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一种提高无底柱落矿效率的方法

阅读：922发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种提高无底柱落矿效率的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及地下采矿技术领域，尤其涉及一种提高无底柱落矿效率的方法，本申请在每排炮孔的边孔中装入切缝炸药，切缝炸药的切缝开口方向与巷道延伸方向一致，从而在爆破后可以形成平整的边孔壁面引导矿石下落，大大减小了爆破后的边孔壁面对下落矿石的阻碍，有效提升了落矿效率；采用本方法后，边孔的倾斜角即边孔角的范围可以更小，从而增加了单次爆破的爆破体积，增加单次放矿量，提升矿石开采效率。，下面是一种提高无底柱落矿效率的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
打孔：在巷道顶部的未开采区内钻出至少一排炮孔，同一排炮孔所在的平面与巷道掘进方向的夹角为80°～100°；
装药：向准备引爆的所有炮孔中装填炸药，其中每排炮孔的边孔中仅装填切缝炸药，切缝炸药的切缝开口开设方向与巷道的延伸方向一致；
引爆：采用延时爆破方式顺序引爆各炮孔内的炸药，边孔内的切缝炸药最后引爆。
2.根据权利要求1所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，在所述打孔操作中，每次钻出至少两排炮孔，排距1～2.5m；切缝炸药的切缝开口方向与相邻两排炮孔的边孔连线方向平行；每次爆破同时对至少两排炮孔执行所述引爆操作。
3.根据权利要求1或2所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，除边孔外，每排所述炮孔均采用分段装药、孔底起爆的方式延时爆破，两段炸药中间空气间隔600mm，每次引爆延时25～50ms，直至边孔被引爆。
4.根据权利要求3所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，引爆时，按照从中间到两侧、从孔口到孔底的顺序依次引爆，边孔内的炸药不分段。
5.根据权利要求1或2所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，每排炮孔中，除边孔外的至少一个炮孔安装切缝炸药。
6.根据权利要求1所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，切缝炸药采用多个切缝药包顺序拼接而成，切缝药包包括切缝管和装填在切缝管内的炸药，所述切缝开口开设在所述切缝管的侧壁上；相邻切缝药包的切缝管之间端部相互拼接固定，同一边孔内的多个切缝管的切缝开口方向均位于同一平面内。
7.根据权利要求6所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，所述切缝管上设有两组切缝开口，两组切缝开口相对设置，每组切缝开口包括一个或多个沿切缝管长度方向延伸的切缝开口，切缝开口为多个时，相邻切缝开口的端部相对。
8.根据权利要求7所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，所述切缝管的两端分别设有拼接结构以连接下一切缝管；在所述切缝管的周向上，所述拼接结构与所述切缝开口之间的夹角为0°或90°。
9.根据权利要求8所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，所述拼接结构包括设置在所述切缝管第一端的内圈和设置在所述切缝管第二端的外圈，所述内圈伸入相邻切缝管的外圈；所述内圈的外侧壁上相对设置有两个凸起，所述外圈侧壁上对应设有两个卡槽；在所述切缝管的周向上，所述卡槽或凸起与所述切缝开口之间的夹角为0°或90°。
10.根据权利要求9所述的提高无底柱落矿效率的方法，其特征在于，所述凸起远离所述内圈的一端为顶面，所述顶面朝向所述切缝管端部的一侧与所述内圈的外侧壁平滑连接。

说明书全文

一种提高无底柱落矿效率的方法

技术领域

[0001] 本申请涉及地下采矿技术领域，尤其涉及一种提高无底柱落矿效率的方法。

背景技术

[0002] 现有技术中，铁矿爆破开采经常采用单排扇形孔起爆的方式进行，沿着掘进方向逐排向前爆破，每排炮孔爆破后都会形成一个上宽下窄的漏斗状空间，漏斗底部与巷道顶部连通，从而利用矿石的重力自然下落巷道到内。

[0003] 现有技术中，边孔的炸药装填与其余炮孔完全相同，直接将炸药装入炮孔引爆；如图1所示，这种爆破会在炮孔周围产生大量呈辐射状分布的裂纹，产生的裂纹是随机、无序的。普通炮孔的炸药如此装填有利于提升矿石的破碎效果，但使用在边孔中则会造成边孔壁面凹凸不平，不利于矿体的下落。

[0004] 无底柱崩落法主要利用矿石的自重下落，所以边孔角度选择尤其关键，边孔角指的是边孔延伸方向与水平面之间的夹角；为保证矿体能顺利落下，现有技术一般采用的方法是保持较大的边孔角，爆破获得的边孔壁面整体可以保持较大的倾斜程度，从而确保矿体在重力作用下能顺利下落巷道到内。

[0005] 但是，边孔角偏大，必然导致每次爆破破碎的空间范围变小，单次爆破的落矿体积减小，严重影响矿石开采效率。发明内容

[0006] 为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种提高无底柱落矿效率的方法。

[0007] 本申请提供一种提高无底柱落矿效率的方法，包括以下步骤：

[0008] 打孔：在巷道顶部的未开采区内钻出至少一排炮孔，同一排炮孔所在的平面与巷道掘进方向的夹角为80°～100°；

[0009] 装药：向准备引爆的所有炮孔中装填炸药，其中每排炮孔的边孔中仅装填切缝炸药，切缝炸药的切缝开口开设方向与巷道的延伸方向一致；

[0010] 引爆：采用延时爆破方式顺序引爆各炮孔内的炸药，边孔内的切缝炸药最后引爆。

[0011] 在一些实施例中，在所述打孔操作中，每次钻出至少两排炮孔，排距1～2.5m；切缝炸药的切缝开口方向与相邻两排炮孔的边孔连线方向平行；每次爆破同时对至少两排炮孔执行所述引爆操作。

[0012] 在一些实施例中，除边孔外，每排所述炮孔均采用分段装药、孔底起爆的方式延时爆破，两段炸药中间空气间隔600mm，每次引爆延时25～50ms，直至边孔被引爆。

[0013] 在一些实施例中，引爆时，按照从中间到两侧、从孔口到孔底的顺序依次引爆，边孔内的炸药不分段。

[0014] 在一些实施例中，每排炮孔中，除边孔外的至少一个炮孔安装切缝炸药。

[0015] 在一些实施例中，切缝炸药采用多个切缝药包顺序拼接而成，切缝药包包括切缝管和装填在切缝管内的炸药，所述切缝开口开设在所述切缝管的侧壁上；相邻切缝药包的切缝管之间端部相互拼接固定，同一边孔内的多个切缝管的切缝开口方向均位于同一平面内。

[0016] 在一些实施例中，所述切缝管上设有两组切缝开口，两组切缝开口相对设置，每组切缝开口包括一个或多个沿切缝管长度方向延伸的切缝开口，切缝开口为多个时，相邻切缝开口的端部相对。

[0017] 在一些实施例中，所述切缝管的两端分别设有拼接结构以连接下一切缝管；在所述切缝管的周向上，所述拼接结构与所述切缝开口之间的夹角为0°或90°。

[0018] 在一些实施例中，所述拼接结构包括设置在所述切缝管第一端的内圈和设置在所述切缝管第二端的外圈，所述内圈伸入相邻切缝管的外圈；所述内圈的外侧壁上相对设置有两个凸起，所述外圈侧壁上对应设有两个卡槽；在所述切缝管的周向上，所述卡槽或凸起与所述切缝开口之间的夹角为0°或90°。

[0019] 在一些实施例中，所述凸起远离所述内圈的一端为顶面，所述顶面朝向所述切缝管端部的一侧与所述内圈的外侧壁平滑连接。

[0020] 本申请实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请在无底柱落矿的施工中，在每排炮孔的边孔中装入切缝炸药，切缝炸药的切缝开口方向与巷道延伸方向一致，从而在爆破后可以形成平整的边孔壁面引导矿石下落，大大减小了爆破后的边孔壁面对下落矿石的阻碍，有效提升了落矿效率；采用本方法后，边孔的倾斜角即边孔角的范围可以更小，从而增加了单次爆破的爆破体积，增加单次放矿量，提升矿石开采效率。附图说明

[0021] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

[0022] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为传统炸药装填方式爆破后炮孔周边的裂纹分布图；

[0024] 图2为本申请实施例所述炮孔的分布示意图；

[0025] 图3是本申请实施例所述边孔中切缝炸药的安装示意图；

[0026] 图4为本申请实施例所述的仅在边孔中安装切缝炸药的示意图；

[0027] 图5为本申请实施例所述的边孔与部分其他炮孔中安装切缝炸药的示意图。

[0028] 其中，1、巷道；2、炮孔；21、边孔；3、切缝炸药；31、切缝管；32、炸药；33、切缝开口；4、巷道自由面；α、边孔角。

具体实施方式

[0029] 为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0030] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0031] 如图2至图4所示，本申请提供一种提高无底柱落矿效率的方法，包括以下步骤：

[0032] 打孔：在巷道1顶部的未开采区内钻出至少一排炮孔2，同一排炮孔2所在的平面与巷道1掘进方向的夹角为80°～100°；

[0033] 装药：向准备引爆的所有炮孔2中装填炸药32，其中每排炮孔2的边孔21中仅装填切缝炸药3，切缝炸药3的切缝开口33开设方向与巷道1的延伸方向一致；

[0034] 引爆：采用延时爆破方式顺序引爆各炮孔2内的炸药32，边孔21内的切缝炸药3最后引爆。

[0035] 具体来说，巷道1上方的未开采区域的矿石分布均已探明，每次爆破的区域均是确定的范围，根据上述已知的信息可以确定炮孔2数量与各炮孔2的位置、开孔方向、钻孔深度等；根据上述结果在巷道1顶部打孔，炮孔2呈辐射状分布构成扇形爆破区域。每排炮孔2所在的平面与巷道1掘进方向的夹角一般为直角，也可根据需要在80°～100°范围内变化，以满足一些特殊的工况需求。边孔21是每排炮孔2两端的两个炮孔2，边孔21的位置就是这一排炮孔2爆破时的边界。打孔时，优选炮孔2直径50mm～100mm，孔口间距500mm～700mm，炮孔2深度15mm～30m。

[0036] 装药时，根据工艺需求装填炮孔2，确定起爆顺序，时间间隔等，为引爆做好准备，所有炮孔2均采用导爆管雷管和直径32mm的炸药32作为炮头；边孔21的炸药32装填采用切缝炸药3，切缝炸药3上开设有切缝开口33，引爆后爆炸的能量主要向切缝开口33方向释放，因此我们选择在边孔21内装填切缝炸药3，且切缝开口33方向与巷道1延伸方向一致，当然也可以理解为指向相邻排炮孔2的边孔21，目的是在爆破后边孔21处可以形成相对平整的边孔壁面，减少对下落矿石的阻碍作用，方便矿石落下。

[0037] 引爆时，采用延时爆破方式顺序引爆各炮孔2内的炸药32，边孔21内的炸药32最后引爆。延时引爆可以有效提升爆破效果，降低大块率；其余炮孔2爆破结束后，可以在边孔21附近形成新的自由面，边孔21爆破效果好，保证边孔21处的岩石可以被破碎、自行下落至巷道1内。

[0038] 采用该方法让边孔21的爆破实现定向断裂，边孔21裂纹主要沿巷道1掘进方向延伸，爆破后可以形成相对平整的边孔壁面，对下落矿石的阻力更小，提升了落矿效率；因此在满足落矿要求的前提下，可以选择更小的边孔角α，单次爆破范围更大，每次爆破破碎的岩石体积明显增加，增加了单次放矿量；相对于现有技术，单次放矿量可增加10％～15％。

[0039] 在一些实施例中，在打孔操作中，每次钻出至少两排炮孔2，排距1～2.5m；切缝炸药3的切缝开口33方向与相邻两排炮孔2的边孔21连线方向平行；每次爆破同时对至少两排炮孔2执行引爆操作。

[0040] 具体来说，图4所示为单排炮孔2爆破，图4中切缝炸药3处的箭头表示爆破时炸药的释放方向；在图4的基础上将同时爆破的炮孔增加为两排或更多，一般优选为两排，即紧邻巷道自由面4的两排炮孔2；两排炮孔2的所有爆破动作均同步进行，边孔21内切缝炸药3的切缝开口33方向与相邻两排的边孔21连线方向平行，这样相邻两排的边孔21爆破后可以形成完整的、平整的边孔壁面，提升落矿效率；同时还有利于提升相邻两排炮孔2之间岩石的破碎程度，降低大块率；另外两排以上的炮孔2同时起爆，可有效提升爆破效率，加快开采进度。

[0041] 在一些实施例中，除边孔21外，每排炮孔2均采用分段装药、孔底起爆的方式延时爆破，两段炸药32中间空气间隔600mm，每次引爆延时25～50ms，直至边孔21被引爆。

[0042] 具体来说，就是在炮孔2中装入至少两段炸药32，炸药32之间留出600mm的空气间隔，引爆时从孔口处的炸药32段开始引爆，但起爆点在炸药32段朝向孔底的一端，每段炸药32引爆时间间隔25～50ms；引爆顺序与时间间隔的控制属于现有技术，此处不再赘述。采用延时爆破可以让前次爆破的能量得到充分释放，减缓炮孔2间裂缝相互连通形成完整自由面的几率，降低大块率；另外孔口处的爆破能进一步扩大自由面，为后续爆破的能量释放提供足够的空间，提升爆破效率；采用孔底起爆，起爆点前方的装药起到了堵塞作用，高能爆轰产物不能立即向孔外逸散，作用于岩石的能量较多，使得孔底起爆在爆轰作用的初始强度上，无论是爆轰应力波的冲击力还是爆轰气体的静态膨胀力都比较高。在相同条件下，孔底起爆较孔口起爆在介质中产生的冲击波的强度更大。孔底起爆时，高应力区虽指向孔口，但由于应力波在孔口部分作用时间短，因此不会造成孔口部分介质的过分破碎；设置空气间隔，爆破形成的冲击波可以有缓冲的空间，而不是直接作用于岩石，减少了孔口处破碎岩石的作用力，减缓孔口处的爆破效果，避免孔口处矿石块度过小，爆破后矿石块度体积更均匀。

[0043] 在一些实施例中，引爆时，按照从中间到两侧、从孔口到孔底的顺序依次引爆，边孔21内的炸药32不分段。

[0044] 具体来说，就是先从每排炮孔2最中间的炮孔2开始引爆，形成较小的自由面，松动待爆破的岩石，然后随着爆破的进行自由面逐渐增大并向外移动，每次爆破作用的岩石厚度缩减到最小，可有效提升爆破效果，降低大块率。边孔21内的炸药32主要用来形成平整的边孔壁面，因此直接引爆即可，无需分段。

[0045] 在一些实施例中，每排炮孔2中，除边孔21外的至少一个炮孔2安装切缝炸药3。

[0046] 具体来说，由于炮孔2位于同一平面，因此爆破过程中可能出现炮孔2之间裂纹连通的现象，影响矿石破碎效果，爆破后可能出现矿石体积过大的现象，因此我们选择进一步在至少一个边孔21以外的炮孔2中设置切缝炸药3，对岩石形成有效切割，降低大块率；如图5所示，图中切缝炸药3处的箭头表示爆破时炸药32的释放方向，实际操作中一般优选将切缝炸药3的切缝开口33开设方向与巷道1的延伸方向一致，以最大程度地提升爆破效果，降低大块率。但是设置切缝炸药3的炮孔2不宜过多，以免影响整体的爆破效果。当然也可以选择只在孔底设置切缝炸药3，孔口仍然选择原始的无确定爆破方向的装药方式。

[0047] 在一些实施例中，切缝炸药3采用多个切缝药包顺序拼接而成，切缝药包包括切缝管31和装填在切缝管31内的炸药32，切缝开口33开设在切缝管31的侧壁上；相邻切缝药包的切缝管31之间端部相互拼接固定，同一边孔21内的多个切缝管31的切缝开口33方向均位于同一平面内。

[0048] 具体来说，切缝炸药3需要根据炮孔2的深度进行调整，因此设置为多段，每段为一个切缝药包，切缝管31拼接即可得到不同长度的切缝炸药3，满足不同深度的炮孔2使用；为保证爆破时应力释放的一致性，拼接时应保证各切缝管31的切缝开口33方向一致，拼接后无周向运动，即两者不会有相对转动。

[0049] 在一些实施例中，切缝管31上设有两组切缝开口33，两组切缝开口33相对设置，每组切缝开口33包括一个或多个沿切缝管31长度方向延伸的切缝开口33，切缝开口33为多个时，相邻切缝开口33的端部相对。

[0050] 具体来说，切缝开口33一般都是两侧同时设置的，两处切缝开口33处于同一平面，保证爆炸后可以得到平整的壁面。切缝开口33之间留有间隔以保证整个切缝管31的强度与稳定性。

[0051] 为方便实施，本申请提供一组切缝管31的具体尺寸：切缝管31的长度为1000mm，内径为58mm，壁厚2.5mm，切缝开口33宽度为4mm、长度为135mm，相邻切缝开口33间隔15mm，切缝开口33距离切缝管31端部55-60mm；切缝管31的材质一般为不锈钢管、PVC管、有机玻璃管等。

[0052] 在一些实施例中，切缝管31的两端分别设有拼接结构以连接下一切缝管31；在切缝管31的周向上，拼接结构与切缝开口33之间的夹角为0°或90°。切缝管31之间相互拼接以实现切缝炸药3整体长度的调节，拼接式应保证切缝开口33方向的一致性，因此选择将拼接结构设置在与切缝开口33夹角为0°或90°的位置，相互拼接的切缝管31的拼接结构位置是固定的，不能将夹角为0°和夹角为90°两种结构混用；这样，拼接时就无需考虑切缝开口33的方向，无论怎样拼接两侧的切缝开口33都可以对齐；有助于提升装药速度，提升效率。

[0053] 在一些实施例中，拼接结构包括设置在切缝管31第一端的内圈和设置在切缝管31第二端的外圈，内圈伸入相邻切缝管31的外圈；内圈的外侧壁上相对设置有两个凸起，外圈的侧壁上对应设有两个卡槽；在切缝管31的周向上，卡槽或凸起与切缝开口33之间的夹角为0°或90°。

[0054] 具体来说，就是在切缝管31两端设置外径不同、但内圈外径与外圈内经相匹配的轴向插接结构，插接后再利用凸起卡入卡槽中实现轴向与周向的定位；卡接定位点(凸起或卡槽)与切缝开口33在切缝管31周向上的夹角可以选择0°或90°，拼接时无需查看正反，凸起与卡槽对其即可，插接速度快，当然相互拼接的切缝管31的凸起或卡槽与切缝管31的夹角要保持一致，不能将0°或90°两种夹角的切缝管31混用。

[0055] 在一些实施例中，凸起远离内圈的一端为顶面，顶面朝向切缝管31端部的一侧与内圈的外侧壁平滑连接。

[0056] 具体来说，就是将凸起朝向另一个切缝管31的一侧设置为斜面或圆弧面，底部与切缝管31端部的内圈外侧面平滑连接，这种结构可以减少拼接时的轴向阻力，减少拼接时的体力消耗。

[0057] 另外，切缝炸药3可以现场组装，现场组装包括以下步骤：根据炮孔2深度装入切缝管31并一一拼接，拼接后切缝管31内部连通，然后装入装药管，最后将炸药32、炮头炸药32、导爆管雷管等，现场装药结束。当然也可以选择使用组装好的切缝炸药3直接装入边孔21中。现场装药速度慢，但可根据炮孔2深度灵活控制切缝炸药3的总体长度，适用于炮孔2深度多变的工况。

[0058] 采用本专利技术后，边孔角α可以从现在的50°～60°减小至40°～45°，减小边孔与巷道水平的夹角，使扇形孔锥角增大，从而增大单次采矿体积，单次放矿量可增大10％～15％，提高了矿石的开采效率。

[0059] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0060] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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