本發(fā)明一般涉及一種地下采礦系統(tǒng)。本發(fā)明特別地、但非專門地應(yīng)用于煤和鉀鹽礦開采。

背景技術(shù)：

本說明書中對任何現(xiàn)有技術(shù)的引用不是并且不應(yīng)該被認為是承認或以任何形式建議該現(xiàn)有技術(shù)形成公知常識的一部分。

進行煤礦開采以從地面抽采位于煤層中的煤。多年來已采用許多技術(shù)來抽采煤層，從隧道掘進到大型露天礦井各不相同。兩種現(xiàn)代的地下煤礦開采技術(shù)包括長壁采礦，以及如下所述的房柱采礦。

長壁采礦是一種地下采礦的形式，其中使用移動的長壁開采煤塊。許多液壓千斤頂(稱為垛)放置在一條長線上以支撐采煤面處的上覆地層(即頂板)。然后通過稱為采煤機的機器從采煤面切割煤，所述采煤機在垛前面沿著長壁面前后移動，所述垛連續(xù)向前移動以填充當(dāng)采煤機完成煤切割通過時由采煤機產(chǎn)生的頂板空隙。

盡管建立長壁礦的資本費用非常高，但運營成本通常很低。然而，在沿斷層線的中斷煤層的情況下長壁運動可能會被堵住，這會不利地大大增加運營成本并導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。另外，盡管大多數(shù)時間采礦人員通常都在完全支撐的頂板(或垛)下工作，但他們?nèi)匀恍枰谕ǔＲ苍诟邭饬魍L(fēng)區(qū)域中的切煤面附近緊靠大型和危險的移動液壓和電氣設(shè)備工作，并且因此暴露于各種采礦和環(huán)境危險。

房柱采礦最初的資本密集程度低于長壁采礦。煤層通過稱為“礦房”的隧道被分成規(guī)則的塊狀陣列。由礦房界定的煤塊是“支柱”。支柱在“第一次工作”期間在產(chǎn)生礦房時支撐上覆地層，并且在“第二次工作”期間一從礦井撤離就可以系統(tǒng)地部分被抽采。由于房柱采礦過程比長壁采礦更加勞動密集并且生產(chǎn)率更低，因此除了不抽采所有煤的事實之外，房柱采礦的總運營成本大幅度地高于長壁采礦。另外，采礦人員需要在受限空間中、緊靠大型危險移動設(shè)備、在頂板或煤支撐支護不足的地方工作，并且可能在盲隧道中通風(fēng)不良地工作。因此與長壁采礦相比，他們暴露于更大程度的采礦和環(huán)境危險。

優(yōu)選實施例提供了一種替代采礦方法，其具有比長壁采礦更低的初始資本成本，而且與房柱采礦相比，具有改善的生產(chǎn)率、更高的采煤程度和大幅減小的運營成本。而且重要的是，采礦人員通常遠離切煤面處的采礦過程，并且不會暴露于與長壁或房柱操作中相同程度的采礦或環(huán)境危險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種礦井，其包括：

一個或多個順槽組，每個順槽組包括至少兩個導(dǎo)洞(headings)；以及

從所述順槽組延伸的死端掏槽(plungecuts)，每個掏槽具有大致四邊形的橫截面并且長度大于30米。

有利地，窄長形支柱可以留在相鄰的掏槽之間，由此相比于房柱采礦導(dǎo)致每體積更多的材料去除和改善的操作成本。

優(yōu)選地，在每個順槽組中，所述至少兩個導(dǎo)洞中的一個可以供應(yīng)空氣，而所述至少兩個導(dǎo)洞中的另一個可以返回空氣。每個順槽組還可以包括在相鄰的導(dǎo)洞之間延伸的一個或多個貫通隧道(“貫通”)，其提供相鄰導(dǎo)洞之間的互連連接以用于物流和通風(fēng)目的。

優(yōu)選地，所述礦井包括主入口隧道(也稱為“主巷道”或簡稱“主巷”)組，所述順槽組從所述主入口隧道組延伸。

所述礦井還可以包括在相鄰的順槽組之間的有價值的材料塊并且在有價值的材料塊中形成所述掏槽。所述礦井還可以包括在從相鄰的順槽組延伸的掏槽之間的支撐柱。

所述掏槽可以是平行的并且從所述順槽組傾斜地延伸。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種采礦系統(tǒng)，其包括：

礦井；以及

連續(xù)采礦機，其聯(lián)接到撓性傳送機系統(tǒng)以便形成掏槽。

有利地，連續(xù)采礦機和撓性傳送機系統(tǒng)代表比長壁采礦明顯更低的初始資本和設(shè)備成本。此外，連續(xù)采礦機更適應(yīng)跟隨沿著或通過斷層線或其他不連續(xù)面的中斷煤層。

所述連續(xù)采礦機可以包括用于在所述掏槽的形成期間進行導(dǎo)航的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以包括用于感測包括角度(例如水平線控制)、航向(例如定位)的特性的傳感器和確定與先前開采的相鄰掏槽的距離的系統(tǒng)。所述連續(xù)采礦機可以包括用于檢測與被開采的材料相關(guān)的特性(例如邊界)的伽瑪檢測裝置。所述連續(xù)采礦機可以包括惰性氣體供給，用于將惰性氣體供應(yīng)到每個掏槽的切割面以避免危險，例如摩擦點火、當(dāng)甲烷從煤發(fā)出時的甲烷點火或在極端事件中的煤塵點火。

所述系統(tǒng)可以包括至少一個通風(fēng)屏障，用于在其形成期間至少部分地阻塞每個死端掏槽的入口，但允許聯(lián)接到所述撓性傳送機系統(tǒng)的所述連續(xù)采礦機進入。所述系統(tǒng)可以包括傳感器，用于感測在其形成期間的被阻塞的掏槽中的工作環(huán)境的特性。所述特性可以包括所述掏槽中的氣體、通風(fēng)、地層運動或粉塵水平。

所述系統(tǒng)可以包括用于遠程操作所述連續(xù)采礦機的操作中心(roc)。由于在掏槽中沒有采礦人員，因此每個掏槽的頂板不需要加固，導(dǎo)致減小的成本和時間，并且大幅改善安全結(jié)果。所述roc可以通過以太網(wǎng)與所述連續(xù)采礦機無線通信。

所述系統(tǒng)還可以包括靜態(tài)傳送機(或傳送機的系統(tǒng))，用于將從所述撓性傳送機系統(tǒng)接收的材料傳送到所述礦井的表面。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種采礦方法，其包括以下步驟：

形成一個或多個順槽組，每個順槽組包括至少兩個導(dǎo)洞；以及

形成從所述順槽組延伸的死端掏槽，每個掏槽利用聯(lián)接到撓性傳送機系統(tǒng)的連續(xù)采礦機形成并且長度大于30米。

所述方法可以包括形成主入口隧道(“主巷”)，所述順槽組隨后從所述主入口隧道延伸。所述方法可以包括從延伸到相鄰的順槽組之間的一個或多個有價值的材料塊中的掏槽抽采有價值的材料。所述方法可以包括在從相鄰的順槽組延伸的掏槽之間形成支撐柱。

聯(lián)接到撓性傳送機系統(tǒng)的所述連續(xù)采礦機可以是無人操縱的。因此，每個掏槽的頂板都不需要加固。所述掏槽可以具有接收所述連續(xù)采礦機并且至少部分地接收所述撓性傳送機系統(tǒng)的深度。所述掏槽可以接收所述撓性傳送機系統(tǒng)的大部分。所述掏槽可以：長度大于100m、長度大于200m、長度大于300m、長度大于400m、或長度大于500m。所述掏槽的深度可以在30m至550m之間。因此，相鄰的順槽組可以分開達到800m或以上，大幅度地大于長壁采礦中的順槽之間的分離，這進一步減小了采礦成本。

所述方法可以包括在其形成期間密封每個死端掏槽。所述方法可以包括在每個密封的掏槽中供應(yīng)惰性氣體(例如二氧化碳或氮)以避免危險，例如摩擦點火、當(dāng)甲烷從煤發(fā)出時的甲烷點火或在極端事件中的煤塵點火。

所述方法可以包括在密封掏槽形成期間對密封掏槽中的工作環(huán)境進行遠程監(jiān)測。所述監(jiān)測可以包括監(jiān)測所述連續(xù)采礦機的采礦機特性。所述采礦機特性可以包括角度(例如水平線控制)和定位(例如航向)。所述監(jiān)測可以包括監(jiān)測氣體、通風(fēng)、地層運動、掏槽中的粉塵水平、以及與先前開采的相鄰掏槽的距離。

所述方法可以包括在順槽組的一側(cè)上形成掏槽之前在所述順槽組的另一側(cè)上形成掏槽。

所述方法可以包括將合適的填充材料(例如具有使得填充物“凝固”以形成中等強度均質(zhì)材料的性質(zhì)的膠結(jié)型填充物或類似變體)引入開采出的掏槽中。一旦填充材料凝固，所述連續(xù)采礦機然后可以繼續(xù)在先前沒有在相鄰的掏槽之間開采的有價值的材料內(nèi)開拓新掏槽。因此除了在從相對的順槽延伸的掏槽之間的有價值的材料塊的中心處的中心主支柱以外，通過該采礦過程可以抽采每個順槽組之間的幾乎所有有價值的材料。這導(dǎo)致比房柱采礦高得多的采煤程度。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種采礦方法，其包括以下步驟：

利用聯(lián)接到撓性傳送機系統(tǒng)的連續(xù)采礦機形成一系列死端掏槽，所述掏槽的長度大于30米。

所述方法可以包括在所述掏槽的形成期間接收所述連續(xù)采礦機，并且至少部分地接收所述撓性傳送機系統(tǒng)。所述方法可以包括在形成所述死端掏槽時密封所述死端掏槽。所述方法可以包括在每個密封的掏槽中供應(yīng)惰性氣體以避免危險，例如摩擦點火、當(dāng)甲烷從煤發(fā)出時的甲烷點火或在極端事件中的煤塵點火?？梢栽谇懈蠲嫣幑?yīng)惰性氣體。所述方法可以包括遠程操作所述連續(xù)采礦機。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了開采地下和露天煤層的方法，其包括以下步驟：

a.提供連續(xù)采礦機、連續(xù)運輸系統(tǒng)和傳送機，所述連續(xù)運輸系統(tǒng)定位在所述連續(xù)采礦機和所述傳送機之間，從而在所述連續(xù)采礦機正在切割時將煤從所述連續(xù)采礦機傳送到所述傳送機，所述連續(xù)采礦機能夠移動進入煤層；

b.將具有能操作聯(lián)結(jié)的連續(xù)運輸系統(tǒng)的所述連續(xù)采礦機定位在實質(zhì)上鄰近煤層的暴露面的縮回狀態(tài)，其中所述連續(xù)運輸系統(tǒng)與所述傳送機可操作地關(guān)聯(lián)；

c.將所述連續(xù)采礦機和連續(xù)運輸系統(tǒng)與煤面以大約20至170°的角度延伸到煤層中一距離以形成掏槽，所述距離大致等于所述連續(xù)采礦機和所述連續(xù)運輸系統(tǒng)的至少一半的長度；

d.從所述掏槽縮回所述連續(xù)采礦機和所述連續(xù)運輸系統(tǒng)；以及

e.在步驟(c)和(d)實施之后重復(fù)步驟(c)和(d)至少一次以形成一個或多個附加掏槽，每個掏槽通過煤的支柱與相鄰掏槽分離。

本文中所述的任何特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)與本文中所述的任何一個或多個其他特征以任何組合的形式組合。

附圖說明

本發(fā)明的優(yōu)選特征、實施例和變型可以從為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供足夠的信息來執(zhí)行本發(fā)明的以下具體實施方式辨別。具體實施方式不以任何方式被認為是限制本發(fā)明前述發(fā)明內(nèi)容的范圍。具體實施方式將參考如下的多個圖：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的地下煤礦礦井的平面截面圖；

圖2是圖1的煤礦礦井的透視截面圖，示出了通風(fēng)；

圖3是露天礦井的透視圖，其中采礦設(shè)備在靠近圖1的礦井入口的露天礦坑的底部，示出了聯(lián)接到撓性傳送機系統(tǒng)的連續(xù)采礦機；

圖4是圖1的系統(tǒng)的平面截面圖，示出了在礦井中形成掏槽的連續(xù)采礦機和撓性傳送機系統(tǒng)；

圖5是圖4的系統(tǒng)的透視圖，示出了在掏槽的入口處的屏障密封件；

圖6示出了圖5的屏障密封件的近視圖；

圖7是圖5的系統(tǒng)的側(cè)截面圖，示出了在切割面處提供的惰性氣體；

圖8是圖4的系統(tǒng)的平面截面圖，示出了遠程操作中心(roc)；以及

圖9示出了呈現(xiàn)給圖8的roc中的操作者的示例性計算機顯示屏幕。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了如圖1中所示的地下煤礦礦井10。在礦井10的煤層中形成隧道。進一步闡述，礦井10包括三個主導(dǎo)洞1，和從主導(dǎo)洞1(也稱為“主巷道”或簡稱為“主巷”)垂直延伸的三個間隔開的順槽17、20的組15。每個順槽組15包括三個順槽或分離的導(dǎo)洞17、20。礦井10還包括在相鄰順槽17、20之間延伸以形成矩形支撐柱22的貫通。

礦井10還包括在相鄰的順槽17、20的組15之間的兩個煤塊(即有價值的材料)。平行死端掏槽25在煤塊中形成并且從順槽17、20的組15傾斜地延伸。有利地，窄長形煤支柱30也留在相鄰的掏槽25之間，由此相比于房柱采礦導(dǎo)致每體積更大的材料去除和改善的操作成本。支柱30也提供足夠的頂板支撐，使得在掏槽中不需要額外的頂板支撐。在來自相鄰的組15的相對的掏槽25之間也形成中心主支柱。

參考圖2，每個組15的外順槽20可以供應(yīng)新鮮空氣，而另一外順槽17返回排出空氣。適當(dāng)?shù)耐L(fēng)控制裝置可以定位在隧道內(nèi)以控制氣流。

參考圖3，在該示例中，礦井10形成露天礦坑底部礦井進入系統(tǒng)300的一部分。系統(tǒng)300包括具有到礦井10的入口隧道304的露天礦坑302。系統(tǒng)300還包括聯(lián)接到撓性傳送機系統(tǒng)308(或連續(xù)運輸系統(tǒng))的連續(xù)采礦機306，用于形成大致矩形(即四邊形)掏槽25。有利地，連續(xù)采礦機306和撓性傳送機系統(tǒng)308代表比長壁采礦明顯更低的初始資本成本。此外，連續(xù)采礦機306更適應(yīng)跟隨沿著或通過斷層線或其他不連續(xù)面的中斷煤層。

連續(xù)采礦機306切入煤層塊的表面23，并且將切割的煤從采礦機306的前部傳遞到后部，在那里它被自動卸載到撓性傳送機系統(tǒng)308上。連續(xù)采礦機306是從煤層的暴露面切割煤的機器，消除了否則在其他采煤過程中要求的單獨的切割、鉆孔、爆破和裝載操作。通常，連續(xù)采礦機306將具有上下移動的旋轉(zhuǎn)切割頭，并且當(dāng)旋轉(zhuǎn)切割頭旋轉(zhuǎn)時其從煤層的暴露面切割煤。

撓性傳送機系統(tǒng)308從連續(xù)采礦機306接收煤。撓性傳送機系統(tǒng)308是一類可變長度的連續(xù)運輸系統(tǒng)，并且包括一系列移動傳送機310，其可以聯(lián)接或斷開以適應(yīng)在煤層中制造的掏槽25的長度。也就是說，可以根據(jù)需要改變撓性傳送機系統(tǒng)308的長度(即，縮短或伸長)，這取決于連續(xù)采礦機306將穿透到煤層中多遠。

參考圖4，系統(tǒng)300還包括用于傳送從撓性傳送機系統(tǒng)308連續(xù)接收的材料的靜態(tài)傳送機400。因此，煤經(jīng)由撓性傳送機系統(tǒng)308從采礦機306自動轉(zhuǎn)移到靜態(tài)帶式傳送機400以將煤最終從礦井取出。完成的掏槽25具有接收連續(xù)采礦機306和大部分撓性傳送機系統(tǒng)308的深度。掏槽典型地深度在30m至550m之間。因此，相鄰的順槽組可以分開達到800m或以上，大幅大于長壁采礦中的順槽之間的分離，這進一步減小了采礦成本。

如圖5中所示，系統(tǒng)300包括阻擋密封件500，用于在其形成期間阻塞并且至少部分地密封每個死端掏槽25。在圖6中可以最佳地看到，密封件包括柔性帶從其垂懸的水平桿，并且安裝在掏槽35的口部中。在使用中，撓性傳送機系統(tǒng)308可以自由地穿過屏障密封件500。

參考圖7，連續(xù)采礦機306包括惰性氣體供給，用于將惰性氣體700(例如二氧化碳或氮)供應(yīng)到每個掏槽25的切割面以避免掏槽25中的危險，例如摩擦點火、當(dāng)甲烷從煤發(fā)出時的甲烷點火或在極端事件中的煤塵點火。系統(tǒng)300還包括傳感器，用于感測在其形成期間的密封掏槽25中的工作環(huán)境的特性。感測到的特性包括沿著掏槽25的氣體或氧含量、通風(fēng)、地層運動和掏槽25中的粉塵水平。連續(xù)采礦機30是無人操縱的，并且在掏槽25中的不太可能發(fā)生的塌陷中任何操作者都不會有風(fēng)險。

連續(xù)采礦機306也包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，用于在掏槽25的形成期間導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括用于感測包括角度(例如水平線控制)或定位(例如航向)的特性的傳感器。連續(xù)采礦機306也包括伽瑪檢測裝置，用于在挖掘期間檢測煤層的邊界。

參考圖8，系統(tǒng)300包括操作中心(roc)800，用于遠程操作連續(xù)采礦機306和更大系統(tǒng)300。由于在掏槽25中不存在機器操作者，因此每個掏槽25的頂板不需要加固，導(dǎo)致減小的成本和時間。roc800是有人操縱的并且通過以太網(wǎng)與無人操縱的連續(xù)采礦機無線通信。roc有利地限制了與采礦環(huán)境有關(guān)的操作者的風(fēng)險，包括噪聲暴露、設(shè)備風(fēng)險、粉塵暴露和頂板塌陷。

圖9示出了呈現(xiàn)給roc800中的操作者的示例性計算機顯示屏幕900。操作者遠程監(jiān)測在其形成期間的密封掏槽25中的工作環(huán)境。監(jiān)測包括監(jiān)測連續(xù)采礦機306的采礦機特性。采礦機特性包括實際角度(例如水平線控制)902和航向(例如定位)904，其與計算機計算的期望角度906和航向908疊加。操作者通過基于礦井10的期望布局將實際角度902與期望角度906對準(zhǔn)并且將實際航向904與期望航向908對準(zhǔn)，遠程控制采礦機306。監(jiān)測也包括使用掏槽25中的傳感器和采礦機306的伽瑪檢測器監(jiān)測掏槽25中的氣體、通風(fēng)、地層運動或粉塵水平。

返回圖1，簡要描述了用于形成礦井10的方法。應(yīng)當(dāng)注意地下礦井可以從露天挖掘或從礦井的地面經(jīng)由一組隧道開拓，所述隧道在順應(yīng)的斜坡處向下成角以貫穿地下煤層。

最初，使用連續(xù)采礦機306形成主導(dǎo)洞1，然后形成順槽。

接著，連續(xù)采礦機306被聯(lián)接以拖動撓性傳送機系統(tǒng)308。然后采礦機306和系統(tǒng)308首先沿著給定順槽組15的左順槽17并且然后沿著右順槽20順序地形成掏槽25。首先，在反轉(zhuǎn)離開掏槽25并且回到縮回位置以準(zhǔn)備形成相鄰的掏槽25之前，采礦機306向前延伸并且形成掏槽25。參考圖4，撓性傳送機系統(tǒng)308在其形成期間基本上進入每個掏槽25。可以通過改變組成傳送機310的數(shù)量來改變撓性傳送機系統(tǒng)308的長度。另外，正常靜態(tài)傳送機400也可以根據(jù)需要膨脹或移動。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以制造許多實施例和變型。

例如，掏槽25可以與內(nèi)襯于順槽17、20的直煤面23成大約20至170度的任意角度形成。

在一個實施例中，多個連續(xù)采礦機306可以同時在各自的煤塊中形成掏槽25。

在一個實施例中，撓性傳送機系統(tǒng)308可以由位于連續(xù)采礦機306和固定傳送機400之間的另一種類型的連續(xù)運輸系統(tǒng)代替。例如，可以使用可變長度連續(xù)運輸傳送機系統(tǒng)(例如，flexiveyor，prairiemachine&parts，saskatoon，sk，加拿大)，或?qū)⒚哼\輸?shù)絺魉蜋C的其他運輸機器/系統(tǒng)。

在一個實施例中，掏槽25可以交替地形成于順槽組15的任一側(cè)，而不是一側(cè)然后另一側(cè)。

在一個實施例中，鉀鹽可以是被開采的有價值的材料，而不是煤。

在一個實施例中，合適的填充材料(例如具有使得填充物“凝固”以形成中等強度均質(zhì)材料的性質(zhì)的膠結(jié)型填充物或類似變體)可以被提供到開采出的掏槽25中并允許凝固。轉(zhuǎn)而，然后可以使用連續(xù)采礦機306和撓性傳送機系統(tǒng)308開采介于中間的支柱30，同時凝固的填充物支撐相鄰的頂板地層。

根據(jù)法規(guī)，本發(fā)明已用對于結(jié)構(gòu)或方法特征或多或少特定的語言進行了描述。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所示或所述的具體特征，原因是本文描述的裝置包括實施本發(fā)明的優(yōu)選形式。

在本說明書中對“一個實施例”或“實施例”的引用意味著結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，在本說明書的各處的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現(xiàn)并不一定都指代相同的實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式以在一個或多個組合方式進行組合。