[发明专利]边坡开采系统

说明书

本发明涉及集料矿层的边坡开采。

本发明尤其涉及一种此类边坡开采系统，它包括：

(a)用于从矿层中挖掘集料并因而在该矿层中形成一巷道的一开采装置；

(b)用于从巷道中运送所开采的集料的一传送装置，以及

(c)位于开采装置上或其附近的用于至少在巷道前端循环空气的一循环装置。

本发明的边坡开采系统具体，但不是唯一地适用于在露天开采矿的边坡中从一暴露面延伸的矿层中采煤。

边坡采煤法为低成本开采那些采用传统的露天或地下采煤法正常不能经济开采的煤提供了潜力。

边坡采煤法带来的一个问题是，尤其是随巷道穿越深度增加时，由于渗入巷道的甲烷和/或其他气体和/或在采煤过程中产生的煤粉引起爆炸的可能性。

在美国的边坡开采作业中发生过爆炸，导致人员伤亡，因此，相当程度地激励着开发可避免爆炸的边坡开采系统。

在空气中甲烷的爆炸极限为5～15％。随着混合气体中氧浓度(从空气中含有的21％)降低，甲烷爆炸的浓度范围减小，当氧浓度低于12.2％(在环境温度下)时，甲烷不可能发生爆炸。

传统的地下开采作业需要提供通风以冲淡和排出爆炸性气体并监测甲烷浓度。具体地说，在传统的地下开采作业中，如果甲烷浓度达到1.25％，就响起警报并切断所有电源，如果甲烷含量达到2.5％，必须疏散该矿中的人员。然而，在边坡开采作业中不需要巷道通风，甲烷浓度易于达到或超过空气中的爆炸极限。

有关在含有的氧浓度小于21％的空气或大气中含有甲烷和煤粉的混合物爆炸极限方面，可得到的公开资料非常有限。尽管如此，在为本申请人所进行的研究工作的基础上，似乎当氧浓度低于9％时，含有甲烷和煤粉的混合物不会发生爆炸。此研究工作是用计划采用边坡开采的昆士兰(Queensland)矿的煤样进行的。还需要进行类似的工作来用其他矿找到的煤种来确认此结果。

本发明的目的是提供一种在以上(a)、(b)小段中所述的类型的边坡开采系统，它可避免由于巷道中甲烷气体和/或煤粉和/或其他易燃物质的引燃引起的爆炸。

根据本发明，提供一种用于从矿层中开采集料的边坡开采系统，它包括：

(a)用于从矿层中挖掘集料并因而在该矿层中形成一巷道的一开采装置；

(b)用于从巷道中运送所开采的集料的一传送装置；

(c)位于开采装置上或其附近的用于至少在巷道前端循环空气的一循环装置；

(d)用于把巷道中空气中的氧浓度保持在低于巷道中甲烷气体和/或粉尘和/或其他易燃物质发生爆炸所需的氧浓度的一惰性化装置，该惰性化装置包括：

(i)一惰性化气体喷吹装置，用于将惰性化气体喷入到巷道中，惰性化气体喷吹装置有一惰性化气体出口，该出口在形成巷道初期位于开采装置上或其附近，此后，其位于开采装置上或其附近和/或巷道入口处和/或巷道入口和开采装置之间；以及

(ii)一屏障装置，以限制气流进出巷道。

此发明是本申请人所进行的试验工作成果，意想不到的是，在没有有效地屏障来限制气流进出巷道的情况下，由连续开采机的循环风机形成分层循环气流，其具有的效果是把外部空气流沿巷道底部吸进巷道而沿巷道项部从巷道中排出气流。

试验工作还表明外界阵风在巷道入口处产生湍流，而其又对巷道入口附近和最初的50～60m的空气流分布带来料想不到的很大的破坏性影响，包括在某些场合下将大量的空气引入巷道中。

以上试验工作的最终结果是，在没有有效的屏障来限制巷道入口的情况下，在巷道中，尤其是形成巷道最初的50～60m即早期阶段，很可能使形成的不安全氧浓度有显著增高。

术语“惰性化气体”要理解为这样一种气体，即它不含氧或所含氧浓度低得足以使巷道中的氧浓度保持在低于甲烷气体和/或粉尘和/或其他易燃物质发生爆炸所需的浓度。

惰性化气体喷吹装置最好适合于使吹入巷道中的惰性化气体的体积大于从巷道中开采的集料体积，以便对巷道施加轻微的压力，从而气体从巷道内向外流。

应注意，如果在开采过程中由煤里释放出大量的甲烷和其他气体，那么有可能大大减少喷入的惰性化气体量。

惰性化气体喷吹装置最好包括在巷道入口处和/或沿巷道间隔分布的多个出口。

尤其是，惰性化气体喷吹装置最好还包括一个用于有选择地调节通过每个出口的惰性化气体的体积流量的控制装置。

惰性化气体最好从下述气体中选取一种或多种：惰性燃气、甲烷、氮气和二种或多种这样气体的混合物。