本發(fā)明涉及一種地下硬巖礦山
采礦法，尤其涉及一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下礦山采礦方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于地下硬巖礦山來(lái)說(shuō)，通常采用鑿巖、爆破的鉆爆法對(duì)礦體進(jìn)行開(kāi)采。在回采過(guò)程中，礦體的可鉆性和可爆性將對(duì)爆破效果產(chǎn)生重要的影響，尤其是當(dāng)遇到巖體較為堅(jiān)硬時(shí)，可鉆性較差，鉆孔速度慢、鉆頭磨損嚴(yán)重，破巖成本高，嚴(yán)重影響了礦體的開(kāi)采工作，難以達(dá)到安全高效開(kāi)采的要求。
微波是指頻率為300mhz～300ghz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱，即波長(zhǎng)在1毫米～1米之間的電磁波。微波具有選擇性加熱的特點(diǎn)，在微波照射下，含有多種不同性質(zhì)礦物顆粒的巖石會(huì)產(chǎn)生損傷和裂紋，并減低巖石的強(qiáng)度。目前，如何把微波加熱技術(shù)和采礦技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種基于微波輔助的金屬礦體開(kāi)采方法還有缺乏研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本申請(qǐng)旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提供一種爆破成本低，崩礦效率高的微波照射破巖采礦方法。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下采礦方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟一：根據(jù)礦體賦存條件確定出采場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸，并完成礦體的可鉆性和可爆性評(píng)價(jià)，獲得礦體的堅(jiān)硬程度評(píng)價(jià)結(jié)果；
步驟二：根據(jù)礦體的礦物成分和堅(jiān)硬程度評(píng)價(jià)結(jié)果，確定微波功率、照射時(shí)間以及微波照射鉆孔的孔間距；其中，微波照射鉆孔孔間距d需滿足如下關(guān)系式：
式中：ε′為巖石材料介電常數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，ε″為巖石材料介電損耗因子；
步驟三：在鑿巖巷道內(nèi)鉆鑿上向微波照射鉆孔，將微波發(fā)生器裝入微波照射鉆孔中，對(duì)礦體進(jìn)行微波照射；
步驟四：微波照射完畢后，回收微波發(fā)生器，鉆鑿上向中深炮孔，并在上向中深炮孔中進(jìn)行炸藥裝填。然后根據(jù)分段崩落法自上而下進(jìn)行礦體回采，崩落的礦石由
鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至溜礦井，再由出礦巷道運(yùn)出。
進(jìn)一步的，在礦體下部掘進(jìn)階段運(yùn)輸巷道，再自階段運(yùn)輸巷道沿著礦體走向方向掘進(jìn)穿脈巷道；在礦體下盤(pán)的穿脈巷道向上掘進(jìn)通風(fēng)天井，直到礦體之上的高度，再?gòu)拇烁叨妊氐V體走向掘進(jìn)回風(fēng)巷道；自通風(fēng)風(fēng)井在礦體外圍掘進(jìn)各分段出礦巷道，之后在礦體內(nèi)部開(kāi)挖鑿巖巷道；然后自礦體下盤(pán)的穿脈巷道向上掘進(jìn)溜礦井到各分段出礦巷道。
進(jìn)一步的，穿脈巷道間距取100～120m，溜井間距取30～40m。
進(jìn)一步的，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸取：階段高度為60～80m，礦塊長(zhǎng)度為50～60m，分段高度為10～15m。
進(jìn)一步的，在鑿巖巷道鉆鑿上向扇形中深炮孔。
進(jìn)一步的，在采的下分段礦體正在進(jìn)行微波孔的鉆鑿和微波的照射，中分段正在鉆鑿炮孔，上分段已完成所有炮孔的鉆鑿工作，上分段超前于下分段進(jìn)行崩礦，使得礦體從上向下依次冒落，實(shí)現(xiàn)礦石連續(xù)不斷的生產(chǎn)。
進(jìn)一步的，崩落的礦石使用鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)分段出礦巷道運(yùn)至其端部的溜礦井，放下的礦石通過(guò)穿脈巷道到達(dá)階段運(yùn)輸巷道運(yùn)出。
進(jìn)一步的，所述微波照射鉆孔在完成微波照射并回收微波發(fā)生器后，也進(jìn)行炸藥裝填，并進(jìn)行爆破崩礦。
進(jìn)一步的，所述礦體為穩(wěn)固堅(jiān)硬、中厚傾斜的礦體。
微波加熱巖石取決于巖石內(nèi)各礦物成分吸收微波的電場(chǎng)強(qiáng)度、微波頻率及其介電損耗，單位體積的介電材料損耗的微波功率p可用下式計(jì)算獲得：
p＝2πfε0ε″e(cuò)2
式中，f為微波頻率，ε0為真空介電常數(shù)(8.85×10-12f/m)，ε″為巖石材料介電損耗因子，e為電場(chǎng)強(qiáng)度。
根據(jù)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，巖石吸收的微波能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，對(duì)于同一介質(zhì)而言，介質(zhì)損耗是基本固定的，p與電場(chǎng)強(qiáng)度e的平方和頻率f成正比，因此，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，頻率越高，照射時(shí)間越長(zhǎng)，介質(zhì)吸收的微波功率就越大，介質(zhì)產(chǎn)生的熱量和溫升就越大，巖石吸熱破壞就越嚴(yán)重。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：
當(dāng)巖石類型、微波頻率確定后，根據(jù)上述公式確定的微波照射鉆孔間距d，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：1)保證待開(kāi)采的礦體區(qū)域能夠全部被微波照射，照射范圍內(nèi)的礦體強(qiáng)度和完整體均得到弱化；2)能最大程度的提高微波能量的利用效率，保證礦體崩落效果；3)可實(shí)現(xiàn)微波照射孔的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)；4)可為微波照射作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性分析找到平衡點(diǎn)。
在穩(wěn)固堅(jiān)硬、中厚傾斜礦體的開(kāi)采中，利用微波照射破巖技術(shù)，鉆鑿微波照射鉆孔，并將微波照射鉆孔的孔間距設(shè)定在特定的范圍，安裝并運(yùn)行微波發(fā)生器，利用微波照射下巖石內(nèi)各礦物成分發(fā)生的不同熱膨脹，在礦體內(nèi)產(chǎn)生損傷和裂紋，降低礦體的強(qiáng)度和硬度，最后在微波照射后的礦體內(nèi)進(jìn)行鑿巖崩礦，在保證崩礦安全性的前提下，解決了地下礦山中厚傾斜、穩(wěn)固堅(jiān)硬礦體可崩性差、爆破成本高的問(wèn)題。
附圖說(shuō)明
圖1是利用微波照射破巖技術(shù)的采礦方案主視圖，即沿圖2中ⅰ-ⅰ線剖面圖；
圖2是沿圖1中ⅱ-ⅱ線剖面圖；
圖中：1—階段運(yùn)輸巷道；2—穿脈巷道；3—溜礦井；4—分段出礦巷道；5—通風(fēng)天井；6—回風(fēng)巷道；7-微波照射鉆孔；8-鑿巖巷道；9-炮孔；10-崩落的礦石；11-鏟運(yùn)機(jī)；12-微波發(fā)生器；13-鑿巖機(jī)；14-原生裂隙；15-微波照射次生裂隙。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下礦山采礦方法，首先鉆鑿微波照射鉆孔，并安裝微波發(fā)生器發(fā)射微波對(duì)礦體進(jìn)行照射，利用微波照射產(chǎn)生的加熱效果改變巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，使其內(nèi)部節(jié)理裂隙不斷萌生、擴(kuò)展與貫通，增加巖體的軟弱結(jié)構(gòu)面，大大減低巖體的強(qiáng)度和完整性；然后再對(duì)微波照射后的礦體采用分段崩落法采礦工藝進(jìn)行爆破崩礦，從而實(shí)現(xiàn)礦體安全、高效開(kāi)采。
圖1是利用微波照射破巖技術(shù)的采礦方案主視圖。首先根據(jù)礦體賦存條件確定出采場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸，取階段高度為60～80m，礦塊長(zhǎng)度為50～60m，分段高度為10～15m；同時(shí)，對(duì)礦體進(jìn)行可鉆性和可爆性評(píng)價(jià)，獲得礦體的堅(jiān)硬程度評(píng)價(jià)結(jié)果；再綜合礦物組成成分，進(jìn)行試驗(yàn)，確定使用的微波功率和照射時(shí)間，并完成微波照射設(shè)備選型。
在礦體下部掘進(jìn)階段運(yùn)輸巷道1，再自階段運(yùn)輸巷道沿著礦體走向方向掘進(jìn)穿脈巷道2，間距取100～120m；在礦體下盤(pán)的穿脈巷道向上掘進(jìn)通風(fēng)天井5，直到礦體之上的高度，再?gòu)拇烁叨妊氐V體走向掘進(jìn)回風(fēng)巷道6；以10-15m的分段高度，自通風(fēng)風(fēng)井在礦體外圍掘進(jìn)各分段出礦巷道4，之后在礦體內(nèi)部開(kāi)挖鑿巖巷道8；然后自礦體下盤(pán)的穿脈巷道向上掘進(jìn)溜礦井3到各分段出礦巷道，溜井間距取30～40m。
根據(jù)選定的微波發(fā)生器和礦體賦存條件，進(jìn)行微波照射鉆孔的設(shè)計(jì)，其中，微波照射鉆孔孔間距d需滿足如下關(guān)系式：
式中：ε′為巖石材料介電常數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，ε″為巖石材料介電損耗因子。
當(dāng)巖石類型、微波頻率確定后，根據(jù)上述公式確定的微波照射鉆孔間距d，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：1)保證待開(kāi)采的礦體區(qū)域能夠全部被微波照射，照射范圍內(nèi)的礦體強(qiáng)度和完整體均得到弱化；2)能最大程度的提高微波能量的利用效率，保證礦體崩落效果；3)可實(shí)現(xiàn)微波照射孔的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)；4)可為微波照射作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性分析找到平衡點(diǎn)。
按設(shè)計(jì)通過(guò)鑿巖機(jī)13在鑿巖巷道8內(nèi)鉆鑿上微波照射鉆孔7，在孔內(nèi)安裝微波發(fā)生器12，調(diào)試完畢后進(jìn)行微波照射，微波使得巖石在原生裂隙14的基礎(chǔ)上發(fā)展出微波照射次生裂隙15；結(jié)束后，回收微波發(fā)生器，在鑿巖巷道鉆鑿上向扇形中深炮孔9，根據(jù)分段崩落法的回采工藝對(duì)礦體進(jìn)行回采。圖2中在開(kāi)采的下分段礦體正在進(jìn)行微波孔的鉆鑿和微波的照射，中分段正在鉆鑿炮孔，上分段已完成所有炮孔的鉆鑿工作，上分段超前于下分段進(jìn)行崩礦，使得礦體從上向下依次冒落，實(shí)現(xiàn)礦石連續(xù)不斷的生產(chǎn)。因?yàn)榈V體穩(wěn)固堅(jiān)硬，巷道斷面比較穩(wěn)定，所以崩落的礦石10使用鏟運(yùn)機(jī)11經(jīng)分段出礦巷道4運(yùn)至其端部的溜礦井3，放下的礦石通過(guò)穿脈巷道2到達(dá)階段運(yùn)輸巷道1運(yùn)出。
本發(fā)明針對(duì)地下礦山中穩(wěn)固堅(jiān)硬、中厚傾斜礦體開(kāi)采的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種安全高效的開(kāi)采方式。利用微波照射降低礦體的強(qiáng)度和硬度后再鑿巖崩礦，將微波加熱技術(shù)和采礦技術(shù)良好結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種基于微波輔助的地下金屬礦體開(kāi)采方法。應(yīng)用本方法，在保證崩礦安全性的前提下，解決了地下礦山中厚傾斜、穩(wěn)固堅(jiān)硬礦體可崩性差、爆破成本高的問(wèn)題。
上述實(shí)施例僅僅是清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里也無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施例予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
技術(shù)特征：
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下采礦法?；夭蓤?jiān)硬、穩(wěn)固礦體時(shí)，首先鉆鑿微波照射鉆孔，并安裝微波發(fā)生器發(fā)射微波對(duì)鉆孔周圍礦體進(jìn)行照射，利用微波照射產(chǎn)生的加熱效果改變礦體的物理力學(xué)性質(zhì)，使其內(nèi)部節(jié)理裂隙不斷萌生、擴(kuò)展與貫通，增加礦體的軟弱結(jié)構(gòu)面，減低巖體的強(qiáng)度和完整性；然后再對(duì)微波照射后的礦體采用分段崩落法采礦工藝進(jìn)行爆破崩礦，在保證崩礦安全性的前提下，解決了地下礦山中厚傾斜、穩(wěn)固堅(jiān)硬礦體可崩性差、爆破成本高的問(wèn)題。
技術(shù)研發(fā)人員：李杰林;洪流;周科平;高峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2019.06.28
技術(shù)公布日：2019.08.20
聲明：
“利用微波照射破巖技術(shù)的地下礦山采礦方法與流程” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
917
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：中南大學(xué)
分享 0
舉報(bào) 0
收藏 0
反對(duì) 0
點(diǎn)贊 0
中冶有色技術(shù)平臺(tái)
2024年10月25日 ~ 27日 
京公網(wǎng)安備 11010702002294號(hào)
