CN110906817A - 一种露天矿复合薄层物料采剥方法及爆破装药机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种露天矿复合薄层物料采剥方法及爆破装药机器人，步骤一：划分采区工作线；步骤二：开采物料，当待开采物料厚度小于2m时，采用直接开采方式；当待开采物料厚度大于2m时，采用深孔爆破开采方式；爆破装药机器人包括主体、卡盘和可视装置；主体包括推进段、车轮组、液压装置和驱动电机，卡盘包括固定夹具、可动夹具、液压系统和圆形固定盘；发明能够解决垂直爆破钻孔爆破效率低、填塞长度不足、装药量不足、底板不平，降雨严重地区爆破孔内积水等问题，装药机器人负责装药，减少人工操作，可实现多路同时工作，解决北方露天矿冬季台阶冻顶处理、薄煤层开采、煤层间薄夹石层的剔除等问题。

Description

一种露天矿复合薄层物料采剥方法及爆破装药机器人

技术领域

本发明涉及一种露天矿复合薄层物料采剥方法及爆破装药机器人，属于采矿技术领域。

背景技术

露天开采作为煤矿开采的一种方法，因其效率高、产量大，受到越来越多的关注，其年产量超过全国煤炭总产量的20%，并且还在逐步扩大。因煤与岩石的硬度较大，露天开采过程中常采用爆破方式进行处理。但是露天矿爆破过程中经常面对硬度、厚度又较薄的两种或多种复合岩石或矿物的爆破开采情况，如北方露天矿冬季台阶冻顶的处理、多层薄煤层开采、煤层间夹矸的剔除等。

现阶段解决上述问题的主要途径包括采用小型设备进行分层采剥，如液压铲、露天采矿机等，但该方式设备效率低，设备昂贵，采剥成本大。部分地区也采用常规的垂直钻孔方式，即钻孔方向垂直水平面向下，但是同样也产生一系列问题，如爆破效率降低、填塞长度不足、装药量不足、底板不平，降雨严重地区爆破孔内积水等问题，影响爆破效果，薄层物料的分离采剥效果不佳。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种露天矿复合薄层物料采剥方法及爆破装药机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：步骤一：划分采区工作线，将露天矿工作面平均分为3-4段，前一段工作线超前后一段工作线20-40m，形成阶梯形分段工作线；步骤二：开采物料，当待开采物料厚度小于2m时，采用直接开采方式：将待开采物料直接由上部平盘推落至下部平盘，下部平盘采用转载设备进行集中采装；

当待开采物料厚度大于2m时，采用深孔爆破开采方式：

A. 在露天矿台阶坡面上沿待爆破层下界面钻凿1-2排水平钻孔，钻孔深为10-40m，同一台阶分布多层待爆破层时，沿不同待爆破层界面分别钻凿1-2排水平钻孔；

B. 采用1m长度的药包分段装入钻孔，并根据揭露的岩性和装药量需求确定采用连续装药或空气间隔分段装药，分段装药时每个药段均需布置起爆药包；

C. 钻孔填塞长度在待爆层厚度的1.2～1.5倍；

D. 爆破后采装运输。

进一步的，在岩体内有水的区域，所述步骤A中的钻孔为上扬钻孔。

进一步的，所述步骤A中钻孔直径为200mm，所述步骤B中每段药包重量为30kg。

进一步的，所述步骤C中当爆破后上层矿岩单独采装运输时，则增加30-50%装药量。

进一步的，所述上扬钻孔内坡度为3‰-1%。

一种爆破装药机器人，包括主体、卡盘和可视装置；

主体包括推进段、车轮组、液压装置和驱动电机，推进段为内部中空的圆柱形状，推进段内部设置有液压装置和驱动电机，推进段外部圆周表面均匀间隔设置三个车轮组，其中一个车轮组与液压装置连接，另外两个车轮组与驱动电机连接；

卡盘包括固定夹具、可动夹具、液压系统和圆形固定盘，圆形固定盘的前侧面上设有固定夹具和可动夹具，可动夹具位于固定夹具的内侧，固定夹具直接设置在圆形固定盘上，可动夹具通过液压系统设置在圆形固定盘上，圆形固定盘后侧面与推进段顶面连接，圆形固定盘前侧面中心位置设有可视装置，连接线缆由主体内部穿过分别与液压装置、驱动电机、液压系统和可视装置连接。

进一步的，还包括钢丝绳，钢丝绳与连接线缆绑定在一起。

进一步的，所述推进段为圆柱形，直径为15-20cm，长度为20-40cm。

与现有技术相比本发明能够解决垂直爆破钻孔爆破效率低、填塞长度不足、装药量不足、底板不平，降雨严重地区爆破孔内积水等问题，解决北方露天矿冬季台阶冻顶处理、薄煤层开采、煤层间薄夹石层的剔除等问题；由爆破装药机器人负责装药，减少人工操作，可实现多路同时工作；爆破装药机器人配置连接线缆一方面可以降低机器人重量进而降低造价，另一方面可以提供高电压和充沛的动力；爆破装药机器人只需要具备前进功能，撤回通过拉拽连接线缆实现，进一步降低机器人造价的同时避免机器人后退时碾压线缆。

附图说明

图1是本发明工作线划分示意图；

图2是本发明物料直接开采示意图；

图3是本发明装药机器人整体结构示意图；

图4是推进段横向界面示意图；

图5是卡盘结构示意图；

图6是本发明水平钻孔布置图；

图中：1.水平钻孔，2.上扬钻孔，3.下沉钻孔，4.露天矿台阶，401.上部平盘；402.下部平盘；5.主体，5-1.推进段，5-2.车轮组，5-3.液压装置，5-4.驱动电机，6.卡盘，6-1.固定夹具，6-2.可动夹具，6-3.液压系统，6-4.圆形固定盘，7.可视装置，8.连接线缆；9.分段工作线；10.待开采物料；11.推土机；12.装载机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1和图2所示，本发明包括以下步骤：步骤一：先划分采区工作线，将露天矿工作面平均分为3-4段，以图1所示，工作面分为a、b和c三段，工作面上下两侧为端帮，从一侧端帮至另一侧端帮，前一段工作线超前后一段工作线20-40m，形成阶梯形分段工作线9；步骤二：开采物料，当待开采物料10厚度小于2m时，无需爆破，可以采用直接开采方式：使用推土机11将待开采物料10直接由上部平盘401推落至下部平盘402，下部平盘402采用装载机12进行集中采装；

当待开采物料10厚度大于2m时，无法直接开采，此时需要采用深孔爆破开采方式：

如图6所示，A. 在露天矿台阶4坡面上沿待爆破层下界面钻凿1-2排水平钻孔1，钻孔深为10-40m，同一台阶分布多层待爆破层时，沿不同待爆破层界面分别钻凿1-2排水平钻孔1，钻孔直径为200mm；B. 采用1m长度的药包分段装入钻孔，并根据揭露的岩性和装药量需求确定采用连续装药或空气间隔分段装药，分段装药时每个药段均需布置起爆药包，每段药包重量为30kg，装药由爆破装药机器人完成；C. 钻孔填塞长度在待爆层厚度的1.2～1.5倍；D. 爆破后采装运输，当爆破后上层矿岩单独采装运输时，则增加30-50%装药量。

有些岩体内有水，在岩体内有水的区域，所述步骤A中的钻孔为上扬钻孔2，且上扬钻孔2内坡度为3‰-1%，以便孔内水自然流出，从而解决了富水矿岩爆破的问题。同时，水平钻孔1避免了大气降水汇入孔内，解决了大气降水影响装药和炸药性能的问题，因此特别适用于年降水量大的气候湿润地区。

如图6所示，相邻两类岩石交界面非水平时，可根据交界面走向进行定向钻孔，形成上扬钻孔2或下沉钻孔3。

钻孔深度由10-40m不等，而且需要分段装填炸药，为保证爆破效果，因此需要专门的爆破装药机器人进行装填，如图3-5所示，爆破装药机器人包括主体5、卡盘6和可视装置7；

主体5包括推进段5-1、车轮组5-2、液压装置5-3和驱动电机5-4，推进段5-1为内部中空的圆柱形状，直径为15-20cm，长度为20-40cm，推进段5-1内部设置有液压装置5-3和驱动电机5-4，推进段5-1外部圆周表面均匀间隔设置三个车轮组5-2，其中一个车轮组5-2与液压装置5-3连接，使得车轮组5-2具备伸缩功能，另外两个车轮组5-2与驱动电机5-4连接，负责推动整个装药机器人前进；

卡盘6包括固定夹具6-1、可动夹具6-2、液压系统6-3和圆形固定盘6-4，圆形固定盘6-4的前侧面上设有固定夹具6-1和可动夹具6-2，可动夹具6-2位于固定夹具6-1的内侧，固定夹具6-1直接设置在圆形固定盘6-4上，可动夹具6-2通过液压系统6-3设置在圆形固定盘6-4上，液压系统6-3为液压缸，液压缸的底座与圆形固定盘6-4固定连接，液压缸的活塞杆与可动夹具6-2连接，固定夹具6-1、可动夹具6-2的形状相适配，活塞杆的伸缩带动可动夹具6-2与固定夹具6-1的贴合和分离；圆形固定盘6-4后侧面与推进段5-1顶面连接，圆形固定盘6-4前侧面中心位置设有可视装置7，连接线缆8由主体5内部穿过分别与液压装置5-3、驱动电机5-4、液压系统6-3和可视装置7连接。

使用时，先将炸药包放在一次性托盘中，一次性托盘为圆柱形空心PVC套筒，套筒一端开放一端封闭，套筒直径略大于药包直径；将装好炸药包的一次性托盘开放端筒壁放置在固定夹具6-1和可动夹具6-2之间，然后控制液压系统6-3工作带动可动夹具6-2朝向固定夹具6-1推进直到夹紧一次性托盘开放端筒壁，一次性托盘与圆形固定盘6-4固定好之后一起放入钻孔中，通过驱动电机5-4带动车轮组5-2转动实现炸药包装填，运送过程中根据可视装置7反馈的影像调节装药机器人动力直到运送到制定的装药地点，然后控制液压系统6-3工作带动可动夹具6-2回缩，此时炸药包与圆形固定盘6-4分离，通过人力直接拉拽连接线缆8将整个爆破装药机器人从钻孔中拉出来，为了防止连接线缆8被拉坏而造成无法工作的情况，增设钢丝绳，钢丝绳由主体5内部穿过后与推进段5-1连接，钢丝绳与连接线缆8绑定在一起，可以提高连接线缆8的强度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种露天矿复合薄层物料采剥方法，包括以下步骤：

步骤一：划分采区工作线，将露天矿工作面平均分为3-4段，前一段工作线超前后一段工作线20-40m，形成阶梯形分段工作线（9）；

步骤二：开采物料，当待开采物料（10）厚度小于2m时，采用直接开采方式：将待开采物料（10）直接由上部平盘（401）推落至下部平盘（402），下部平盘（402）采用转载设备进行集中采装；

当待开采物料（10）厚度大于2m时，采用深孔爆破开采方式：

A. 在露天矿台阶（4）坡面上沿待爆破层下界面钻凿1-2排水平钻孔（1），钻孔深为10-40m，同一台阶分布多层待爆破层时，沿不同待爆破层界面分别钻凿1-2排水平钻孔（1）；

B. 采用1m长度的药包分段装入钻孔；

C. 钻孔填塞长度在待爆层厚度的1.2～1.5倍；

D. 爆破后采装运输。

2.根据权利要求1所述的一种露天矿复合薄层物料采剥方法，其特征在于，在岩体内有水的区域，所述步骤A中的钻孔为上扬钻孔（2）。

3.根据权利要求1所述的一种露天矿复合薄层物料采剥方法，其特征在于，所述步骤A中钻孔直径为200mm，所述步骤B中每段药包重量为30kg。

4.根据权利要求3所述的一种露天矿复合薄层物料采剥方法，其特征在于，所述步骤C中当爆破后上层矿岩单独采装运输时，则增加30-50%装药量。

5.根据权利要求2所述的一种露天矿复合薄层物料采剥方法，其特征在于，所述上扬钻孔（2）内坡度为3‰-1%。

6.一种爆破装药机器人，其特征在于，包括主体（5）、卡盘（6）和可视装置（7）；

主体（5）包括推进段（5-1）、车轮组（5-2）、液压装置（5-3）和驱动电机（5-4），推进段（5-1）为内部中空的圆柱形状，推进段（5-1）内部设置有液压装置（5-3）和驱动电机（5-4），推进段（5-1）外部圆周表面均匀间隔设置三个车轮组（5-2），其中一个车轮组（5-2）与液压装置（5-3）连接，另外两个车轮组（5-2）与驱动电机（5-4）连接；

卡盘（6）包括固定夹具（6-1）、可动夹具（6-2）、液压系统（6-3）和圆形固定盘（6-4），圆形固定盘（6-4）的前侧面上设有固定夹具（6-1）和可动夹具（6-2），可动夹具（6-2）位于固定夹具（6-1）的内侧，固定夹具（6-1）直接设置在圆形固定盘（6-4）上，可动夹具（6-2）通过液压系统（6-3）设置在圆形固定盘（6-4）上，圆形固定盘（6-4）后侧面与推进段（5-1）顶面连接，圆形固定盘（6-4）前侧面中心位置设有可视装置（7），连接线缆（8）由主体（5）内部穿过分别与液压装置（5-3）、驱动电机（5-4）、液压系统（6-3）和可视装置（7）连接。

7.根据权利要求5所述的一种爆破装药机器人，其特征在于，还包括钢丝绳，钢丝绳与连接线缆（8）绑定在一起。

8.根据权利要求5所述的一种爆破装药机器人，其特征在于，所述推进段（5-1）为圆柱形，直径为15-20cm，长度为20-40cm。

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