矿硐巷道掘进开采方法

174 编辑：中冶有色技术网来源：河南柏吉霖矿山工程有限公司

2024-12-20 15:42:15

权利要求

无

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及一种矿硐开采方法，具体的说是一种矿硐巷道掘进开采方法。

背景技术

[0002]液压劈裂技术是通过对岩层施加刚性的压力使岩层快速致裂，以便于矿井或隧道挖掘的施工方法。液压劈裂在一定条件下替代传统的爆破，对周围环境更为优化，有利于生态环境保护。在矿硐开采中使用液压劈裂技术，能够降低施工难度，提高开采速度。

[0003]液压劈裂由于采用对岩层局部施压使其两侧产生裂纹的原理，一般适用于整体性良好的硬质或中硬岩。而对于整体性不佳，节理裂隙稍大或层间存在充填物的岩层，会出现劈裂时劈裂孔周围单个岩块被压裂而稍远的岩块确不动的现象。而矿硐的岩层中混合有普通岩石和矿石等多种组成，其整体性通常较差，采用液压劈裂技术时，为了确保达到劈裂效果，往往需要减小劈裂孔的间距。这种密集布置劈裂孔的方式由于开孔数量多，必然导致开采速度降低。

发明内容

[0004]本发明所要解决的技术问题是矿硐开采过程中矿层整体性差影响劈裂效果的缺陷，提供一种矿硐巷道掘进开采方法。

[0005]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种矿硐巷道掘进开采方法，包括以下步骤：

(1)、根据矿硐的设计位置，在硐口处搭建导向墙;

(2)、划定矿硐巷道截面轮廓线的位置，用取芯钻机沿轮廓线开设钻孔，钻孔方向与巷道方向平行，开设的多个钻孔重叠相接，形成围绕开采区域的临空面;

(3)、在开采区域划定多层从周边开始向中心间隔分布的标线，标线形状与巷道拱顶轮廓相适应;用取芯钻机沿标线间隔开设水平延伸的劈裂孔;

(4)、从周边开始向中心逐层对开采区域的矿层进行劈裂作业，每层劈裂作业时，将该层的劈裂孔分为间隔交替设置的第一劈裂孔和第二劈裂孔，第二劈裂孔位于相邻两个第一劈裂孔之间;在第一劈裂孔中设置压力方向朝向临空面的第一劈裂棒，通过对第一劈裂孔朝向临空面一侧的孔壁施压，形成促使矿层劈裂的拉伸力;在第二劈裂孔中设置压力方向朝向两侧第一劈裂孔的第二劈裂棒，通过第二劈裂棒在第二劈裂孔与第一劈裂孔之间的矿层上形成促使其破裂的挤压力;

(5)、整个开采区域均完成劈裂作业后，采用破碎机对开采区域劈裂的矿层进一步破碎，并采用铲运车进行清理装运破碎的矿石;

(6)、重复步骤(2)至(5)进行巷道掘进开采。

[0006]所述取芯钻机的钻孔直径为220mm，长度为1000mm，巷道截面轮廓线上相邻钻孔的重叠量为80—100mm。

[0007]相邻两个劈裂孔之间的间距为劈裂孔直径的3—4倍。

[0008]所述步骤(6)中，在巷道顶部设置支护后再重复步骤(2)至(5)进行巷道掘进开采。

[0009]所述步骤(2)中，在沿轮廓线开设钻孔时，在巷道顶部中央位置留一个不开设钻孔的区域，并从该区域的两侧向下连续开设钻孔，在巷道中间形成一个将巷道分隔为左右两个开采区域的隔墙;左右两个开采区域分别进行步骤(3)至步骤(5)的操作，完成后在左右两个区域顶部分别设置初步支护，然后再破除中间的隔墙并清运装车。

[0010]所述步骤(4)中，每层劈裂作业时，在该层的劈裂孔都放置劈裂棒后统一进行劈裂作业，或者将该层的劈裂孔划分为几个区域，各区域分阶段依次完整放置劈裂棒和劈裂作业。

[0011]所述步骤(4)中，利用第二劈裂棒两侧伸出的楔形机构对第二劈裂孔中朝向第一劈裂孔的孔壁施压，在楔形机构顶端破坏孔壁矿层的同时，利用楔形机构的楔形面对矿层施加迫使其劈裂的挤压力。

[0012]所述第二劈裂棒的两侧均沿其长度方向排布有多个可朝第二劈裂棒两侧伸出的楔形机构，所述楔形机构的尖端朝外，其楔形面与第二劈裂棒的轴线平行。

[0013]所述楔形机构的两侧均有楔形面，且两侧楔形面的斜度相同。

[0014]所述的第二劈裂棒中设有液压油路，利用液压油推动楔形机构对矿层施加挤压力。

[0015]本发明的有益效果是：采用钻孔劈裂的矿硐开采方法，降低了安全风险，有利于周边生态环境的保护。采用交替布置不同形式劈裂棒的方法，将朝向临空面一侧孔壁施压的劈裂方式与朝向两个劈裂孔之间孔壁施加挤压力的方式结合。利用第二劈裂棒直接挤压破坏两个劈裂孔之间矿层，并形成应力集中效应，有利于两个劈裂孔之间矿层产生劈裂，从而减小了矿层整体性差对劈裂效果的影响。能够采用较大的劈裂孔间距，从而提高了开采速度。

附图说明

[0016]图1是本发明矿硐开采面的一个实施例示意图。

[0017]图2是本发明矿硐开采面的另一实施例示意图。

[0018]图3是本发明巷道截面轮廓线上钻孔方式示意图。

[0019]图4是本发明两种劈裂方式的劈裂孔布置示意图。

[0020]图5是本发明第二劈裂棒中楔形机构的结构方式示意图。

[0021]图中标记：1、巷道截面，2、钻孔，3、临空面，4、开采区域，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、隔墙，10、楔形机构，11、安装套，12、液压油流通口，13、活塞柱，14、活塞，15、劈裂头，16、回复弹簧。

具体实施方式

[0022]以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明。下面实施例所列出的具体内容不限于权利要求记载的技术方案要解决的技术问题所必须的技术特征。同时，所述列举是实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部实施例。

[0023]本发明采用液压劈裂的方式进行矿硐巷道掘进开采，开采方法包括以下步骤：

(1)、根据矿硐的设计位置，在硐口处利用方钢和角铁做弧形搭建导向墙，为后续钻孔劈裂做基础。导向墙的具体结构和搭建方法参照现有技术。

[0024](2)、划定矿硐巷道截面1轮廓线的位置，标示出开挖区域。如图1所示，用取芯钻机沿轮廓线开设钻孔2，钻孔为水平孔，钻进方向与巷道方向平行。如图1和3所示，开设的多个钻孔重叠相接，使钻孔之间打通，形成围绕开采区域4的临空面3。所述取芯钻机的钻孔直径可以采用220mm，长度为1000mm，巷道截面轮廓线上相邻钻孔的重叠量可以采用80—100mm。例如，设计方案为3m×3m的硐口，临空面设计可以设计64个钻孔。在图1所示实施例中，矿硐巷道截面1作为整体进行掘进开采，其形成的临空面围绕整个巷道截面。

[0025](3)、在开采区域4划定多层从周边开始向中心间隔分布的标线。例如图1所示，从周边开始向中心间隔设置有4层标线。标线形状与巷道拱顶轮廓相适应。用取芯钻机沿标线间隔开设劈裂孔，劈裂孔为水平延伸的平孔，其钻进方向与巷道方向平行。劈裂孔的孔径可以与钻孔2相同，采用相同的取芯钻机开设，以减少设备使用种类，简化开采工艺。相邻两个劈裂孔之间的间距设定为劈裂孔直径的3—4倍，可利用空孔效应，在一个劈裂孔内放置劈裂棒对孔壁加压进行劈裂时，使其作用力会经由矿层向两侧传导，并在相邻劈裂孔孔壁处形成拉伸力。3—4倍劈裂孔直径的间距使其处于空孔效应的作用范围内，且不会距离过近导致劈裂孔数量过多。

[0026](4)、从周边开始向中心逐层对开采区域4的矿层进行劈裂作业。每层的劈裂孔分为第一劈裂孔5和第二劈裂孔6，第一劈裂孔5和第二劈裂孔6间隔交替设置，第二劈裂孔位于相邻两个第一劈裂孔之间。如图4所示，在第一劈裂孔5中设置第一劈裂棒7，第二劈裂孔6中设置第二劈裂棒8。第一劈裂棒7的压力作用方向朝向临空面3。第二劈裂棒8的压力作用方向朝向两侧第一劈裂孔。每层劈裂作业时，通过不同作用方式的第一劈裂棒7和第二劈裂棒8配合，通过对第一劈裂孔5朝向临空面3一侧的孔壁施压，形成促使矿层沿该层标线劈裂的拉伸力，通过第二劈裂棒8在第二劈裂孔6与第一劈裂孔5之间的矿层上形成促使其破裂的挤压力。利用第二劈裂棒8直接挤压破坏第二劈裂孔6与第一劈裂孔5之间的矿层，并形成应力集中效应，有利于在第一劈裂孔的压力作用下使两个劈裂孔之间矿层产生劈裂。

[0027]在每层劈裂作业时，如果硐巷道截面较小，劈裂孔数量少，可以在该层的劈裂孔都放置劈裂棒后统一进行劈裂作业。如果硐巷道截面较大，劈裂孔数量多，也可以将该层的劈裂孔划分为几个区域，各区域分阶段依次完整放置劈裂棒和劈裂作业。

[0028](5)、整个开采区域均完成劈裂作业后，采用破碎机对开采区域劈裂的矿层进一步破碎，并采用铲运车进行清理装运破碎的矿石。

[0029](6)、在巷道顶部设置支护后再重复步骤(2)至(5)进行巷道掘进开采。

[0030]图2所示为本发明另一实施例，与图1所示不同，对于截面较大的矿硐，可以采用分区域掘进开采的方式。在步骤(2)中，沿轮廓线开设钻孔2时，在巷道顶部中央位置留一个区域不开设钻孔。从该区域的两侧向下连续开设钻孔2，在巷道中间形成一个隔墙9，隔墙9将巷道分隔为左右两个开采区域4。左右两个开采区域4可以分别进行劈裂开采，中间的隔墙9起到支撑巷道的作用，防止巷道跨度大时发生坍塌事故。左右两个开采区域4可以分别按照以上步骤(3)的方法划定多层标线并设置劈裂孔。在进行步骤(4)的劈裂作业时，左右两个开采区域4可以分别依次进行步骤(3)至步骤(5)的操作，也可以同时进行。在完成左右两个开采区域4的劈裂以及破碎开采后，在左右两个区域顶部分别设置初步支护，然后再破除中间的隔墙并清运装车。之后在巷道顶部设置完整的支护，然后再重复步骤(2)至(5)进行巷道掘进开采。

[0031]在本发明中，第一劈裂棒7和第二劈裂棒8均采用液压为驱动力。第一劈裂棒7的侧壁上沿其长度方向分布有多个可从第一劈裂棒7中伸出的压力头，压力头设置与内部的液压腔中，能够在液压油作用下向外伸出并顶在第一劈裂孔5内壁上对其施加推压力。

[0032]所述的第二劈裂棒8两侧设有可伸出的楔形机构10，楔形机构的尖端朝外，其楔形面与第二劈裂棒的轴线平行。楔形机构10的伸出方向朝向第一劈裂孔5，第二劈裂棒8两侧伸出的楔形机构10对第二劈裂孔6中朝向第一劈裂孔5的孔壁施压，利用楔形机构10尖端直接破坏孔壁矿层，同时利用楔形机构的楔形面对矿层施加迫使其劈裂的挤压力。为了保持受力均衡，所述楔形机构的两侧均有楔形面，且两侧楔形面的斜度相同。

[0033]楔形机构的结构可以如图5所示，其包括一个装在第二劈裂棒8内腔中的安装套11，安装套朝外的一端敞开，另一端设有液压油流通口12。在安装套11内设置有活塞柱13，活塞柱朝向液压油流通口的一端设置有与安装套内腔密封匹配的活塞14，另一端设有楔形的劈裂头15。液压油从液压油流通口12进入安装套11的内腔后，能够经由活塞14推动活塞柱13使其伸出安装套11，利用活塞柱端部的劈裂头15对孔壁施加挤压力。在活塞柱13套设有回复弹簧16，回复弹簧一端抵接在活塞14上，另一端抵接在安装套11端口出的挡圈上。当液压油泄压后，回复弹簧16能够推动活塞复位。

[0034]所述楔形机构可以是沿第二劈裂棒8延伸的整体结构，也可以采用间隔布置的结构，在第二劈裂棒8的两侧均沿其长度方向排布有多个可朝第二劈裂棒两侧伸出的楔形机构10。第二劈裂棒8两侧的楔形机构10可以采用对称布置的方式，其液压油流通口与第二劈裂棒8中心的液压油路连通。两侧的楔形机构10在第二劈裂棒长度方向所处的位置相同，同时向左右两侧施加相反的作用力。

[0035]在另一实施例中，第二劈裂棒8两侧的楔形机构10采用错开布置的方式，两侧的楔形机构10在第二劈裂棒长度方向所处的位置不同，交替设置朝向不同方向伸出的楔形机构10。两种方向的楔形机构10均与第二劈裂棒中设有液压油路连通，利用液压油推动楔形机构对矿层施加挤压力。由于楔形机构10在第二劈裂棒长度方向上交替布置有多个，不会影响两侧受力平衡。而且，采用这种交替布置的方式，在第二劈裂棒8同一截面的径向上只需要设置一个楔形机构10，可以增大楔形机构10的长度，增加挤压作用的行程，能有利于劈裂作业。

[0036]以上对具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的技术构思及其核心思想，尽管本文使用了特定的优选实施例对技术方案进行了描述和说明，但其不应理解为对本发明自身的限制。本领域技术人员在不脱离本发明技术构思的前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。这些轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

说明书附图(5)