一种采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采矿方法，特别是涉及一种地下矿崩落采矿方法，尤其适用于裂隙、节理等构造发育的厚大块状中等坚固矿体的开采。
【背景技术】
[0002]厚大中等坚固矿体的开采，传统采用分段或阶段矿房法、崩落法开采，部分品位高、矿岩稳定性差的矿床采用充填法进行开采。当该类矿体厚度变化大，节理裂隙发育，在走向上不连续，矿石品位高且变化大时，开采损失贫化大，无法保证作业的安全性。
[0003]该类矿体也可采用自然崩落法进行开采。虽然自然崩落法开采具有生产能力大、便于组织管理、作业安全、开采成本低等优点，但在国内应用较少，主要因为其对于矿体本身及其围岩可崩性要求较高，且需要大面积拉底，若矿体内的节理裂隙发育程度低，则岩体的崩落很难持续有效进行。国内外一些矿山在崩落边界布置的凿岩巷道中钻凿炮孔，采用炸药爆破预裂控制崩落边界，同时对难以自然崩落部分用炮孔强制崩落，扩大了自然崩落法的使用范围，但常规的炸药爆破崩矿，存在如矿体顶底板围岩动力损伤大，爆破范围及块度难以控制，盲炮难以处理等诸多问题，这导致自然崩落法的应用受到限制。
[0004]目前也有一些非爆破开采的方法用于地下矿山，例如高压水射流以及围岩弱化技术。不过高压水射流更多适用于煤矿开采，由于金属矿岩体本身比较坚硬，采用该方法成本高且效果难以保证效果；围岩弱化技术在矿山开采中运用较为普遍，例如钻空孔、切槽及松动爆破等方法，不过在对生产规模有要求的厚大矿体的高效采矿中，多是作为采矿工艺的辅助技术。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述厚大中等坚固矿体，尤其节理裂隙中等发育且厚度变化较大的矿体开采，提供一种能大大减小矿石崩落所需的拉底面积，有利于矿石自然连续崩落，并具有作业安全、生产效率高、爆破动力可控和采矿成本低的特点的采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法。
[0006]为了解决上述问题，本发明采用的采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，利用液态二氧化碳汽化物理作用产生的高压气体对矿体关键部位进行诱导致裂，控制平衡拱的发展，从而有效实现岩石内节理裂隙的萌生、扩展与贯通，大大降低岩体强度及完整性，以至于最终矿体在矿石自重和地压作用下发生连续的自然崩落，实现安全高效开采。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:首先确定矿体及围岩的可崩性，通过岩体内裂缝及裂隙发育情况的数字式全景钻孔摄像与探测，根据全景图像的逆变换算法，还原和形成三维虚拟岩芯图及孔壁展开平面图；基于图像数字处理与计算机视觉技术，获取岩石裂隙、节理等结构面信息；将钻孔数字图像转化为岩石物理参数的分布图，对岩体质量进行数值模拟评价；并结合现场岩体工程地质，建立岩体的可崩性的精细分级模型，以确定后续使用的二氧化碳高压气体的爆破压力值；
[0008]在可崩性评价的基础上，结合矿体赋存条件，选择合适的开采方式，当矿石可崩性好时使用矿块开采，矿石可崩性中等时采用盘区开采，可崩性差时则采用全面连续开采；然后进行采准工程布置，采场的结构参数设计，包括矿块高度与水平尺寸的取值；再进行采切工作，主要包括掘进运输平巷和横巷、电耙道或铲运机道、放矿溜井、行人通风天井、凿岩天井、观察天井或人道及切帮平巷；利用切帮沿矿块边界削弱矿块与原矿与岩体的联系，破坏矿石自然崩落过程中形成的平衡拱基，控制崩落边界，并提高边界附近高应力区巷道稳定性；在矿块底部进行拉低形成自由空间，使矿石达到自然崩落，拉底过程中采用炸药爆破及液态二氧化碳爆破相结合的方法以减少爆破对出矿巷道的稳定性影响；崩下的矿石经底部出矿巷道放出，采用电耙或铲运机出矿。
[0009]具体地，首先根据矿体的实际厚度和倾角布置矿体的采矿矿段及矿块的结构尺寸；用传统方法在矿块下部掘进阶段运输巷道及穿脉出矿横巷，间距取30?40m ;掘进和开挖形出矿横巷与出矿进路，其中出矿进路间距取10?15m ;然后在矿体中掘进水平向的联络道，在矿体两端顶底盘沿脉卸矿巷道内从下往上掘进布置溜井，溜井间距同出矿穿脉巷道间距相等；在矿块边界外围7?1m处布置观察天井，并自观察天井向着矿体方向掘进水平向的观察人道，并使其与矿体侧向掘进水平向的切帮巷道相连；并自下而上掘进切帮天井；在矿体上部形成的切帮巷道中部掘进钻孔摄像凿岩道，利用潜孔钻机钻凿90毫米的大直径深孔，垂直矿体走向，间距取8?10m，用于数字钻孔摄影测量并评价矿体的可崩性，同时在回采过程中可不间断探测，以实时监测矿体的崩落情况；拉底后自然崩落的矿石，铲运机通过装矿进路进入采场进行矿山铲装，由出矿横巷运至溜井进行放矿，放下的矿石通过阶段运输平巷运出；
[0010]回车过程中，采用切帮巷道进行切帮，削弱矿块边界与原矿及岩体的联系，当矿体部分难以崩落或则形成较稳固的平衡拱阻止了岩石的自然连续冒落，在矿体两侧的切帮巷道中钻凿诱导预裂炮孔，炮孔扇形布置，深度不超过矿体的中部，采用液态二氧化碳爆破器进行爆破诱导致裂，爆破器规格根据孔深和岩体稳定性确定，原则人为可控，不形成岩体立即冒落，以便安全回收液态二氧化碳爆破器；拉底过程中也采用液态二氧化碳爆破器进行爆破扩漏中，以控制对出口进路的损伤及周边岩体的损伤；采用潜孔钻机钻凿直径45_的上向扇形中深孔进行拉底，根据所需爆破压力值将相应规格的液态二氧化碳爆破器送人炮孔，然后进行封堵，进行爆破作业，每次爆破3排炮孔；根据矿石可崩性，使拉底速度保持与矿石自然崩落速度一致。
[0011]为确定采矿矿段的结构尺寸以及采用二氧化碳爆破器参数值提供依据，钻孔摄像工作在回采拉底落矿之前进行。
[0012]采用上述技术方案的采用液态二氧化碳爆破诱导崩落采矿方法，应用于崩落边界的炮孔中，除可以控制崩落边界外，还可以人工诱导破坏崩落岩石暂时形成的稳定平衡拱，甚至是强制崩落部分难以自然崩落的矿岩体，以达到人为控制落矿和处理难以连续自然崩落的问题。同时，在拉底等对周围巷道具有较大的爆破动力损伤时，利用二氧化碳爆破实现爆破动力和能量泄放方式可控的爆破技术，达到安全高效低成本的采矿目的。
[0013]作业时将可重复利用的二氧化碳爆破器代替炸药送入炮孔，管内的液态二氧化碳在通电加热条件下汽化形成高压气体，高压气体爆破能量使矿体内部的节理裂隙迅速发育，促使矿体在自重应力作用下实现连续的自然崩落。
[0014]本发明的有益效果是，利用二氧化碳高压气体爆破，解决了地下矿山中破碎难采矿体或者是节理裂隙中等发育的中等坚硬矿体的安全高效开采问题。液态二氧化碳加热产生的高压气体崩矿诱导自然崩落，以物理爆炸方式取代了传统的(炸药)化学爆炸，没有有毒气体的排放，爆破器可重复使用，操作简单，爆破能量可控，有效控制了爆破带来的岩体动力损伤，保护巷道及围岩稳定性，无处理哑炮、盲炮的危险，生产的安全性得到大幅提高，采矿成本大幅降低。
【附图说明】
[0015]图1是采用液态二氧化碳爆破诱导落矿的阶段自然崩落采矿法主视图，即沿图2的1-1剖面图。
[0016]图2是沿图1中I1-1I线剖面图。
[0017]图3是沿图1中II1-1II线剖面图。
[0018]图中一阶段运输巷道；2—穿脉横巷；3—溜井；4一出矿横巷；5—出矿进路；6一联络道；7—观察天井；8—观察人道；9一切帮天井；10—切帮巷道；11 一钻孔摄像凿岩道；12—钻孔摄像孔；13—诱导预裂炮孔；14一崩落矿石。
【具体实施方式】
[0019]本发明提出的采矿方案的具体用例是:针对上述类别矿体的开采，阶段高度取60?80m，矿块长度一般取50?60m，当矿体破碎且地压较大时可减少至30?40m。用传统的矿山开拓采准方法沿着矿体走向方向掘进阶段运输平巷；在矿块四个边角处掘进4条切帮天井，自切帮天井底部起每隔8?1m高度沿矿块周边掘进切帮巷道。在边角处根据岩体可崩性，适当掘进诱导预裂孔，采用凿岩机掘进直径为45?75mm扇形中深炮孔，采用二氧化碳爆破器强制预裂并崩落部分难以自然崩落矿