專利名稱：一種水下采礦方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到采礦方法和設(shè)備領(lǐng)域，特指一種水下采礦方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在我國很多沉積型的金屬礦藏中，其特點(diǎn)是礦床埋藏深、地下水量大、水文地質(zhì)條件復(fù) 雜。如采用堵水排水法進(jìn)行地下開采，對于黑色金屬礦和價值較低的礦床，其經(jīng)濟(jì)效益難以 得到保障。再者，沉積類礦藏地質(zhì)條件都較差，容易發(fā)生安全事故。隨著礦山開采技術(shù)的進(jìn) 步和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是海上石油和深海采礦技術(shù)的開發(fā)使得不排水地下礦采礦方法 成為可能。因此，無人化和不排水的采掘方法應(yīng)該是解決途徑之一。
通過水下采礦方法與裝置的研究開發(fā)，建立不影響地下水位的友好型采礦方法，可以解 決我國大部分地區(qū)地下水量大采礦難的問題。該采礦方法的開發(fā)成功，可以拓展到高瓦斯煤 礦、高粉塵煤礦的采礦，從而大大降低惡性安全事故，改善工人勞動作業(yè)條件，提高人民生 活質(zhì)量。陸基水下礦區(qū)一般埋藏于地面之下幾十米到幾百米深處，由于地下水的長期作用， 礦石多呈砂粒狀、粉狀和塊狀等，個別的呈膠結(jié)狀。再者，由于礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，坑 道疏干排水容易引起地面塌陷，造成生態(tài)環(huán)境變化等，而且礦床開采費(fèi)用高，前期準(zhǔn)備時間 長，安全隱患大。如采用傳統(tǒng)的陸基地下金屬礦床開采方法，礦床坑道容易發(fā)生垮幫、冒頂 和變形，嚴(yán)重影響作業(yè)人員和設(shè)備安全。因此，水下采礦方法是對礦井內(nèi)己經(jīng)爆破破碎后的 礦石物料，通過集礦、造漿和提升以達(dá)到采礦的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu) 簡單緊湊、操作簡便、安全性好、開采效率高、可適用于不排水地下礦采礦方法的水下采礦 方法及其裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種水下采礦方法，其特征在于步驟為
① 首先用破巖裝置或其他爆破方式將水下礦床破碎到符合提升管道輸送要求的礦石顆
粒；
② 通過地面平臺式鉆塔把提升管道、提升泵和水力吸礦裝置布放到井下，當(dāng)水力吸礦裝 置著底時，啟動提升泵輸送清水；
③ 水力吸礦裝置使提升管道入口的礦石顆粒保持懸浮狀態(tài)；④ 礦石顆粒通過格篩、提升管道、提升泵和輸送管路提升到地面儲礦池內(nèi)；
⑤ 礦石在地面儲礦池內(nèi)沉降，清水脫泥后經(jīng)溢流排放管排入礦井內(nèi)； ◎遠(yuǎn)程測控站采集礦漿濃度、流量和壓力等數(shù)據(jù)；
⑦采礦完成后，首先停止水力吸礦裝置工作，當(dāng)輸送管路出口排出清水時，即可關(guān)閉提升泵。
一種水下采礦裝置，其特征在于它包括水力吸礦裝置、水下空間探測器、提升管道、 提升泵、遠(yuǎn)程測控站、輸送管路以及地面儲礦池，所述位于水下采礦區(qū)的水力吸礦裝置與提 升管道的下方相連通，提升管道的中部設(shè)有提升泵，提升管道的上方通過輸送管路與地面儲 礦池相連，所述水下空間探測器與遠(yuǎn)程測控站相連。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)
所述水力吸礦裝置包括高壓噴嘴、格篩、集礦斗、軟管以及潛水泵，高壓噴嘴通過軟管 與潛水泵相連，高壓噴嘴裝設(shè)于集礦斗下方的四周側(cè)，集礦斗的頂端與提升管道相連通，集 礦斗的底部進(jìn)口處設(shè)有格篩。
所述提升管道上套設(shè)有潛水泵固定板，潛水泵通過卡箍固定于潛水泵固定板上。
所述提升泵為潛水砂礫泵。
所述提升泵為空氣泵，空氣泵的下方連接有固液兩相流提升管道，空氣泵的上方連接有 固液氣三相流提升管道，空氣泵的側(cè)面上設(shè)有壓氣管道。
所述提升管道通過拉繩與地面平臺式鉆塔相連，拉繩上裝設(shè)有拉力傳感器。
所述地面儲礦池通過溢流排放管與豎井相連通。
所述提升管道與水力吸礦裝置之間設(shè)有伸縮套。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于本發(fā)明的水下采礦方法及其裝置，具有結(jié)構(gòu)簡 單緊湊、操作簡便、安全性好、開采效率高、可適用于不排水地下礦采礦等優(yōu)點(diǎn)，可為地質(zhì) 條件差的礦藏提供一種安全性較好，環(huán)境友好的開采方法；同時也可用于煤礦的開采，特別 是我國南方地區(qū)目前無法開采的高粉塵煤礦，若不排水開采方法能成功用于該煤礦的開采， 由于井下無人，使惡性安全事故大為降低，對創(chuàng)建和諧社會和建設(shè)美好生活意義重大。


圖1是本發(fā)明水下采礦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明中水力吸礦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例中空氣泵的連接示意圖。
圖例說明-1、水力吸礦裝置101、高壓噴嘴
102、格篩103、集礦斗
105、底架106、軟管
107、卡箍108、潛水泵
109、潛水泵固定板
2、水下空間探測器3、伸縮套
4、提升管道5、提升泵
501、固液兩相流提升管道502、固液氣三相流:
503、壓氣管道
6、遠(yuǎn)程測控站7、地面平臺式鉆塔
8、拉力傳感器9、輸送管路
10、地面儲礦池11、溢流排放管
12、豎井13、拉繩
14、巖石層15、礦床層
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的水下采礦方法，其步驟為
① 首先用破巖裝置或其他爆破方式將水下礦床破碎到符合提升管道4輸送要求的礦石 顆粒；
② 通過地面平臺式鉆塔7把提升管道4、提升泵5和水力吸礦裝置1布放到井下，當(dāng)水 力吸礦裝置l著底時，啟動提升泵5輸送清水；
◎水力吸礦裝置1使提升管道4入口的礦石顆粒保持懸浮狀態(tài)；
礦石顆粒通過格篩102、提升管道4、提升泵5和輸送管路9提升到地面儲礦池10內(nèi)；
◎礦石在地面儲礦池10內(nèi)沉降，清水脫泥后經(jīng)溢流排放管ll排入礦井內(nèi)； (D遠(yuǎn)程測控站6釆集礦漿濃度、流量和壓力等數(shù)據(jù)；
⑦采礦完成后，首先停止水力吸礦裝置l工作，當(dāng)輸送管路9出口排出清水時，即可關(guān) 閉提升泵5。
根據(jù)實(shí)際需要，提升泵5可以為采用水力提升方式的潛水砂礫泵，也可以為采用氣力提
升方式的空氣泵。當(dāng)采用空氣泵時，在水力吸礦裝置1著底后，啟動地面空氣壓縮機(jī)，排出
的壓縮空氣通過壓氣管道503進(jìn)入空氣泵輸送清水。為保持提升管道4入口處有一定量的礦石，利用提升管道4下部與水力吸礦裝置1之間 的伸縮套3，通過水力吸礦裝置l自身重力作用，在伸縮套3的有效行程內(nèi)保持著底；還可 通過串接在提升管道4上部的拉力傳感器8測定提升系統(tǒng)重量的變化，判斷水力吸礦裝置1 的著底高度；整個采礦過程由地面遠(yuǎn)程測控站6控制和監(jiān)視，采礦過程每一啟動步驟，屏幕 上均清晰的顯示采礦過程中設(shè)備工作狀況，如啟動過程中出現(xiàn)問題將會發(fā)出報警信號。當(dāng)一 次采礦完成后，用水下空間探測器2對已采礦區(qū)的開采狀況進(jìn)行觀察，并確定下一采礦區(qū)的 深度和方位。
如圖1所示，本發(fā)明水下采礦裝置，它包括水力吸礦裝置l、水下空間探測器2、提升管 道4、提升泵5、遠(yuǎn)程測控站6、輸送管路9以及地面儲礦池10，位于水下采礦區(qū)的水力吸礦 裝置1與提升管道4的下方相連通，提升管道4的上方通過輸送管路9與地面儲礦池10相連， 水下空間探測器2與遠(yuǎn)程測控站6相連并由其控制，提升管道4的中部設(shè)有提升泵5。參見 圖2，本實(shí)施例中水力吸礦裝置1包括一個以上高壓噴嘴101、格篩102、集礦斗103、底架 105、軟管106、卡箍107以及潛水泵108，高壓噴嘴101通過軟管106與潛水泵108相連， 高壓噴嘴101裝設(shè)于集礦斗103下方的四周側(cè)，集礦斗103的頂端與提升管道4相連通，集 礦斗103的底部進(jìn)口處設(shè)有格篩102。集礦斗103、軟管106固定于底架105上。提升管道4 上套設(shè)有潛水泵固定板109,潛水泵108通過卡箍107固定于潛水泵固定板109上。潛水泵 108產(chǎn)生的壓力水通過軟管106經(jīng)過高壓噴嘴101出來形成射流，揚(yáng)起井下沉淀的礦石，該 裝置的集礦效率很大程度決定于噴嘴參數(shù)和射流參數(shù)。提升管道4通過拉繩13與地面平臺式 鉆塔7相連，拉繩13上裝設(shè)有拉力傳感器8。地面儲礦池10通過溢流排放管11與豎井12 相連通。提升管道4與水力吸礦裝置1之間設(shè)有伸縮套3。提升泵5可以采用潛水砂礫泵， 其屬于水力提升方式，主要是利用潛水砂礫泵的動力在管線內(nèi)外產(chǎn)生壓差，形成清水在管線 內(nèi)的上升流，把礦石提升至地面。
參見圖3，本發(fā)明的提升泵5也可以采用空氣泵，其屬于氣力提升方式，主要是利用管 線內(nèi)外壓差把礦石提升至地面?？諝獗玫南路竭B接有固液兩相流提升管道501，空氣泵的上 方連接有固液氣三相流提升管道502，空氣泵的側(cè)面上設(shè)有壓氣管道503。地面空氣壓縮機(jī)排 出的壓縮空氣通過壓氣管道503進(jìn)入空氣泵環(huán)形通道內(nèi)，空氣泵下部為固液(礦石和水)兩 相流，空氣泵上部為固液氣(礦石、水和空氣)三相流。環(huán)形通道、進(jìn)氣孔面積是空氣泵結(jié) 構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)，本空氣泵的環(huán)形通道設(shè)計為內(nèi)外套管形式，進(jìn)氣孔面積由多組圓孔組成。
工作原理
采礦前，首先用破巖裝置或其他爆破方式將水下礦床破碎到一定大小的礦石顆粒，然后通過地面平臺式鉆塔7把提升管道4、提升泵5和水力吸礦裝置1布放到井下，當(dāng)水力吸礦 裝置1著底時，啟動提升泵5輸送清水。
參見圖1，礦床層15位于巖石層14的下方。采礦時，水力吸礦裝置1把提升管道4入 口的礦石顆粒保持懸浮狀態(tài)，礦石顆粒通過格篩102、提升管道4、提升泵5以及輸送管路9 提升到地面儲礦池10內(nèi)，礦石在地面儲礦池10內(nèi)沉降，清水脫泥后經(jīng)溢流排放管11排入礦 井內(nèi)。同時，遠(yuǎn)程測控站6采集礦漿濃度、流量和壓力等數(shù)據(jù)。此外，為保持提升管道4入 口處有一定量的礦石，利用提升管道4下部與水力吸礦裝置1之間的伸縮套3，通過水力吸 礦裝置l自身重力作用，在伸縮套3的有效行程內(nèi)保持著底，也可通過串接在提升管道4上 部的拉力傳感器8測定提升系統(tǒng)重量的變化，判斷水力吸礦裝置1的著底高度。
采礦結(jié)束時，首先停止水力吸礦裝置1工作，當(dāng)輸送管路9出口排出清水時，即可關(guān)閉 提升泵5。
整個采礦過程由地面遠(yuǎn)程測控站6控制和監(jiān)視，采礦過程每一啟動步驟，屏幕上均清晰 的顯示采礦過程中設(shè)備工作狀況，如啟動過程中出現(xiàn)問題將會發(fā)出報警信號。當(dāng)一次采礦完 成后，用水下空間探測器2對已采礦區(qū)的開采狀況進(jìn)行觀察，并確定下一采礦區(qū)的深度和方 位。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡 屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通
技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種水下采礦方法，其特征在于步驟為①首先用破巖裝置或其他爆破方式將水下礦床破碎到符合提升管道輸送要求的礦石顆粒；②通過地面平臺式鉆塔把提升管道、提升泵和水力吸礦裝置布放到井下，當(dāng)水力吸礦裝置著底時，啟動提升泵輸送清水；③水力吸礦裝置使提升管道入口的礦石顆粒保持懸浮狀態(tài)；④礦石顆粒通過格篩、提升管道、提升泵和輸送管路提升到地面儲礦池內(nèi)；⑤礦石在地面儲礦池內(nèi)沉降，清水脫泥后經(jīng)溢流排放管排入礦井內(nèi)；⑥遠(yuǎn)程測控站采集礦漿濃度、流量和壓力等數(shù)據(jù)；⑦采礦完成后，首先停止水力吸礦裝置工作，當(dāng)輸送管路出口排出清水時，即可關(guān)閉提升泵。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下采礦方法，其特征在于所述提升泵為采用水力提升方式 的潛水砂礫泵，或為采用氣力提升方式的空氣泵。
3、 一種水下采礦裝置，其特征在于它包括水力吸礦裝置(1)、水下空間探測器(2)、 提升管道(4)、提升泵(5)、遠(yuǎn)程測控站(6)、輸送管路(9)以及地面儲礦池(10)，所述 位于水下采礦區(qū)的水力吸礦裝置(1)與提升管道(4)的下方相連通，提升管道(4)的中部 設(shè)有提升泵(5)，提升管道(4)的上方通過輸送管路(9)與地面儲礦池(10)相連，所述 水下空間探測器(2)與遠(yuǎn)程測控站(6)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下采礦裝置，其特征在于所述水力吸礦裝置(1)包括高 壓噴嘴(101)、格篩(102)、集礦斗(103)、軟管(106)以及潛水泵(108)，高壓噴嘴(101) 通過軟管(106)與潛水泵(108)相連，高壓噴嘴(101)位于集礦斗(103)下方的四周側(cè)， 集礦斗(103)的頂端與提升管道(4)相連通，集礦斗(103)的底部進(jìn)口處設(shè)有格篩(102)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下采礦裝置，其特征在于所述提升管道(4)上套設(shè)有潛 水泵固定板(109)，潛水泵(108)通過卡箍(107)固定于潛水泵固定板(109)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3—5中任意一項所述的水下采礦裝置，其特征在于所述提升泵(5) 為潛水砂礫泵。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3 — 5中任意一項所述的水下采礦裝置，其特征在于所述提升泵(5) 為空氣泵，空氣泵的下方連接有固液兩相流提升管道(501)，空氣泵的上方連接有固液氣三 相流提升管道(502),空氣泵的側(cè)面上設(shè)有壓氣管道(503)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3—5中任意一項所述的水下采礦裝置，其特征在于所述提升管道(4)通過拉繩(13)與地面平臺式鉆塔(7)相連，拉繩(13)上裝設(shè)有拉力傳感器(8)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3—5中任意一項所述的水下采礦裝置，其特征在于所述地面儲礦池 (10)通過溢流排放管(11)與豎井(12)相連通。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3—5中任意一項所述的水下采礦裝置，其特征在于所述提升管道(4) 與水力吸礦裝置(1)之間設(shè)有伸縮套(3)。
全文摘要
一種水下采礦方法及其裝置，其步驟為①先用破巖裝置或其他爆破方式將水下礦床破碎到提升管道符合輸送要求的礦石顆粒；②將提升管道、提升泵和水力吸礦裝置布放到井下，當(dāng)水力吸礦裝置著底時，啟動提升泵輸送清水；③水力吸礦裝置使提升管道入口的礦石顆粒保持懸浮狀態(tài)；④礦石顆粒被提升到地面儲礦池內(nèi)；⑤礦石在地面儲礦池內(nèi)沉降，清水脫泥后排入礦井內(nèi)；⑥遠(yuǎn)程測控站負(fù)責(zé)監(jiān)控；⑦采礦完成后，停止水力吸礦裝置工作，當(dāng)輸送管路出口排出清水時，即可關(guān)閉提升泵。該裝置包括水力吸礦裝置、水下空間探測器、提升管道、提升泵、遠(yuǎn)程測控站、輸送管路以及地面儲礦池。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作簡便、安全性好、開采效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E21B43/013GK101545366SQ20091004328
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者何端陽, 余夢迪, 吳冬華, 唐紅平, 唐達(dá)生, 孫國瑞, 鐘 李, 鋒 李, 李澤沛, 毛桂庭, 偉 王, 紅 肖, 瓊 胡, 星 金, 寧 陽, 陳光國, 龔德文 申請人:長沙礦冶研究院