矿石自然裂隙分解方法与流程

本公开涉及矿石开采技术领域，具体涉及一种矿石自然裂隙分解方法。

背景技术：

目前对于矿石的开采主要包括爆破开采和非爆破开采两种方法，其中爆破开采是指通过安装在钻孔内的炸药爆破的方式实现石材的开采。爆破开采的方式产生大量的粉尘和噪音污染，并且对矿山的山体破坏较大，导致矿体中的石材产生碎裂，降低开采率，因此目前已经基本禁止爆破开采方法开采石材。

非爆破开采包括机械切割或胀裂开采的方式，机械切割是指利用火焰切割或绳锯对石材矿体进行切割开采，这种方法对设备和场地要求高，开采效率低，无法应对大规模开采任务。机械切割逐层开采的方式都是按照人工预定的方向进行开采，通常采用水平分层的方式，这样往往与石材矿体中的自然裂隙的延伸方向不一致。导致开采中产生大量的碎石料，使得石材资源被浪费，降低了成材率。胀裂开采是指通过人工打入水平和垂直方向的钎孔，利用插入膨胀器或直接注入膨胀剂的方式开采石材，例如公开号cn107989616a、cn104695961a以及cn103061769b等中国专利申请公开了通过在矿体水平和竖直方向打孔，在孔内插入膨胀器或注入高压膨胀剂对石材进行开采的方法。这种方法虽然实现了石材的静态开采，但是开采方式仍然均是按照人工预定方向开采，并未考虑石材矿中存在的大量自然裂隙的延伸方向往往与开采方向不一致，仍会导致开采过程中产生大量的石材废料，降低开采效率，降低成材率。

技术实现要素：

为解决石材矿体中的自然裂隙导致开采效率低、石材成材率低的技术问题，本公开提供了一种对石材矿体自然裂隙进行胀裂以提高石材成材率的矿石自然裂隙分解方法。

本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，包括：

基于勘探到的裂隙位置和走向在矿石上形成孔，孔连通裂隙；

通过孔对裂隙中输入胀裂剂，胀裂剂在裂隙中产生胀开力以分解矿石。

胀裂剂为在对应工作环境下，具有可利用的体积膨胀能力的膨胀剂。

通过孔对裂隙中压送胀裂剂，胀裂剂为在对应的工作环境下，具有可利用的粘性并具有可利用的流动性的物质。

所述的方法还包括在低粘性物质的粘性失去作用后，而需要进一步加压胀裂时替换相对高粘性物质的步骤。

所述的方法还包括在流动性的物质中掺入一定量骨料。

所述的方法还包括对裂隙中物质的泄露位置处进行干燥封堵，以使得裂隙中在孔周围形成承压空腔。

压送胀裂剂的压强为5～200mpa。

本公开的技术方案，具有如下有益效果：

1)本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，基于勘探到的裂隙位置和走向对矿石进行打孔，使孔与裂隙连通，通过孔对裂隙中输入胀裂剂，利用胀裂剂在裂隙中产生胀开力以分解矿石，将矿石沿自然裂隙进行分解，有效避免自然裂隙导致矿石废料，提高开采效率和成材率。

2)本公开提供了矿石自然裂隙分解方法，胀裂剂为在对应工作环境下，具有可利用的体积膨胀能力的膨胀剂，利用膨胀剂自身的膨胀能力对裂隙实现静态胀裂，胀裂剂的胀裂能力更容易控制。

3)本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，通过孔对裂隙中压送胀裂剂，胀裂剂为在对应的工作环境下，具有可利用粘性并具有可利用的流动性的物质，利用流体的粘性力对矿石裂隙进行胀开，石材静态开采无污染且减少碎屑，提高石材利用率使得开采成本低。

4)本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，在较低粘性的物质的粘性失去作用后，进一步对自然裂隙中输送相对高粘性物质，以保证对不同缝隙状态的石材均可完成分解，提高本方法的适用范围。

5)本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，当裂隙涨开一定程度后，在流动性物质中掺入一定量的骨料，使得物质在裂隙中产生堵塞，在孔周围形成承压空腔，进一步提高本方法的适用范围，使得石材完全分解。

6)本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，对裂隙中输入的物质泄漏时，对泄漏位置处进行干燥封堵，以使得裂隙中在孔周围形成承压空腔，从而使得物质在裂隙中进一步产生胀开力以使矿石完全分解。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本公开矿石自然裂隙分解方法的流程图；

图2是根据本公开矿石自然裂隙分解方法中物质替换的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述。

本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，用以对矿体或矿石基体中的自然裂隙进行裂解，需要说明的是，岩石系硬脆性材料具有抗拉强度远小于抗压强度的明显特点，有鉴于此，本公开提供的分解方法对矿石自然裂隙进行胀裂分解的过程正是克服矿石的抗拉强度，因此分解难度大大降低，开采效率随之提高。图1中示出了本发明一些实施方式的分解方法的流程示意图。

如图1所示，本公开的矿石自然裂隙分解方法包括以下步骤：

s10、基于勘探到的裂隙位置和走向在矿石上形成孔，孔连通裂隙；

s20、通过孔对裂隙中输入胀裂剂，胀裂剂在裂隙中产生胀开力以沿裂隙分解矿石。

具体而言，在利用本公开方法对矿石分解前，利用现有技术中的勘探手段对待分解的矿石进行勘探，以确定矿体内的自然裂隙的位置以及走向，在一个示例性的实施方式中，可利用现有的超声波探伤仪对矿石进行内部裂隙的勘探，基于勘探到裂隙的位置和走向在矿石上进行打孔，使孔连通至裂隙位置处，孔用于对裂隙中输料。

通过矿石上开设的孔对裂隙中输入胀裂剂，胀裂剂利用压力和自身特性对裂隙周围的岩体产生胀开力，使得岩体沿裂隙产生分解，本公开提供的矿石分解方法，沿裂隙分解矿石，能使矿石基体快速胀裂，从而对分解后的矿石进行进一步成材加工，避免开采过程中自然裂隙导致开采后的矿石产生碎料和废料，提升成材率，同时减少开采过程中的污染，使开采过程更加安全可靠。

在一些实施方式中，胀裂剂为在对应工作环境下，具有可利用的体积膨胀能力的膨胀剂，膨胀剂是一种可以通过理化反应引起体积膨胀的材料，通过膨胀剂的体积膨胀从而对岩体产生胀裂作用，例如胀裂剂可以为现有技术中的混凝土膨胀剂、耐火材料膨胀剂等，利用膨胀剂对裂隙胀裂可实现周期可控、膨胀率可控，开采效率高。

在另一些实施方式中，胀裂剂为在对应工作环境下，具有可利用粘性并具有可利用流动性的物质，在对裂隙胀裂的过程中，通过高压输送装置对裂隙中压送胀裂剂。具体而言，胀裂剂可以为流体、半流体、以及糊状物等具有流动性的物质，无需膨胀剂材料，降低成本。例如在一些具体实施中，胀裂剂可采用空气、水蒸气等气体，气体在高压高速状态下具有不可忽略的粘性作用，通过输气装置对裂隙中输入高压气体，由于石材矿体中裂隙的间隙较细，使得孔周围产生较大的压力梯度，从而气体的粘性作用也可在裂隙中产生足够大的胀开力，以使矿石沿裂隙位置快速分解。然而本领域技术人员应当理解，上述示例仅用于对本公开技术方案进行说明，并不用于限制本公开，胀裂剂还可选用其它任何适于应用的物质，本公开不在赘述。

本公开提供的分解方法还包括在低粘性物质的粘性失去作用后，而需要进一步加压胀裂时替换相对高粘性物质。其具体为，如图2中所示，在一些实施方式中，其具体包括以下步骤：

s21、对裂隙中压送气体，以胀开所述裂隙；

s22、对胀开后的裂隙中压送液体，以进一步胀开裂隙；

s23、对胀开后的裂隙中压送糊状物，以分解矿石。

需要说明的是，流体在裂隙中流动的过程中，外周流体与内周流体会产生粘性力作用，不同粘性的流体在裂隙中产生不同程度的胀开力。具体至本方法而言，可通过孔对裂隙中输入高压气体(例如空气、水蒸气等)，原理同上述介绍，高压气体会在裂隙中产生胀开力以使裂隙胀开，当裂隙胀开至一定程度，外周气体与内周气体间粘性作用较小，从而气体失去胀开作用，此时矿石尚未完成分解。

进而需要在裂隙中进一步输入相对高粘性物质，例如在一个实施方式中，可在气体粘性失去作用后，进一步对裂隙中压送液体(例如水)，液体粘性远大于气体，因此在胀开一些的裂隙中也能够产生一定的压力梯度，其中较大的压力又会产生足够大的胀开力，从而分解矿石或进一步胀开裂隙。

原理同上，当液体粘性失去作用矿石尚未完成分解时，进一步对裂隙中输入糊状物质(例如泥浆)，泥浆粘性远大于水，基于上述同样的原理，在泥浆失去胀裂作用后还可输入泥土等半干物质，直至矿石完成分解，本公开不再进行赘述。

然而，需要说明的是，上述的步骤s21、s22和s23之间的执行顺序只是作为一种示例，并不用于限制本公开，例如本领域技术人员可以根据具体矿石裂隙状态的不同，任意选用其中一种或几种物质进行分解工作，也可根据实际情况更换这三个步骤的执行顺序，或者同时执行这三个步骤，本公开对此不作限制。

优选地，在一些实施方式中，在流动性的物质中掺入骨料。骨料是用于掺入流质物中起骨架和填充作用的粒状材料，在一个示例性的实施方式中，当裂隙胀开过大时，可在泥浆中掺入泥块或碎石等骨料，混合物质被压入裂隙中，由于外层流质压力较小，流动性差，因此在外层形成堵塞壁，外层物质与内周流质产生较大的粘性力，从而使得裂隙进一步胀裂分解。

在一些实施方式中，本公开的方法还包括在裂隙中物质的泄露位置处进行干燥封堵，以使得裂隙中在孔周围形成承压空腔。具体而言，例如对矿石的分解时，矿石内部的自然裂隙胀开至一定程度后，继续压送的物质会产生泄露，从而使裂隙内部的压力减小，降低分解效率，此时对泄漏位置处进行干燥封堵，以使裂隙中在孔周围形成承压空腔，物质通过孔被压送至承压空腔进而完成矿石分解。

在上述实施方式中，优选地，压送胀裂剂的压强大于5mpa，更加优选为5～200mpa。

根据本公开提供的矿石自然裂隙分解方法，对矿体或矿石基体沿自然裂隙进行分解，避免开采中产生自然裂隙导致的矿石废料，提高成材率，并且矿石的分解难度大大降低，提高开采效率，同时胀裂剂采用自然资源，无污染且减少碎屑，开采过程安全可靠。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。