zhì)，建立巖體的可崩性的精細(xì)分級(jí)模型，以確定后續(xù)使用的二氧化碳高壓氣體的爆破壓力值；
[0008]在可崩性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦體賦存條件，選擇合適的開(kāi)采方式，當(dāng)?shù)V石可崩性好時(shí)使用礦塊開(kāi)采，礦石可崩性中等時(shí)采用盤(pán)區(qū)開(kāi)采，可崩性差時(shí)則采用全面連續(xù)開(kāi)采；然后進(jìn)行采準(zhǔn)工程布置，采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，包括礦塊高度與水平尺寸的取值；再進(jìn)行采切工作，主要包括掘進(jìn)運(yùn)輸平巷和橫巷、電耙道或鏟運(yùn)機(jī)道、放礦溜井、行人通風(fēng)天井、鑿巖天井、觀(guān)察天井或人道及切幫平巷；利用切幫沿礦塊邊界削弱礦塊與原礦與巖體的聯(lián)系，破壞礦石自然崩落過(guò)程中形成的平衡拱基，控制崩落邊界，并提高邊界附近高應(yīng)力區(qū)巷道穩(wěn)定性；在礦塊底部進(jìn)行拉低形成自由空間，使礦石達(dá)到自然崩落，拉底過(guò)程中采用炸藥爆破及液態(tài)二氧化碳爆破相結(jié)合的方法以減少爆破對(duì)出礦巷道的穩(wěn)定性影響；崩下的礦石經(jīng)底部出礦巷道放出，采用電耙或鏟運(yùn)機(jī)出礦。
[0009]具體地，首先根據(jù)礦體的實(shí)際厚度和傾角布置礦體的采礦礦段及礦塊的結(jié)構(gòu)尺寸；用傳統(tǒng)方法在礦塊下部掘進(jìn)階段運(yùn)輸巷道及穿脈出礦橫巷，間距取30?40m ;掘進(jìn)和開(kāi)挖形出礦橫巷與出礦進(jìn)路，其中出礦進(jìn)路間距取10?15m ;然后在礦體中掘進(jìn)水平向的聯(lián)絡(luò)道，在礦體兩端頂?shù)妆P(pán)沿脈卸礦巷道內(nèi)從下往上掘進(jìn)布置溜井，溜井間距同出礦穿脈巷道間距相等；在礦塊邊界外圍7?1m處布置觀(guān)察天井，并自觀(guān)察天井向著礦體方向掘進(jìn)水平向的觀(guān)察人道，并使其與礦體側(cè)向掘進(jìn)水平向的切幫巷道相連；并自下而上掘進(jìn)切幫天井；在礦體上部形成的切幫巷道中部掘進(jìn)鉆孔攝像鑿巖道，利用潛孔鉆機(jī)鉆鑿90毫米的大直徑深孔，垂直礦體走向，間距取8?10m，用于數(shù)字鉆孔攝影測(cè)量并評(píng)價(jià)礦體的可崩性，同時(shí)在回采過(guò)程中可不間斷探測(cè)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦體的崩落情況；拉底后自然崩落的礦石，鏟運(yùn)機(jī)通過(guò)裝礦進(jìn)路進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行礦山鏟裝，由出礦橫巷運(yùn)至溜井進(jìn)行放礦，放下的礦石通過(guò)階段運(yùn)輸平巷運(yùn)出；
[0010]回車(chē)過(guò)程中，采用切幫巷道進(jìn)行切幫，削弱礦塊邊界與原礦及巖體的聯(lián)系，當(dāng)?shù)V體部分難以崩落或則形成較穩(wěn)固的平衡拱阻止了巖石的自然連續(xù)冒落，在礦體兩側(cè)的切幫巷道中鉆鑿誘導(dǎo)預(yù)裂炮孔，炮孔扇形布置，深度不超過(guò)礦體的中部，采用液態(tài)二氧化碳爆破器進(jìn)行爆破誘導(dǎo)致裂，爆破器規(guī)格根據(jù)孔深和巖體穩(wěn)定性確定，原則人為可控，不形成巖體立即冒落，以便安全回收液態(tài)二氧化碳爆破器；拉底過(guò)程中也采用液態(tài)二氧化碳爆破器進(jìn)行爆破擴(kuò)漏中，以控制對(duì)出口進(jìn)路的損傷及周邊巖體的損傷；采用潛孔鉆機(jī)鉆鑿直徑45_的上向扇形中深孔進(jìn)行拉底，根據(jù)所需爆破壓力值將相應(yīng)規(guī)格的液態(tài)二氧化碳爆破器送人炮孔，然后進(jìn)行封堵，進(jìn)行爆破作業(yè)，每次爆破3排炮孔；根據(jù)礦石可崩性，使拉底速度保持與礦石自然崩落速度一致。
[0011]為確定采礦礦段的結(jié)構(gòu)尺寸以及采用二氧化碳爆破器參數(shù)值提供依據(jù)，鉆孔攝像工作在回采拉底落礦之前進(jìn)行。
[0012]采用上述技術(shù)方案的采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)崩落采礦方法，應(yīng)用于崩落邊界的炮孔中，除可以控制崩落邊界外，還可以人工誘導(dǎo)破壞崩落巖石暫時(shí)形成的穩(wěn)定平衡拱，甚至是強(qiáng)制崩落部分難以自然崩落的礦巖體，以達(dá)到人為控制落礦和處理難以連續(xù)自然崩落的問(wèn)題。同時(shí)，在拉底等對(duì)周?chē)锏谰哂休^大的爆破動(dòng)力損傷時(shí)，利用二氧化碳爆破實(shí)現(xiàn)爆破動(dòng)力和能量泄放方式可控的爆破技術(shù)，達(dá)到安全高效低成本的采礦目的。
[0013]作業(yè)時(shí)將可重復(fù)利用的二氧化碳爆破器代替炸藥送入炮孔，管內(nèi)的液態(tài)二氧化碳在通電加熱條件下汽化形成高壓氣體，高壓氣體爆破能量使礦體內(nèi)部的節(jié)理裂隙迅速發(fā)育，促使礦體在自重應(yīng)力作用下實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自然崩落。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，利用二氧化碳高壓氣體爆破，解決了地下礦山中破碎難采礦體或者是節(jié)理裂隙中等發(fā)育的中等堅(jiān)硬礦體的安全高效開(kāi)采問(wèn)題。液態(tài)二氧化碳加熱產(chǎn)生的高壓氣體崩礦誘導(dǎo)自然崩落，以物理爆炸方式取代了傳統(tǒng)的(炸藥)化學(xué)爆炸，沒(méi)有有毒氣體的排放，爆破器可重復(fù)使用，操作簡(jiǎn)單，爆破能量可控，有效控制了爆破帶來(lái)的巖體動(dòng)力損傷，保護(hù)巷道及圍巖穩(wěn)定性，無(wú)處理啞炮、盲炮的危險(xiǎn)，生產(chǎn)的安全性得到大幅提高，采礦成本大幅降低。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)落礦的階段自然崩落采礦法主視圖，即沿圖2的1-1剖面圖。
[0016]圖2是沿圖1中I1-1I線(xiàn)剖面圖。
[0017]圖3是沿圖1中II1-1II線(xiàn)剖面圖。
[0018]圖中一階段運(yùn)輸巷道；2—穿脈橫巷；3—溜井；4一出礦橫巷；5—出礦進(jìn)路；6一聯(lián)絡(luò)道；7—觀(guān)察天井；8—觀(guān)察人道；9一切幫天井；10—切幫巷道；11 一鉆孔攝像鑿巖道；12—鉆孔攝像孔；13—誘導(dǎo)預(yù)裂炮孔；14一崩落礦石。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提出的采礦方案的具體用例是:針對(duì)上述類(lèi)別礦體的開(kāi)采，階段高度取60?80m，礦塊長(zhǎng)度一般取50?60m，當(dāng)?shù)V體破碎且地壓較大時(shí)可減少至30?40m。用傳統(tǒng)的礦山開(kāi)拓采準(zhǔn)方法沿著礦體走向方向掘進(jìn)階段運(yùn)輸平巷；在礦塊四個(gè)邊角處掘進(jìn)4條切幫天井，自切幫天井底部起每隔8?1m高度沿礦塊周邊掘進(jìn)切幫巷道。在邊角處根據(jù)巖體可崩性，適當(dāng)掘進(jìn)誘導(dǎo)預(yù)裂孔，采用鑿巖機(jī)掘進(jìn)直徑為45?75mm扇形中深炮孔，采用二氧化碳爆破器強(qiáng)制預(yù)裂并崩落部分難以自然崩落礦