用于从矿体开采矿石的天井崩落方法及其采矿基础设施、监控系统、机械、控制系统和数据介质技术方案

本发明专利技术涉及一种用于从矿体开采矿石的天井崩落采矿方法，该天井崩落采矿方法包括：在岩体中开发至少两个槽(3a，3b)并留下由岩体构成的柱(9a)以将相邻的槽(3a，3b)隔开，以在岩体中形成有利应力环境，以为采矿基础设施提供保护；在提供有利应力环境的岩体内开发至少一个生产天井(6a)；将至少一个生产采场(13a)从至少一个生产天井(6a)以向上推进的方式来进行开采；以及从生产采场(13a)取出矿石。本发明专利技术还涉及天井崩落采矿基础设施、天井采矿基础设施的机械、监控系统、自动化或半自动化控制系统以及数据介质。统以及数据介质。统以及数据介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从矿体开采矿石的天井崩落方法及其采矿基础设施、监控系统、机械、控制系统和数据介质


[0001]本专利技术涉及用于从矿体开采矿石的方法。本专利技术还涉及采矿基础设施、采矿基础设施的机械、监控系统、自动化或半自动化控制系统以及数据介质。

技术介绍

[0002]在大型矿床中，崩落方法依赖于借助于重力、主要应力或两者的组合而引起的自然的或诱导的岩体破坏。崩落导致上覆材料落入采场。
[0003]在现有技术的崩落方法中，比如在块状崩落及其变型中，矿体被拉底，由此引发矿体的崩落，而在次层崩落中，太难以崩落的矿体必须借助于钻孔和爆破来进行开采。
[0004]在所有崩落方法中，随着开采的推进，允许上盘岩体崩落，其中，在较弱的岩体中以及/或者在主要应力较低的条件下更容易实现崩落开始和连续扩展。另外，在相对较浅的深度处进行操作的崩落开采中，可以控制活动的基础设施周围的应力大小。
[0005]然而，从1990年代后期开始，崩落采矿发展到更大的深度和更难以处理的岩体。随着应力大小的增加，崩落越来越难以实现，并且面临更多的岩石压力相关问题。除了其他困难以外，所遇到的问题还包括在崩落开始、确保连续的崩落扩展、拉底期间的生产水平不稳定、生产或开采引起的地震活动以及相关联的岩爆破坏方面的困难。在最坏的情况下，这些问题可能导致重大经济损失或计划外的操作终止。
[0006]此外，岩体力学模型和开采经验表明，在连续崩落开始前后，在块状崩落及其变型中于拉底部周围以及在次层崩落中于活动的次层周围都会产生极端的抵接应力。高抵接应力大小至关重要，并且可能对底切部和生产基础设施造成破坏，可能对未来生产层中的岩体特性产生不利影响，或者可能引发破坏性的地震事件。针对抵接应力的现有技术方法例如是使抵接部中的预先开发的基础设施最小化的某些拉底策略，或者是用于减小抵接应力大小的预处理方法。然而，更难以处理的岩体的崩落的趋势需要更大的底切区域，但是这又导致更高的抵接应力大小和更高的地震能量释放。上面提及的问题影响现有技术的崩落方法在更大深度处的应用。在现有技术的崩落方法中，在更大深度处的高应力和开采引起的地震活动是持续的安全、生产和经济风险。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术的采矿方法，期望实现一种用于从矿体开采矿石的采矿方法，该方法解决或减轻了现有技术的一些缺点。
[0008]因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于从矿体开采矿石的方法，该方法解决了关键的岩石力学问题，并且在于较深的巨大矿体中进行崩落采矿时为采矿基础设施提供安全性和保护。
[0009]本专利技术的另一目的是提供一种用于从矿体开采矿石的方法，该方法使得能够在较深的巨大矿体中进行大规模、低成本的崩落采矿。
[0010]所述的这些目的或所述目的中的至少一者通过一种用于从矿体开采矿石的天井崩落采矿方法来实现，其中，从属权利要求中包含了进一步的实施方式。
[0011]因此，根据一方面，本专利技术涉及一种用于从矿体开采矿石的天井崩落采矿方法，该方法包括以下步骤：
[0012]在岩体中开发至少两个槽并留下由岩体构成的柱以将相邻的槽隔开，以在岩体中形成有利应力环境，以为采矿基础设施提供保护；在提供有利应力环境的岩体内开发至少一个生产天井；通过从至少一个生产天井开采至少一个生产采场而向上推进；以及从生产采场取出矿石。
[0013]根据本专利技术的采矿方法、在本文中也被称为天井崩落采矿方法，使得能够在大深度处的巨大矿体中进行大规模、高效的崩落采矿，这是由于提供了下述有利应力环境：在此有利应力环境中，与岩石力学有关的问题减少，使得可以对整体岩石压力情况进行管理。因此，需要范围更小且成本更低的支承，显著减少了岩爆和相关联的安全风险，并且降低了整体经济风险。此外，天井崩落采矿方法也可以在浅深度处实施。
[0014]为了解决现有技术崩落方法中的关键的岩石力学问题，本专利技术所依赖的是：通过应用减应力槽和柱而用最少量的基础设施来使岩体减应力、将生产基础设施安置在提供有利应力环境的岩体中、以及从位于该岩体中的矿体采出矿石。此外，借助于应用有利的采矿顺序，可以在活动的采矿区域中提供有利应力环境。
[0015]本专利技术的专利技术人进行了下述研究：该研究旨在从岩石力学的角度研究天井崩落的应用潜力，并概述对安全性、生产率和自动化的潜力的影响。研究结果表明，本专利技术的天井崩落采矿方法从岩石力学的角度是适用的，并且该天井崩落采矿方法与现有的崩落方法相比似乎提供了相当大的优势。概述了由该新颖的天井崩落采矿方法提供的以下总体改进。该概述对于所有现有技术的崩落方法都是有效的。然而，特别强调的是，对于次层崩落是有效的，次层崩落是采矿公司多年来使用的主要采矿方法。然而，在次层崩落中也存在固有问题，这些固有问题将通过该新颖的天井崩落采矿方法得到解决。
[0016]每个槽在邻近于槽的某些位置处产生应力
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阴影。所述应力
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阴影使岩体减应力，由此在槽附近形成有利应力环境。应力
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阴影也在槽附近沿竖向方向和水平方向两者延伸，但是应力
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阴影的大小和分布可以变化。根据主要的矿体形状、应力情况等，应力
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阴影可以具有不同的大小和形状，并且也可以根据采矿布局和采矿顺序随时间变化。在本说明书中，槽也被称为减应力槽以强调其用途。
[0017]因此，有利的是，在槽附近的减应力岩体中布置和开发生产基础设施，以确保生产基础设施受到保护。因此，优选地在邻近于所述槽的某些位置处形成的有利应力环境中开发所述生产天井。
[0018]根据该方法，在岩体中开发至少两个槽，留下作为岩体的一部分的柱以将槽隔开。在槽之间留下柱会产生有利的应力环境，以用于所述两个槽在竖向方向上的进一步开发以及位于水平方向上一定距离处的接下来的槽的进一步开发。柱控制岩体中的随后将开发下一个槽的位置处的岩体中的应力大小，由此生成使得能够进行下一个槽的开发的有利应力环境。
[0019]在本专利技术的一种形式中，该方法包括下述步骤：实施用以在活动的采矿区域中提供有利应力环境的采矿顺序。该采矿顺序是用于控制活动采矿区域中的采矿引起的地震活
动的手段。
[0020]在本专利技术的另一种形式中，该方法包括下述步骤：实施用以在活动的采矿区域中提供有利应力环境的采矿布局。该采矿布局是用于控制活动采矿区域中的采矿引起的地震活动的手段。
[0021]在本专利技术的一种形式中，该方法包括下述步骤：在岩体中从布置在槽入口层上的水平巷道向上至布置在槽入口层上方的水平巷道开发至少一个槽天井。优选地，槽天井被开发成与先前开发的槽或多个槽相距一定距离或者与先前开发的槽天井或多个槽天井相距一定距离。该距离由诸如矿体形状、岩体条件、应力大小和开采方向等的情况决定。优选地，槽天井通过已知的过程和设备进行开发。
[0022]在本专利技术的一种形式中，该方法包括：通过从布置在槽入口层上的水平巷道向上爆破至布置在槽入口层上方的水平巷道而从所述至少一个槽天井开发所述槽中的至少一者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从矿体(61)开采矿石的天井崩落采矿方法，所述方法包括以下步骤：
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在岩体中开发至少两个槽(3a，3b；301，302；402，403)并且留下由岩体构成的柱(9a；311；412)以将相邻的槽(3a，3b；301，302；402，403)隔开，以在所述岩体中形成有利应力环境，以为采矿基础设施提供保护，
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在提供所述有利应力环境的所述岩体内开发至少一个生产天井(6a，6b)，
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通过从所述至少一个生产天井(6a，6b)开采至少一个生产采场(13a，13b；351，353；451，453)来向上推进，以及从生产采场(13a，13b；351，353；451，453)取出矿石。2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个槽(3a，3b；301，302；402，403)在邻近于所述槽(3a，3b；301，302；402，403)的某些位置处产生应力
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阴影(S)，其中，所述应力
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阴影(S)使所述岩体减应力，由此形成所述有利应力环境。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述生产天井(6a，6b)在邻近于所述槽(3a，3b)的某些位置处形成的所述有利应力环境中开发。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述柱(9a；311；412)提供对在所述岩体中随后将开发下一个槽(3b；353；453)的位置处的岩体中的应力大小的控制，由此形成使得能够开发所述下一个槽(3b；353；453)的有利应力环境。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：实施采矿顺序，所述采矿顺序用于在活动的采矿区域中提供所述有利应力环境。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述采矿顺序是用于控制所述活动的采矿区域中的采矿引起的地震活动的手段。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：在所述岩体中以缩回的方式借助于向上钻进和爆破的回合而从布置在第一次层(581)上的水平巷道(571)至布置在第二次层(582)上的水平巷道(572)开发至少一个槽(501)，所述第二次层(582)布置在所述第一次层(581)的上方。8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：在所述岩体中从布置在槽入口层(2)上的水平巷道向上至布置在层(5.1)上的水平巷道开发至少一个槽天井(1a，1b，1c)，所述层(5.1)设置于所述槽入口层(2)的上方。9.根据权利要求8所述的方法，包括下述步骤：在所述岩体中通过从布置在所述槽入口层(2)上的所述水平巷道向上爆破至布置在设置于所述槽入口层(2)的上方的所述层(5.1)上的所述水平巷道而从所述至少一个槽天井(1a，1b，1c)开发所述槽(3a，3b，3c)中的至少一者。10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：从所述槽入口层(2)至预定竖向范围开发至少一个起始槽(4a，4b，4c)，以产生应力
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阴影S，以为位于所述槽入口层(2)的上方的生产基础设施提供保护。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述起始槽(4a，4b，4c)通过从布置在所述槽入口层(2)处的所述水平巷道沿着所述槽天井向上爆破至所述预定竖向范围而从至少一个槽天井(1a，1b，1c)开发。12.根据权利要求10或11所述的方法，包括下述步骤：从至少两个起始槽(4a，4b，4c，4d)开发连续的起始槽(20)，以产生应力
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阴影S，以为位于所述槽入口层的上方并邻近于起始槽的生产设施提供保护。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：从所述起始槽(4a，4b，4c)中的一者的顶板(4R)开发所述槽(3a，3b，3c)中的至少一者，其中，槽的顶板(3R)的面积小于起始槽的顶板(4R)的面积。14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述槽(3a，3b，3c)中的至少一者是竖向的或倾斜的。15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述槽(3a，3b，3c)中的至少一者布置在所述矿体(61)与周围的岩体形成物之间的接触区域中。16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述槽(3a，3b，3c)中的至少一者布置在所述矿体(61)的内部。17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述槽(3a，3b，3c)中的至少一者布置在所述矿体(61)的外部。18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：在位于有利应力环境中的岩体中开发取出层(8)。19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述取出层(8)包括取出基础设施、比如槽取出点(21)、采场取出点(22)和水平巷道。20.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述取出层(8)包括长期且固定的取出点(21，22)。21.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：将槽取出点(21)在所述取出层(8)处开发到槽和/或起始槽中。22.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述生产采场(13a，13b，13c)产生对所述生产采场附近的采矿基础设施进行保护的有利应力环境。23.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，多于一个的所述生产采场(13a，13b，13c)的相互作用产生用于采矿基础设施的区域性有利应力环境。24.根据权利要求23所述的方法，其中，正在进行的生产过程使所述区域性有利应力环境的范围增大。25.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：开发中间取出层(5.1，5.1.1，5.2，5.2.1)，以促进从采场采出矿石。26.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：将槽取出点(21)在所述中间取出层(5.1，5.1.1，5.2，5.2.1)处开发到所述槽和/或所述起始槽中。27.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：在中间取出层(5.1，5.1.1，5.2，5.2.1)与布置在所述中间取出层(5.1，5.1.1，5.2，5.2.1)下方的另一接收层之间、在由至少一个生产采场(13a，13b)形成的有利应力环境中延迟开发至少一个岩石通路(11a，11b)。28.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：在中间取出层(5.1，5.1.1，5.2，5.2.1)与位于所述中间取出层(5.1，5.1.1，5.2，5.2.1)下方的另一层之间、在由至少一个生产采场(13a，13b)形成的有利应力环境中开发至少一个水平或倾斜的运输通道。29.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：通过钻进和爆破来开采所述生产采场(13a)。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：通过崩落来开采所述生产采场(13a)。31.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：采出柱(9a，9b，9c)。32.根据权利要求31所述的方法，包括下述步骤：以通过从至少一个生产天井(6a，6b，6c)进行爆破来主动弱化所述柱的方式采出所述柱(9a，9b，9c)。33.根据权利要求31所述的方法，包括下述步骤：以通过由于附近采场的开采而使所述柱的宽高比减小来使所述柱的强度减弱以及促使所述柱屈服和自毁的方式采出所述柱(9a，9b，9c)。34.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：通过在减应力的柱中或在减应力的柱附近布置生产天井来采出所述减应力的柱(9a，9b，9c)。35.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：借助于崩落而采出柱(9a，9b，9c)。36.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：借助于钻进和爆破而采出柱(9a，9b，9c)。37.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：将至少一个生产采场(13a，13b，13c)连接至先前崩落的区域，由此允许先前崩落的物质填充所述至少一个生产采场。38.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：使上盘(62)的一些部分崩落，以填充至少一个采空的生产采场的至少一部分。39.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：通过采出柱(9a，9b，9c)以由此将由所述柱提供的上盘支承移除而促使所述上盘(62)崩落。40.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：使位于所述槽的壁的上仰侧与所述上盘(62)之间的矿体(61)崩落，其中，所述崩落由所述柱(9a，9b，9c)的采出而引起。41.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：从天井(522)开发槽(501)，其中，所述天井(522)不位于所述槽(501)的内部。42.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：通过在所述槽和/或所述采场的内部存在破碎的岩体来防止上盘提前崩落。43.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿方法，包括：减应力阶段，所述减应力阶段用于在岩体中产生所述有利应力环境并使所述有利应力环境扩大，以保护采矿基础设施、特别是保护生产区域中的基础设施；以及生产阶段，所述生产阶段用于从所述矿体(61)采出矿石，并且其中，所述减应力阶段和所述生产阶段结合成使得在某些采矿区域中，所述生产阶段受益于所述减应力阶段。44.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：在另一种采矿方法中实施用于使岩体减应力并对关键基础设施进行保护的至少一个槽(3a，3b，3c)。45.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，采矿几何与生产和/或矿体几何相适应并由生产和/或矿体几何确定。46.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述采矿顺序与生产和/或矿体几何和/或岩体力学考虑因素相适应并由生产和/或矿体几何和/或岩体力学考虑因素确
定，由此对采矿引起的地震活动和高应力进行控制。47.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，采矿布局、基础设施位置和采矿顺序能够在短时间内进行调整，以考虑不可预见的情况。48.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿方法，其中，所述采矿顺序包括：在开发相应的生产采场(13a，13b，13c)之前，开发所述槽(3a，3b，3c)，其中，所述槽的顶板位于所述生产采场的顶板的前方的预定竖向距离处，使得所述生产采场在有利应力环境中开采。49.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：经由所述生产天井监控所述生产采场(13a，13b，13c)。50.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：经由所述生产天井对所述生产采场(13a，13b，13c)中的空气冲击和崩落失速的风险进行控制。51.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：对岩体中的更大区域重复所述方法的步骤，以开采矿体。52.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括下述步骤：对所述生产采场(13a，13b，13c)的一些部分进行回填。53.一种构造成从矿体(61)开采矿石的天井崩落采矿基础设施(902)，所述天井崩落采矿基础设施(902)包括：
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至少两个槽(3a，3b；301，302；402，403)，所述至少两个槽(3a，3b；301，302；402，403)位于岩体(RM)中；
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由岩体(RM)构成的柱(9a；311；412)，所述柱(9a；311；412)用以将相邻的槽(3a，3b；301，302；402，403)隔开，以在所述岩体中形成有利应力环境，以为所述采矿基础设施提供保护；
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至少一个生产天井(6a，6b)，所述至少一个生产天井(6a，6b)位于提供所述有利应力环境的所述岩体(RM)内；
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【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特，
申请(专利权)人：洛萨瓦拉基鲁纳瓦拉公司，
类型：发明
国别省市：