CN120211769A 基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法

(19)国家知识产权局(10)申请公布号CN120211769A(71)申请人长沙矿山研究院有限责任公司地址410012湖南省长沙市岳麓区麓山南路343号申请人四川德鑫矿业资源有限公司(72)发明人杨宁马志平欧任泽席世强彭跃金阚晓平钱京祁连忠周先白海滨F42DF42D(74)专利代理机构武汉卓越志诚知识产权代理事务所(特殊普通合伙)专利代理师王宪珍(54)发明名称基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法本申请提供了一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，属于矿体开采领域，先将矿体分段与分区，在三维空间内形成区块，再对区块通过时序控制交替作业，同时在空间上限定预裂区与回采区的位置，配合中深孔分段预裂爆破与进路回采工艺，实现对破碎厚大矿体的安全高效开采。本申请在基于对破碎厚大矿体进行分段及分区、并对区块的作业进行时序和空间调控的基础上，利用中深孔爆破对矿体进行预裂，形成可控制的崩落块度，减少对回采区的直接扰动，采用进路式机械化设备对崩落矿石进行高效回收，降低冒顶风险，既发挥了中深孔分段采矿法的大规模崩落优势，又利用进路式21.一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将待开采的破碎厚大矿体按高度划分为若干个分段、在水平上划分为若干个盘区，使得矿体在三维空间内形成若干个区块；S2、所述区块通过时序控制进行交替作业，任一所述区块的开采顺序为先进行预裂爆破再进行进路回采；S3、将区块根据其当前所进行的作业划分为预裂区与回采区，所述预裂区为任意区块中正在进行预裂爆破的区域，所述回采区为任意区块中正在进行进路回采的区域；所述预裂区与回采区在垂直方向上间隔不少于10m,在水平方向上间隔不少于30m;S4、所述区块进行预裂爆破时，采用中深孔分段预裂爆破的方式，所述区块进行进路回采时，采用隔一采一的顺序回采，配合机械化钻孔设备与采矿设备实现出矿；S5、根据步骤S2~S4的方式设计并进行待开采的破碎厚大矿体在三维空间内所有区块的开采作业，直至完成基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿。2.根据权利要求1所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，在步骤S2中，同一区块的预裂爆破作业至少超前进路回采作业48小时，确保围岩的应力释放。3.根据权利要求1所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，在步骤S4中，所述中深孔分段预裂爆破的方式包括：布孔为扇形中深孔布置方式，采用低威力炸药配合空气间隔装药技术进行预裂，采用逐孔微差起爆与分区起爆相结合的爆破方式。4.根据权利要求1所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，在步骤S2中，任一所述区块预裂爆破完成后，即时对顶板进行动态支护与智能监测；任一所述区块进行进路回采时，采用联合支护与可移动式液压支架，实现安全高效回5.根据权利要求4所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，所述智能监测为采用微震监测系统实时监测与分析爆破振动波与围岩变形情况，以动态调整三维空间内各区块的预裂爆破或进路回采作业顺序。6.根据权利要求1所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，在步骤S3中，在垂直方向上，所述回采区始终位于所述预裂区的下方；在水平方向上，所述回采区始终滞后于所述预裂区1~2个盘区。7.根据权利要求1所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，在步骤S1中，所述分段的高度为15~30m,所述盘区的尺寸为40~60m*40~608.根据权利要求3所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，所述扇形中深孔的孔径为90~120mm,孔深为15~25m,孔间距为2~3m,排距为9.根据权利要求1所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，在步骤S4中，所述区块进行进路回采时，在回采区内布置多条平行进路，采用隔一采一顺序回采，进路的宽度为4~6m,进路的间距为8~10m。310.根据权利要求8所述的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，其特征在于，空气间隔装药技术为采用底部集中装药+中部空气间隔+上部堵塞的装药结构，底部集中装药的长度为孔深的1/3,中部空气间隔的长度为3~5m,上部堵塞的长度为2~4技术领域[0001]本发明涉及矿体开采技术领域，具体涉及一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法。背景技术[0002]在矿山开采领域，传统的中深孔分段采矿法适用于矿体稳固性较好的厚大矿体，但是该采矿法在实际应用中仍然存在以下问题：(1)对于破碎矿体的适应性差，采用中深孔爆破时容易引发围岩失稳，导致冒顶或片帮问题的发生；(2)矿石的损失率高，崩落的矿石块度不可控、难以完全回收，尤其在破碎矿体中易形成矿体残留；(3)深孔分段采矿法中采用的进路式采矿需频繁调整巷道布置，机械化程度较低。[0003]传统的进路式采矿法，如分层进路法，虽然适合破碎矿体，但存在回采周期长、设备利用率低等问题；采场准备周期：每个分层需3~5周的额外时间进行巷道支护系统改造，另一方面设备空驶率高：分层进路法因采场联络道的频繁调整，铲运机空驶时间占比达40%,造成了设备利用率低、采矿成本增加的问题。[0004]现有技术中，某专利公开了一种缓倾斜矿体中厚矿体侧向预裂爆破采矿方法，具体步骤包括(1)设置盘区、回采单元；(2)布置采准系统；(3)切割；(4)凿岩爆破；(5)崩矿；(6)出矿；该专利通过在凿岩堑沟沿堑沟方向按照矿石自然安息角进行布置预裂炮孔，降低了向上扇形孔的钻凿量，提高了下向大直径深孔崩矿量，有效的形成爆破预裂缝，降低矿石场内损失，提高矿石回采率，降低矿石直接采矿成本；但是该采矿方法为了采矿的安全性和采场稳定性，仍然在相邻回采单元之间沿倾向方向留设间柱，底部留有堑沟，造成了矿石资源的损失，且出矿时采用留矿空场法结合二次蹦矿进行盘区出矿，出矿工艺复杂、机械化程度较低。发明内容[0005]鉴于背景技术中存在的技术问题，本申请提供了一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，旨在解决现有技术中破碎厚大矿体难以安全高效开采、机械化程度较低、动态调控性较差的技术问题。[0006]本申请提供了一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，包括以下步骤：S1、将待开采的破碎厚大矿体按高度划分为若干个分段、在水平上划分为若干个盘区，使得矿体在三维空间内形成若干个区块；S2、所述区块通过时序控制进行交替作业，任一所述区块的开采顺序为先进行预裂爆破再进行进路回采；S3、将区块根据其当前所进行的作业划分为预裂区与回采区，所述预裂区为任意区块中正在进行预裂爆破的区域，所述回采区为任意区块中正在进行进路回采的区域；所述预裂区与回采区在垂直方向上间隔不少于10m,在水平方向上间隔不少于30m;5S4、所述区块进行预裂爆破时，采用中深孔分段预裂爆破的方式，所述区块进行进路回采时，采用隔一采一的顺序回采，配合机械化钻孔设备与采矿设备实现出矿；S5、根据步骤S2~S4的方式设计并进行待开采的破碎厚大矿体在三维空间内所有区块的开采作业，直至完成基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿。[0007]作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，同一区块的预裂爆破作业至少超前进路回采作业48小时，确保围岩的应力释放。[0008]作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述中深孔分段预裂爆破的方式包括：布孔为扇形中深孔布置方式，采用低威力炸药配合空气间隔装药技术进行预裂，采用逐孔微差起爆与分区起爆相结合的爆破方式。[0009]作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，任一所述区块预裂爆破完成后，即时对顶板进行动态支护与智能监测；任一所述区块进行进路回采时，采用联合支护与可移动式液[0010]作为本发明的进一步改进，所述智能监测为采用微震监测系统实时监测与分析爆破振动波与围岩变形情况，以动态调整三维空间内各区块的预裂爆破或进路回采作业顺[0011]作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，在垂直方向上，所述回采区始终位于所述预裂区的下方；在水平方向上，所述回采区始终滞后于所述预裂区1~2个盘区。[0012]作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述分段的高度为15~30m,所述盘区的尺寸为40~60m*40~60m。[0013]作为本发明的进一步改进，所述扇形中深孔的孔径为90~120mm,孔深为15~25m,孔间距为2~3m,排距为1.5~2.5m。[0014]作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述区块进行进路回采时，在回采区内布置多条平行进路，采用隔一采一顺序回采，进路的宽度为4~6m,进路的间距为8~10m。[0015]作为本发明的进一步改进，所述空气间隔装药技术为采用底部集中装药+中部空气间隔+上部堵塞的装药结构，底部集中装药的长度为孔深的1/3,中部空气间隔的长度为3~5m,上部堵塞的长度为2~3m。(1)本发明的基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，在基于对待开采的破碎厚大矿体进行分段及分区、并对区块的作业进行时序和空间调控的基础上，利用中深孔爆破对矿体进行预裂，形成可控制的崩落块度，减少了对回采区的直接扰动，采用进路式机械化设备对崩落矿石进行高效回收，降低了冒顶风险，既发挥了中深孔分段采矿法的大规模崩落优势，又利用进路式开采保障了破碎矿体的安全高效回收，具有显著的技术突破性。本技术方案采用分段中深孔预裂爆破与进路式机械化回采深度协同作业，通过机械化协同与动态调控，解决了破碎厚大矿体的难以安全高效开采的技术难题。[0017](2)本发明通过在时间上限定同一区块的预裂爆破与进路回采作业的协同规则，确保爆破后围岩应力的完全释放，避免在进路回采时产生动态扰动的叠加；另外，通过限定预裂区与回采区在垂直方向上间隔不少于10m,在水平方向上间隔不少于30m,在空间布局上避免了预裂爆破作业与进路回采作业的干扰，有利于采矿的安全性与采场的稳定性，既发挥了中深孔爆破的高效崩落能力，又能通过进路式回采确保破碎矿体的安全回收，实6现了破碎厚大矿体的高效安全回采。[0018](3)本发明的采矿法通过对矿体开采工艺的合理设计、精细化钻孔、低威力装药结构、动态支护与智能监测，解决了破碎厚大矿体中深孔爆破的围岩失稳、矿石损失难题，同时与后续进路式机械化回采无缝衔接，形成了一套高效、安全的联合开采体系。[0019]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。附图说明[0020]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请中所使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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。[0021]图1为本申请实施例中基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法的模型结构示意图；图2为图1中模型结构的竖向倾斜面投影图；图3为图1中模型结构的水平面投影图。具体实施方式[0022]下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范[0023]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和体的限定。[0025]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。[0027]在矿山开采领域，传统的中深孔分段采矿法适用于矿体稳固性较好的厚大矿体，但是该采矿法在实际应用中仍然存在以下问题：(1)对于破碎矿体的适应性差，采用中深孔7爆破时容易引发围岩失稳，导致冒顶或片帮问题的发生；(2)矿石的损失率高，崩落的矿石难以完全回收，尤其在破碎矿体中易形成矿体残留；(3)开采效率受限，传统中深孔分段采矿法中采用的进路式采矿需频繁调整巷道布置，机械化程度较低。而传统的进路式采矿法，如分层进路法，虽然适合破碎矿体，但存在回采周期长、设备利用率低等问题；采场准备周期：每个分层需3~5周的额外时间进行巷道支护系统改造，另一方面设备空驶率高：分层进路法因采场联络道的频繁调整，铲运机空驶时间占比达40%,造成了设备利用率低、采矿成本增加的问题。[0028]为了解决现有技术中破碎厚大矿体难以安全高效开采、机械化程度较低、动态调控性较差的技术问题，本申请提供了一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法，该采矿法将中深孔分段爆破技术与进路式开采工艺结合，通过机械化协同与动态调控，解决了破碎厚大矿体的安全高效开采难题。[0029]以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法为例进行说明。[0030]请参阅图1~图3,本申请实施例提供了一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎S1、将待开采的破碎厚大矿体按高度划分为若干个分段、在水平上划分为若干个盘区，使得矿体在三维空间内形成若干个区块；S2、区块通过时序控制进行交替作业，任一区块的开采顺序为先进行预裂爆破再进行进路回采；S3、将区块根据其当前所进行的作业划分为预裂区与回采区，预裂区为任意区块中正在进行预裂爆破的区域(并非整个区块都为预裂区),回采区为任意区块中正在进行进路回采的区域(并非整个区块都为回采区);预裂区与回采区在垂直方向上间隔不少于10m,在水平方向上间隔不少于30m;S4、区块进行预裂爆破时，采用中深孔分段预裂爆破的方式，区块进行进路回采时，采用隔一采一的顺序回采，配合机械化钻孔设备与采矿设备实现出矿；S5、根据步骤S2~S4的方式设计并进行待开采的破碎厚大矿体在三维空间内所有区块的开采作业，直至完成基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿。[0031]该采矿法在基于对待开采的破碎厚大矿体进行分段及分区、并对区块的作业进行时序和空间调控的基础上，利用中深孔爆破对矿体进行预裂，形成可控制的崩落块度，减少了对回采区的直接扰动，采用进路式机械化设备对崩落矿石进行高效回收，降低了冒顶风险，既发挥了中深孔分段采矿法的大规模崩落优势，又利用进路式开采保障了破碎矿体的安全高效回收，具有显著的技术突破性。本技术方案采用分段中深孔预裂爆破与进路式机械化回采深度协同作业，通过机械化协同与动态调控，解决了破碎厚大矿体的难以安全高效开采的技术难题。[0032]进一步地，在一些实施例中，在步骤S2中，同一区块的预裂爆破作业至少超前进路回采作业48小时，确保围岩的应力释放。[0033]在本申请实施例的技术方案中，通过在时间上限定同一区块的预裂爆破与进路回采作业的协同规则，确保爆破后围岩应力的完全释放，避免在进路回采时产生动态扰动的叠加。另外，通过限定预裂区与回采区在垂直方向上间隔不少于10m,在水平方向上间隔不8少于30m,在空间布局上避免了预裂爆破作业与进路回采作业的干扰，有利于采矿的安全性与采场的稳定性，既发挥了中深孔爆破的高效崩落能力，又能通过进路式回采确保破碎矿体的安全回收，实现了破碎厚大矿体的高效安全回采。[0034]进一步地，在一些实施例中，在步骤S4中，中深孔分段预裂爆破的方式包括：布孔为扇形中深孔布置方式，采用低威力炸药配合空气间隔装药技术进行预裂，采用逐孔微差起爆与分区起爆相结合的爆破方式。[0035]在本申请实施例的技术方案中，通过采用扇形中深孔的布孔方式，实现区块内矿体的完全崩落，采用低威力炸药配合空气间隔装药技术进行预裂，减少了爆破振动对破碎矿体的破坏，配合爆破方式，形成块度均匀的崩落矿石(粒径≤500mm),便于后续机械化铲[0036]进一步地，在一些实施例中，在步骤S2中，任一区块预裂爆破完成后，即时对顶板进行动态支护与智能监测；任一区块进行进路回采时，采用联合支护与可移动式液压支架，实现安全高效回采。智能监测为采用微震监测系统实时监测与分析爆破振动波与围岩变形情况，以动态调整三维空间内各区块的预裂爆破或进路回采作业顺序。[0037]在本申请实施例的技术方案中，采用动态支护加固顶板，为后期进路回采提供了安全保障，且利用微震监测系统实时分析爆破振动波与围岩变形，可以动态调整区块的回[0038]进一步地，在一些实施例中，在步骤S3中，在垂直方向上，回采区始终位于预裂区的下方；在水平方向上，回采区始终滞后于预裂区1~2个盘[0039]在本申请实施例采矿法的实际应用中，在待开采的破碎厚大矿体的垂直方向上，一般的开采顺序为由下往上开采，所以回采区位于预裂区的下方，即先进行预裂爆破再进行进路回采；在水平方向上，回采区与预裂区同样在时间与空间上进行间隔，避免作业的相互干扰。[0040]进一步地，在一些实施例中，在步骤S1中，分段的高度为15~30m,盘区的尺寸为40~60m*40~60m;如此，在三维空间内形成的区块的三维尺寸为(40~60m)*(40~60m)*(15~[0041]需要说明的是，图1展示的是本申请基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法的模型结构示意图，即理想状态下的矿体模型，形成的区块为12个(3*4),图2与图3为了更好的展示回采区、预裂区及待采区的空间位置，对图1模型进行了竖向倾斜面及水平面的投影图；且图1~图3中预裂区与回采区的标注仅代表该分段或该盘区内含有预裂区或回采区，并非仅表示整个分段或盘区都处于预裂区或回采区(预裂区为任意区块中正在进行预裂爆破的区域、回采区为任意区块中正在进行进路回采的区域)。实际生产中破碎厚大矿体的分段、盘区的划分及区块的形成具有形状不规则性与数量不确定性，且预裂区或回采区的开采范围及一次作业区域受到矿体破碎程度的影响，可以为整个区块、也可以为区块的某部分，本领域技术人员可根据实际工况进行适应性调整。[0042]进一步地，在一些实施例中，扇形中深孔的孔径为90~120mm,孔深为15~25m,孔间距为2~3m,排距为1.5~2.5m。空气间隔装药技术为采用底部集中装药+中部空气间隔+上部堵塞的装药结构，底部集中装药的长度为孔深的1/3,中部空气间隔的长度为3~5m,上部堵塞的长度为2~3m。9[0043]在本申请实施例的技术方案中，上述中深孔参数及装药结构的设置，均为了控制爆破的效果，使其在发挥最大爆破效率的同时，减少对破碎围岩的过度破坏，起到控制矿石块度的作用，以减少二次破碎的能耗。[0044]进一步地，在一些实施例中，在步骤S4中，区块进行进路回采时，在回采区内布置多条平行进路，采用隔一采一顺序回采，进路的宽度为4~6m,进路的间距为8~10m。[0045]下面列举了具体实施例，需说明的是，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或按照产品说明书进行。所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。[0046]实施例1本实施例提供了一种基于中深孔爆破与进路式协同的破碎厚大矿体联合采矿法S1、将待开采的破碎厚大矿体按高度划分为若干个分段(如图1中分段1、分段2与盘区C、盘区D、尺寸参数为50m*50m),使得矿体在三维空间内形成若干个区块(50m*50S2、区块通过时序控制进行交替作业，任一区块的开采顺序为先进行预裂爆破再进行进路回采；同一区块的预裂爆破作业超前进路回采作业48小时，确保围岩的应力释放；S3、将区块根据其当前所进行的作业划分为预裂区与回采区，预裂区为任意区块中正在进行预裂爆破的区域(如图2中分段2正在进行预裂爆破的区域、图3中盘区A正在进行预裂爆破的区域),回采区为任意区块中正在进行进路回采的区域(如图2中分段1正在进行进路回采的区域、图3中盘区B正在进行进路回采的区域);预裂区与回采区在垂直方向上间隔为10m,在水平方向上间隔为30m;S4、区块进行预裂爆破时，采用中深孔分段预裂爆破的方式，布孔为扇形中深孔布置方式，扇形中深孔的孔径为100mm,孔深为21m,破碎区(f≤6)缩小孔间距至1.5m,减少单孔装药量，较稳固区(f>8)增大排距至2.5m,提高爆破效率；采用全液压凿岩台车(如SandvikDD422i)钻孔，配备导向系统确保孔位精度(偏差≤1%),钻孔完成后，用高压风管清理孔内岩粉，确保装药顺畅；采用低威力炸药(铵油炸药或乳化炸药(密度0.8~1.0g/cm³)配合空气间隔装药技术进行预裂，采用逐孔微差起爆与分区起爆相结合的爆破方式；其中，空气间隔装药技术为采用底部集中装药+中部空气间隔+上部堵塞的装药结构，底部集中装药的长度为孔深的1/3(装药7m),中部空气间隔的长度为4m,再进行装药段7m,上部堵塞用炮泥或专用堵塞ms/孔，控制爆破振动速度≤5cm/s,分区起区”,主爆区优先起爆，降低对围岩的冲击，采用爆破振动监测仪(如MiniMatePro)实时记区块预裂爆破完成后，即时对顶板进行动态支护与智能监测，爆破后2小时内，用锚杆台车安装长锚索(长度为8m,预应力为10吨)加固顶板，喷射混凝土：在暴露岩面喷射钢纤维混凝土(厚度为80mm,强度为C25),封闭裂隙；布置光纤光栅传感器监测顶板位移(预警阈值50mm),微震系统实