[發明專利]一種采用液態二氧化碳爆破誘導崩落采礦方法

有效

• 申請號: 201410798159.2
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104632221A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 周科平;高峰;高宏偉;鄧紅衛;李杰林
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21C41/22
• 分類號: E21C41/22
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發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、節理等構造發育的厚大塊狀中等堅固礦體的開采。

背景技術

厚大中等堅固礦體的開采，傳統采用分段或階段礦房法、崩落法開采，部分品位高、礦巖穩定性差的礦床采用充填法進行開采。當該類礦體厚度變化大，節理裂隙發育，在走向上不連續，礦石品位高且變化大時，開采損失貧化大，無法保證作業的安全性。

該類礦體也可采用自然崩落法進行開采。雖然自然崩落法開采具有生產能力大、便于組織管理、作業安全、開采成本低等優點，但在國內應用較少，主要因為其對于礦體本身及其圍巖可崩性要求較高，且需要大面積拉底，若礦體內的節理裂隙發育程度低，則巖體的崩落很難持續有效進行。國內外一些礦山在崩落邊界布置的鑿巖巷道中鉆鑿炮孔，采用炸藥爆破預裂控制崩落邊界，同時對難以自然崩落部分用炮孔強制崩落，擴大了自然崩落法的使用范圍，但常規的炸藥爆破崩礦，存在如礦體頂底板圍巖動力損傷大，爆破范圍及塊度難以控制，盲炮難以處理等諸多問題，這導致自然崩落法的應用受到限制。

目前也有一些非爆破開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。不過高壓水射流更多適用于煤礦開采，由于金屬礦巖體本身比較堅硬，采用該方法成本高且效果難以保證效果；圍巖弱化技術在礦山開采中運用較為普遍，例如鉆空孔、切槽及松動爆破等方法，不過在對生產規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。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述厚大中等堅固礦體，尤其節理裂隙中等發育且厚度變化較大的礦體開采，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崩落，并具有作業安全、生產效率高、爆破動力可控和采礦成本低的特點的采用液態二氧化碳爆破誘導崩落采礦方法。

為了解決上述問題，本發明采用的采用液態二氧化碳爆破誘導崩落采礦方法，利用液態二氧化碳汽化物理作用產生的高壓氣體對礦體關鍵部位進行誘導致裂，控制平衡拱的發展，從而有效實現巖石內節理裂隙的萌生、擴展與貫通，大大降低巖體強度及完整性，以至于最終礦體在礦石自重和地壓作用下發生連續的自然崩落，實現安全高效開采。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：首先確定礦體及圍巖的可崩性，通過巖體內裂縫及裂隙發育情況的數字式全景鉆孔攝像與探測，根據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平面圖；基于圖像數字處理與計算機視覺技術，獲取巖石裂隙、節理等結構面信息；將鉆孔數字圖像轉化為巖石物理參數的分布圖，對巖體質量進行數值模擬評價；并結合現場巖體工程地質，建立巖體的可崩性的精細分級模型，以確定后續使用的二氧化碳高壓氣體的爆破壓力值；

在可崩性評價的基礎上，結合礦體賦存條件，選擇合適的開采方式，當礦石可崩性好時使用礦塊開采，礦石可崩性中等時采用盤區開采，可崩性差時則采用全面連續開采；然后進行采準工程布置，采場的結構參數設計，包括礦塊高度與水平尺寸的取值；再進行采切工作，主要包括掘進運輸平巷和橫巷、電耙道或鏟運機道、放礦溜井、行人通風天井、鑿巖天井、觀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系，破壞礦石自然崩落過程中形成的平衡拱基，控制崩落邊界，并提高邊界附近高應力區巷道穩定性；在礦塊底部進行拉低形成自由空間，使礦石達到自然崩落，拉底過程中采用炸藥爆破及液態二氧化碳爆破相結合的方法以減少爆破對出礦巷道的穩定性影響；崩下的礦石經底部出礦巷道放出，采用電耙或鏟運機出礦。

具體地，首先根據礦體的實際厚度和傾角布置礦體的采礦礦段及礦塊的結構尺寸；用傳統方法在礦塊下部掘進階段運輸巷道及穿脈出礦橫巷，間距取30～40m；掘進和開挖形出礦橫巷與出礦進路，其中出礦進路間距取10～15m；然后在礦體中掘進水平向的聯絡道，在礦體兩端頂底盤沿脈卸礦巷道內從下往上掘進布置溜井，溜井間距同出礦穿脈巷道間距相等；在礦塊邊界外圍7～10m處布置觀察天井，并自觀察天井向著礦體方向掘進水平向的觀察人道，并使其與礦體側向掘進水平向的切幫巷道相連；并自下而上掘進切幫天井；在礦體上部形成的切幫巷道中部掘進鉆孔攝像鑿巖道，利用潛孔鉆機鉆鑿90毫米的大直徑深孔，垂直礦體走向，間距取8～10m，用于數字鉆孔攝影測量并評價礦體的可崩性，同時在回采過程中可不間斷探測，以實時監測礦體的崩落情況；拉底后自然崩落的礦石，鏟運機通過裝礦進路進入采場進行礦山鏟裝，由出礦橫巷運至溜井進行放礦，放下的礦石通過階段運輸平巷運出；