一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法的制作方法

本发明属于采矿工程，具体涉及一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法。

背景技术：

1、缓倾斜-倾斜中厚硬岩矿体是金属与非金属矿床中广泛分布的赋存类型，储量占比高、开采经济价值显著，但受矿体倾角与空间形态限制，该类矿体的高效、安全、低损失开采始终是矿山工程领域的技术难题。

2、当前该类矿体多采用常规钻爆法回采，存在诸多突出短板：一是爆破强冲击扰动易造成围岩裂隙扩展与整体性损伤，复杂地应力环境下易诱发片帮、冒顶等灾害，地压管控难度大；二是爆破落矿块度均匀性差，分段中深孔爆破回采的矿体边界控制精度低，易造成矿石损失与贫化，资源回收率难以保障，上向水平分层充填法爆破回采则采切工程多，采切比大，生产能力低，相应的采矿生产成本较高；三是凿岩、爆破、通风、排险等工序繁杂、衔接周期长，作业人员安全风险高，倾斜底板爆堆滚落、通风条件差进一步加剧作业难度；四是爆破对围岩破坏显著，大幅提升支护与采空区治理的工程成本。

3、目前国内已公开的非爆机械破岩采矿方法，均基于水平作业面开展工艺设计，适用于近水平或缓倾斜矿体的水平分层回采，悬臂式掘进机始终在水平底板作业，无需应对坡面爬坡需求；现有技术均未涉及倾斜矿体沿倾斜方向分层回采方案，也未针对坡面作业稳定性与爬坡能力提出解决方案，无法直接适配缓倾斜-倾斜中厚硬岩矿体的非爆回采需求。

4、在倾斜分层回采场景下，悬臂式掘进机仅靠履带提供牵引力，固有爬坡能力存在明确上限，矿体倾角超出限值时易出现履带打滑、牵引力不足、机身失稳等问题，无法完成连续向上切割落矿，严重制约非爆开采技术的推广应用。因此，开发具备钢缆辅助爬坡功能的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，填补相关技术空白，对提升该类矿体开采效率、保障作业安全、提高资源回收率具有重要的工程意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，本发明提供一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，旨在解决硬岩金属矿山传统钻爆法回采中存在的安全性差、作业连续性差、劳动强度大、作业环境差等问题，同时通过钢缆牵引辅助爬坡的工程布置创新，克服悬臂式掘进机在缓倾斜-倾斜中厚硬岩矿体中的爬坡瓶颈，充分发挥其机械破岩效率。

2、为达到以上目的，本发明所采用的技术方案为：一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，包括如下步骤：

3、s1、将矿体沿厚度方向划分为不少于两个倾斜分层，同时垂直矿体走向将矿体划分为一步骤采场和二步骤采场；

4、s2、在矿体上盘布置中段沿脉巷，自中段沿脉巷向矿体下盘边界施工穿脉巷，作为设备通行、矿石运输和通风的主要通道；

5、s3、在上中段对应的穿脉巷内，向下一中段方向施工钢缆导孔，并在上中段穿脉巷内安装辅助卷扬设备，钢缆自辅助卷扬设备穿过钢缆导孔延伸至待回采倾斜分层作业面；

6、s4、悬臂式掘进机经下中段穿脉巷进入作业面，将钢缆末端与悬臂式掘进机尾部可靠连接，开始沿一步骤采场第一分层向上倾斜切割落矿及出矿；切割过程中，辅助卷扬设备通过钢缆对悬臂式掘进机施加向上的牵引力，辅助悬臂式掘进机克服自重及履带爬坡能力的限制，沿倾斜分层稳定向上推进；

7、s5、第一分层回采完毕后，悬臂式掘进机沿原路后退至穿脉巷内，拆除钢缆连接，之后进行充填；

8、s6、第一分层充填完毕后，悬臂式掘进机转入相邻二步骤采场的第一分层进行回采，或待充填体凝固后转入本采场第二分层进行回采，重复上述步骤，形成一、二步骤采场交替回采或分层交替回采的连续作业。

9、本申请的技术方案中，通过在上中段施工钢缆导孔并配备辅助卷扬设备，以钢缆牵引悬臂式掘进机沿倾斜分层向上切割，克服其爬坡能力不足的问题，实现缓倾斜-倾斜中厚硬岩矿体的安全、高效、连续非爆机械化开采。

10、作为本发明的进一步改进，悬臂式掘进机后部搭载可伸缩带式运输机，切割落下的矿石经其后部搭载的可伸缩带式运输机连续转运至穿脉巷内，在穿脉巷内堆积形成矿石堆，由铲运机经穿脉巷、中段沿脉巷运出。

11、作为本发明的进一步改进，可伸缩带式运输机随着悬臂式掘进机的前进或后退相应伸缩，保证矿石运输的连续性。

12、本申请的技术方案中，通过搭载的可伸缩带式运输机，实现矿石的连续自动运输出矿，减少了传统铲运机在采场内频繁铲装的环节。

13、作为本发明的进一步改进，充填时，在穿脉巷口构筑充填挡墙，对采空区进行充填，充填体接顶或预留空间。

14、作为本发明的进一步改进，倾斜分层的划分数量根据矿体厚度和悬臂式掘进机有效切割宽度确定，分层倾角与矿体倾角一致。

15、作为本发明的进一步改进，悬臂式掘进机有效切割宽度可调，调节的范围b为6-10m。

16、作为本发明的进一步改进，倾斜分层的划分数量n=矿体厚度/b，且n为整数。

17、本申请的技术方案中，通过有效切割宽度的可调设计，配合矿体的厚度，能够很好的实现倾斜分层的划分，确保倾斜划分能够完成所有的矿石回采，又不会过多的回采围岩。

18、作为本发明的进一步改进，钢缆导孔的直径满足钢缆顺利通过和通风要求。

19、作为本发明的进一步改进，切割落矿过程中，从穿脉巷进行通风进入到正在切割回采的采场，并从钢缆导孔排出污浊空气。

20、作为本发明的进一步改进，辅助卷扬设备的牵引能力根据悬臂式掘进机自重和爬坡角度计算确定。

21、综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

22、1、采用悬臂式掘进机机械切割落矿替代传统钻爆法，生产作业过程中不采用炸药等火工品，不产生有毒有害气体，机械切割对周边岩体损伤小，整体作业安全程度大大提高，从根本上改善了硬岩矿山井下作业环境。

23、2、独创性地采用钢缆导孔配合辅助卷扬设备的牵引系统，有效弥补了悬臂式掘进机在缓倾斜-倾斜中厚硬岩矿体中履带爬坡能力的不足，使悬臂式掘进机能够沿倾斜分层稳定、高效地向上切割，拓展了悬臂式掘进机在缓倾斜-倾斜中厚硬岩矿体中的应用范围。

24、3、悬臂式掘进机切割落矿与可伸缩带式运输机连续运矿相衔接，矿石运输连续、顺畅，减少了传统铲运机在采场内频繁铲装的环节，作业流程简单连续，机械化程度高，有利于实现自动化和智能化开采。

25、4、综合回采成本较传统钻爆法低，非爆机械破岩避免了炸药、雷管等火工品的采购、储存和管理费用，且作业流程简化减少了人员配置，整体经济效益显著。

26、5、一、二步骤采场交替回采，充填与切割并行作业，设备闲置时间少，采场生产能力大。

1.一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，悬臂式掘进机后部搭载可伸缩带式运输机，切割落下的矿石经其后部搭载的可伸缩带式运输机连续转运至穿脉巷内，在穿脉巷内堆积形成矿石堆，由铲运机经穿脉巷、中段沿脉巷运出。

3.根据权利要求2所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，可伸缩带式运输机随着悬臂式掘进机的前进或后退相应伸缩，保证矿石运输的连续性。

4.根据权利要求1所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，充填时，在穿脉巷口构筑充填挡墙，对采空区进行充填，充填体接顶或预留空间。

5.根据权利要求1所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，倾斜分层的划分数量根据矿体厚度和悬臂式掘进机有效切割宽度确定，分层倾角与矿体倾角一致。

6.根据权利要求5所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，悬臂式掘进机有效切割宽度可调，调节的范围b为6-10m。

7.根据权利要求6所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，倾斜分层的划分数量n=矿体厚度/b，且n为整数。

8.根据权利要求1所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，钢缆导孔的直径满足钢缆顺利通过和通风要求。

9.根据权利要求8所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，切割落矿过程中，从穿脉巷进行通风进入到正在切割回采的采场，并从钢缆导孔排出污浊空气。

10.根据权利要求1所述的一种钢缆辅助爬坡的悬臂式掘进机倾斜分层采矿法，其特征在于，辅助卷扬设备的牵引能力根据悬臂式掘进机自重和爬坡角度计算确定。