基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备及其开采方法技术

本发明专利技术公开了一种基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备及其开采方法，其中开采设备包括安装在设备底部的行走机构，还包括安设在设备前后两端的滑轨机构、安设在前端滑轨机构上并可左右平移运转的用于截割矿体的矿体截割机构、安设在行走机构一侧用于对待截割矿体凿岩钻孔的钻孔机构、安装在后端滑轨机构上并可左右平移运转的用于运输截落矿石的运输机构。本发明专利技术对矿体进行板条式往复截割，在设备运行过程中，设备与矿壁保持平行，伴随设备往复行走，设备不需要掉头，采矿作业协同连续，可提高硬岩矿山开采效率；此外，设备在运行截割矿体的过程中，只需要矿体截割机构沿滑轨机构移动，不需要设备移动。

Hard rock ore body mining equipment and mining method based on hole array pre splitting

【技术实现步骤摘要】
基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备及其开采方法
本专利技术涉及硬岩矿体开采设备领域，尤其涉及一种基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备及其开采方法。
技术介绍
目前，金属矿山矿产资源的的开采仍然主要采用钻爆法，但是，传统凿岩爆破方法暴露出很多弊端：作业环境危险，生产效率低，矿石贫化率及损失率高，并且爆破过程中容易诱发岩爆，突水等严重灾害。随着开采深度的增加，开采矿体所处的地应力环境更加复杂，传统的钻爆法已经不能适应开采要求，因此，必须改进开采工艺，打破当前以钻爆法为主的硬岩矿山开采格局，设计适合于硬岩矿山的开采方法。非爆机械化连续开采能够有效减少矿山开采过程中的岩体灾害，也是实现智能化无人采矿的必然途径。非爆机械化连续开采具有开采效率高、作业环境好、成本低、劳动强度低、安全性高以及矿石贫化率损失率低等优点。此外，随着开采深度的增加，地应力也不断增加，矿体所受到的应力环境也更加复杂，对矿体进行诱导预裂并采用非爆机械化开采将会是未来开采模式的发展方向。目前，硬岩隧道掘进机(TBM)已经广泛应用于水利水电、公路铁路等地下工程建设中，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋隧洞的施工。但TBM造价高昂，不利于矿上实现最高的经济效益，并且TBM设备庞大，难以在地下矿山空间有限的采场内灵活作业，因此，如果想将TBM开挖的优点在矿上开采过程中实现，需要在目前TBM理论支持下，设计出一种适合于硬岩矿山开采的非爆机械化开采设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种设备体积较小、作业灵活的基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备及其开采方法。本专利技术提供的这种基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备，包括安装在设备底部的行走机构，还包括安设在设备前后两端的滑轨机构、安设在前端滑轨机构上并可左右平移运转的用于截割矿体的矿体截割机构、安设在行走机构一侧用于对待截割矿体凿岩钻孔的钻孔机构、安装在后端滑轨机构上并可左右平移运转的用于运输截落矿石的运输机构，所述滑轨机构包括平行布置于设备前后两端的第一导轨和第二导轨，所述矿体截割机构包括用于安装不同类型刀具的截割刀盘和截割刀座、用于支撑所述截割刀盘和截割刀座的支撑筒体、用于驱动支撑筒体前后移动的液压推进缸、用于调整支撑筒体掘进坡度及水平方位的机器方位调整臂，该机器方位调整臂后端铰接于第一导轨的滑块上、前端与支撑筒体可转动连接，液压推进缸连接于机器方位调整臂前端与支撑筒体之间，截割刀座均匀安装在支撑筒体外围圆周上，截割刀盘安装在支撑筒体前端面上，截割刀座上的刀具由支撑筒体带动旋转截割周围矿体，截割刀盘上的刀具由支撑筒体带动旋转截割前端矿体；所述钻孔机构包括数个用于在矿体内凿岩钻孔以解除应力并促进裂隙发育的钻具、用于调整钻具位置并带动钻具振动的振动基座、用于调整钻孔高度及钻孔机构相对于设备整体位置的调高摆臂和水平摆臂、用于调节振动基座与矿壁相交角度的调垂伸缩式液压缸、用于控制振动基座旋转角度的旋转角度控制仪，各钻具呈阵列形可拆卸的垂直布置于振动基座前端面上，所述钻具垂直于矿壁自由面布置，所述振动基座可转动的连接于调高摆臂前端面上，水平摆臂铰接在行走机构与调高摆臂之间，调垂伸缩式液压缸铰接在振动基座和水平摆臂之间，旋转角度控制仪安装在振动基座后端轴心处；所述运输机构包括铲渣斗、溜渣槽、溜渣口、集渣斗和皮带机，所述铲渣斗布置在截割刀盘上，用于铲起被截割刀盘上刀具截落的矿石；所述溜渣槽连通于铲渣斗与集渣斗之间，用于将铲起的矿石送至集渣斗；所述溜渣口开设在截割刀座之间的支撑筒体上并与集渣斗相连通布置，用于排出截割刀座上刀具截落的矿石至集渣斗；所述集渣斗布置在截割刀盘后方的支撑筒体内，所述皮带机沿前后方向固定在第一导轨和第二导轨的滑块上，皮带机一端与集渣斗底部相连、一端贯穿设备后部与外界连通。所述行走机构采用钢制履带底盘行走机构。所述截割刀盘为圆形平面刀盘。所述钻具在振动基座前端面上呈梅花状阵列分布。集渣斗底部落料口横截面呈收口状。沿设备行走方向所述钻孔机构作用于矿体的位置在矿体截割机构作用于矿体的位置之前。所述矿体截割机构和运输机构在滑轨机构上进行同步位移。本专利技术这种适用于基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备的开采方法，包括如下步骤：在矿壁两端调整钻孔机构与矿体截割机构在滑轨机构上的相对位置，确保沿设备行走方向钻孔机构作用于矿体的位置在矿体截割机构作用于矿体的位置之前；调整位置后保持设备平行于矿壁行走，沿行走方向，钻孔机构在待截割矿体上凿岩钻孔，矿体截割机构的截割刀盘上的刀具旋转由矿壁深入矿体截割矿体；使矿体截割机构在滑轨机构上沿行走方向平移，矿体截割机构的支撑筒体上的刀具沿矿体走向截割矿体，截落的矿石通过运输机构运送到设备外部。本专利技术这种基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备的开采方法，具体步骤如下：S1、确定设备沿矿壁单向行走一趟需截割矿体的厚度，调整钻孔机构上钻具、矿体截割机构上截割刀盘的作用位置和深度；S2、在矿壁端头调整钻孔机构的位置，确保沿设备行走方向钻孔机构位于矿体截割机构前方，然后保持设备平行于矿壁行走；S3、沿设备行走方向将待截割矿体分为若干段，在第一段截割深度内，待截割矿体首先受到钻孔机构的凿岩钻孔和振动致裂，然后伴随截割刀盘的旋转进行由矿壁向矿体水平深部的水平进深截割从而形成在确定深度内的圆柱形采矿工作面；S4、将钻孔机构的钻具从矿体中退出，然后控制矿体截割机构在第一导轨上沿走向移动从而利用支撑筒体上刀具的旋转走向截割矿体，当该段矿体被开采完后，将矿体截割机构沿第一导轨复位；S5、当第一段矿体被开采完后，通过行走机构控制设备沿其行走方向行走到下一段待截割矿体处；S6、重复步骤③→④→⑤，并按示意的钻孔轮廓线和截割轮廓线截割矿壁上的矿体直至该趟开采完成，即该截割深度内的矿体被完全开采完；S7、通过调节调高摆臂和水平摆臂将钻孔机构调到设备的另一端，然后通过行走机构控制设备前移完成割矿进尺进入下一趟开采矿体厚度；S8、重复步骤①→②→③→④→⑤→⑥直至下一趟开采厚度内的矿体被开采完；S9、重复步骤⑦→⑧直至一个采场内的矿体全部被采完。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、适用于硬岩矿体截割矿体在进行机械截割前，预先对待截割矿体凿岩钻孔和振动致裂，这一过程，解除了待截割矿体内的受限应力，增加了新的自由面，即钻孔自由面，并促进了待截割矿体内的裂隙发育，从而使待截割矿体的可截割性大幅提高，因此，适用于硬岩矿体的机械截割。2、功能集成化程度高伴随该设备的行走，可依次对矿体进行钻孔、截割作业，并能够及时对截落的矿石进行运输，将钻孔、截割、运输等功能集于一身，因此该设备功能集成化程度高。3、设备工时利用率高本专利技术对矿体进行板条式往复截割，在设备运行过程中，设备与矿壁保持平行，伴随设备往复行走，设备不需要掉头，采矿作业协同连续，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备，包括安装在设备底部的行走机构(5)，其特征在于：还包括安设在设备前后两端的滑轨机构(1)、安设在前端滑轨机构上并可左右平移运转的用于截割矿体的矿体截割机构(2)、安设在行走机构一侧用于对待截割矿体凿岩钻孔的钻孔机构(3)、安装在后端滑轨机构上并可左右平移运转的用于运输截落矿石的运输机构(4)，/n所述滑轨机构(1)包括平行布置于设备前后两端的第一导轨(11)和第二导轨(12)，/n所述矿体截割机构(2)包括用于安装不同类型刀具的截割刀盘(21)和截割刀座(22)、用于支撑所述截割刀盘和截割刀座的支撑筒体(23)、用于驱动支撑筒体前后移动的液压推进缸(24)、用于调整支撑筒体掘进坡度及水平方位的机器方位调整臂(25)，该机器方位调整臂后端铰接于第一导轨的滑块上、前端与支撑筒体可转动连接，液压推进缸连接于机器方位调整臂前端与支撑筒体之间，截割刀座均匀安装在支撑筒体外围圆周上，截割刀盘安装在支撑筒体前端面上，截割刀座上的刀具由支撑筒体带动旋转截割周围矿体，截割刀盘上的刀具由支撑筒体带动旋转截割前端矿体；/n所述钻孔机构(3)包括数个用于在矿体内凿岩钻孔以解除应力并促进裂隙发育的钻具(31)、用于调整钻具位置并带动钻具振动的振动基座(32)、用于调整钻孔高度及钻孔机构相对于设备整体位置的调高摆臂(33)和水平摆臂(34)、用于调节振动基座与矿壁相交角度的调垂伸缩式液压缸(35)、用于控制振动基座旋转角度的旋转角度控制仪(36)，各钻具呈阵列形可拆卸的垂直布置于振动基座前端面上，所述钻具垂直于矿壁自由面布置，所述振动基座可转动的连接于调高摆臂前端面上，水平摆臂铰接在行走机构与调高摆臂之间，调垂伸缩式液压缸铰接在振动基座和水平摆臂之间，旋转角度控制仪安装在振动基座后端轴心处；/n所述运输机构(4)包括铲渣斗(41)、溜渣槽(42)、溜渣口(43)、集渣斗(44)和皮带机(45)，所述铲渣斗布置在截割刀盘上，用于铲起被截割刀盘上刀具截落的矿石；所述溜渣槽连通于铲渣斗与集渣斗之间，用于将铲起的矿石送至集渣斗；所述溜渣口开设在截割刀座之间的支撑筒体上并与集渣斗相连通布置，用于排出截割刀座上刀具截落的矿石至集渣斗；所述集渣斗布置在截割刀盘后方的支撑筒体内，所述皮带机沿前后方向固定在第一导轨和第二导轨的滑块上，皮带机一端与集渣斗底部相连、一端贯穿设备后部与外界连通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备，包括安装在设备底部的行走机构(5)，其特征在于：还包括安设在设备前后两端的滑轨机构(1)、安设在前端滑轨机构上并可左右平移运转的用于截割矿体的矿体截割机构(2)、安设在行走机构一侧用于对待截割矿体凿岩钻孔的钻孔机构(3)、安装在后端滑轨机构上并可左右平移运转的用于运输截落矿石的运输机构(4)，
所述滑轨机构(1)包括平行布置于设备前后两端的第一导轨(11)和第二导轨(12)，
所述矿体截割机构(2)包括用于安装不同类型刀具的截割刀盘(21)和截割刀座(22)、用于支撑所述截割刀盘和截割刀座的支撑筒体(23)、用于驱动支撑筒体前后移动的液压推进缸(24)、用于调整支撑筒体掘进坡度及水平方位的机器方位调整臂(25)，该机器方位调整臂后端铰接于第一导轨的滑块上、前端与支撑筒体可转动连接，液压推进缸连接于机器方位调整臂前端与支撑筒体之间，截割刀座均匀安装在支撑筒体外围圆周上，截割刀盘安装在支撑筒体前端面上，截割刀座上的刀具由支撑筒体带动旋转截割周围矿体，截割刀盘上的刀具由支撑筒体带动旋转截割前端矿体；
所述钻孔机构(3)包括数个用于在矿体内凿岩钻孔以解除应力并促进裂隙发育的钻具(31)、用于调整钻具位置并带动钻具振动的振动基座(32)、用于调整钻孔高度及钻孔机构相对于设备整体位置的调高摆臂(33)和水平摆臂(34)、用于调节振动基座与矿壁相交角度的调垂伸缩式液压缸(35)、用于控制振动基座旋转角度的旋转角度控制仪(36)，各钻具呈阵列形可拆卸的垂直布置于振动基座前端面上，所述钻具垂直于矿壁自由面布置，所述振动基座可转动的连接于调高摆臂前端面上，水平摆臂铰接在行走机构与调高摆臂之间，调垂伸缩式液压缸铰接在振动基座和水平摆臂之间，旋转角度控制仪安装在振动基座后端轴心处；
所述运输机构(4)包括铲渣斗(41)、溜渣槽(42)、溜渣口(43)、集渣斗(44)和皮带机(45)，所述铲渣斗布置在截割刀盘上，用于铲起被截割刀盘上刀具截落的矿石；所述溜渣槽连通于铲渣斗与集渣斗之间，用于将铲起的矿石送至集渣斗；所述溜渣口开设在截割刀座之间的支撑筒体上并与集渣斗相连通布置，用于排出截割刀座上刀具截落的矿石至集渣斗；所述集渣斗布置在截割刀盘后方的支撑筒体内，所述皮带机沿前后方向固定在第一导轨和第二导轨的滑块上，皮带机一端与集渣斗底部相连、一端贯穿设备后部与外界连通。


2.根据权利要求1所述的基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备，其特征在于：所述行走机构采用钢制履带底盘行走机构。


3.根据权利要求1所述的基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备，其特征在于：所述截割刀盘为圆形平面刀盘。


4.根据权利要求1所述的基于孔阵超前预裂的硬岩矿体开采设备，其特征在于：所述钻具在振动基座前端面上呈梅花状阵列分布。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王少锋，孙立成，李夕兵，黄麟淇，陶明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43