權(quán)利要求

無(wú)

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及一種礦硐開采方法，具體的說(shuō)是一種礦硐巷道掘進(jìn)開采方法。

背景技術(shù)

[0002]液壓劈裂技術(shù)是通過對(duì)巖層施加剛性的壓力使巖層快速致裂，以便于礦井或隧道挖掘的施工方法。液壓劈裂在一定條件下替代傳統(tǒng)的爆破，對(duì)周圍環(huán)境更為優(yōu)化，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。在礦硐開采中使用液壓劈裂技術(shù)，能夠降低施工難度，提高開采速度。

[0003]液壓劈裂由于采用對(duì)巖層局部施壓使其兩側(cè)產(chǎn)生裂紋的原理，一般適用于整體性良好的硬質(zhì)或中硬巖。而對(duì)于整體性不佳，節(jié)理裂隙稍大或?qū)娱g存在充填物的巖層，會(huì)出現(xiàn)劈裂時(shí)劈裂孔周圍單個(gè)巖塊被壓裂而稍遠(yuǎn)的巖塊確不動(dòng)的現(xiàn)象。而礦硐的巖層中混合有普通巖石和礦石等多種組成，其整體性通常較差，采用液壓劈裂技術(shù)時(shí)，為了確保達(dá)到劈裂效果，往往需要減小劈裂孔的間距。這種密集布置劈裂孔的方式由于開孔數(shù)量多，必然導(dǎo)致開采速度降低。

發(fā)明內(nèi)容

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是礦硐開采過程中礦層整體性差影響劈裂效果的缺陷，提供一種礦硐巷道掘進(jìn)開采方法。

[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種礦硐巷道掘進(jìn)開采方法，包括以下步驟：

(1)、根據(jù)礦硐的設(shè)計(jì)位置，在硐口處搭建導(dǎo)向墻;

(2)、劃定礦硐巷道截面輪廓線的位置，用取芯鉆機(jī)沿輪廓線開設(shè)鉆孔，鉆孔方向與巷道方向平行，開設(shè)的多個(gè)鉆孔重疊相接，形成圍繞開采區(qū)域的臨空面;

(3)、在開采區(qū)域劃定多層從周邊開始向中心間隔分布的標(biāo)線，標(biāo)線形狀與巷道拱頂輪廓相適應(yīng);用取芯鉆機(jī)沿標(biāo)線間隔開設(shè)水平延伸的劈裂孔;

(4)、從周邊開始向中心逐層對(duì)開采區(qū)域的礦層進(jìn)行劈裂作業(yè)，每層劈裂作業(yè)時(shí)，將該層的劈裂孔分為間隔交替設(shè)置的第一劈裂孔和第二劈裂孔，第二劈裂孔位于相鄰兩個(gè)第一劈裂孔之間;在第一劈裂孔中設(shè)置壓力方向朝向臨空面的第一劈裂棒，通過對(duì)第一劈裂孔朝向臨空面一側(cè)的孔壁施壓，形成促使礦層劈裂的拉伸力;在第二劈裂孔中設(shè)置壓力方向朝向兩側(cè)第一劈裂孔的第二劈裂棒，通過第二劈裂棒在第二劈裂孔與第一劈裂孔之間的礦層上形成促使其破裂的擠壓力;

(5)、整個(gè)開采區(qū)域均完成劈裂作業(yè)后，采用破碎機(jī)對(duì)開采區(qū)域劈裂的礦層進(jìn)一步破碎，并采用鏟運(yùn)車進(jìn)行清理裝運(yùn)破碎的礦石;

(6)、重復(fù)步驟(2)至(5)進(jìn)行巷道掘進(jìn)開采。

[0006]所述取芯鉆機(jī)的鉆孔直徑為220mm，長(zhǎng)度為1000mm，巷道截面輪廓線上相鄰鉆孔的重疊量為80—100mm。

[0007]相鄰兩個(gè)劈裂孔之間的間距為劈裂孔直徑的3—4倍。

[0008]所述步驟(6)中，在巷道頂部設(shè)置支護(hù)后再重復(fù)步驟(2)至(5)進(jìn)行巷道掘進(jìn)開采。

[0009]所述步驟(2)中，在沿輪廓線開設(shè)鉆孔時(shí)，在巷道頂部中央位置留一個(gè)不開設(shè)鉆孔的區(qū)域，并從該區(qū)域的兩側(cè)向下連續(xù)開設(shè)鉆孔，在巷道中間形成一個(gè)將巷道分隔為左右兩個(gè)開采區(qū)域的隔墻;左右兩個(gè)開采區(qū)域分別進(jìn)行步驟(3)至步驟(5)的操作，完成后在左右兩個(gè)區(qū)域頂部分別設(shè)置初步支護(hù)，然后再破除中間的隔墻并清運(yùn)裝車。

[0010]所述步驟(4)中，每層劈裂作業(yè)時(shí)，在該層的劈裂孔都放置劈裂棒后統(tǒng)一進(jìn)行劈裂作業(yè)，或者將該層的劈裂孔劃分為幾個(gè)區(qū)域，各區(qū)域分階段依次完整放置劈裂棒和劈裂作業(yè)。

[0011]所述步驟(4)中，利用第二劈裂棒兩側(cè)伸出的楔形機(jī)構(gòu)對(duì)第二劈裂孔中朝向第一劈裂孔的孔壁施壓，在楔形機(jī)構(gòu)頂端破壞孔壁礦層的同時(shí)，利用楔形機(jī)構(gòu)的楔形面對(duì)礦層施加迫使其劈裂的擠壓力。

[0012]所述第二劈裂棒的兩側(cè)均沿其長(zhǎng)度方向排布有多個(gè)可朝第二劈裂棒兩側(cè)伸出的楔形機(jī)構(gòu)，所述楔形機(jī)構(gòu)的尖端朝外，其楔形面與第二劈裂棒的軸線平行。

[0013]所述楔形機(jī)構(gòu)的兩側(cè)均有楔形面，且兩側(cè)楔形面的斜度相同。

[0014]所述的第二劈裂棒中設(shè)有液壓油路，利用液壓油推動(dòng)楔形機(jī)構(gòu)對(duì)礦層施加擠壓力。

[0015]本發(fā)明的有益效果是：采用鉆孔劈裂的礦硐開采方法，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，有利于周邊生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。采用交替布置不同形式劈裂棒的方法，將朝向臨空面一側(cè)孔壁施壓的劈裂方式與朝向兩個(gè)劈裂孔之間孔壁施加擠壓力的方式結(jié)合。利用第二劈裂棒直接擠壓破壞兩個(gè)劈裂孔之間礦層，并形成應(yīng)力集中效應(yīng)，有利于兩個(gè)劈裂孔之間礦層產(chǎn)生劈裂，從而減小了礦層整體性差對(duì)劈裂效果的影響。能夠采用較大的劈裂孔間距，從而提高了開采速度。

附圖說(shuō)明

[0016]圖1是本發(fā)明礦硐開采面的一個(gè)實(shí)施例示意圖。

[0017]圖2是本發(fā)明礦硐開采面的另一實(shí)施例示意圖。

[0018]圖3是本發(fā)明巷道截面輪廓線上鉆孔方式示意圖。

[0019]圖4是本發(fā)明兩種劈裂方式的劈裂孔布置示意圖。

[0020]圖5是本發(fā)明第二劈裂棒中楔形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方式示意圖。

[0021]圖中標(biāo)記：1、巷道截面，2、鉆孔，3、臨空面，4、開采區(qū)域，5、第一劈裂孔，6、第二劈裂孔，7、第一劈裂棒，8、第二劈裂棒，9、隔墻，10、楔形機(jī)構(gòu)，11、安裝套，12、液壓油流通口，13、活塞柱，14、活塞，15、劈裂頭，16、回復(fù)彈簧。

具體實(shí)施方式

[0022]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說(shuō)明。下面實(shí)施例所列出的具體內(nèi)容不限于權(quán)利要求記載的技術(shù)方案要解決的技術(shù)問題所必須的技術(shù)特征。同時(shí)，所述列舉是實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分，而不是全部實(shí)施例。

[0023]本發(fā)明采用液壓劈裂的方式進(jìn)行礦硐巷道掘進(jìn)開采，開采方法包括以下步驟：

(1)、根據(jù)礦硐的設(shè)計(jì)位置，在硐口處利用方鋼和角鐵做弧形搭建導(dǎo)向墻，為后續(xù)鉆孔劈裂做基礎(chǔ)。導(dǎo)向墻的具體結(jié)構(gòu)和搭建方法參照現(xiàn)有技術(shù)。

[0024](2)、劃定礦硐巷道截面1輪廓線的位置，標(biāo)示出開挖區(qū)域。如圖1所示，用取芯鉆機(jī)沿輪廓線開設(shè)鉆孔2，鉆孔為水平孔，鉆進(jìn)方向與巷道方向平行。如圖1和3所示，開設(shè)的多個(gè)鉆孔重疊相接，使鉆孔之間打通，形成圍繞開采區(qū)域4的臨空面3。所述取芯鉆機(jī)的鉆孔直徑可以采用220mm，長(zhǎng)度為1000mm，巷道截面輪廓線上相鄰鉆孔的重疊量可以采用80—100mm。例如，設(shè)計(jì)方案為3m×3m的硐口，臨空面設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)64個(gè)鉆孔。在圖1所示實(shí)施例中，礦硐巷道截面1作為整體進(jìn)行掘進(jìn)開采，其形成的臨空面圍繞整個(gè)巷道截面。

[0025](3)、在開采區(qū)域4劃定多層從周邊開始向中心間隔分布的標(biāo)線。例如圖1所示，從周邊開始向中心間隔設(shè)置有4層標(biāo)線。標(biāo)線形狀與巷道拱頂輪廓相適應(yīng)。用取芯鉆機(jī)沿標(biāo)線間隔開設(shè)劈裂孔，劈裂孔為水平延伸的平孔，其鉆進(jìn)方向與巷道方向平行。劈裂孔的孔徑可以與鉆孔2相同，采用相同的取芯鉆機(jī)開設(shè)，以減少設(shè)備使用種類，簡(jiǎn)化開采工藝。相鄰兩個(gè)劈裂孔之間的間距設(shè)定為劈裂孔直徑的3—4倍，可利用空孔效應(yīng)，在一個(gè)劈裂孔內(nèi)放置劈裂棒對(duì)孔壁加壓進(jìn)行劈裂時(shí)，使其作用力會(huì)經(jīng)由礦層向兩側(cè)傳導(dǎo)，并在相鄰劈裂孔孔壁處形成拉伸力。3—4倍劈裂孔直徑的間距使其處于空孔效應(yīng)的作用范圍內(nèi)，且不會(huì)距離過近導(dǎo)致劈裂孔數(shù)量過多。

[0026](4)、從周邊開始向中心逐層對(duì)開采區(qū)域4的礦層進(jìn)行劈裂作業(yè)。每層的劈裂孔分為第一劈裂孔5和第二劈裂孔6，第一劈裂孔5和第二劈裂孔6間隔交替設(shè)置，第二劈裂孔位于相鄰兩個(gè)第一劈裂孔之間。如圖4所示，在第一劈裂孔5中設(shè)置第一劈裂棒7，第二劈裂孔6中設(shè)置第二劈裂棒8。第一劈裂棒7的壓力作用方向朝向臨空面3。第二劈裂棒8的壓力作用方向朝向兩側(cè)第一劈裂孔。每層劈裂作業(yè)時(shí)，通過不同作用方式的第一劈裂棒7和第二劈裂棒8配合，通過對(duì)第一劈裂孔5朝向臨空面3一側(cè)的孔壁施壓，形成促使礦層沿該層標(biāo)線劈裂的拉伸力，通過第二劈裂棒8在第二劈裂孔6與第一劈裂孔5之間的礦層上形成促使其破裂的擠壓力。利用第二劈裂棒8直接擠壓破壞第二劈裂孔6與第一劈裂孔5之間的礦層，并形成應(yīng)力集中效應(yīng)，有利于在第一劈裂孔的壓力作用下使兩個(gè)劈裂孔之間礦層產(chǎn)生劈裂。

[0027]在每層劈裂作業(yè)時(shí)，如果硐巷道截面較小，劈裂孔數(shù)量少，可以在該層的劈裂孔都放置劈裂棒后統(tǒng)一進(jìn)行劈裂作業(yè)。如果硐巷道截面較大，劈裂孔數(shù)量多，也可以將該層的劈裂孔劃分為幾個(gè)區(qū)域，各區(qū)域分階段依次完整放置劈裂棒和劈裂作業(yè)。

[0028](5)、整個(gè)開采區(qū)域均完成劈裂作業(yè)后，采用破碎機(jī)對(duì)開采區(qū)域劈裂的礦層進(jìn)一步破碎，并采用鏟運(yùn)車進(jìn)行清理裝運(yùn)破碎的礦石。

[0029](6)、在巷道頂部設(shè)置支護(hù)后再重復(fù)步驟(2)至(5)進(jìn)行巷道掘進(jìn)開采。

[0030]圖2所示為本發(fā)明另一實(shí)施例，與圖1所示不同，對(duì)于截面較大的礦硐，可以采用分區(qū)域掘進(jìn)開采的方式。在步驟(2)中，沿輪廓線開設(shè)鉆孔2時(shí)，在巷道頂部中央位置留一個(gè)區(qū)域不開設(shè)鉆孔。從該區(qū)域的兩側(cè)向下連續(xù)開設(shè)鉆孔2，在巷道中間形成一個(gè)隔墻9，隔墻9將巷道分隔為左右兩個(gè)開采區(qū)域4。左右兩個(gè)開采區(qū)域4可以分別進(jìn)行劈裂開采，中間的隔墻9起到支撐巷道的作用，防止巷道跨度大時(shí)發(fā)生坍塌事故。左右兩個(gè)開采區(qū)域4可以分別按照以上步驟(3)的方法劃定多層標(biāo)線并設(shè)置劈裂孔。在進(jìn)行步驟(4)的劈裂作業(yè)時(shí)，左右兩個(gè)開采區(qū)域4可以分別依次進(jìn)行步驟(3)至步驟(5)的操作，也可以同時(shí)進(jìn)行。在完成左右兩個(gè)開采區(qū)域4的劈裂以及破碎開采后，在左右兩個(gè)區(qū)域頂部分別設(shè)置初步支護(hù)，然后再破除中間的隔墻并清運(yùn)裝車。之后在巷道頂部設(shè)置完整的支護(hù)，然后再重復(fù)步驟(2)至(5)進(jìn)行巷道掘進(jìn)開采。

[0031]在本發(fā)明中，第一劈裂棒7和第二劈裂棒8均采用液壓為驅(qū)動(dòng)力。第一劈裂棒7的側(cè)壁上沿其長(zhǎng)度方向分布有多個(gè)可從第一劈裂棒7中伸出的壓力頭，壓力頭設(shè)置與內(nèi)部的液壓腔中，能夠在液壓油作用下向外伸出并頂在第一劈裂孔5內(nèi)壁上對(duì)其施加推壓力。

[0032]所述的第二劈裂棒8兩側(cè)設(shè)有可伸出的楔形機(jī)構(gòu)10，楔形機(jī)構(gòu)的尖端朝外，其楔形面與第二劈裂棒的軸線平行。楔形機(jī)構(gòu)10的伸出方向朝向第一劈裂孔5，第二劈裂棒8兩側(cè)伸出的楔形機(jī)構(gòu)10對(duì)第二劈裂孔6中朝向第一劈裂孔5的孔壁施壓，利用楔形機(jī)構(gòu)10尖端直接破壞孔壁礦層，同時(shí)利用楔形機(jī)構(gòu)的楔形面對(duì)礦層施加迫使其劈裂的擠壓力。為了保持受力均衡，所述楔形機(jī)構(gòu)的兩側(cè)均有楔形面，且兩側(cè)楔形面的斜度相同。

[0033]楔形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以如圖5所示，其包括一個(gè)裝在第二劈裂棒8內(nèi)腔中的安裝套11，安裝套朝外的一端敞開，另一端設(shè)有液壓油流通口12。在安裝套11內(nèi)設(shè)置有活塞柱13，活塞柱朝向液壓油流通口的一端設(shè)置有與安裝套內(nèi)腔密封匹配的活塞14，另一端設(shè)有楔形的劈裂頭15。液壓油從液壓油流通口12進(jìn)入安裝套11的內(nèi)腔后，能夠經(jīng)由活塞14推動(dòng)活塞柱13使其伸出安裝套11，利用活塞柱端部的劈裂頭15對(duì)孔壁施加擠壓力。在活塞柱13套設(shè)有回復(fù)彈簧16，回復(fù)彈簧一端抵接在活塞14上，另一端抵接在安裝套11端口出的擋圈上。當(dāng)液壓油泄壓后，回復(fù)彈簧16能夠推動(dòng)活塞復(fù)位。

[0034]所述楔形機(jī)構(gòu)可以是沿第二劈裂棒8延伸的整體結(jié)構(gòu)，也可以采用間隔布置的結(jié)構(gòu)，在第二劈裂棒8的兩側(cè)均沿其長(zhǎng)度方向排布有多個(gè)可朝第二劈裂棒兩側(cè)伸出的楔形機(jī)構(gòu)10。第二劈裂棒8兩側(cè)的楔形機(jī)構(gòu)10可以采用對(duì)稱布置的方式，其液壓油流通口與第二劈裂棒8中心的液壓油路連通。兩側(cè)的楔形機(jī)構(gòu)10在第二劈裂棒長(zhǎng)度方向所處的位置相同，同時(shí)向左右兩側(cè)施加相反的作用力。

[0035]在另一實(shí)施例中，第二劈裂棒8兩側(cè)的楔形機(jī)構(gòu)10采用錯(cuò)開布置的方式，兩側(cè)的楔形機(jī)構(gòu)10在第二劈裂棒長(zhǎng)度方向所處的位置不同，交替設(shè)置朝向不同方向伸出的楔形機(jī)構(gòu)10。兩種方向的楔形機(jī)構(gòu)10均與第二劈裂棒中設(shè)有液壓油路連通，利用液壓油推動(dòng)楔形機(jī)構(gòu)對(duì)礦層施加擠壓力。由于楔形機(jī)構(gòu)10在第二劈裂棒長(zhǎng)度方向上交替布置有多個(gè)，不會(huì)影響兩側(cè)受力平衡。而且，采用這種交替布置的方式，在第二劈裂棒8同一截面的徑向上只需要設(shè)置一個(gè)楔形機(jī)構(gòu)10，可以增大楔形機(jī)構(gòu)10的長(zhǎng)度，增加擠壓作用的行程，能有利于劈裂作業(yè)。

[0036]以上對(duì)具體實(shí)施方式的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及其核心思想，盡管本文使用了特定的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行了描述和說(shuō)明，但其不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明自身的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上做出各種變化。這些輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說(shuō)明書附圖(5)