二氧化碳氣體爆破涉及一種采礦方法，特別是涉及一種地下礦崩落采礦方 法，尤其適用于裂隙、節理等構造發育的厚大塊狀中等堅固礦體的開 采。
設備背景技術
厚大中等堅固礦體的開采，傳統采用分段或階段礦房法、崩落法 開采，部分品位高、礦巖穩定性差的礦床采用充填法進行開采。當該 類礦體厚度變化大，節理裂隙發育，在走向上不連續，礦石品位高且 變化大時，開采損失貧化大，無法保證作業的安全性。
該類礦體也可采用自然崩落法進行開采。雖然自然崩落法開采具 有生產能力大、便于組織管理、作業安全、開采成本低等優點，但在 國內應用較少，主要因為其對于礦體本身及其圍巖可崩性要求較高， 且需要大面積拉底，若礦體內的節理裂隙發育程度低，則巖體的崩落 很難持續有效進行。國內外一些礦山在崩落邊界布置的鑿巖巷道中鉆 鑿炮孔，采用爆破預裂控制崩落邊界，同時對難以自然崩落部分 用炮孔強制崩落，擴大了自然崩落法的使用范圍，但常規的爆破 崩礦，存在如礦體頂底板圍巖動力損傷大，爆破范圍及塊度難以控制， 盲炮難以處理等諸多問題，這導致自然崩落法的應用受到限制。
目前也有一些非爆破開采的方法用于地下礦山，例如高壓水射流 以及圍巖弱化技術。不過高壓水射流更多適用于煤礦開采，由于金屬 礦巖體本身比較堅硬，采用該方法成本高且效果難以保證效果；圍巖 弱化技術在礦山開采中運用較為普遍，例如鉆空孔、切槽及松動爆破 等方法，不過在對生產規模有要求的厚大礦體的高效采礦中，多是作 為采礦工藝的輔助技術。
二氧化碳爆破設備內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述厚大中等堅固礦體，尤其 節理裂隙中等發育且厚度變化較大的礦體開采，提供一種能大大減小 礦石崩落所需的拉底面積，有利于礦石自然連續崩落，并具有作業安 全、生產效率高、爆破動力可控和采礦成本低的特點的采用液態二氧 化碳爆破誘導崩落采礦方法。
為了解決上述問題，本發明采用的采用液態二氧化碳爆破誘導崩 落采礦方法，利用液態二氧化碳汽化物理作用產生的高壓氣體對礦體 關鍵部位進行誘導致裂，控制平衡拱的發展，從而有效實現巖石內節 理裂隙的萌生、擴展與貫通，大大降低巖體強度及完整性，以至于zui 終礦體在礦石自重和地壓作用下發生連續的自然崩落，實現安全高效 開采。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：首先確定礦體及圍 巖的可崩性，通過巖體內裂縫及裂隙發育情況的數字式全景鉆孔攝像 與探測，根據全景圖像的逆變換算法，還原和形成三維虛擬巖芯圖及 孔壁展開平面圖；基于圖像數字處理與計算機視覺技術，獲取巖石裂 隙、節理等結構面信息；將鉆孔數字圖像轉化為巖石物理參數的分布 圖，對巖體質量進行數值模擬評價；并結合現場巖體工程地質，建立 巖體的可崩性的精細分級模型，以確定后續使用的二氧化碳高壓氣體 的爆破壓力值；
在可崩性評價的基礎上，結合礦體賦存條件，選擇合適的開采方 式，當礦石可崩性好時使用礦塊開采，礦石可崩性中等時采用盤區開 采，可崩性差時則采用全面連續開采；然后進行采準工程布置，采場 的結構參數設計，包括礦塊高度與水平尺寸的取值；再進行采切工作， 主要包括掘進運輸平巷和橫巷、電耙道或鏟運機道、放礦溜井、行人 通風天井、鑿巖天井、觀察天井或人道及切幫平巷；利用切幫沿礦塊 邊界削弱礦塊與原礦與巖體的，破壞礦石自然崩落過程中形成的 平衡拱基，控制崩落邊界，并提高邊界附近高應力區巷道穩定性；在 礦塊底部進行拉低形成自由空間，使礦石達到自然崩落，拉底過程中 采用爆破及液態二氧化碳爆破相結合的方法以減少爆破對出礦 巷道的穩定性影響；崩下的礦石經底部出礦巷道放出，采用電耙或鏟 運機出礦。
具體地，首先根據礦體的實際厚度和傾角布置礦體的采礦礦段及 礦塊的結構尺寸；用傳統方法在礦塊下部掘進階段運輸巷道及穿脈出 礦橫巷，間距取30～40m；掘進和開挖形出礦橫巷與出礦進路，其中 出礦進路間距取10～15m；然后在礦體中掘進水平向的聯絡道，在礦 體兩端頂底盤沿脈卸礦巷道內從下往上掘進布置溜井，溜井間距同出 礦穿脈巷道間距相等；在礦塊邊界外圍7～10m處布置觀察天井，并 自觀察天井向著礦體方向掘進水平向的觀察人道，并使其與礦體側向 掘進水平向的切幫巷道相連；并自下而上掘進切幫天井；在礦體上部 形成的切幫巷道中部掘進鉆孔攝像鑿巖道，利用潛孔鉆機鉆鑿90毫 米的大直徑深孔，垂直礦體走向，間距取8～10m，用于數字鉆孔攝影 測量并評價礦體的可崩性，同時在回采過程中可不間斷探測，以實時 監測礦體的崩落情況；拉底后自然崩落的礦石，鏟運機通過裝礦進路 進入采場進行礦山鏟裝，由出礦橫巷運至溜井進行放礦，放下的礦石 通過階段運輸平巷運出；

回車過程中，采用切幫巷道進行切幫，削弱礦塊邊界與原礦及巖 體的，當礦體部分難以崩落或則形成較穩固的平衡拱阻止了巖石 的自然連續冒落，在礦體兩側的切幫巷道中鉆鑿誘導預裂炮孔，炮孔 扇形布置，深度不超過礦體的中部，采用液態二氧化碳進行爆 破誘導致裂，規格根據孔深和巖體穩定性確定，原則人為可控， 不形成巖體立即冒落，以便安全回收液態二氧化碳；拉底過程 中也采用液態二氧化碳進行爆破擴漏中，以控制對出口進路的 損傷及周邊巖體的損傷；采用潛孔鉆機鉆鑿直徑45mm的上向扇形中 深孔進行拉底，根據所需爆破壓力值將相應規格的液態二氧化碳送人炮孔，然后進行封堵，進行爆破作業，每次爆破3排炮孔；根 據礦石可崩性，使拉底速度保持與礦石自然崩落速度*。

為確定采礦礦段的結構尺寸以及采用二氧化碳參數值提 供依據，鉆孔攝像工作在回采拉底落礦之前進行。
采用上述技術方案的采用液態二氧化碳爆破誘導崩落采礦方法， 應用于崩落邊界的炮孔中，除可以控制崩落邊界外，還可以人工誘導 破壞崩落巖石暫時形成的穩定平衡拱，甚至是強制崩落部分難以自然 崩落的礦巖體，以達到人為控制落礦和處理難以連續自然崩落的問 題。同時，在拉底等對周圍巷道具有較大的爆破動力損傷時，利用二 氧化碳爆破實現爆破動力和能量泄放方式可控的爆破技術，達到安全 高效低成本的采礦目的。

作業時將可重復利用的二氧化碳代替送入炮孔，管內 的液態二氧化碳在通電加熱條件下汽化形成高壓氣體，高壓氣體爆破 能量使礦體內部的節理裂隙迅速發育，促使礦體在自重應力作用下實 現連續的自然崩落。二氧化碳氣體爆破的有益效果是，利用二氧化碳氣體 的排放，可重復使用，操作簡單，爆破能量可控，有效控制了 爆破帶來的巖體動力損傷，保護巷道及圍巖穩定性，無處理啞炮、盲 炮的危險，生產的安全性得到大幅提高，采礦成本大幅降低。1—階段運輸巷道；2—穿脈橫巷；3—溜井；4—出礦橫巷； 5—出礦進路；6—聯絡道；7—觀察天井；8—觀察人道；9—切幫天 井；10—切幫巷道；11—鉆孔攝像鑿巖道；12—鉆孔攝像孔；13—誘 導預裂炮孔；14—崩落礦石。

液態二氧化碳爆破設備采礦方法@出租

具體實施方式

本發明提出的采礦方案的具體用例是：針對上述類別礦體的開 采，階段高度取60～80m，礦塊長度一般取50～60m，當礦體破碎且 地壓較大時可減少至30～40m。用傳統的礦山開拓采準方法沿著礦體 走向方向掘進階段運輸平巷；在礦塊四個邊角處掘進4條切幫天井， 自切幫天井底部起每隔8～10m高度沿礦塊周邊掘進切幫巷道。在邊 角處根據巖體可崩性，適當掘進誘導預裂孔，采用鑿巖機掘進直徑為 45～75mm扇形中深炮孔，采用二氧化碳強制預裂并崩落部分難 以自然崩落礦體，或者控制平衡拱的崩落時序。礦塊拉底時，拉底方 式根據礦塊布置方式，沿走向采用向兩端拉底，垂直走向則采用 由向上盤，采用相應規格的二氧化碳強制分塊爆破以控制 上盤的崩落時間，防止過早崩落。并zui終形成拉底空間和出礦巷道和 礦石溜井。

鏟運機出礦底部結構可采用平底結構，設計參數由鏟運機型號及 其安全運行的可靠度來確定，出礦進路間距一般取15m。崩落礦石14 在重力作用下從聚礦溝流到出礦巷道，由鏟運機經溜井放出至階段運 輸巷道。放礦時，先放出三分之一，余礦留待全階段自然崩落完成后 大量放礦。鏟運機處理大塊能力強，機動靈活，設備生產率高，適于 集中管理，放礦控制較好，生產成本較低。但由于鏟運機出礦對巷道 斷面要求較大，當礦體比較破碎，支護困難時可考慮采用電耙出礦。：石杰同步