CN1011905B - 薄矿层开采用的方法与设备 - Google Patents

Abstract

在薄矿层开采的留矿采矿法中采用了工作平台或采矿钻机(30)之类的采矿设备，后者悬挂于采矿室顶板中的导架部分上并由此进行钻孔与装药，采矿室则通向一天井。在依循着矿体倾度的这一天井中，用到了一台输送用升降机，可在其提升罐笼(20)中接纳此工作平台或采矿钻机(30)。此罐笼20包括一运输导架，用来将该平台或钻机悬挂于此罐笼中，并可连接到此采矿室顶板中的起始导架上。

Description

本发明涉及到与薄矿层开采有关的方法与设备，在所应用的留矿采矿技术中，配备有工作平台或采矿钻机之类的工作设备，后者悬挂在采矿室顶板的导架部分上，通过此工作平台或采矿钻机进行钻孔与加药，而此工作平台或采矿钻机在爆破之前则移入一通向该采矿室的天井内。

世界上有若干地区存在着大量的含高品位矿石的呈薄层矿体形式之矿床。由于缺乏经济上可行的技术，这些矿床迄今只在极小的范围内受到人们注意。按照定义，这里所提及的此类矿体是指宽度的数量级至多为4至5米的情形，而它们在高度与长度方向上则可以有很大的广延范围。此外，业已弄清，这类薄层矿体的平面相对于水平面在很大范围内倾斜成45°至90°，而集中在60至70°的范围间。

瑞典专利333，342号中描述了一种采矿方法，现在常称作为“机械式留矿采矿法”，用于较宽的矿体。利用悬挂在岩石室顶板中导架上的采矿钻机进行开采，并由它来实现钻孔与装药。上述这些导架是顺序地安装于该岩石室之顶板中的，从采矿钻机处开始，相续地通过一修圆的过渡段而进入天井，而此采矿钻机则是在爆破作业开始之前被驱送至此天井内的。从该天井处起直至位于距此天井最远处的岩石室端部，进行着水平钻进采矿作业。在水平采矿结束后，即从上述端部开始，返回至该天井的方向，进行着扇形的垂直钻进。

与传统的留矿采矿法相比，上述方法具有很大优点，此时不需把松散的矿石用作采矿设备与采矿人员的工作平台。这样，由于矿石的 运移与采矿无关，就相当可观地提高了经济效益。

本发明之目的在于提供一种方法与设备，借此使薄矿层的开采在技术上与经济上成为可行的。

本发明是以这样一种认识为基础，即为了达到上述目的，应该遵循以下原则：

1.应从主要平巷来进行采矿工作，即如过去那样，将不通过一中间平巷系统来达到此窄的矿体，而装配此种中间平巷系统是需要付出很大代价的。

2.采矿与运搬松散的矿石堆应能相互独立地进行。

3.惯例上花费很高且耗时长达6至7年的钻进规划，应仅仅限制于主要去关心从原则上来确定矿体的近似范围与延展范围。而且，应这样地来设计采矿设备，能使所追踪的矿体大体上与其厚度、斜度、弯曲与可能出现的断层等一些主要的未知变化无关。

本发明在其一个方面是采用了一种类似于上述机械式留矿采矿技术的方法，从而能提供与此有关的优点。但是应该着重指出，此种机械式留矿采矿技术是以采用下述设备为根据的，此种设备需用很大的空间并且要能在岩石室与天井顶板中的上述同一种连续导架系统中传动。当涉及到宽度至多为4米、相对于水平面之倾角为60°至70°的数量级、且沿其延伸方向通常有许多弯曲与可能的断层之薄层矿体时，这种周知的技术与设备就完全无用了。

按照本发明，在依随着矿体倾斜程度的天井中采用了一台运输升降机，把它设计成可在其提升罐笼中容纳下工作平台或采矿钻机，而与此工作平台或采矿钻机的尺寸相适应，并得以悬挂在岩石室顶板的导架上，使其能相对于薄层矿体的外形与尺寸灵活地改变相应的条件。 这样，一方面例如可能需从一米宽度的工作平台上进行采矿，从该平台上用手动钻具进行钻孔，而此平台则通过手动沿导架向前驱动。另一方面则可能要采用带有一或多个钻臂的采矿钻机，后者借助风马达或电动机沿导架推动。

在工作平台或采矿钻机用的运输提升罐笼中安装一导向吊架，而此导架可沿侧向与长度方向运动并能连接到岩石室顶板中的一起始导架上，这样就能获得一可弯曲的过渡段，使此工作平台或采矿钻机于天井与采矿室之间运动。

在采掘开始时，首先在邻近天井的采矿室中设置上述的起始导架。此起始导架最好有一个为悬挂于其上之工作平台或采矿钻机所用的闭锁装置，它可以在该平台或钻机将来到其上而上述运输罐笼尚未向下运动时，自动地开始工作。

此外，通过此起始导架，最好有供气与供水管线与采矿设备用的空气导管与水管相连接，并在这些导架部分中按照常规的方式延伸。

上述导架部分是设置在采矿室的顶板中，且使它们能大体上依随着矿体的弯曲段并跨越过任何断层，得以让采矿室的形状基本上仿随此薄层矿体的外形。为此目的，在该采矿设备中包括有一组短的呈角度的连接件，它们装定在两个导架部分之间，当需要某种形状以及矿体有此需要时，得以沿侧向和/或高度方向改变它们之间的相互角度，或使它们沿侧向作平行的位移，为了类似的理由，该采矿平台最好能以可绕枢轴转动的方式悬挂于导架上。

本发明可以有利地用来在这样一种矿室中进行采矿，该室在矿体的平面中延伸并仿随此矿体的外形，其长度范围为50至200米，而高度为50米或更高。

本发明的其它特点、目的与优越之处，可以从下面对照某些实施方案之附图所作的描述中获得理解。

在附图中：

图1为通过一薄层矿体延伸部分之水平剖面;

图2与3分别为沿上述矿体之延伸部分且分别处在图1之Ⅱ-Ⅱ与Ⅲ-Ⅲ之高度方向上的垂直剖面;

图4至6以沿着上述矿体之平面的几个剖面，示意地表明了用本发明之方法进行采矿时三个相续的准备工作阶段;

图7为沿图6中箭头Ⅶ-Ⅶ方向的水平剖面;

图8以沿着图4至6所示之同一平面进行观察的形式，示意地表明了依据本发明之方法的第一实施方案进行采矿时的开始阶段，其中

图8a以部分图示明了此相应的下一个阶段;

图9至11以类似于图4至6中的剖面图。表明了在该第一实施方案中相续的其它几个工作阶段;

图12至14以与前述类似的剖面图，表明了本发明之方法的第二实施方案中相续的工作阶段;

图15以与前述类似的剖面图，表明了依据本发明之采矿方法的第三实施方案;

图16以与前述类似的剖面图，说明依据本发明之方法为采矿室进行通风的原理;

图17为沿着前述相同之平面的放大剖面图，示意地说明了将本发明之方法中所用的采掘平台悬挂于一在天井中延伸的运输升降机罐笼内的原理;

图18以图17中的类似方式，表明了悬挂于采矿室顶板中导架 上的采矿平台;

图19至21分别示意性部分图，表明了本发明方法中的导架与采矿平台作枢轴接合的原理，其中图21为沿图20箭头ⅩⅪ方向中的图;

图22a至22d则以示意性的部分图表明将连接件应用于导架部分间的情形。

在以上不同的附图中，相同的或起着类似作用的部件则采用相同的参考数号标明。

图1至3表示了薄层矿体1的延伸情况与近似的外观。如图中所表明的，此矿体还可含有不同于拟开采之矿石的另一种矿物的干扰部分2。

从通向两个主水平巷道3与4的横向平巷处分别延伸出两个大体上相互平行的水平巷道6与8，它们掘进入矿体。当存在有上述干扰部分时，再进一步掘进两个水平巷道6′与8′也是合适的。

从下巷道8分别在矿体中掘进两个天井10与12，直到上巷道6。这一阶段示明于图4中，此项工作可以用常规的由导架悬挂的上向凿井提升机14来进行。

与下巷道8相平行且处于其上方的为一水平的所谓锥形巷道16，它的底岩构成了拟开采之岩石室的下壁。从下巷道8开掘有许多通向锥形巷道16的向上增宽的出矿口18，尽管本例中所示的下巷道8是以延伸至矿体内的所谓运输巷道的形式来表明，但通常最好是勘定出此种运输巷道的位置，然后相应于主平巷4，沿侧向相对于上述出矿口18位移，用所谓的储存巷道通向这些出矿口。这类储存巷道则以虚线标明于19处。

运输巷道8、锥形巷道16、出矿口18以及上述储存巷道与其它各类需用的巷道等，都可以按照留矿采矿法中有关的常规方式来设置。

参看图7，在天井10中装设了一个载运输送用提升罐笼20的通常那种齿条或销齿条，此种罐笼尽可能地充满该矩形的巷道载面。这种输送用提升罐笼也可用例如在以后的某些图中由21处所示明的缆绳带动。此巷道剖面的悬挂侧22可以延伸至矿体24之外，而提升罐笼20的导架26则设置在该侧之上。

参看图17，提升罐笼20在其顶板中载有一用于悬挂采矿装置的导架28，此采矿装置在此提升罐笼中取工作平台或采矿钻机30的形式。导架28的类型和轮廓与拟用在下述采矿室顶板中之导架部分的相同。此未加以详细示明的导架28以可沿侧向及沿其长向运动的方式安装于该提升罐笼的顶板中。此采矿装置30在一种实施方案中可以在实质上仅仅为一钻进用的工作平台，带有手动的较小型之钻机。这样一种实施方案特别适用于薄至1米的很小厚度的矿体。在另一种实施方案中，当用于较大厚度之矿体时，如图9至15所示，所用的较大型的采矿钻机则能够有一或多个钻臂以用于机械钻进。

在图8至11所示之本发明的方法之第一实施方案中，具体地参看图8，此时的采矿是从位于提升罐笼20之工作平台或采矿钻机以水平钻孔开始的。在装药与爆破后（于爆破期间，此提升罐笼20向上进入天井10内一安全地带），在天井10与采矿室顶板间的过渡段内形成有一凹部34，其长度允许安装下一在此称之为起始导架的第一导架36。当此起始导架36安装入凹部34的顶板中后，以可动方式装设于提升罐笼20中的导架28即与该起始导架36对齐， 使得工作平台或采矿钻机能如图8a所示，朝外移动到此起始导架之上。参看图9，通过装药与爆破后继续进行水平钻进，并以新的导架部分38逐渐延长至天井12。

之后，依据图10从天井12开始第二阶段中的垂直钻进，参看图11，朝钻孔中陆续装药，卸除上述导架部分并进行爆破。此新爆破碎的顶板不需予以堆高起来。

当爆破点与天井10之间的距离较小时，在每次爆破之前可将工作平台或采矿钻机移入提升罐笼20内，后者朝上驱动进入天井10内。当上述距离较大时，只须将工作人员向上带入此天井10内便可以了。

完成了上述垂直钻进开采阶段后，又重新开始相对于图8与9所讨论的水平钻进。

按照本发明之方法的第二实施方案，同时参看图12至14，免除了上述的水平钻进阶段。此时导架部分38从提升罐笼20开始，首先直接安装于直到天井12的采矿室之可资利用的顶板中，见图12。然后从天井12开始垂直钻孔，见图13。最后装药，并按第一实施方案所示的相同方式陆续地卸除导架部分，然后进行爆破，见图14。

前面所述之本发明的方法之第二实施方案，完全适合采用钻孔与装药的机器人使之自动化。

图15表明了以上所述的两种方法之一种改进型式，其中表明，运输平巷10基本上是设置于矿体24的中央，而在此矿体的各端则分别设有通风平巷40与42。然后以上述两种方法中之任一种，从提升罐笼20起，朝两个方向进行采矿。

图16表明了为采矿点通风的一种极有利的实施方案。在矿体24上方的巷道6中设置有一闭合结构44，使风扇鼓入的空气能经由运输平巷10，然后沿辅助天井12向上，强制流过采矿点。

在图18中，示明了工作平台30的某些进一步的细节。更具体地说，此平台30在其底侧带有一滚轮，吊挂起在下方的加长台板46，使之能够到达所示明的突出位置而形成一平台，用来攀登和接附上新的导架部分38。在47处标明了支承斜撑。

参看图19，其中有在需要时供吊挂用的装置48，而导架部分38可以绕枢轴转动的方式安装于其连接件50中。导架的这种绕枢轴转动的悬挂方式，消除了需要一大体上沿着矿体之同一水平面延伸的安装表面，同时当认为有必要时，例如为了增强度的理由，可允许例如将导架连接到上盘52之中而不是薄层采矿室的顶板之上。自然，此上盘也可朝着与图19所示之方向作反向倾斜。

参看图20与21，此采矿平台可依绕枢轴转动的方式围绕一垂直枢轴54以及围绕一水平枢轴56悬挂。在这两个图中，58指导架38上平台所用的支承或传动轮，而60乃是该平台所用的悬撑（同时参看图18）。在图20与21中，导架38与图19中实施方案相反，由其连接件50刚性地连接于采矿室的水平顶板中。此采矿平台通过可绕枢轴转动的方式悬挂起，能灵活地适应此采矿室的方向变化。

为了能使导架部分38可延伸至采矿室在侧向的弯曲部分，甚至跨过较小的断层，可以采用图22示意性表明的一类接合部件62，它们能以任意形式相互地组成弯曲状或平行于导架部分38位移。此种接合部件62的宽度与点63处所示之导架部分的齿条或销齿条之 节距相对应，使得所说的节距同样保持于此种接合的过渡段中。为了消除与此种齿条或销齿条共同工作的齿轮发生卡塞的风险，在图22a至22c的图面中延伸之接合部件62的齿或销应取伞形结构，即朝向其端部处应有间隙。

为了能够通过带有无意义之矿物的部段（参看图1中的2），在某些情况下最好是在此种部段的上侧或下侧通过。为此需要朝上和/或向下来改变此种导架部分的方向。而这时所用的接合部件是与图22a至22c中所用的接合部件类型相似。这类接合部件64的引入情形示意地说明于图22d中。

由于这种接合部件64的齿或销是垂直地延伸至图22d的图面，就不会有卡塞的风险，因而这里也不需要有任何端部的间隙。

对于上述的接合部件62与64，各自分别要求有两种相应类型，就接合部件62而论应分别有向右与向左的设计，而对接合部件64而论则应相应有朝上与朝下的设计。理由是这些接合部件，同样是那些导架部分38，都应包含有为采矿设备供气与供水的导管部分。

除非另作说明，不然，包括在此采矿设备中而未作更详细说明的部件可以属惯常采用的类型。这样，上述的导架部分、运送用提升罐笼的传动装置与钻机等等，都可采用对熟悉本项工艺之人为周知的常规设计。

Claims (18)

1、采用吊挂在采矿室顶板中之导架部分(38)之上的采矿设备(30)，并由此进行钻孔与装药以进行薄层矿开采的一种方法，此采矿室则与一天井通连，此方法的特征为：设置有依随此薄层矿体的天井(10)，同时在此天井中采用一种被设计用来在其提升罐笼(20)中接纳上述采矿设备(30)的运输提升机。

2、如权利要求1所述的方法，其特征为：作为上述的提升罐笼，所用的是一种具有导架（28）的罐笼（20），此种提升罐笼安排成可将所说的采矿设备吊挂于其中，并可连接到此采矿室顶板中的导架（32）之上。

3、如权利要求2所述的方法，其特征为：在采矿室邻近天井（10）的顶板中安装一起始导架（36），并在其上为悬挂在上面的采矿设备设置一闭锁装置，用以防止该采矿设备在缺乏运送用提升罐笼（20）的条件下移向天井。

4、如权利要求3所述的方法，其特征为：通过上述的起始导架（36），将供水与供气管线与延伸至前述导架部分（38）的气管与水管相连接。

5、如前述任何一项权利要求所述的方法，其特征为：将所说导架部分（38）这样地安装于采矿室的顶板中，使之能沿侧向且在高度方向上仿随矿体的形状而变化并跨越过任何断层，从而使此采矿室的外形能依循该矿体的外形。

6、如权利要求1所述的方法，其特征为：将天井（10）设置于采矿室的一端，同时在此室的另一端，循着矿体的倾度而设置一辅助的第二天井（12）。

7、如权利要求1所述的方法，其特征为：在采矿室的两端之间设置前述天井（10），同时将两个辅助天井（40）各设在该采矿室的一端。

8、如权利要求6所述的方法，其特征为：在远离天井（10）的一个方向中，将导架（38）逐渐延长至辅助天井（40），以进行水平钻进与爆破。

9、如权利要求6所述的方法，其特征为：从辅助天井（40）处开始，返回到天井（10），用爆破方法和渐次卸除导架部分（38）来进行垂直钻进。

10、开采薄矿层用的一种设备，采用了悬挂在采矿室顶板中导架部分（38）上的一种采矿设备，并据此进行钻孔与装药，而此采矿室与一天井（10）通连，其特征为：设置有一台沿天井（10）运动的运输升降机，同时具有将此采矿设备（30）接纳于该升降机之提升罐笼（20）中的装置。

11、如权利要求10所述的一种设备，其特征为：所述运输升降机具有一用来将该采矿设备（30）悬挂于提升罐笼（20）中的运输导架（28），以及将此运输导架连接到前述采矿室顶板中导架部分（38）上的装置。

12、如权利要求11所述的一种设备，其特征为：通过可以调节地将前述运输导架（28）带到该提升罐笼（20）中的一种装置，使之能沿横向与长度方向进行调节。

13、如权利要求10至12中任何一项所述的一种设备，其特征为：设置有可将此采矿设备（54，56）以可绕枢轴转动的方式悬挂于前述导架部分（38）上的装置。

14、如权利要求10所述的设备，其特征为：用枢轴装置使之以可绕枢轴转动的方式悬挂于接合装置（50）中的至少一个上述的导架部分（38）之上，此接合装置是用来连接到该采矿室之顶板上的。

15、如权利要求10所述的设备，其特征为：所述采矿设备（30）包括有一工作台板（46）以及载运此工作台板的装置，使此工作台板能相对于该采矿设备于一后撤和前突位置之间移动。

16、如权利要求10所述的设备，其特征为：所说的导架部分（38）包括一经设计成可与前述运输导架（28）相结合的起始导架（36）;并且有闭锁装置，可用来在缺乏运输罐笼的条件下防止悬挂于导架上的采矿设备移向天井。

17、如权利要求16所述的设备，其特征为：此起始导架（36）具有将供气与供水管线连接至延伸到上述导架部分（38）中之空气管道与水管的连接装置。

18、如权利要求10所述的设备，其特征为：将一组短的角状接合部件（62，64）安置在两个导架部分（38）之间，用来在侧向上和/或高度方向上改变它们相互间的角度和/或使它们沿侧向与高度方向上位移，而使此设备能仿随矿体所要求的形状。

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