一种利用微波照射破岩技术的地下矿山采矿方法与流程

本发明涉及一种地下硬岩矿山采矿法，尤其涉及一种利用微波照射破岩技术的地下矿山采矿方法。

背景技术：

对于地下硬岩矿山来说，通常采用凿岩、爆破的钻爆法对矿体进行开采。在回采过程中，矿体的可钻性和可爆性将对爆破效果产生重要的影响，尤其是当遇到岩体较为坚硬时，可钻性较差，钻孔速度慢、钻头磨损严重，破岩成本高，严重影响了矿体的开采工作，难以达到安全高效开采的要求。

微波是指频率为300mhz～300ghz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1毫米～1米之间的电磁波。微波具有选择性加热的特点，在微波照射下，含有多种不同性质矿物颗粒的岩石会产生损伤和裂纹，并减低岩石的强度。目前，如何把微波加热技术和采矿技术相结合，实现一种基于微波辅助的金属矿体开采方法还有缺乏研究。

技术实现要素：

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种爆破成本低，崩矿效率高的微波照射破岩采矿方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种利用微波照射破岩技术的地下采矿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：根据矿体赋存条件确定出采场结构尺寸，并完成矿体的可钻性和可爆性评价，获得矿体的坚硬程度评价结果；

步骤二：根据矿体的矿物成分和坚硬程度评价结果，确定微波功率、照射时间以及微波照射钻孔的孔间距；其中，微波照射钻孔孔间距d需满足如下关系式：

式中：ε′为岩石材料介电常数，λ为微波波长，ε″为岩石材料介电损耗因子；

步骤三：在凿岩巷道内钻凿上向微波照射钻孔，将微波发生器装入微波照射钻孔中，对矿体进行微波照射；

步骤四：微波照射完毕后，回收微波发生器，钻凿上向中深炮孔，并在上向中深炮孔中进行炸药装填。然后根据分段崩落法自上而下进行矿体回采，崩落的矿石由铲运机运至溜矿井，再由出矿巷道运出。

进一步的，在矿体下部掘进阶段运输巷道，再自阶段运输巷道沿着矿体走向方向掘进穿脉巷道；在矿体下盘的穿脉巷道向上掘进通风天井，直到矿体之上的高度，再从此高度沿矿体走向掘进回风巷道；自通风风井在矿体外围掘进各分段出矿巷道，之后在矿体内部开挖凿岩巷道；然后自矿体下盘的穿脉巷道向上掘进溜矿井到各分段出矿巷道。

进一步的，穿脉巷道间距取100～120m，溜井间距取30～40m。

进一步的，采场结构尺寸取：阶段高度为60～80m，矿块长度为50～60m，分段高度为10～15m。

进一步的，在凿岩巷道钻凿上向扇形中深炮孔。

进一步的，在采的下分段矿体正在进行微波孔的钻凿和微波的照射，中分段正在钻凿炮孔，上分段已完成所有炮孔的钻凿工作，上分段超前于下分段进行崩矿，使得矿体从上向下依次冒落，实现矿石连续不断的生产。

进一步的，崩落的矿石使用铲运机经分段出矿巷道运至其端部的溜矿井，放下的矿石通过穿脉巷道到达阶段运输巷道运出。

进一步的，所述微波照射钻孔在完成微波照射并回收微波发生器后，也进行炸药装填，并进行爆破崩矿。

进一步的，所述矿体为稳固坚硬、中厚倾斜的矿体。

微波加热岩石取决于岩石内各矿物成分吸收微波的电场强度、微波频率及其介电损耗，单位体积的介电材料损耗的微波功率p可用下式计算获得：

p＝2πfε0ε″e²

式中，f为微波频率，ε0为真空介电常数(8.85×10^-12f/m)，ε″为岩石材料介电损耗因子，e为电场强度。

根据能量守恒和转化定律，岩石吸收的微波能会转化为热能，对于同一介质而言，介质损耗是基本固定的，p与电场强度e的平方和频率f成正比，因此，电场强度越大，频率越高，照射时间越长，介质吸收的微波功率就越大，介质产生的热量和温升就越大，岩石吸热破坏就越严重。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

当岩石类型、微波频率确定后，根据上述公式确定的微波照射钻孔间距d，具有明显的优点：1)保证待开采的矿体区域能够全部被微波照射，照射范围内的矿体强度和完整体均得到弱化；2)能最大程度的提高微波能量的利用效率，保证矿体崩落效果；3)可实现微波照射孔的精准设计；4)可为微波照射作业的经济性分析找到平衡点。

在稳固坚硬、中厚倾斜矿体的开采中，利用微波照射破岩技术，钻凿微波照射钻孔，并将微波照射钻孔的孔间距设定在特定的范围，安装并运行微波发生器，利用微波照射下岩石内各矿物成分发生的不同热膨胀，在矿体内产生损伤和裂纹，降低矿体的强度和硬度，最后在微波照射后的矿体内进行凿岩崩矿，在保证崩矿安全性的前提下，解决了地下矿山中厚倾斜、稳固坚硬矿体可崩性差、爆破成本高的问题。

附图说明

图1是利用微波照射破岩技术的采矿方案主视图，即沿图2中ⅰ-ⅰ线剖面图；

图2是沿图1中ⅱ-ⅱ线剖面图；

图中：1—阶段运输巷道；2—穿脉巷道；3—溜矿井；4—分段出矿巷道；5—通风天井；6—回风巷道；7-微波照射钻孔；8-凿岩巷道；9-炮孔；10-崩落的矿石；11-铲运机；12-微波发生器；13-凿岩机；14-原生裂隙；15-微波照射次生裂隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种利用微波照射破岩技术的地下矿山采矿方法，首先钻凿微波照射钻孔，并安装微波发生器发射微波对矿体进行照射，利用微波照射产生的加热效果改变岩体的物理力学性质，使其内部节理裂隙不断萌生、扩展与贯通，增加岩体的软弱结构面，大大减低岩体的强度和完整性；然后再对微波照射后的矿体采用分段崩落法采矿工艺进行爆破崩矿，从而实现矿体安全、高效开采。

图1是利用微波照射破岩技术的采矿方案主视图。首先根据矿体赋存条件确定出采场结构尺寸，取阶段高度为60～80m，矿块长度为50～60m，分段高度为10～15m；同时，对矿体进行可钻性和可爆性评价，获得矿体的坚硬程度评价结果；再综合矿物组成成分，进行试验，确定使用的微波功率和照射时间，并完成微波照射设备选型。

在矿体下部掘进阶段运输巷道1，再自阶段运输巷道沿着矿体走向方向掘进穿脉巷道2，间距取100～120m；在矿体下盘的穿脉巷道向上掘进通风天井5，直到矿体之上的高度，再从此高度沿矿体走向掘进回风巷道6；以10-15m的分段高度，自通风风井在矿体外围掘进各分段出矿巷道4，之后在矿体内部开挖凿岩巷道8；然后自矿体下盘的穿脉巷道向上掘进溜矿井3到各分段出矿巷道，溜井间距取30～40m。

根据选定的微波发生器和矿体赋存条件，进行微波照射钻孔的设计，其中，微波照射钻孔孔间距d需满足如下关系式：

式中：ε′为岩石材料介电常数，λ为微波波长，ε″为岩石材料介电损耗因子。

当岩石类型、微波频率确定后，根据上述公式确定的微波照射钻孔间距d，具有明显的优点：1)保证待开采的矿体区域能够全部被微波照射，照射范围内的矿体强度和完整体均得到弱化；2)能最大程度的提高微波能量的利用效率，保证矿体崩落效果；3)可实现微波照射孔的精准设计；4)可为微波照射作业的经济性分析找到平衡点。

按设计通过凿岩机13在凿岩巷道8内钻凿上微波照射钻孔7，在孔内安装微波发生器12，调试完毕后进行微波照射，微波使得岩石在原生裂隙14的基础上发展出微波照射次生裂隙15；结束后，回收微波发生器，在凿岩巷道钻凿上向扇形中深炮孔9，根据分段崩落法的回采工艺对矿体进行回采。图2中在开采的下分段矿体正在进行微波孔的钻凿和微波的照射，中分段正在钻凿炮孔，上分段已完成所有炮孔的钻凿工作，上分段超前于下分段进行崩矿，使得矿体从上向下依次冒落，实现矿石连续不断的生产。因为矿体稳固坚硬，巷道断面比较稳定，所以崩落的矿石10使用铲运机11经分段出矿巷道4运至其端部的溜矿井3，放下的矿石通过穿脉巷道2到达阶段运输巷道1运出。

本发明针对地下矿山中稳固坚硬、中厚倾斜矿体开采的技术问题，提供了一种安全高效的开采方式。利用微波照射降低矿体的强度和硬度后再凿岩崩矿，将微波加热技术和采矿技术良好结合，实现了一种基于微波辅助的地下金属矿体开采方法。应用本方法，在保证崩矿安全性的前提下，解决了地下矿山中厚倾斜、稳固坚硬矿体可崩性差、爆破成本高的问题。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。