CN114485302B - 一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，涉及采矿技术领域，本发明提供的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法包括：根据***损伤效应，计算岩石损伤破裂区半径R；根据岩石破裂区半径R计算装药孔的孔间距d；在掌子面上钻多个装药孔和多个空孔，各个装药孔与各个空孔间隔布置，且各个装药孔的孔深L1小于各个空孔的孔深L2；将各个装药孔的孔底装药，并进行堵孔，随后起爆；已***松动岩体由掘进机截割剥落。本发明提供的松动***采矿方法解决了软弱破碎岩体中，局部硬岩截割破岩效率低、成本高的问题，实施后可保障悬臂式掘进机在软弱或破碎岩体的井巷工程掘进中以较低的截齿消耗达到理想的掘进效率。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，尤其是涉及一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法。
背景技术
悬臂式掘进机是一种非爆机械破岩掘进设备，在隧道工程与矿山井巷工程中的应用日益广泛。
当前，悬臂式掘进机适用于软弱岩体或破碎岩体的开挖，当应用于岩石强度高、岩体完整性好的坚硬岩体时，存在截齿消耗大、掘进效率低的问题。受岩体不均质性和工程地质条件复杂性影响，虽然整体岩性适于悬臂式掘进机作业，但局部常见不规律的条状或透镜状的坚硬岩体。如某金属矿山破碎带矿体适用于掘进机机械破岩，破碎带内局部偶尔出现厚1m～2m的透镜状坚硬的含金黄铁矿。当井巷工程掌子面局部遇到坚硬岩体时，存在工程开挖效率大幅降低和开挖成本增加的问题。
因此，如何提供一种令掌子面局部坚硬岩体发生松动的巷道掘进掌子面松动***采矿方法是本领域技术人员需解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，解决了软弱破碎岩体中，局部硬岩机械截割破岩效率低、成本高的问题，实施后可保障悬臂式掘进机在软弱或破碎岩体的井巷工程掘进中以较低的截齿消耗达到理想的掘进效率。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，包括：
根据***损伤效应，计算岩石损伤破裂区半径R；
根据岩石破裂区半径R计算装药孔的孔间距d；
在掌子面上钻多个所述装药孔和多个空孔，各个所述装药孔与各个所述空孔间隔布置，且各个所述装药孔的孔深L1小于各个所述空孔的孔深L2；
将各个所述装药孔的孔底装药，并进行堵孔，随后起爆；
已***松动岩体由掘进机截割剥落。
进一步地，通过下式计算岩石损伤破裂区半径R：
其中：
且pc＝ρ0D1 2/4；
p＝γh；
其中：
α为应力波衰减指数；μ为所爆岩石的泊松比；λ为侧压力系数；pc为爆轰波阵面的压力；pmax为岩石界面上的初始入射压力；Cp为岩体纵波波速；D1为***的爆速；ρ0为***的密度；ρr0为岩体的密度；D0为岩体初始损伤系数；σt为岩体抗拉强度；rb为***药卷半径；p为原岩应力；γ为岩石体重，h为覆岩厚度。
进一步地，所述装药孔的孔间距d＝(3.5-4.5)R。
进一步地，每个所述装药孔的装药密度为0.21-0.38kg/m，每个装药孔装填1条或多条药卷。
进一步地，多个所述装药孔与多个所述空孔在掌子面高度和宽度方向上均匀布置。
进一步地，多个所述装药孔配置为多排，多个所述空孔配置为多排，多排所述装药孔与多排所述空孔沿掌子面高度方向交替分布。
进一步地，沿掌子面高度方向，相邻的两排所述装药孔和所述空孔中的相邻两个所述装药孔和所述空孔交错分布。
进一步地，各个所述装药孔与各个所述空孔为浅孔或中深孔。
进一步地，各个所述空孔的孔深L2长度为1.5m-5m，各个所述装药孔的孔深L1较空孔短0.3-0.7m。
进一步地，所述装药孔按照自中心所述装药孔至四周所述装药孔的顺序起爆。
本发明提供的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法能产生如下有益效果：
相对于现有技术来说，本发明提供的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法通过对掌子面坚硬岩体实施***松动，使坚硬岩体在受到损伤的情况下仅发生松动而不至于崩落，坚硬岩体变为节理裂隙发育的破碎岩体，从而使掌子面岩体条件满足悬臂式掘进机截割破岩的要求。该方法解决了软弱破碎岩体中，局部硬岩截割破岩效率低、成本高的问题，实施后可保障悬臂式掘进机在软弱或破碎岩体的井巷工程掘进中以较低的截齿消耗达到理想的掘进效率。该松动***采矿方法也可以应用于高地应力岩体环境下巷道掘进工程的卸荷处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的一种机械掘进掌子面硬岩松动预处理的方法正视示意图；
图3为本发明实施例提供的一种机械掘进掌子面硬岩松动预处理的方法侧视示意图。
图标：1-装药孔；2-空孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本实施例在于提供一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，如图1和图2所示，包括：
步骤S101：根据***损伤效应，计算岩石损伤破裂区半径R；
步骤S102：根据岩石破裂区半径R计算装药孔1的孔间距d；
步骤S103：在掌子面上钻多个装药孔1和多个空孔2，各个装药孔1与各个空孔2间隔布置，且各个装药孔1的孔深L1小于各个空孔2的孔深L2；
步骤S104：将各个装药孔1的孔底装药，并进行堵孔，随后起爆；
步骤S105：已***松动岩体由掘进机截割剥落。
在上述步骤S101中，计算岩石损伤破裂区半径R的目的在于为后期设计装药孔1的孔间距D做准备，从而使掌子面局部坚硬岩体在***的作用下，松动为适于机械破岩的软弱破碎岩体；装药孔1布局设计完毕后，在掌子面上钻各个装药孔1和空孔2，由于***对岩体的损伤作用，装药孔1的孔深L1需小于各个空孔2的孔深L2；随后进行装药封堵操作，并进行起爆；最后由掘进机截割剥落松动的岩体。
本实施例提供的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法主要构思在于使掌子面局部坚硬岩体在***的作用下，松动为适于机械破岩的软弱破碎岩体。通过控制并减少装药量、装药炮孔数量及钻孔长度，达到减少***作用对周边软弱破碎岩体损伤的效果。
在步骤S101中，可以通过下式计算岩石损伤破裂区半径R：
其中：
且pc＝ρ0D1 2/4；
p＝γh；
其中：
α为应力波衰减指数；μ为所爆岩石的泊松比；λ为侧压力系数；pc为爆轰波阵面的压力，单位MPa；pmax为岩石界面上的初始入射压力，单位MPa；Cp为岩体纵波波速，单位m/s；D1为***的爆速，单位m/s；ρ0为***的密度，单位kg/m3；ρr0为岩体的密度，单位kg/m3；D0为岩体初始损伤系数；σt为岩体抗拉强度，单位MPa；rb为***药卷半径，单位mm；p为原岩应力，单位MPa；γ为岩石体重，单位N/m3，h为覆岩厚度，单位m。
需要说明的是，上述各项数据可通过资料查阅、计算、试验测试等方式获得，也就是说其为本领域技术人员通过现有手段可获取到的数据，因此各个数据的获取计算方式不再进行具体说明。
在上述实施例的基础上，综合考虑原岩自身节理裂隙的存在，为了使岩体发生损伤破裂而又不发生碎裂，在松动***产生截割自由面的情况下，两装药孔1间的岩体可由悬臂式掘进机截割剥落。根据岩石破裂区半径R计算装药孔1的孔间距d，装药孔1的孔间距d＝(3.5-4.5)R，孔间距d具体可以为3.5R、4.0R或4.5R等。
上述方法通过岩石损伤破裂区半径R确定装药孔间距d，制定了装药孔和空孔的***松动专有方案与参数，装药量小，对周边软弱破碎岩体损伤小。
在一些实施例中，为达到减少***作用对周边软弱破碎岩体损伤的效果，每个装药孔1的装药密度为0.21-0.38kg/m，具体可以为0.21kg/m、0.25kg/m、0.30kg/m或0.38kg/m，每个装药孔1装填一条或多条药卷。
另外，需要说明的是，悬臂式掘进机炮头一个进尺长度约为0.5m，***松动岩体范围与掘进机进尺和工艺相匹配，空孔2的孔深L2与掌子面***松动深度相同。
在一些实施例中，为保证岩体发生均匀松动，多个装药孔1与多个空孔2在掌子面高度和宽度方向上均匀布置，通过空孔2形成的自由面引导***作用向各个空孔2扩散。当然，多个装药孔1与多个空孔2在掌子面高度和宽度方向上也可以不均匀分布，其分布情况可以根据实际需要进行调整。
在一些实施例中，如图1所示，当多个装药孔1与多个空孔2在掌子面高度和宽度方向上均匀布置时，多个装药孔1可以配置为多排，多个空孔2也可以配置为多排，多排装药孔1与多排空孔2沿掌子面高度方向交替分布以使得装药孔1起爆后，引导起爆能量向其四周的空孔2扩散。当然，多排装药孔1与多排空孔2沿掌子面高度方向也可以不配置为多排。
多个装药孔1可以根据采掘掌子面尺寸配置为两排、三排、四排、五排等多排，空孔2可以根据采掘掌子面尺寸配置为两排、三排、四排、五排等多排。
以图1为例进行具体说明，多个装药孔1配置为三排，空孔2配置为四排，每两排空孔2之间具有一排装药孔1。
具体地，面向图1的方向，左右相邻的两个装药孔1之间的距离等于上下相邻的两个装药孔1之间的距离，上述距离即为孔间距d。
在至少一个实施例中，面向图1的方向，左右相邻的两个空孔2之间的距离等于上下相邻的两个空孔2之间的距离，上述距离的大小也可以与孔间距d相同。
在上述实施例的基础上，如图1所示，可选地，沿掌子面高度方向，相邻的两排装药孔1和空孔2中的相邻两个装药孔1和空孔2交错分布。
上述交错分布指代的是沿掌子面高度方向，相邻的两排装药孔1和空孔2中，空孔2位于相邻装药孔1的斜上方或者斜下方，上述布置方式能够令至少部分装药孔1周边分布有四个空孔2，装药孔1位于四个空孔2依次连线所围成的矩形结构的中心处。
至少一个实施例中，四个空孔2依次连线围成正方形结构。
在一些实施例中，如图2所示，各个装药孔1和各个空孔2的轴线均平行于掘进方向，以在***空间内，形成均匀分散的破碎岩体。
各个装药孔1与各个空孔2可以为浅孔或中深孔。
其中，浅孔和中深孔为***技术中的专业术语，本领域人员能够知晓上述浅孔和中深孔的深度范围。
在一些实施例中，如图2所示，各个空孔2的孔深L2长度为1.5m-5m，各个装药孔1的孔深L1较空孔2短0.3-0.7m。
具体地，各个空孔2的孔深L2长度可以为1.5m、2.0m、1.5m、3.0m、4.0m、5.0m等；各个装药孔1的孔深L1可以较空孔2短0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m等。
在步骤S104中装药孔1按照自中心装药孔1至四周装药孔1的顺序起爆，以使岩体裂缝由内至外逐渐扩展，形成节理裂隙发育的破碎岩体。
以下以一具体实施例对上述巷道掘进掌子面的松动***采矿方法进行详细说明：
在某岩金矿山在破碎岩体中应用悬臂式掘进机进行掘进作业，巷道断面3.5m×3m，对在巷道掘进过程中掌子面局部遇到坚硬岩体实施***松动。装药炮孔直径为40mm，药卷直径32mm；该岩体的抗拉强度为10MPa，泊松比为0.25；选用长200mm的***小药卷进行***，所用的乳化***密度ρ为1150kg/m3，爆速v为3500m/s；岩石体重为2.79kg/m3，岩体纵波波速为1500m/s,掌子面距地表埋深510m。计算得到岩石损伤破裂区半径R为0.17m。
2)装药孔的孔间距d等于岩石损伤破裂区半径R的3.5～4.5倍，装药孔间距d为0.6～0.75m。
3)悬臂式掘进机炮头一个进尺长度约为0.5m，***松动岩体范围与掘进机进尺和工艺相匹配，设计每次掌子面***松动深度为2m；空孔的孔深L2与掌子面***松动深度相同；
4)按正方形布置装药炮孔，装药炮孔布置在正方形的四个角上，空孔布置在正方形的中心位置，通过空孔形成的自由面引导***作用向该空孔扩散；
5)装药孔孔底装药，装药孔的孔深L1比空孔孔深短0.4m～0.6m，则装药孔的孔深L1为1.4m～1.6m；
6)每个装药孔装填1-2条200mm长***药卷，并进行堵孔，导爆管***起爆；按照从中心装药炮孔至四周装药炮孔的顺序隔段起爆。
利用上述方法对巷道掘进掌子面坚硬岩体进行***松动后可达到机械截割破岩的要求，实施后巷道掌子面坚硬岩体在***松动后适于悬臂式掘进机机械破岩。
上述实施例所提供的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法对掌子面坚硬岩体进行***松动，至少具有以下优点：
1)通过岩石损伤破裂区半径R确定装药孔间距d，制定了装药孔1和空孔2的***松动专有方案与参数，装药量小，对周边软弱破碎岩体损伤小。
2)解决了机械落矿遇到局部硬岩时效率低和成本高的问题，对掌子面坚硬岩体进行快速的***松动处理。
3)该松动***采矿方法也可应用于高地应力岩体环境下巷道掘进工程的卸荷处理。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，其特征在于，包括：
根据***损伤效应，计算岩石损伤破裂区半径R；
根据岩石破裂区半径R计算装药孔（1）的孔间距d，所述装药孔（1）的孔间距d=（4.0-4.5）R；
在掌子面上钻多个所述装药孔（1）和多个空孔（2），各个所述装药孔（1）与各个所述空孔（2）间隔布置，且各个所述装药孔（1）的孔深L1小于各个所述空孔（2）的孔深L2；
多个所述装药孔（1）与多个所述空孔（2）在掌子面高度和宽度方向上均匀布置；多个所述装药孔（1）配置为多排，多个所述空孔（2）配置为多排，多排所述装药孔（1）与多排所述空孔（2）沿掌子面高度方向交替分布；
沿掌子面高度方向，相邻的两排所述装药孔（1）和所述空孔（2）中的相邻两个所述装药孔（1）和所述空孔（2）交错分布；
沿掌子面高度方向，相邻的两排所述装药孔（1）和所述空孔（2）中，所述空孔（2）位于相邻所述装药孔（1）的斜上方或者斜下方，令至少部分所述装药孔（1）周边分布有四个所述空孔（2），所述装药孔（1）位于四个所述空孔（2）依次连线所围成的矩形结构的中心处；
在各个所述装药孔（1）的孔底装药，并进行堵孔，随后起爆；
所述装药孔（1）按照自中心所述装药孔（1）至四周所述装药孔（1）的顺序起爆；
已***松动岩体由掘进机截割剥落。
2.根据权利要求1所述的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，其特征在于，通过下式计算岩石损伤破裂区半径R：
；
其中：
，且/>；
；
；
；
其中：
为应力波衰减指数；/>为所爆岩石的泊松比；/>为侧压力系数；/>为爆轰波阵面的压力；/>为岩石界面上的初始入射压力；Cp为岩体纵波波速；D1为***的爆速；/>为***的密度；/>为岩体的密度；D0为岩体初始损伤系数；/>为岩体抗拉强度；/>为***药卷半径；为原岩应力；/>为岩石体重，h为覆岩厚度。
3.根据权利要求1所述的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，其特征在于，每个所述装药孔（1）的装药密度为0.21-0.38kg/m，每个装药孔（1）装填一条或多条药卷。
4.根据权利要求1所述的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，其特征在于，各个所述装药孔（1）与各个所述空孔（2）为浅孔或中深孔。
5.根据权利要求4所述的巷道掘进掌子面的松动***采矿方法，其特征在于，各个所述空孔（2）的孔深L2长度为1.5m-5m，各个所述装药孔（1）的孔深L1较空孔（2）短0.3-0.7m。
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2022
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