權(quán)利要求

1.金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)，其特征在于，包括微波預(yù)裂機(jī)械采礦系統(tǒng)、微波分離系統(tǒng)、高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)及采空區(qū)；通過微波預(yù)裂采礦系統(tǒng)采下的礦-廢混合體通過其上的輸送機(jī)Ⅰ和提升機(jī)運(yùn)輸?shù)轿⒉ǚ蛛x系統(tǒng)，分離出的礦石運(yùn)輸?shù)礁吖β饰⒉ň劢谷刍到y(tǒng)，分離后的廢石通過輸送機(jī)Ⅴ運(yùn)輸?shù)讲煽諈^(qū)充填。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述微波預(yù)裂機(jī)械采礦系統(tǒng)包括敞開式微波輻射器、機(jī)械切割機(jī)、輸送機(jī)Ⅰ及提升機(jī)，輸送機(jī)Ⅰ通過其上的機(jī)架固定安裝于地面上，輸送機(jī)Ⅰ的輸出端與提升機(jī)的輸入端連接，切割機(jī)通過機(jī)身固定安裝于地面上，且位于輸送機(jī)Ⅰ一側(cè)設(shè)置，切割機(jī)的機(jī)頭側(cè)壁上安裝有敞開式微波輻射器；切割機(jī)的刀盤和敞開式微波輻射器通過切割機(jī)上的機(jī)械搖臂的伸展與轉(zhuǎn)動(dòng)控制高度及角度，敞開式微波輻射器分為水平布置的敞開式微波輻射器和垂直布置的敞開式微波輻射器，水平布置的敞開式微波輻射器布置在機(jī)械切割機(jī)沿切割方向前端，垂直布置的敞開式微波輻射器布置在機(jī)械切割機(jī)垂直切割方向上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述微波分離系統(tǒng)包括微波腔體、分離控制器及輸送機(jī)Ⅱ；所述輸送機(jī)Ⅱ通過機(jī)架安裝于地面上，且輸入端與提升機(jī)的輸出端連接，輸送機(jī)Ⅱ靠近提升機(jī)一側(cè)的機(jī)架上通過肋板安裝有微波發(fā)生器基座，微波發(fā)生器基座上表面安裝有微波發(fā)生器Ⅰ，微波發(fā)生器Ⅰ通過波導(dǎo)與微波腔體連接，輸送機(jī)Ⅱ的傳送帶穿過微波腔體，輸送機(jī)Ⅱ遠(yuǎn)離提升機(jī)一側(cè)通過肋板安裝有支撐板，支撐板上安裝有支架，支架上表面安裝有分離控制器，支架的兩個(gè)水平梁上分別安裝有多個(gè)紅外熱成像儀Ⅰ和多個(gè)空氣噴嘴，且紅外熱成像儀Ⅰ和空氣噴嘴的個(gè)數(shù)相等，所述空氣噴嘴位于礦石下落的正上方設(shè)置，紅外熱成像儀Ⅰ和空氣噴嘴均與分離控制器連接，礦石顆粒在輸送機(jī)Ⅱ的傳輸下經(jīng)過封閉的微波腔體加熱后，通過紅外熱成像儀Ⅰ進(jìn)行測溫，加熱后的礦石和廢石的混合物經(jīng)過分離控制系統(tǒng)的的正下方時(shí)，空氣噴嘴開啟，礦石在氣吹的作用下改變運(yùn)行軌跡下落到輸送機(jī)Ⅲ上，廢石不改變運(yùn)動(dòng)軌跡下落到輸送機(jī)Ⅴ上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)包括輸送機(jī)Ⅲ、豎向流礦管道，所述輸送機(jī)Ⅲ位于輸送機(jī)Ⅱ右下方設(shè)置，輸送機(jī)Ⅲ左下方設(shè)置有輸送機(jī)Ⅳ，輸送機(jī)Ⅳ的傳送帶為網(wǎng)孔式傳送帶，輸送機(jī)Ⅲ右下方設(shè)置有輸送機(jī)Ⅴ，輸送機(jī)Ⅲ和輸送機(jī)Ⅳ均通過機(jī)架安裝于地面上，輸送機(jī)Ⅳ下方設(shè)置有安裝于地面上的熔融金屬礦物池，輸送機(jī)Ⅲ的輸出端通過溜槽與破碎機(jī)連接，破碎機(jī)通過支架安裝于輸送機(jī)Ⅳ機(jī)架上，支架內(nèi)固定安裝有豎向流礦管道，破碎機(jī)輸出端與豎向流礦管道入口端連接，豎向流礦管道外圓從上至下依次設(shè)置有上扼流圈、單模加熱腔、下扼流圈及電磁線圈，單模加熱腔一側(cè)設(shè)置有紅外熱成像儀Ⅱ，單模加熱腔通過波導(dǎo)與安裝于地面的微波發(fā)生器Ⅱ連接，經(jīng)單模加熱腔熔融的金屬礦物經(jīng)豎向流礦管道輸出端流出通過網(wǎng)孔式傳送帶的網(wǎng)孔流入熔融金屬礦物池，分離出來的脈石礦物通過輸送機(jī)Ⅳ和輸送機(jī)Ⅴ輸送至采空區(qū)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的開采方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)機(jī)械切割機(jī)一次切割高度對礦體劃分若干層，自下而上分層切割；

步驟2，同時(shí)開啟水平布置的敞開式微波輻射器和垂直布置的敞開式微波輻射器，調(diào)至安全范圍的最大輸出功率，分別預(yù)裂第一層和第二層的礦體，敞開式微波輻射器與機(jī)械切割機(jī)行進(jìn)方向一致，水平布置的敞開式微波輻射器預(yù)裂礦體后，機(jī)械切割機(jī)同步跟進(jìn)連續(xù)切割第一層礦體，同時(shí)垂直布置的敞開式微波輻射器預(yù)裂第二層礦體，第一層礦體切割完畢后繼續(xù)切割第二層礦體，切割第二層礦體時(shí)，機(jī)械切割機(jī)通過機(jī)械搖臂將水平布置的敞開式微波輻射器和刀盤平移到第二層礦體處，此時(shí)垂直布置的敞開式微波輻射器移動(dòng)至第三層礦體處，而第二層礦體已被垂直布置的敞開式微波輻射器預(yù)裂，根據(jù)第一層礦體的切割效果，選擇開啟或關(guān)閉水平布置的敞開式微波輻射器，當(dāng)?shù)谝粚拥V體切割速度滿足現(xiàn)場需求，則關(guān)閉水平布置的敞開式微波輻射器；當(dāng)?shù)谝粚拥V體切割速度不能滿足現(xiàn)場需求，則開啟水平布置的敞開式微波輻射器；重復(fù)步驟2繼續(xù)開采下一層礦體；

步驟3，切割下來的礦體顆粒通過輸送機(jī)Ⅰ及提升機(jī)輸送至輸送機(jī)Ⅱ，經(jīng)過微波腔體對礦石顆粒進(jìn)行加熱處理，通過紅外熱成像儀Ⅰ統(tǒng)計(jì)達(dá)到邊界品位的礦體顆粒經(jīng)過微波后的最低平均溫度a；

步驟4，將步驟3測得的平均溫度a作為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)紅外熱成像儀Ⅰ測得礦體顆粒平均溫度<a，則為廢石，廢石在輸送機(jī)Ⅱ輸出端滑落至輸送機(jī)Ⅴ，通過輸送機(jī)Ⅴ輸送至采空區(qū)；當(dāng)紅外熱成像儀Ⅰ測得礦體顆粒平均溫度>a，則為礦石，控制器根據(jù)紅外熱成像儀Ⅰ的反饋，經(jīng)過t秒后打開空氣噴嘴，此時(shí)礦石正好位于空氣噴嘴正下方，通過空氣噴嘴將礦石吹至輸送機(jī)Ⅲ上；

步驟5，針對金屬礦物與脈石礦物熔點(diǎn)差值超過500℃的礦石進(jìn)行下階段處理，通過介電性能測試確定礦石微波加熱的最佳粒徑，然后將分離出的礦石顆粒經(jīng)過輸送機(jī)Ⅲ輸出至破碎機(jī)，采用破碎機(jī)破碎至最佳粒徑；

步驟6，通過破碎機(jī)破碎后最佳粒徑的礦石顆粒與石墨粉均勻混合，均勻混合后的礦石顆粒運(yùn)送到高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)，根據(jù)金屬礦物吸收微波且熔點(diǎn)小于脈石礦物的特點(diǎn)，將礦石中的金屬礦物熔化流出，當(dāng)紅外熱成像儀Ⅱ檢測到單模加熱腔內(nèi)最高溫度達(dá)到金屬礦物熔點(diǎn)后，輸送機(jī)Ⅳ開始工作，熔融金屬通過輸送機(jī)Ⅳ的傳送帶的網(wǎng)孔流至熔融金屬礦物池；分離后的脈石礦物經(jīng)過輸送機(jī)Ⅴ輸送至采空區(qū)；

步驟7，參數(shù)優(yōu)化：對脈石礦物進(jìn)行成分分析，石墨粉比例根據(jù)脈石礦物熔化效果而定，當(dāng)脈石礦物中金屬礦物含量≥10％時(shí)，提高石墨粉含量，降低礦石流速；當(dāng)脈石礦物中金屬礦物含量<10％時(shí)，以此時(shí)的石墨粉含量和礦石流速進(jìn)行工作。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬礦開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)及開采方法。

背景技術(shù)

金屬礦采選的本質(zhì)就是礦石破碎，將有用礦物提取出來。傳統(tǒng)的金屬礦采礦工藝流程：采用鉆爆法鑿巖爆破大塊礦石，隨后運(yùn)到地面進(jìn)行礦石的破碎、磨礦、浮選工作，將有用的礦物挑選出來運(yùn)到冶煉廠，同時(shí)還需要從地面運(yùn)輸骨料充填采空區(qū)。

傳統(tǒng)的開采工藝從開礦到選礦的工藝流程繁瑣，運(yùn)輸路線長、成本高，在采礦工藝上，鉆爆法施工推進(jìn)速度慢，并且對于圍巖的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生很大的影響，這給工人施工安全帶來了巨大威脅。尤其是金屬礦山向深部開采，高地應(yīng)力、高溫的影響會(huì)進(jìn)一步增大傳統(tǒng)采礦工藝的難度和成本。其次從地面運(yùn)輸充填料到采空區(qū)會(huì)增加充填材料和運(yùn)輸成本。傳統(tǒng)的選礦工藝，礦石破碎、磨礦工作能耗大，尤其是磨礦工作有效利用率只有1％，并且會(huì)產(chǎn)生大量的鋼材損耗，而后續(xù)的浮選工作還會(huì)消耗大量的化學(xué)溶液。對于低品位礦石，最終只能提取少量有用的礦物，絕大部分廢石的運(yùn)輸、破碎和浮選浪費(fèi)了巨大的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)及開采方法，采用微波技術(shù)依次進(jìn)行預(yù)裂礦石機(jī)械連續(xù)開采，微波分離廢石與礦石，微波聚焦融化實(shí)現(xiàn)金屬礦物富集融化的目的，將廢石就地運(yùn)往采空區(qū)填充，從而簡化礦石采選工藝，實(shí)現(xiàn)金屬礦的流態(tài)化開采。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)，包括微波預(yù)裂機(jī)械采礦系統(tǒng)、微波分離系統(tǒng)、高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)及采空區(qū)；通過微波預(yù)裂采礦系統(tǒng)采下的礦-廢混合體通過其上的輸送機(jī)Ⅰ和提升機(jī)運(yùn)輸?shù)轿⒉ǚ蛛x系統(tǒng)，分離出的礦石運(yùn)輸?shù)礁吖β饰⒉ň劢谷刍到y(tǒng)，分離后的廢石通過輸送機(jī)Ⅴ運(yùn)輸?shù)讲煽諈^(qū)充填。

所述微波預(yù)裂機(jī)械采礦系統(tǒng)包括敞開式微波輻射器、機(jī)械切割機(jī)、輸送機(jī)Ⅰ及提升機(jī)，輸送機(jī)Ⅰ通過其上的機(jī)架固定安裝于地面上，輸送機(jī)Ⅰ的輸出端與提升機(jī)的輸入端連接，切割機(jī)通過機(jī)身固定安裝于地面上，且位于輸送機(jī)Ⅰ一側(cè)設(shè)置，切割機(jī)的機(jī)頭側(cè)壁上安裝有敞開式微波輻射器；切割機(jī)的刀盤和敞開式微波輻射器通過切割機(jī)上的機(jī)械搖臂的伸展與轉(zhuǎn)動(dòng)控制高度及角度，敞開式微波輻射器分為水平布置的敞開式微波輻射器和垂直布置的敞開式微波輻射器，水平布置的敞開式微波輻射器布置在機(jī)械切割機(jī)沿切割方向前端，垂直布置的敞開式微波輻射器布置在機(jī)械切割機(jī)垂直切割方向上方。

所述微波分離系統(tǒng)包括微波腔體、分離控制器及輸送機(jī)Ⅱ；所述輸送機(jī)Ⅱ通過機(jī)架安裝于地面上，且輸入端與提升機(jī)的輸出端連接，輸送機(jī)Ⅱ靠近提升機(jī)一側(cè)的機(jī)架上通過肋板安裝有微波發(fā)生器基座，微波發(fā)生器基座上表面安裝有微波發(fā)生器Ⅰ，微波發(fā)生器Ⅰ通過波導(dǎo)與微波腔體連接，輸送機(jī)Ⅱ的傳送帶穿過微波腔體，輸送機(jī)Ⅱ遠(yuǎn)離提升機(jī)一側(cè)通過肋板安裝有支撐板，支撐板上安裝有支架，支架上表面安裝有分離控制器，支架的兩個(gè)水平梁上分別安裝有多個(gè)紅外熱成像儀Ⅰ和多個(gè)空氣噴嘴，且紅外熱成像儀Ⅰ和空氣噴嘴的個(gè)數(shù)相等，所述空氣噴嘴位于礦石下落的正上方設(shè)置，紅外熱成像儀Ⅰ和空氣噴嘴均與分離控制器連接，礦石顆粒在輸送機(jī)Ⅱ的傳輸下經(jīng)過封閉的微波腔體加熱后，通過紅外熱成像儀Ⅰ進(jìn)行測溫，加熱后的礦石和廢石的混合物經(jīng)過分離控制系統(tǒng)的的正下方時(shí)，空氣噴嘴開啟，礦石在氣吹的作用下改變運(yùn)行軌跡下落到輸送機(jī)Ⅲ上，廢石不改變運(yùn)動(dòng)軌跡下落到輸送機(jī)Ⅴ上。

所述高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)包括輸送機(jī)Ⅲ、豎向流礦管道，所述輸送機(jī)Ⅲ位于輸送機(jī)Ⅱ右下方設(shè)置，輸送機(jī)Ⅲ左下方設(shè)置有輸送機(jī)Ⅳ，輸送機(jī)Ⅳ的傳送帶為網(wǎng)孔式傳送帶，輸送機(jī)Ⅲ右下方設(shè)置有輸送機(jī)Ⅴ，輸送機(jī)Ⅲ和輸送機(jī)Ⅳ均通過機(jī)架安裝于地面上，輸送機(jī)Ⅳ下方設(shè)置有安裝于地面上的熔融金屬礦物池，輸送機(jī)Ⅲ的輸出端通過溜槽與破碎機(jī)連接，破碎機(jī)通過支架安裝于輸送機(jī)Ⅳ機(jī)架上，支架內(nèi)固定安裝有豎向流礦管道，破碎機(jī)輸出端與豎向流礦管道入口端連接，豎向流礦管道外圓從上至下依次設(shè)置有位于上部的扼流圈、單模加熱腔、位于下部的扼流圈及電磁線圈，單模加熱腔一側(cè)設(shè)置有紅外熱成像儀Ⅱ，單模加熱腔通過波導(dǎo)與安裝于地面的微波發(fā)生器Ⅱ連接，經(jīng)單模加熱腔熔融的金屬礦物經(jīng)豎向流礦管道輸出端流出通過網(wǎng)孔式傳送帶的網(wǎng)孔流入熔融金屬礦物池，分離出來的脈石礦物通過輸送機(jī)Ⅳ和輸送機(jī)Ⅴ輸送至采空區(qū)。

一種金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的開采方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)機(jī)械切割機(jī)一次切割高度對礦體劃分若干層，自下而上分層切割；

步驟2，同時(shí)開啟水平布置的敞開式微波輻射器和垂直布置的敞開式微波輻射器，調(diào)至安全范圍的最大輸出功率，分別預(yù)裂第一層和第二層的礦體，敞開式微波輻射器與機(jī)械切割機(jī)行進(jìn)方向一致，水平布置的敞開式微波輻射器預(yù)裂礦體后，機(jī)械切割機(jī)同步跟進(jìn)連續(xù)切割第一層礦體，同時(shí)垂直布置的敞開式微波輻射器預(yù)裂第二層礦體，第一層礦體切割完畢后繼續(xù)切割第二層礦體，切割第二層礦體時(shí)，機(jī)械切割機(jī)通過機(jī)械搖臂將水平布置的敞開式微波輻射器和刀盤平移到第二層礦體處，此時(shí)垂直布置的敞開式微波輻射器移動(dòng)至第三層礦體處，而第二層礦體已被垂直布置的敞開式微波輻射器預(yù)裂，根據(jù)第一層礦體的切割效果，選擇開啟或關(guān)閉水平布置的敞開式微波輻射器，當(dāng)?shù)谝粚拥V體切割速度滿足現(xiàn)場需求，則關(guān)閉水平布置的敞開式微波輻射器；當(dāng)?shù)谝粚拥V體切割速度不能滿足現(xiàn)場需求，則開啟水平布置的敞開式微波輻射器；重復(fù)步驟2繼續(xù)開采下一層礦體；

步驟3，切割下來的礦體顆粒通過輸送機(jī)Ⅰ及提升機(jī)輸送至輸送機(jī)Ⅱ，經(jīng)過微波腔體對礦石顆粒進(jìn)行加熱處理，通過紅外熱成像儀Ⅰ統(tǒng)計(jì)達(dá)到邊界品位的礦體顆粒經(jīng)過微波后的最低平均溫度a；

步驟4，將步驟3測得的平均溫度a作為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)紅外熱成像儀Ⅰ測得礦體顆粒平均溫度<a，則為廢石，廢石在輸送機(jī)Ⅱ輸出端滑落至輸送機(jī)Ⅴ，通過輸送機(jī)Ⅴ輸送至采空區(qū)；當(dāng)紅外熱成像儀Ⅰ測得礦體顆粒平均溫度>a，則為礦石，控制器根據(jù)紅外熱成像儀Ⅰ的反饋，經(jīng)過t秒后打開空氣噴嘴，此時(shí)礦石正好位于空氣噴嘴正下方，通過空氣噴嘴將礦石吹至輸送機(jī)Ⅲ上；

步驟5，針對金屬礦物與脈石礦物熔點(diǎn)差值超過500℃的礦石進(jìn)行下階段處理，通過介電性能測試確定礦石微波加熱的最佳粒徑，然后將分離出的礦石顆粒經(jīng)過輸送機(jī)Ⅲ輸出至破碎機(jī)，采用破碎機(jī)破碎至最佳粒徑；

步驟6，通過破碎機(jī)破碎后最佳粒徑的礦石顆粒與石墨粉均勻混合，均勻混合后的礦石顆粒運(yùn)送到高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)，根據(jù)金屬礦物吸收微波且熔點(diǎn)小于脈石礦物的特點(diǎn)，將礦石中的金屬礦物熔化流出，當(dāng)紅外熱成像儀Ⅱ檢測到單模加熱腔內(nèi)最高溫度達(dá)到金屬礦物熔點(diǎn)后，輸送機(jī)Ⅳ開始工作，熔融金屬通過輸送機(jī)Ⅳ的傳送帶的網(wǎng)孔流至熔融金屬礦物池；分離后的脈石礦物經(jīng)過輸送機(jī)Ⅴ輸送至采空區(qū)；

步驟7，參數(shù)優(yōu)化：對脈石礦物進(jìn)行成分分析，石墨粉比例根據(jù)脈石礦物熔化效果而定，當(dāng)脈石礦物中金屬礦物含量≥10％時(shí)，提高石墨粉含量，降低礦石流速；當(dāng)脈石礦物中金屬礦物含量<10％時(shí)，以此時(shí)的石墨粉含量和礦石流速進(jìn)行工作。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效果是：

(1)采用了微波預(yù)裂機(jī)械采礦，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的爆破采礦方法，提高了掘進(jìn)速度，避免了爆破對圍巖穩(wěn)定的影響。

(2)簡化了選礦的工藝，減少了傳統(tǒng)破碎、磨礦、浮選的工序，大幅降低了對鋼材、化學(xué)溶液等不可再生資源的消耗，主要采用的微波能量可以通過可再生能源轉(zhuǎn)化。

(3)井下微波分離礦石與廢石，礦石微波富集熔化生成廢渣脈石礦物，就地取材利用廢石與脈石礦物充填采空區(qū)，降低了運(yùn)輸和充填成本。

(4)采用礦石混合石墨粉，微波加熱和電磁線圈常規(guī)加熱結(jié)合的方法，對礦石進(jìn)行微波富集熔化，加快了礦石顆粒升溫熔化，減少了傳統(tǒng)磨礦工藝的鋼材損耗，擴(kuò)大了礦石微波熔化的適用范圍，同時(shí)降低了選礦過程中的化學(xué)溶液污染。

(5)一種微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)及方法，主要采用清潔可再生的微波能量在井下預(yù)處理礦石，依次進(jìn)行礦石微波預(yù)裂機(jī)械采礦，礦石廢石微波分離，礦石微波富集熔化和廢石充填采空區(qū)，簡化了采礦選礦工藝流程，提高礦山掘進(jìn)速度，降低機(jī)械開采成本。

附圖說明

圖1本發(fā)明金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)示意圖；

圖2本發(fā)明金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)示意圖；

圖3本發(fā)明金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的紅外熱成像儀Ⅰ與空氣噴嘴部分結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖4本發(fā)明金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的礦體分層示意圖；

圖5本發(fā)明金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的開采流程圖；

1-礦體，2-刀盤，301-水平布置的敞開式微波輻射器，302-垂直布置的敞開式微波輻射器，4-機(jī)械搖臂，5-機(jī)身，6-輸送機(jī)Ⅰ，7-提升機(jī)，8-輸送機(jī)Ⅱ，9-微波腔體，10-輸送機(jī)Ⅲ，11-礦石，12-紅外熱成像儀Ⅰ，13-空氣噴嘴，14-廢石，15-分離控制器，16-波導(dǎo)，17-微波發(fā)生器Ⅰ，18-熔融金屬礦物池，19-單模加熱腔，20-輸送機(jī)Ⅳ，21-脈石礦物，22-輸送機(jī)Ⅴ，23-采空區(qū)，24-電磁線圈，25-扼流圈，26-石墨粉，27-破碎機(jī)，28-紅外熱成像儀Ⅱ，29-微波發(fā)生器Ⅱ，30-溜槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1至圖5所示，一種金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)，包括微波預(yù)裂機(jī)械采礦系統(tǒng)、微波分離系統(tǒng)、高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)及采空區(qū)23；通過微波預(yù)裂采礦系統(tǒng)采下的礦-廢混合體通過其上的輸送機(jī)Ⅰ6和提升機(jī)7運(yùn)輸?shù)轿⒉ǚ蛛x系統(tǒng)，分離出的礦石11運(yùn)輸?shù)礁吖β饰⒉ň劢谷刍到y(tǒng)，分離后的廢石14通過輸送機(jī)Ⅴ22運(yùn)輸?shù)讲煽諈^(qū)23充填。

所述微波預(yù)裂機(jī)械采礦系統(tǒng)包括敞開式微波輻射器、機(jī)械切割機(jī)、輸送機(jī)Ⅰ6及提升機(jī)7，輸送機(jī)Ⅰ6通過其上的機(jī)架固定安裝于地面上，輸送機(jī)Ⅰ6的輸出端與提升機(jī)7的輸入端連接，切割機(jī)通過機(jī)身5固定安裝于地面上，且位于輸送機(jī)Ⅰ6一側(cè)設(shè)置，機(jī)械切割機(jī)一次進(jìn)刀深度為礦石11穿透深度的5-8倍；切割機(jī)的機(jī)頭側(cè)壁上安裝有水平布置的敞開式微波輻射器301和垂直布置的敞開式微波輻射器302；切割機(jī)的刀盤2和敞開式微波輻射器通過切割機(jī)上的機(jī)械搖臂4的伸展與轉(zhuǎn)動(dòng)控制高度及角度，水平布置的敞開式微波輻射器301布置在機(jī)械切割機(jī)沿切割方向前端，垂直布置的敞開式微波輻射器302布置在機(jī)械切割機(jī)垂直切割方向上方；所述敞開式微波輻射器的頻率采用915MHz；敞開式微波輻射器的類型根據(jù)礦石11類型而定，對于均質(zhì)性好的礦石11采用扁嘴形敞開式微波輻射器，對于均質(zhì)性差的礦石11采用大喇叭形敞開式微波輻射器；所述敞開式微波輻射器的個(gè)數(shù)等于兩層高度與單個(gè)敞開式微波輻射器預(yù)裂范圍的比值。

所述微波分離系統(tǒng)包括微波腔體9、分離控制器15及輸送機(jī)Ⅱ8，微波發(fā)生器Ⅰ17的微波頻率采用2.45GHz；所述輸送機(jī)Ⅱ8通過機(jī)架安裝于地面上，且輸入端與提升機(jī)7的輸出端連接，輸送機(jī)Ⅱ8靠近提升機(jī)7一側(cè)的機(jī)架上通過肋板安裝有微波發(fā)生器基座，微波發(fā)生器基座上表面安裝有微波發(fā)生器Ⅰ17，微波發(fā)生器Ⅰ17通過波導(dǎo)16與微波腔體9連接，輸送機(jī)Ⅱ8的傳送帶穿過微波腔體9，輸送機(jī)Ⅱ8遠(yuǎn)離提升機(jī)7一側(cè)通過肋板安裝有支撐板，支撐板上安裝有支架，支架上表面安裝有分離控制器15，支架的兩個(gè)水平梁上分別安裝有多個(gè)紅外熱成像儀Ⅰ12和多個(gè)空氣噴嘴13，且紅外熱成像儀Ⅰ12和空氣噴嘴13的個(gè)數(shù)相等，所述空氣噴嘴13位于礦石11下落的正上方設(shè)置，紅外熱成像儀Ⅰ12和空氣噴嘴13均與分離控制器15連接，礦石11顆粒在輸送機(jī)Ⅱ8的傳輸下經(jīng)過封閉的微波腔體9加熱后，通過紅外熱成像儀Ⅰ12進(jìn)行測溫，加熱后的礦石11和廢石14的混合物經(jīng)過分離控制系統(tǒng)的的正下方時(shí)，空氣噴嘴13開啟，礦石11在氣吹的作用下改變運(yùn)行軌跡下落到輸送機(jī)Ⅲ10上，廢石14不改變運(yùn)動(dòng)軌跡下落到輸送機(jī)Ⅴ22上。

所述高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)包括輸送機(jī)Ⅲ10、豎向流礦管道，所述輸送機(jī)Ⅲ10位于輸送機(jī)Ⅱ8右下方設(shè)置，輸送機(jī)Ⅲ10左下方設(shè)置有輸送機(jī)Ⅳ20，輸送機(jī)Ⅳ20的傳送帶為網(wǎng)孔式傳送帶，所述輸送機(jī)Ⅳ20的輸送帶的網(wǎng)孔直徑小于石墨粉26顆粒粒徑，輸送機(jī)Ⅲ10右下方設(shè)置有輸送機(jī)Ⅴ22，輸送機(jī)Ⅲ10和輸送機(jī)Ⅳ20均通過機(jī)架安裝于地面上，輸送機(jī)Ⅳ20下方設(shè)置有安裝于地面上的熔融金屬礦物池18，輸送機(jī)Ⅲ10的輸出端通過溜槽30與破碎機(jī)27連接，破碎機(jī)27通過支架安裝于輸送機(jī)Ⅳ20機(jī)架上，支架內(nèi)固定安裝有豎向流礦管道，破碎機(jī)27輸出端與豎向流礦管道入口端連接，豎向流礦管道外圓從上至下依次設(shè)置有位于上部的扼流圈25、單模加熱腔19、位于下部的扼流圈25及電磁線圈24，單模加熱腔19一側(cè)設(shè)置有紅外熱成像儀Ⅱ28，單模加熱腔19通過波導(dǎo)16與安裝于地面的微波發(fā)生器Ⅱ29連接，經(jīng)單模加熱腔19熔融的金屬礦物經(jīng)豎向流礦管道輸出端流出通過網(wǎng)孔式傳送帶的網(wǎng)孔流入熔融金屬礦物池18，分離出來的脈石礦物21通過輸送機(jī)Ⅳ20和輸送機(jī)Ⅴ22輸送至采空區(qū)23。

所述豎向流礦管道、位于上部的扼流圈25、單模加熱腔19及位于下部的扼流圈25組成微波加熱系統(tǒng)，單模加熱腔19采用微波頻率915MHz的單模腔結(jié)構(gòu)，組成微波加熱系統(tǒng)的豎向流礦管道內(nèi)同軸套裝有耐高溫石英管，直徑為20cm，熔點(diǎn)為1800℃；豎向流礦管道底部及電磁線圈24組成常規(guī)加熱系統(tǒng)，電磁線圈24讓豎向流礦管道底部產(chǎn)生高溫，其作用是防止經(jīng)過扼流圈25冷卻的金屬礦物凝結(jié)成塊。

一種金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)的開采方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)機(jī)械切割機(jī)一次切割高度對礦體劃分若干層，自下而上分層切割，所述分層的高度等于切割機(jī)一次切割高度；

步驟2，同時(shí)開啟水平布置的敞開式微波輻射器301和垂直布置的敞開式微波輻射器302，調(diào)至安全范圍的最大輸出功率，分別預(yù)裂第一層和第二層的礦體1，敞開式微波輻射器與機(jī)械切割機(jī)行進(jìn)方向一致，水平布置的敞開式微波輻射器301預(yù)裂礦體1后，機(jī)械切割機(jī)同步跟進(jìn)連續(xù)切割第一層礦體，同時(shí)垂直布置的敞開式微波輻射器302預(yù)裂第二層礦體，第一層礦體切割完畢后繼續(xù)切割第二層礦體，切割第二層礦體時(shí)，機(jī)械切割機(jī)通過機(jī)械搖臂4將水平布置的敞開式微波輻射器301和刀盤2平移到第二層礦體處，此時(shí)垂直布置的敞開式微波輻射器302移動(dòng)至第三層礦體處，而第二層礦體已被垂直布置的敞開式微波輻射器302預(yù)裂，根據(jù)第一層礦體的切割效果，選擇開啟或關(guān)閉水平布置的敞開式微波輻射器，當(dāng)?shù)谝粚拥V體切割速度滿足現(xiàn)場需求，則關(guān)閉水平布置的敞開式微波輻射器；當(dāng)?shù)谝粚拥V體切割速度不能滿足現(xiàn)場需求，則開啟水平布置的敞開式微波輻射器；重復(fù)步驟2繼續(xù)開采下一層礦體，全斷面一次采深完畢后重復(fù)步驟2繼續(xù)沿縱向開采；

步驟3，切割下來的礦體顆粒通過輸送機(jī)Ⅰ6及提升機(jī)7輸送至輸送機(jī)Ⅱ8，經(jīng)過微波腔體9對礦石11顆粒進(jìn)行加熱處理，通過紅外熱成像儀Ⅰ12統(tǒng)計(jì)達(dá)到邊界品位的礦體顆粒經(jīng)過微波后的最低平均溫度a；

步驟4，將步驟3測得的平均溫度a作為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)紅外熱成像儀Ⅰ12測得礦體顆粒平均溫度<a，則為廢石14，廢石14在輸送機(jī)Ⅱ8輸出端滑落至輸送機(jī)Ⅴ22，通過輸送機(jī)Ⅴ22輸送至采空區(qū)23；當(dāng)紅外熱成像儀Ⅰ12測得礦體顆粒平均溫度>a，則為礦石11，控制器根據(jù)紅外熱成像儀Ⅰ12的反饋，經(jīng)過t秒后打開空氣噴嘴13，此時(shí)礦石11正好位于空氣噴嘴13正下方，通過空氣噴嘴13將礦石11吹至輸送機(jī)Ⅲ10上；

步驟5，針對金屬礦物與脈石礦物21熔點(diǎn)差值超過500℃的礦石進(jìn)行下階段處理，通過介電性能測試確定礦石11微波加熱的最佳粒徑，然后將分離出的礦石11顆粒經(jīng)過輸送機(jī)Ⅲ10輸出至破碎機(jī)27，采用破碎機(jī)27破碎至最佳粒徑；

步驟6，通過破碎機(jī)27破碎后最佳粒徑的礦石11顆粒與石墨粉26均勻混合，石墨粉26熔點(diǎn)3800℃，具有微波條件下升溫極快的特點(diǎn)，其作用是附著礦石11顆粒表面加速礦石11顆粒升溫；均勻混合后的礦石11顆粒運(yùn)送到高功率微波聚焦熔化系統(tǒng)，根據(jù)金屬礦物吸收微波且熔點(diǎn)小于脈石礦物21的特點(diǎn)，將礦石11中的金屬礦物熔化流出，當(dāng)紅外熱成像儀Ⅱ28檢測到單模加熱腔19內(nèi)最高溫度達(dá)到金屬礦物熔點(diǎn)后，輸送機(jī)Ⅳ20開始工作，熔融金屬通過輸送機(jī)Ⅳ20的傳送帶的網(wǎng)孔流至熔融金屬礦物池18；分離后的脈石礦物21經(jīng)過輸送機(jī)Ⅴ22輸送至采空區(qū)23；

步驟7，參數(shù)優(yōu)化：對脈石礦物21進(jìn)行成分分析，石墨粉26比例根據(jù)脈石礦物21顆粒熔化效果而定，當(dāng)脈石礦物21中金屬礦物含量≥10％時(shí)，提高石墨粉26含量，降低礦石11流速；當(dāng)脈石礦物21中金屬礦物含量<10％時(shí)，以此時(shí)的石墨粉26含量和礦石11流速進(jìn)行工作。

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金屬礦微波-機(jī)械流態(tài)化開采系統(tǒng)及開采方法.pdf