极薄矿脉的开采方法

177 编辑：中冶有色技术网来源：长春黄金研究院有限公司

2024-10-18 15:29:42

权利要求

1.一种极薄矿脉的开采方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.在待开采区域进行钻孔勘探，初步确定矿体信息，并形成若干个与矿体连通的探矿钻孔;

S2.将开采管路的后端设置在地面上，将所述开采管路的前端通过所述探矿钻孔下放至矿体内;所述开采管路的前端设置有定向钻头，所述开采管路的后端与泵送机构连接;

S3.利用所述定向钻头对矿体进行钻磨开采，形成的矿浆通过所述泵送机构运出;在所述钻磨开采过程中，利用随钻数据对矿体进行精确定位并实时调整所述定向钻头的开采方向;

S4.待开采完成后，通过所述探矿钻孔向采空区输送充填料进行充填。

2.根据权利要求1所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：在步骤S3中，利用随钻数据对矿体进行精确定位并实时调整所述定向钻头的开采方向的步骤包括：

对所述钻磨开采过程中的随钻数据进行实时采集;

根据实时采集的随钻数据判断当前定向钻头开采的位置是否属于矿体;

若定向钻头开采的位置属于矿体，则定向钻头的开采方向保持不变;若定向钻头开采的位置不属于矿体，则调整定向钻头的开采方向，直至定向钻头开采的位置属于矿体。

3.根据权利要求2所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：判断当前定向钻头开采的位置是否属于矿体的步骤包括：

确定待开采矿体所对应的各项随钻数据之间的拟合关系式;

将钻磨开采过程中采集到的各项随钻数据中的一项作为因变量，将采集到的其他随钻数据作为自变量代入所述拟合关系式中，计算出因变量的拟合值;再将所述因变量的实际测量值与所述拟合值进行对比，若误差在阈值范围内，则判定为属于矿体;若误差超出阈值范围，则判定为不属于矿体。

4.根据权利要求3所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：待开采矿体所对应的各项随钻数据之间的拟合关系式根据步骤S1中所述钻孔勘探时采集的随钻数据拟合得到。

5.根据权利要求1所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：所述随钻数据包括所述定向钻头的转速、钻进速率和钻进压力。

6.根据权利要求1所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：所述开采管路的外径D1、所述定向钻头的直径D2以及矿体的平均厚度L满足如下关系：

0.9D2≤D1≤D2，0.9L≤D2≤1.1L。

7.根据权利要求1所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：在步骤S1中，所述矿体信息包括矿体位置和矿体产状。

8.根据权利要求1所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：在步骤S2中，所述泵送机构为螺旋输送机或砂浆泵。

9.根据权利要求1所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：在步骤S3中，还包括如下步骤：

将通过所述泵送机构运出的矿浆输送至选矿厂内进行选矿，得到精矿和尾矿。

10.根据权利要求9所述的极薄矿脉的开采方法，其特征在于：在步骤S4中，所述充填料由所述尾矿和水泥浆拌合形成。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及金属矿床地下开采技术领域，尤其涉及一种极薄矿脉的开采方法。

背景技术

[0002]目前，针对极薄矿脉的传统开采方法主要包括削壁充填采矿法、留矿采矿法、房柱采矿法、全面采矿法等，但这些开采方法在开采过程中存在开采成本高、贫化损失指标差、劳动强度高、开采效率低、环境破坏大等问题。并且，在矿岩破碎或矿脉厚度较小时，传统开采方法往往面临着开采成本较高、开采环境不安全的问题，受经济、技术等因素的制约导致其无法正常开采，使得相应矿产资源无法得到有效利用。如何对传统方法无法有效开采的矿岩破碎、矿脉厚度较小的极薄矿脉进行高效开采，仍是当前亟待解决的问题。

[0003]现有技术中，公开号为CN115749796A的专利提供了一种适用于缓倾斜极薄矿脉的机械化矿岩分采方法，包括：中央人行通风上山掘进、两帮围岩中深孔预裂爆破、崩落围岩干式充填采空区、顶板极薄矿脉非爆连续分采四个步骤。该专利通过采用矿岩分采工艺替代矿岩混采工艺，解决了缓倾斜极薄矿脉采场产能小、废石产量大、矿石贫化难以控制、提升运输及选矿成本高等突出问题。公开号为CN109026003A的专利提供了一种缓倾斜极薄矿脉软岩矿体的螺旋钻采矿机连续采矿法，该专利采用螺旋钻采矿机进行往复循环开采，同时进行回采上山和顶板支护，并对作业面进行强制通风，具有安全性高、连续性强、贫化率小、经济高效、工艺简单、劳动强度低等特点。

[0004]然而，上述专利的工程主要集中在地下，需要在地下的岩体中布置大量的开拓、采准工程，不仅工程量较大、施工成本较高，而且仅适用于缓倾斜极薄矿脉，对于矿岩破碎或厚度较小的极薄矿脉均难以进行施工与支护，实际开采时还存在投入成本过大、不具备经济可行性的问题。

[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的极薄矿脉的开采方法，以解决上述问题。

发明内容

[0006]针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种极薄矿脉的开采方法，通过省略地下采准工程，仅仅通过钻头和开采管路进入地下，在有效降低开采成本的同时能够实现对矿岩破碎、矿脉厚度较小的极薄矿脉的原位高效开采。

[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种极薄矿脉的开采方法，包括如下步骤：

S1.在待开采区域进行钻孔勘探，初步确定矿体信息，并形成若干个与矿体连通的探矿钻孔;

S4.待开采完成后，通过所述探矿钻孔向采空区输送充填料进行充填。

[0008]作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，利用随钻数据对矿体进行精确定位并实时调整所述定向钻头的开采方向的步骤包括：

对所述钻磨开采过程中的随钻数据进行实时采集;

根据实时采集的随钻数据判断当前定向钻头开采的位置是否属于矿体;

[0009]作为本发明的进一步改进，判断当前定向钻头开采的位置是否属于矿体的步骤包括：

确定待开采矿体所对应的各项随钻数据之间的拟合关系式;

[0010]作为本发明的进一步改进，待开采矿体所对应的各项随钻数据之间的拟合关系式根据步骤S1中所述钻孔勘探时采集的随钻数据拟合得到。

[0011]作为本发明的进一步改进，所述随钻数据包括所述定向钻头的转速、钻进速率和钻进压力。

[0012]作为本发明的进一步改进，所述开采管路的外径D1、所述定向钻头的直径D2以及矿体的平均厚度L满足如下关系：

0.9D2≤D1≤D2，0.9L≤D2≤1.1L。

[0013]作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述矿体信息包括矿体位置和矿体产状。

[0014]作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述泵送机构为螺旋输送机或砂浆泵。

[0015]作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，还包括如下步骤：

将通过所述泵送机构运出的矿浆输送至选矿厂内进行选矿，得到精矿和尾矿。

[0016]作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述充填料由所述尾矿和水泥浆拌合形成。

[0017]本发明的有益效果是：

本发明提供的极薄矿脉的开采方法，通过钻孔勘探初步确定矿体信息，再利用钻孔勘探过程形成的探矿钻孔将前端设置有定向钻头的开采管路下放至矿体内，在钻磨开采的过程中利用采集的随钻数据对矿体进行精确定位并实时调整定向钻头的开采方向，从而实现对极薄矿脉的原位、高效开采。基于本发明提供的极薄矿脉的开采方法，不需要设置复杂的地下开拓与采准工程，仅需沿用探矿钻孔即可进行开采，具有基建投资小、投产速度快、开采成本低、贫损指标好等优点。且本发明提供的方法对地下原岩扰动较小，人员不需要在井下作业，全流程不产生尾渣、废料，能够适用于矿岩破碎、矿脉厚度较小的极薄矿脉的开采，并达到绿色、安全、环保的开采效果。

附图说明

[0018]图1为实施例中对极薄矿脉进行开采时的采场结构示意图。

[0019]附图标记

1、开采管路;2、定向钻头;3、管路井架;4、矿浆输送管路;5、选矿厂;6、尾矿输送管路;7、充填站;8、围岩;9、矿体。

具体实施方式

[0020]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

[0021]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

[0022]另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0023]本发明提供了一种极薄矿脉的开采方法，包括如下步骤：

S1.在待开采区域进行钻孔勘探，初步确定矿体9信息，并形成若干个与矿体9连通的探矿钻孔;

S2.将开采管路1的后端设置在地面上，将所述开采管路1的前端通过所述探矿钻孔下放至矿体9内;所述开采管路1的前端设置有定向钻头2，所述开采管路1的后端与泵送机构连接;

S3.利用所述定向钻头2对矿体9进行钻磨开采，形成的矿浆通过所述泵送机构运出;在所述钻磨开采过程中，利用随钻数据对矿体9进行精确定位并实时调整所述定向钻头2的开采方向;

S4.待开采完成后，通过所述探矿钻孔向采空区输送充填料进行充填。

[0024]通过上述方式，本发明能够大幅简化采准工程，直接利用钻孔勘探过程形成的探矿钻孔，仅需将开采前端设置有定向钻头2的开采管路1下放至矿体9内即可进行钻磨开采，且开采过程中能够利用随钻数据对定向钻头2的开采方向进行调整，从而实现对矿体9的精确定位与开采。相比于常规的地下开采方式，本发明不需要设置复杂的地下开拓与采准工程，基建投资更小、投产速度更快、开采成本更低，且对地下原岩的扰动较小，人员不需要在井下作业，具有更高的安全性，能够适用于矿岩破碎、矿脉厚度较小的极薄矿脉的开采。

[0025]如图1所示，在本发明的一些优选实施例中，地面下的开采区域包括围岩8和矿体9，其中，该矿体9的厚度小于0.8m，属于极薄矿脉。开采管路1通过探矿钻孔下放至矿体9内，在地面上还设置有用于固定并调节开采管路1位置的管路井架3、用于对开采管路1运出的矿浆进行选矿的选矿厂5、用于将选矿厂5输出的尾矿制备成充填料的充填站7，整体结构较为简单，工程量小，且能够实现全流程无废开采。

[0026]更具体的，在本发明的一些优选实施例中，极薄矿脉的开采方法包括如下步骤：

S1.矿体9圈定与钻探定位：在待开采区域进行钻孔勘探，使形成的探矿钻孔穿透矿体9上部的围岩8与矿体9连通，通过检查不同孔深处对应的岩层种类，并结合相应的地质信息，初步对矿体9进行圈定，并确定矿体9位置、矿体9产状等矿体9信息。

[0027]其中，探矿钻孔的数量可以根据实际勘探的需要进行选择，能够完成对矿体9的初步圈定与定位即可。在钻孔勘探的过程中，还可以对每次钻孔时的随钻数据进行采集，以便分析在围岩8和矿体9上分别进行钻孔时随钻数据的差异，为后续钻磨开采过程的精确定位提供判断依据。

[0028]S2.设置开采管路1：将开采管路1的后端设置在管路井架3上，利用管路井架3可以对开采管路1的后端进行固定并调整开采管路1的位置，使开采管路1的前端通过步骤S1中形成的探矿钻孔下放至矿体9内。

[0029]其中，开采管路1的前端设置有定向钻头2，开采管路1的内部设置有与定向钻头2连接的钻杆，该定向钻头2通过钻杆与设置在地面上的钻机连接。定向钻头2的开采方向及相关开采参数均由钻机控制，工作人员不需要在井下作业，只需要在地面上操作钻机即可对地下的定向钻头2进行控制，具有更高的安全性。

[0030]在开采管路1的后端还连接有泵送机构。在定向钻头2进行钻磨开采的过程中，钻机泥浆会进入钻杆内腔，再通过定向钻头2上的出浆口排出，以起到冷却钻头、清洁钻具、带回钻屑等作用。在此基础上，由定向钻头2钻磨后形成的矿石碎屑会与泥浆混合形成矿浆，通过泵送机构即可将其运出。该泵送机构优选为螺旋输送机或砂浆泵，也可以根据实际需要选择其他类型的泵送机构，能够实现砂浆的运出即可。

[0031]优选的，在本发明的一些实施例中，所述开采管路1的外径D1、所述定向钻头2的直径D2以及矿体9的平均厚度L满足关系：0.9D2≤D1≤D2，0.9L≤D2≤1.1L。如此设置，能够使定向钻头2的直径与矿体9的厚度基本一致，从而一次性完成矿体9厚度方向的开采，仅需沿矿体9走向调整定向钻头2的开采方向即可，能够实现对极薄矿脉的高效开采。

[0032]S3.钻磨开采：利用所述定向钻头2对矿体9进行钻磨开采，形成的矿浆通过所述泵送机构运出。

[0033]在所述钻磨开采过程中，利用随钻数据对矿体9进行精确定位并实时调整所述定向钻头2的开采方向，具体步骤如下：

对所述钻磨开采过程中的随钻数据进行实时采集;

根据实时采集的随钻数据判断当前定向钻头2开采的位置是否属于矿体9;

若定向钻头2开采的位置属于矿体9，则定向钻头2的开采方向保持不变;若定向钻头2开采的位置不属于矿体9，则不断调整定向钻头2的开采方向，直至定向钻头2开采的位置属于矿体9。

[0034]为了判断当前定向钻头2开采的位置是否属于矿体9，首先需要确定待开采矿体9所对应的各项随钻数据之间的拟合关系式。该拟合关系式可以根据步骤S1中初步确定的矿体9信息，凭经验或查阅相关资料来初步估计，更优选为根据步骤S1中所述钻孔勘探时采集的随钻数据进行拟合，以便得到更符合实际情况的真实数据，提高判断的准确性。

[0035]根据钻孔勘探阶段采集到的随钻数据，可以将在围岩8上进行钻孔时得到的随钻数据与在矿体9上进行钻孔时得到的随钻数据进行对比，并分析出在不同岩层中进行钻孔时随钻数据之间的差异性，进而总结规律，以便在钻磨开采阶段根据采集到的随钻数据判断所处的岩层属于围岩8还是矿体9。

[0036]具体的，在本发明的一个实施例中，钻孔勘探和钻磨开采时采集的随钻数据都包括定向钻头2的转速、钻进速率和钻进压力。通过对钻孔勘探阶段采集到的随钻数据进行分析，发现钻进速率与转速、钻进压力相关，但当岩层种类不同时，即便是基于相同的转速和钻进压力，实际的钻进速率也会存在明显差异。基于此，通过数据拟合的方式可以分别获得围岩8和矿体9所对应的钻进速率、转速与钻进压力之间的关系式。其中，矿体9所对应钻进速率、转速与钻进压力之间的关系式即为所述拟合关系式。

[0037]在此基础上，可以将钻进速率作为因变量，将转速与钻进压力作为自变量，通过将钻磨开采过程中实时采集的转速和钻机压力代入所述拟合关系式，即可计算出钻进速率的拟合值。再将钻进速率的拟合值与钻进速率的实际测量值进行对比，若误差在阈值范围内，则判定为属于矿体9;若误差超出阈值范围，则判定为不属于矿体9。其中，误差的阈值范围可以根据围岩8与矿体9之间的差异程度进行确定。

[0038]通过上述方式，能够根据随钻信息的变化准确识别岩层的种类，以便调整定向钻头2的开采，实现对极薄矿脉的精确开采。

[0039]S4.矿浆选矿与尾矿回填：将步骤S3中形成的矿浆通过泵送机构运出后，通过矿浆输送管路4输送到选矿厂5内进行选矿，采用磨矿、磁选、浮选等工艺对矿浆中的有用成分进行分离和富集后，得到精矿和尾矿;然后再将尾矿通过尾矿输送管路6输送到充填站7内，使尾矿与水泥浆拌合形成充填料，最后将充填料通过探矿钻孔输送至采空区内进行充填。

[0040]通过上述方式，开采得到的矿浆中的有用成分能够作为精矿被有效利用，尾矿也能够重新充填至采空区内，开采全流程不产生尾渣、废料，达到了绿色、环保的开采效果。其中，具体的选矿工艺以及充填料中各成分的比例可以根据实际情况的需要进行选择。

[0041]综上所述，本发明提供的极薄矿脉的开采方法能够有效利用钻孔勘探过程形成的探矿钻孔，将前端设置有定向钻头2的开采管路1下放至矿体9内，再结合随钻数据调整定向钻头2的开采方向，实现了对矿体9的进行精确定位与开采。在此基础上，再将开采得到的矿浆送入选矿厂5中进行选矿，产生的尾矿可以和水泥浆拌合形成充填浆料，再通过探矿钻孔输送至采空区内进行充填，从而实现全流程无废开采。并且，基于本发明提供的方法，不需要设置复杂的地下开拓与采准工程，对地下原岩扰动较小，人员不需要在井下作业，还具有基建投资小、投产速度快、开采成本低、贫损指标好等优点，能够适用于矿岩破碎、矿脉厚度较小的极薄矿脉的开采，并达到绿色、安全、环保的开采效果。

[0042]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

说明书附图(1)