二氧化碳?xì)怏w爆破涉及一種采礦方法，特別是涉及一種地下礦崩落采礦方 法，尤其適用于裂隙、節(jié)理等構(gòu)造發(fā)育的厚大塊狀中等堅(jiān)固礦體的開(kāi) 采。
設(shè)備背景技術(shù)
厚大中等堅(jiān)固礦體的開(kāi)采，傳統(tǒng)采用分段或階段礦房法、崩落法 開(kāi)采，部分品位高、礦巖穩(wěn)定性差的礦床采用充填法進(jìn)行開(kāi)采。當(dāng)該 類礦體厚度變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育，在走向上不連續(xù)，礦石品位高且 變化大時(shí)，開(kāi)采損失貧化大，無(wú)法保證作業(yè)的安全性。
該類礦體也可采用自然崩落法進(jìn)行開(kāi)采。雖然自然崩落法開(kāi)采具 有生產(chǎn)能力大、便于組織管理、作業(yè)安全、開(kāi)采成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在 國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，主要因?yàn)槠鋵?duì)于礦體本身及其圍巖可崩性要求較高， 且需要大面積拉底，若礦體內(nèi)的節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，則巖體的崩落 很難持續(xù)有效進(jìn)行。國(guó)內(nèi)外一些礦山在崩落邊界布置的鑿巖巷道中鉆 鑿炮孔，采用爆破預(yù)裂控制崩落邊界，同時(shí)對(duì)難以自然崩落部分 用炮孔強(qiáng)制崩落，擴(kuò)大了自然崩落法的使用范圍，但常規(guī)的爆破 崩礦，存在如礦體頂?shù)装鍑鷰r動(dòng)力損傷大，爆破范圍及塊度難以控制， 盲炮難以處理等諸多問(wèn)題，這導(dǎo)致自然崩落法的應(yīng)用受到限制。
目前也有一些非爆破開(kāi)采的方法用于地下礦山，例如高壓水射流 以及圍巖弱化技術(shù)。不過(guò)高壓水射流更多適用于煤礦開(kāi)采，由于金屬 礦巖體本身比較堅(jiān)硬，采用該方法成本高且效果難以保證效果；圍巖 弱化技術(shù)在礦山開(kāi)采中運(yùn)用較為普遍，例如鉆空孔、切槽及松動(dòng)爆破 等方法，不過(guò)在對(duì)生產(chǎn)規(guī)模有要求的厚大礦體的高效采礦中，多是作 為采礦工藝的輔助技術(shù)。
二氧化碳爆破設(shè)備內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述厚大中等堅(jiān)固礦體，尤其 節(jié)理裂隙中等發(fā)育且厚度變化較大的礦體開(kāi)采，提供一種能大大減小 礦石崩落所需的拉底面積，有利于礦石自然連續(xù)崩落，并具有作業(yè)安 全、生產(chǎn)效率高、爆破動(dòng)力可控和采礦成本低的特點(diǎn)的采用液態(tài)二氧 化碳爆破誘導(dǎo)崩落采礦方法。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)崩 落采礦方法，利用液態(tài)二氧化碳汽化物理作用產(chǎn)生的高壓氣體對(duì)礦體 關(guān)鍵部位進(jìn)行誘導(dǎo)致裂，控制平衡拱的發(fā)展，從而有效實(shí)現(xiàn)巖石內(nèi)節(jié) 理裂隙的萌生、擴(kuò)展與貫通，大大降低巖體強(qiáng)度及完整性，以至于zui 終礦體在礦石自重和地壓作用下發(fā)生連續(xù)的自然崩落，實(shí)現(xiàn)安全高效 開(kāi)采。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：首先確定礦體及圍 巖的可崩性，通過(guò)巖體內(nèi)裂縫及裂隙發(fā)育情況的數(shù)字式全景鉆孔攝像 與探測(cè)，根據(jù)全景圖像的逆變換算法，還原和形成三維虛擬巖芯圖及 孔壁展開(kāi)平面圖；基于圖像數(shù)字處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，獲取巖石裂 隙、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面信息；將鉆孔數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為巖石物理參數(shù)的分布 圖，對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值模擬評(píng)價(jià)；并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖體工程地質(zhì)，建立 巖體的可崩性的精細(xì)分級(jí)模型，以確定后續(xù)使用的二氧化碳高壓氣體 的爆破壓力值；
在可崩性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦體賦存條件，選擇合適的開(kāi)采方 式，當(dāng)?shù)V石可崩性好時(shí)使用礦塊開(kāi)采，礦石可崩性中等時(shí)采用盤區(qū)開(kāi) 采，可崩性差時(shí)則采用全面連續(xù)開(kāi)采；然后進(jìn)行采準(zhǔn)工程布置，采場(chǎng) 的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，包括礦塊高度與水平尺寸的取值；再進(jìn)行采切工作， 主要包括掘進(jìn)運(yùn)輸平巷和橫巷、電耙道或鏟運(yùn)機(jī)道、放礦溜井、行人 通風(fēng)天井、鑿巖天井、觀察天井或人道及切幫平巷；利用切幫沿礦塊 邊界削弱礦塊與原礦與巖體的，破壞礦石自然崩落過(guò)程中形成的 平衡拱基，控制崩落邊界，并提高邊界附近高應(yīng)力區(qū)巷道穩(wěn)定性；在 礦塊底部進(jìn)行拉低形成自由空間，使礦石達(dá)到自然崩落，拉底過(guò)程中 采用爆破及液態(tài)二氧化碳爆破相結(jié)合的方法以減少爆破對(duì)出礦 巷道的穩(wěn)定性影響；崩下的礦石經(jīng)底部出礦巷道放出，采用電耙或鏟 運(yùn)機(jī)出礦。
具體地，首先根據(jù)礦體的實(shí)際厚度和傾角布置礦體的采礦礦段及 礦塊的結(jié)構(gòu)尺寸；用傳統(tǒng)方法在礦塊下部掘進(jìn)階段運(yùn)輸巷道及穿脈出 礦橫巷，間距取30～40m；掘進(jìn)和開(kāi)挖形出礦橫巷與出礦進(jìn)路，其中 出礦進(jìn)路間距取10～15m；然后在礦體中掘進(jìn)水平向的聯(lián)絡(luò)道，在礦 體兩端頂?shù)妆P沿脈卸礦巷道內(nèi)從下往上掘進(jìn)布置溜井，溜井間距同出 礦穿脈巷道間距相等；在礦塊邊界外圍7～10m處布置觀察天井，并 自觀察天井向著礦體方向掘進(jìn)水平向的觀察人道，并使其與礦體側(cè)向 掘進(jìn)水平向的切幫巷道相連；并自下而上掘進(jìn)切幫天井；在礦體上部 形成的切幫巷道中部掘進(jìn)鉆孔攝像鑿巖道，利用潛孔鉆機(jī)鉆鑿90毫 米的大直徑深孔，垂直礦體走向，間距取8～10m，用于數(shù)字鉆孔攝影 測(cè)量并評(píng)價(jià)礦體的可崩性，同時(shí)在回采過(guò)程中可不間斷探測(cè)，以實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)礦體的崩落情況；拉底后自然崩落的礦石，鏟運(yùn)機(jī)通過(guò)裝礦進(jìn)路 進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行礦山鏟裝，由出礦橫巷運(yùn)至溜井進(jìn)行放礦，放下的礦石 通過(guò)階段運(yùn)輸平巷運(yùn)出；

回車過(guò)程中，采用切幫巷道進(jìn)行切幫，削弱礦塊邊界與原礦及巖 體的，當(dāng)?shù)V體部分難以崩落或則形成較穩(wěn)固的平衡拱阻止了巖石 的自然連續(xù)冒落，在礦體兩側(cè)的切幫巷道中鉆鑿誘導(dǎo)預(yù)裂炮孔，炮孔 扇形布置，深度不超過(guò)礦體的中部，采用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行爆 破誘導(dǎo)致裂，規(guī)格根據(jù)孔深和巖體穩(wěn)定性確定，原則人為可控， 不形成巖體立即冒落，以便安全回收液態(tài)二氧化碳；拉底過(guò)程 中也采用液態(tài)二氧化碳進(jìn)行爆破擴(kuò)漏中，以控制對(duì)出口進(jìn)路的 損傷及周邊巖體的損傷；采用潛孔鉆機(jī)鉆鑿直徑45mm的上向扇形中 深孔進(jìn)行拉底，根據(jù)所需爆破壓力值將相應(yīng)規(guī)格的液態(tài)二氧化碳送人炮孔，然后進(jìn)行封堵，進(jìn)行爆破作業(yè)，每次爆破3排炮孔；根 據(jù)礦石可崩性，使拉底速度保持與礦石自然崩落速度*。

為確定采礦礦段的結(jié)構(gòu)尺寸以及采用二氧化碳參數(shù)值提 供依據(jù)，鉆孔攝像工作在回采拉底落礦之前進(jìn)行。
采用上述技術(shù)方案的采用液態(tài)二氧化碳爆破誘導(dǎo)崩落采礦方法， 應(yīng)用于崩落邊界的炮孔中，除可以控制崩落邊界外，還可以人工誘導(dǎo) 破壞崩落巖石暫時(shí)形成的穩(wěn)定平衡拱，甚至是強(qiáng)制崩落部分難以自然 崩落的礦巖體，以達(dá)到人為控制落礦和處理難以連續(xù)自然崩落的問(wèn) 題。同時(shí)，在拉底等對(duì)周圍巷道具有較大的爆破動(dòng)力損傷時(shí)，利用二 氧化碳爆破實(shí)現(xiàn)爆破動(dòng)力和能量泄放方式可控的爆破技術(shù)，達(dá)到安全 高效低成本的采礦目的。

作業(yè)時(shí)將可重復(fù)利用的二氧化碳代替送入炮孔，管內(nèi) 的液態(tài)二氧化碳在通電加熱條件下汽化形成高壓氣體，高壓氣體爆破 能量使礦體內(nèi)部的節(jié)理裂隙迅速發(fā)育，促使礦體在自重應(yīng)力作用下實(shí) 現(xiàn)連續(xù)的自然崩落。二氧化碳?xì)怏w爆破的有益效果是，利用二氧化碳?xì)怏w 的排放，可重復(fù)使用，操作簡(jiǎn)單，爆破能量可控，有效控制了 爆破帶來(lái)的巖體動(dòng)力損傷，保護(hù)巷道及圍巖穩(wěn)定性，無(wú)處理啞炮、盲 炮的危險(xiǎn)，生產(chǎn)的安全性得到大幅提高，采礦成本大幅降低。1—階段運(yùn)輸巷道；2—穿脈橫巷；3—溜井；4—出礦橫巷； 5—出礦進(jìn)路；6—聯(lián)絡(luò)道；7—觀察天井；8—觀察人道；9—切幫天 井；10—切幫巷道；11—鉆孔攝像鑿巖道；12—鉆孔攝像孔；13—誘 導(dǎo)預(yù)裂炮孔；14—崩落礦石。

液態(tài)二氧化碳爆破設(shè)備采礦方法@出租

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的采礦方案的具體用例是：針對(duì)上述類別礦體的開(kāi) 采，階段高度取60～80m，礦塊長(zhǎng)度一般取50～60m，當(dāng)?shù)V體破碎且 地壓較大時(shí)可減少至30～40m。用傳統(tǒng)的礦山開(kāi)拓采準(zhǔn)方法沿著礦體 走向方向掘進(jìn)階段運(yùn)輸平巷；在礦塊四個(gè)邊角處掘進(jìn)4條切幫天井， 自切幫天井底部起每隔8～10m高度沿礦塊周邊掘進(jìn)切幫巷道。在邊 角處根據(jù)巖體可崩性，適當(dāng)掘進(jìn)誘導(dǎo)預(yù)裂孔，采用鑿巖機(jī)掘進(jìn)直徑為 45～75mm扇形中深炮孔，采用二氧化碳強(qiáng)制預(yù)裂并崩落部分難 以自然崩落礦體，或者控制平衡拱的崩落時(shí)序。礦塊拉底時(shí)，拉底方 式根據(jù)礦塊布置方式，沿走向采用向兩端拉底，垂直走向則采用 由向上盤，采用相應(yīng)規(guī)格的二氧化碳強(qiáng)制分塊爆破以控制 上盤的崩落時(shí)間，防止過(guò)早崩落。并zui終形成拉底空間和出礦巷道和 礦石溜井。

鏟運(yùn)機(jī)出礦底部結(jié)構(gòu)可采用平底結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)參數(shù)由鏟運(yùn)機(jī)型號(hào)及 其安全運(yùn)行的可靠度來(lái)確定，出礦進(jìn)路間距一般取15m。崩落礦石14 在重力作用下從聚礦溝流到出礦巷道，由鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)溜井放出至階段運(yùn) 輸巷道。放礦時(shí)，先放出三分之一，余礦留待全階段自然崩落完成后 大量放礦。鏟運(yùn)機(jī)處理大塊能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活，設(shè)備生產(chǎn)率高，適于 集中管理，放礦控制較好，生產(chǎn)成本較低。但由于鏟運(yùn)機(jī)出礦對(duì)巷道 斷面要求較大，當(dāng)?shù)V體比較破碎，支護(hù)困難時(shí)可考慮采用電耙出礦。：石杰同步