本發(fā)明涉及一種地下硬巖礦山采礦法，尤其涉及一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下礦山采礦方法。

背景技術(shù)：

對于地下硬巖礦山來說，通常采用鑿巖、爆破的鉆爆法對礦體進行開采。在回采過程中，礦體的可鉆性和可爆性將對爆破效果產(chǎn)生重要的影響，尤其是當遇到巖體較為堅硬時，可鉆性較差，鉆孔速度慢、鉆頭磨損嚴重，破巖成本高，嚴重影響了礦體的開采工作，難以達到安全高效開采的要求。

微波是指頻率為300mhz～300ghz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1毫米～1米之間的電磁波。微波具有選擇性加熱的特點，在微波照射下，含有多種不同性質(zhì)礦物顆粒的巖石會產(chǎn)生損傷和裂紋，并減低巖石的強度。目前，如何把微波加熱技術(shù)和采礦技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)一種基于微波輔助的金屬礦體開采方法還有缺乏研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提供一種爆破成本低，崩礦效率高的微波照射破巖采礦方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下采礦方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：根據(jù)礦體賦存條件確定出采場結(jié)構(gòu)尺寸，并完成礦體的可鉆性和可爆性評價，獲得礦體的堅硬程度評價結(jié)果；

步驟二：根據(jù)礦體的礦物成分和堅硬程度評價結(jié)果，確定微波功率、照射時間以及微波照射鉆孔的孔間距；其中，微波照射鉆孔孔間距d需滿足如下關(guān)系式：

式中：ε′為巖石材料介電常數(shù)，λ為微波波長，ε″為巖石材料介電損耗因子；

步驟三：在鑿巖巷道內(nèi)鉆鑿上向微波照射鉆孔，將微波發(fā)生器裝入微波照射鉆孔中，對礦體進行微波照射；

步驟四：微波照射完畢后，回收微波發(fā)生器，鉆鑿上向中深炮孔，并在上向中深炮孔中進行炸藥裝填。然后根據(jù)分段崩落法自上而下進行礦體回采，崩落的礦石由鏟運機運至溜礦井，再由出礦巷道運出。

進一步的，在礦體下部掘進階段運輸巷道，再自階段運輸巷道沿著礦體走向方向掘進穿脈巷道；在礦體下盤的穿脈巷道向上掘進通風天井，直到礦體之上的高度，再從此高度沿礦體走向掘進回風巷道；自通風風井在礦體外圍掘進各分段出礦巷道，之后在礦體內(nèi)部開挖鑿巖巷道；然后自礦體下盤的穿脈巷道向上掘進溜礦井到各分段出礦巷道。

進一步的，穿脈巷道間距取100～120m，溜井間距取30～40m。

進一步的，采場結(jié)構(gòu)尺寸?。弘A段高度為60～80m，礦塊長度為50～60m，分段高度為10～15m。

進一步的，在鑿巖巷道鉆鑿上向扇形中深炮孔。

進一步的，在采的下分段礦體正在進行微波孔的鉆鑿和微波的照射，中分段正在鉆鑿炮孔，上分段已完成所有炮孔的鉆鑿工作，上分段超前于下分段進行崩礦，使得礦體從上向下依次冒落，實現(xiàn)礦石連續(xù)不斷的生產(chǎn)。

進一步的，崩落的礦石使用鏟運機經(jīng)分段出礦巷道運至其端部的溜礦井，放下的礦石通過穿脈巷道到達階段運輸巷道運出。

進一步的，所述微波照射鉆孔在完成微波照射并回收微波發(fā)生器后，也進行炸藥裝填，并進行爆破崩礦。

進一步的，所述礦體為穩(wěn)固堅硬、中厚傾斜的礦體。

微波加熱巖石取決于巖石內(nèi)各礦物成分吸收微波的電場強度、微波頻率及其介電損耗，單位體積的介電材料損耗的微波功率p可用下式計算獲得：

p＝2πfε0ε″e2

式中，f為微波頻率，ε0為真空介電常數(shù)(8.85×10-12f/m)，ε″為巖石材料介電損耗因子，e為電場強度。

根據(jù)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，巖石吸收的微波能會轉(zhuǎn)化為熱能，對于同一介質(zhì)而言，介質(zhì)損耗是基本固定的，p與電場強度e的平方和頻率f成正比，因此，電場強度越大，頻率越高，照射時間越長，介質(zhì)吸收的微波功率就越大，介質(zhì)產(chǎn)生的熱量和溫升就越大，巖石吸熱破壞就越嚴重。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

當巖石類型、微波頻率確定后，根據(jù)上述公式確定的微波照射鉆孔間距d，具有明顯的優(yōu)點：1)保證待開采的礦體區(qū)域能夠全部被微波照射，照射范圍內(nèi)的礦體強度和完整體均得到弱化；2)能最大程度的提高微波能量的利用效率，保證礦體崩落效果；3)可實現(xiàn)微波照射孔的精準設(shè)計；4)可為微波照射作業(yè)的經(jīng)濟性分析找到平衡點。

在穩(wěn)固堅硬、中厚傾斜礦體的開采中，利用微波照射破巖技術(shù)，鉆鑿微波照射鉆孔，并將微波照射鉆孔的孔間距設(shè)定在特定的范圍，安裝并運行微波發(fā)生器，利用微波照射下巖石內(nèi)各礦物成分發(fā)生的不同熱膨脹，在礦體內(nèi)產(chǎn)生損傷和裂紋，降低礦體的強度和硬度，最后在微波照射后的礦體內(nèi)進行鑿巖崩礦，在保證崩礦安全性的前提下，解決了地下礦山中厚傾斜、穩(wěn)固堅硬礦體可崩性差、爆破成本高的問題。

附圖說明

圖1是利用微波照射破巖技術(shù)的采礦方案主視圖，即沿圖2中ⅰ-ⅰ線剖面圖；

圖2是沿圖1中ⅱ-ⅱ線剖面圖；

圖中：1—階段運輸巷道；2—穿脈巷道；3—溜礦井；4—分段出礦巷道；5—通風天井；6—回風巷道；7-微波照射鉆孔；8-鑿巖巷道；9-炮孔；10-崩落的礦石；11-鏟運機；12-微波發(fā)生器；13-鑿巖機；14-原生裂隙；15-微波照射次生裂隙。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下礦山采礦方法，首先鉆鑿微波照射鉆孔，并安裝微波發(fā)生器發(fā)射微波對礦體進行照射，利用微波照射產(chǎn)生的加熱效果改變巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，使其內(nèi)部節(jié)理裂隙不斷萌生、擴展與貫通，增加巖體的軟弱結(jié)構(gòu)面，大大減低巖體的強度和完整性；然后再對微波照射后的礦體采用分段崩落法采礦工藝進行爆破崩礦，從而實現(xiàn)礦體安全、高效開采。

圖1是利用微波照射破巖技術(shù)的采礦方案主視圖。首先根據(jù)礦體賦存條件確定出采場結(jié)構(gòu)尺寸，取階段高度為60～80m，礦塊長度為50～60m，分段高度為10～15m；同時，對礦體進行可鉆性和可爆性評價，獲得礦體的堅硬程度評價結(jié)果；再綜合礦物組成成分，進行試驗，確定使用的微波功率和照射時間，并完成微波照射設(shè)備選型。

在礦體下部掘進階段運輸巷道1，再自階段運輸巷道沿著礦體走向方向掘進穿脈巷道2，間距取100～120m；在礦體下盤的穿脈巷道向上掘進通風天井5，直到礦體之上的高度，再從此高度沿礦體走向掘進回風巷道6；以10-15m的分段高度，自通風風井在礦體外圍掘進各分段出礦巷道4，之后在礦體內(nèi)部開挖鑿巖巷道8；然后自礦體下盤的穿脈巷道向上掘進溜礦井3到各分段出礦巷道，溜井間距取30～40m。

根據(jù)選定的微波發(fā)生器和礦體賦存條件，進行微波照射鉆孔的設(shè)計，其中，微波照射鉆孔孔間距d需滿足如下關(guān)系式：

式中：ε′為巖石材料介電常數(shù)，λ為微波波長，ε″為巖石材料介電損耗因子。

當巖石類型、微波頻率確定后，根據(jù)上述公式確定的微波照射鉆孔間距d，具有明顯的優(yōu)點：1)保證待開采的礦體區(qū)域能夠全部被微波照射，照射范圍內(nèi)的礦體強度和完整體均得到弱化；2)能最大程度的提高微波能量的利用效率，保證礦體崩落效果；3)可實現(xiàn)微波照射孔的精準設(shè)計；4)可為微波照射作業(yè)的經(jīng)濟性分析找到平衡點。

按設(shè)計通過鑿巖機13在鑿巖巷道8內(nèi)鉆鑿上微波照射鉆孔7，在孔內(nèi)安裝微波發(fā)生器12，調(diào)試完畢后進行微波照射，微波使得巖石在原生裂隙14的基礎(chǔ)上發(fā)展出微波照射次生裂隙15；結(jié)束后，回收微波發(fā)生器，在鑿巖巷道鉆鑿上向扇形中深炮孔9，根據(jù)分段崩落法的回采工藝對礦體進行回采。圖2中在開采的下分段礦體正在進行微波孔的鉆鑿和微波的照射，中分段正在鉆鑿炮孔，上分段已完成所有炮孔的鉆鑿工作，上分段超前于下分段進行崩礦，使得礦體從上向下依次冒落，實現(xiàn)礦石連續(xù)不斷的生產(chǎn)。因為礦體穩(wěn)固堅硬，巷道斷面比較穩(wěn)定，所以崩落的礦石10使用鏟運機11經(jīng)分段出礦巷道4運至其端部的溜礦井3，放下的礦石通過穿脈巷道2到達階段運輸巷道1運出。

本發(fā)明針對地下礦山中穩(wěn)固堅硬、中厚傾斜礦體開采的技術(shù)問題，提供了一種安全高效的開采方式。利用微波照射降低礦體的強度和硬度后再鑿巖崩礦，將微波加熱技術(shù)和采礦技術(shù)良好結(jié)合，實現(xiàn)了一種基于微波輔助的地下金屬礦體開采方法。應(yīng)用本方法，在保證崩礦安全性的前提下，解決了地下礦山中厚傾斜、穩(wěn)固堅硬礦體可崩性差、爆破成本高的問題。

上述實施例僅僅是清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里也無需也無法對所有的實施例予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種利用微波照射破巖技術(shù)的地下采礦法?；夭蓤杂?、穩(wěn)固礦體時，首先鉆鑿微波照射鉆孔，并安裝微波發(fā)生器發(fā)射微波對鉆孔周圍礦體進行照射，利用微波照射產(chǎn)生的加熱效果改變礦體的物理力學(xué)性質(zhì)，使其內(nèi)部節(jié)理裂隙不斷萌生、擴展與貫通，增加礦體的軟弱結(jié)構(gòu)面，減低巖體的強度和完整性；然后再對微波照射后的礦體采用分段崩落法采礦工藝進行爆破崩礦，在保證崩礦安全性的前提下，解決了地下礦山中厚傾斜、穩(wěn)固堅硬礦體可崩性差、爆破成本高的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李杰林;洪流;周科平;高峰

受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2019.06.28

技術(shù)公布日：2019.08.20