權利要求

無

說明書

技術領域

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

背景技術

[0002]液壓劈裂技術是通過對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，對周圍環(huán)境更為優(yōu)化，有利于生態(tài)環(huán)境保護。在礦硐開采中使用液壓劈裂技術，能夠降低施工難度，提高開采速度。

[0003]液壓劈裂由于采用對巖層局部施壓使其兩側產(chǎn)生裂紋的原理，一般適用于整體性良好的硬質或中硬巖。而對于整體性不佳，節(jié)理裂隙稍大或層間存在充填物的巖層，會出現(xiàn)劈裂時劈裂孔周圍單個巖塊被壓裂而稍遠的巖塊確不動的現(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，采用液壓劈裂技術時，為了確保達到劈裂效果，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，必然導致開采速度降低。

發(fā)明內容

[0004]本發(fā)明所要解決的技術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開采方法。

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

(1)、根據(jù)礦硐的設計位置，在硐口處搭建導向墻;

(2)、劃定礦硐巷道截面輪廓線的位置，用取芯鉆機沿輪廓線開設鉆孔，鉆孔方向與巷道方向平行，開設的多個鉆孔重疊相接，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線，標線形狀與巷道拱頂輪廓相適應;用取芯鉆機沿標線間隔開設水平延伸的劈裂孔;

(4)、從周邊開始向中心逐層對開采區(qū)域的礦層進行劈裂作業(yè)，每層劈裂作業(yè)時，將該層的劈裂孔分為間隔交替設置的第一劈裂孔和第二劈裂孔，第二劈裂孔位于相鄰兩個第一劈裂孔之間;在第一劈裂孔中設置壓力方向朝向臨空面的第一劈裂棒，通過對第一劈裂孔朝向臨空面一側的孔壁施壓，形成促使礦層劈裂的拉伸力;在第二劈裂孔中設置壓力方向朝向兩側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)、整個開采區(qū)域均完成劈裂作業(yè)后，采用破碎機對開采區(qū)域劈裂的礦層進一步破碎，并采用鏟運車進行清理裝運破碎的礦石;

(6)、重復步驟(2)至(5)進行巷道掘進開采。

[0006]所述取芯鉆機的鉆孔直徑為220mm，長度為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，在巷道頂部設置支護后再重復步驟(2)至(5)進行巷道掘進開采。

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

[0010]所述步驟(4)中，每層劈裂作業(yè)時，在該層的劈裂孔都放置劈裂棒后統(tǒng)一進行劈裂作業(yè)，或者將該層的劈裂孔劃分為幾個區(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伸出的楔形機構對第二劈裂孔中朝向第一劈裂孔的孔壁施壓，在楔形機構頂端破壞孔壁礦層的同時，利用楔形機構的楔形面對礦層施加迫使其劈裂的擠壓力。

[0012]所述第二劈裂棒的兩側均沿其長度方向排布有多個可朝第二劈裂棒兩側伸出的楔形機構，所述楔形機構的尖端朝外，其楔形面與第二劈裂棒的軸線平行。

[0013]所述楔形機構的兩側均有楔形面，且兩側楔形面的斜度相同。

[0014]所述的第二劈裂棒中設有液壓油路，利用液壓油推動楔形機構對礦層施加擠壓力。

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

附圖說明

[0016]圖1是本發(fā)明礦硐開采面的一個實施例示意圖。

[0017]圖2是本發(fā)明礦硐開采面的另一實施例示意圖。

[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構的結構方式示意圖。

[0021]圖中標記：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、楔形機構，11、安裝套，12、液壓油流通口，13、活塞柱，14、活塞，15、劈裂頭，16、回復彈簧。

具體實施方式

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

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

(1)、根據(jù)礦硐的設計位置，在硐口處利用方鋼和角鐵做弧形搭建導向墻，為后續(xù)鉆孔劈裂做基礎。導向墻的具體結構和搭建方法參照現(xiàn)有技術。

[0024](2)、劃定礦硐巷道截面1輪廓線的位置，標示出開挖區(qū)域。如圖1所示，用取芯鉆機沿輪廓線開設鉆孔2，鉆孔為水平孔，鉆進方向與巷道方向平行。如圖1和3所示，開設的多個鉆孔重疊相接，使鉆孔之間打通，形成圍繞開采區(qū)域4的臨空面3。所述取芯鉆機的鉆孔直徑可以采用220mm，長度為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，設計方案為3m×3m的硐口，臨空面設計可以設計64個鉆孔。在圖1所示實施例中，礦硐巷道截面1作為整體進行掘進開采，其形成的臨空面圍繞整個巷道截面。

[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線。例如圖1所示，從周邊開始向中心間隔設置有4層標線。標線形狀與巷道拱頂輪廓相適應。用取芯鉆機沿標線間隔開設劈裂孔，劈裂孔為水平延伸的平孔，其鉆進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開設，以減少設備使用種類，簡化開采工藝。相鄰兩個劈裂孔之間的間距設定為劈裂孔直徑的3—4倍，可利用空孔效應，在一個劈裂孔內放置劈裂棒對孔壁加壓進行劈裂時，使其作用力會經(jīng)由礦層向兩側傳導，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的作用范圍內，且不會距離過近導致劈裂孔數(shù)量過多。

[0026](4)、從周邊開始向中心逐層對開采區(qū)域4的礦層進行劈裂作業(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間隔交替設置，第二劈裂孔位于相鄰兩個第一劈裂孔之間。如圖4所示，在第一劈裂孔5中設置第一劈裂棒7，第二劈裂孔6中設置第二劈裂棒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第一劈裂孔。每層劈裂作業(yè)時，通過不同作用方式的第一劈裂棒7和第二劈裂棒8配合，通過對第一劈裂孔5朝向臨空面3一側的孔壁施壓，形成促使礦層沿該層標線劈裂的拉伸力，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，并形成應力集中效應，有利于在第一劈裂孔的壓力作用下使兩個劈裂孔之間礦層產(chǎn)生劈裂。

[0027]在每層劈裂作業(yè)時，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)、整個開采區(qū)域均完成劈裂作業(yè)后，采用破碎機對開采區(qū)域劈裂的礦層進一步破碎，并采用鏟運車進行清理裝運破碎的礦石。

[0029](6)、在巷道頂部設置支護后再重復步驟(2)至(5)進行巷道掘進開采。

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

[0031]在本發(fā)明中，第一劈裂棒7和第二劈裂棒8均采用液壓為驅動力。第一劈裂棒7的側壁上沿其長度方向分布有多個可從第一劈裂棒7中伸出的壓力頭，壓力頭設置與內部的液壓腔中，能夠在液壓油作用下向外伸出并頂在第一劈裂孔5內壁上對其施加推壓力。

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

[0033]楔形機構的結構可以如圖5所示，其包括一個裝在第二劈裂棒8內腔中的安裝套11，安裝套朝外的一端敞開，另一端設有液壓油流通口12。在安裝套11內設置有活塞柱13，活塞柱朝向液壓油流通口的一端設置有與安裝套內腔密封匹配的活塞14，另一端設有楔形的劈裂頭15。液壓油從液壓油流通口12進入安裝套11的內腔后，能夠經(jīng)由活塞14推動活塞柱13使其伸出安裝套11，利用活塞柱端部的劈裂頭15對孔壁施加擠壓力。在活塞柱13套設有回復彈簧16，回復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。當液壓油泄壓后，回復彈簧16能夠推動活塞復位。

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

[0035]在另一實施例中，第二劈裂棒8兩側的楔形機構10采用錯開布置的方式，兩側的楔形機構10在第二劈裂棒長度方向所處的位置不同，交替設置朝向不同方向伸出的楔形機構10。兩種方向的楔形機構10均與第二劈裂棒中設有液壓油路連通，利用液壓油推動楔形機構對礦層施加擠壓力。由于楔形機構10在第二劈裂棒長度方向上交替布置有多個，不會影響兩側受力平衡。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置一個楔形機構10，可以增大楔形機構10的長度，增加擠壓作用的行程，能有利于劈裂作業(yè)。

[0036]以上對具體實施方式的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的技術構思及其核心思想，盡管本文使用了特定的優(yōu)選實施例對技術方案進行了描述和說明，但其不應理解為對本發(fā)明自身的限制。本領域技術人員在不脫離本發(fā)明技術構思的前提下，可對其在形式上和細節(jié)上做出各種變化。這些輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。

說明書附圖(5)