体，或者控制平衡拱的崩落时序。矿块拉底时，拉底方式根据矿块布置方式，沿走向采用中央向两端拉底，垂直走向则采用由下盘向上盘，采用相应规格的二氧化碳爆破器强制分块爆破以控制上盘的崩落时间，防止过早崩落。并最终形成拉底空间和出矿巷道和矿石溜井。
[0020]铲运机出矿底部结构可采用平底结构，设计参数由铲运机型号及其安全运行的可靠度来确定，出矿进路间距一般取15m。崩落矿石14在重力作用下从聚矿沟流到出矿巷道，由铲运机经溜井放出至阶段运输巷道。放矿时，先放出三分之一，余矿留待全阶段自然崩落完成后大量放矿。铲运机处理大块能力强，机动灵活，设备生产率高，适于集中管理，放矿控制较好，生产成本较低。但由于铲运机出矿对巷道断面要求较大，当矿体比较破碎，支护困难时可考虑采用电耙出矿。
[0021]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0022]参见图1、图2和图3，首先根据矿体的实际厚度和倾角布置矿体的采矿矿段及矿块的结构尺寸；用传统方法在矿块下部掘进阶段运输巷道I及穿脉出矿横巷2，间距取30?40m ;掘进和开挖形出矿横巷4与出矿进路5，其中出矿进路间距取10?15m ;然后在矿体中掘进水平向的联络道6，在矿体两端顶底盘沿脉卸矿巷道内从下往上掘进布置溜井3，溜井间距同出矿穿脉巷道间距相等；在矿块边界外围7?1m处布置观察天井7，并自观察天井7向着矿体方向掘进水平向的观察人道8，并使其与矿体侧向掘进水平向的切帮巷道10相连；并自下而上掘进切帮天井9 ;在矿体上部形成的切帮巷道中部掘进钻孔摄像凿岩道11，利用潜孔钻机钻凿90毫米的大直径深孔12，垂直矿体走向，间距取8?10m，用于数字钻孔摄影测量并评价矿体的可崩性，为确定采矿矿段的结构尺寸以及采用二氧化碳爆破器参数值提供依据，钻孔摄像工作应在回采拉底落矿之前进行，同时在回采过程中可不间断探测，以实时监测矿体的崩落情况。拉底后自然崩落的矿石，铲运机通过装矿进路5进入采场进行矿山铲装，由出矿横巷4运至溜井进行放矿，放下的矿石通过阶段运输平巷运出。
[0023]回车过程中，采用切帮巷道10进行切帮，削弱矿块边界与原矿及岩体的联系，当矿体部分难以崩落或则形成较稳固的平衡拱阻止了岩石的自然连续冒落，在矿体两侧的切帮巷道10中钻凿诱导预裂炮孔13，炮孔可扇形布置，深度不应超过矿体的中部，采用液态二氧化碳爆破器进行爆破诱导致裂，爆破器规格根据孔深和岩体稳定性确定，原则人为可控，不形成岩体立即冒落，以便安全回收液态二氧化碳爆破器；拉底过程中也采用液态二氧化碳爆破器进行爆破扩漏中，以控制对出口进路的损伤及周边岩体的损伤；可采用潜孔钻机钻凿直径45mm的上向扇形中深孔进行拉底，根据所需爆破压力值将相应规格的液态二氧化碳爆破器送人炮孔，然后进行封堵，进行爆破作业，每次爆破3排炮孔。根据矿石可崩性，使拉底速度保持与矿石自然崩落速度一致。
[0024]本发明减轻了自然崩落法在管理上以及灵活性方面的难题，为急倾斜破碎复杂矿体的开采提供了一种安全高效的开采方式。应用本专利方法，使用二氧化碳高压气体崩矿加速节理裂隙发育来诱导矿体自然崩落，使得自然崩落法的可靠性大大提高，而且克服了传统炸药爆破所带来的种种弊端；提高了采矿作业的效率，降低了成本及损失贫化率，尤其是对于深部开采，减轻了由爆破带来的岩体动力损伤控制及炮烟危害等问题，提高了作业的安全性。
【主权项】
1.一种采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，其特征是:利用液态二氧化碳汽化物理作用产生的高压气体对矿体关键部位进行诱导致裂，控制平衡拱的发展，从而有效实现岩石内节理裂隙的萌生、扩展与贯通，大大降低岩体强度及完整性，以至于最终矿体在矿石自重和地压作用下发生连续的自然崩落，实现安全高效开采。
2.根据权利要求1所述的采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，其特征是:首先确定矿体及围岩的可崩性，通过岩体内裂缝及裂隙发育情况的数字式全景钻孔摄像与探测，根据全景图像的逆变换算法，还原和形成三维虚拟岩芯图及孔壁展开平面图；基于图像数字处理与计算机视觉技术，获取岩石裂隙、节理等结构面信息；将钻孔数字图像转化为岩石物理参数的分布图，对岩体质量进行数值模拟评价；并结合现场岩体工程地质，建立岩体的可崩性的精细分级模型，以确定后续使用的二氧化碳高压气体的爆破压力值； 在可崩性评价的基础上，结合矿体赋存条件，选择合适的开采方式，当矿石可崩性好时使用矿块开采，矿石可崩性中等时采用盘区开采，可崩性差时则采用全面连续开采；然后进行采准工程布置，采场的结构参数设计，包括矿块高度与水平尺寸的取值；再进行采切工作，主要包括掘进运输平巷和横巷、电耙道或铲运机道、放矿溜井、行人通风天井、凿岩天井、观察天井或人道及切帮平巷；利用切帮沿矿块边界削弱矿块与原矿与岩体的联系，破坏矿石自然崩落过程中形成的平衡拱基，控制崩落边界，并提高边界附近高应力区巷道稳定性；在矿块底部进行拉低形成自由空间，使矿石达到自然崩落，拉底过程中采用炸药爆破及液态二氧化碳爆破相结合的方法以减少爆破对出矿巷道的稳定性影响；崩下的矿石经底部出矿巷道放出，采用电耙或铲运机出矿。
3.根据权利要求2所述的采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，其特征是:首先根据矿体的实际厚度和倾角布置矿体的采矿矿段及矿块的结构尺寸；用传统方法在矿块下部掘进阶段运输巷道及穿脉出矿横巷，间距取30?40m ;掘进和开挖形出矿横巷与出矿进路，其中出矿进路间距取10?15m ;然后在矿体中掘进水平向的联络道，在矿体两端顶底盘沿脉卸矿巷道内从下往上掘进布置溜井，溜井间距同出矿穿脉巷道间距相等；在矿块边界外围7?1m处布置观察天井，并自观察天井向着矿体方向掘进水平向的观察人道，并使其与矿体侧向掘进水平向的切帮巷道相连；并自下而上掘进切帮天井；在矿体上部形成的切帮巷道中部掘进钻孔摄像凿岩道，利用潜孔钻机钻凿90毫米的大直径深孔，垂直矿体走向，间距取8?10m，用于数字钻孔摄影测量并评价矿体的可崩性，同时在回采过程中可不间断探测，以实时监测矿体的崩落情况；拉底后自然崩落的矿石，铲运机通过装矿进路进入采场进行矿山铲装，由出矿横巷运至溜井进行放矿，放下的矿石通过阶段运输平巷运出； 回车过程中，采用切帮巷道进行切帮，削弱矿块边界与原矿及岩体的联系，当矿体部分难以崩落或则形成较稳固的平衡拱阻止了岩石的自然连续冒落，在矿体两侧的切帮巷道中钻凿诱导预裂炮孔，炮孔扇形布置，深度不超过矿体的中部，采用液态二氧化碳爆破器进行爆破诱导致裂，爆破器规格根据孔深和岩体稳定性确定，原则人为可控，不形成岩体立即冒落，以便安全回收液态二氧化碳爆破器；拉底过程中也采用液态二氧化碳爆破器进行爆破扩漏中，以控制对出口进路的损伤及周边岩体的损伤；采用潜孔钻机钻凿直径45mm的上向扇形中深孔进行拉底，根据所需爆破压力值将相应规格的液态二氧化碳爆破器送人炮孔，然后进行封堵，进行爆破作业，每次爆破3排炮孔；根据矿石可崩性，使拉底速度保持与矿石自然崩落速度一致。
4.根据权利要求3所述的采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，其特征是:为确定采矿矿段的结构尺寸以及采用二氧化碳爆破器参数值提供依据，钻孔摄像工作在回采拉底落矿之前进行。
【专利摘要】本发明公开了一种采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，作业时将可重复利用的二氧化碳爆破器代替炸药送入炮孔，管内的液态二氧化碳在通电加热条件下汽化形成高压气体，高压气体爆破能量使矿体内部的节理裂隙迅速发育，促使矿体在自重应力作用下实现连续的自然崩落。本发明特别适用于裂隙、节理或构造发育的大型块状矿床或中厚以上急倾斜破碎至中等坚固的地下矿开采。该方法爆破能量及泄放方式可控，爆破器可重复使用，具有作业安全，生产效率高，采矿成本低的特点。
【IPC分类】E21C41-22
【公开号】CN104632221
【申请号】CN201410798159
【发明人】周科平, 高峰, 高宏伟, 邓红卫, 李杰林
【申请人】中南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月19日