高海拔地區(qū)中厚傾斜安全高效采礦

劉興玉

(西寧特鋼股份有限公司礦管部,青海都蘭 816100)

高海拔地區(qū)中厚傾斜安全高效采礦

劉興玉

(西寧特鋼股份有限公司礦管部,青海都蘭 816100)

采礦人員在高海拔地區(qū)的礦井下工作,經(jīng)常會(huì)面臨缺氧及其它惡劣氣候的負(fù)擔(dān)。本文根據(jù)井下氣候評(píng)定原則提出了中厚傾斜采礦在技術(shù)和組織方面的改善措施。并闡述了中厚傾斜采礦主要的開采方法和技術(shù)關(guān)鍵,并分析了高海拔地區(qū)中厚傾斜采礦的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),為礦山開采豐富了更多的理論依據(jù)。

高海拔采礦 中厚傾斜采礦 開采技術(shù)關(guān)鍵

高海拔地區(qū)礦井氣候條件惡劣，作業(yè)工人將承受缺氧、強(qiáng)紫外線輻射的困難。并且這種氣候具有連續(xù)性，傷害性大的特點(diǎn)。在一定程度上，不僅傷害了工人的身體，對(duì)機(jī)器設(shè)備的功率、壽命和可靠性也造成了很大影響。而目前國(guó)內(nèi)好多高海拔地區(qū)礦山開采設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中對(duì)這一特殊氣候條件考慮不足，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅度增加，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效益。這種現(xiàn)象在一些經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高、開采難度較大的中厚傾斜礦體的開采中表現(xiàn)尤為突出。因此，探討高海拔地區(qū)中厚傾斜礦體開采方案是十分必要的。

1 高海拔地區(qū)采礦安全問題

1.1 高原氣候條件的影響

高海拔地區(qū)采礦都會(huì)面臨高寒、缺氧、氣溫晝夜變化大等氣候特點(diǎn)，這給采礦帶來了極大的困難。一般情況下，高原地區(qū)平均海拔都達(dá)到了3000m以上，并屬于高山寒冷性氣候，一年中霜凍期一般都在4～6個(gè)月，特殊的在6個(gè)月以上。同時(shí)，空氣中氧氣的含量均低于正常的21%，無法達(dá)到正常人體呼吸所習(xí)慣的比例，給作業(yè)工人帶來很大的呼吸困難。同時(shí)，這種高原氣候不僅影響作業(yè)工人的身體狀況，也嚴(yán)重降低了機(jī)器的工作效率。據(jù)調(diào)查顯示，青海某機(jī)械所的機(jī)器在礦區(qū)進(jìn)行工作時(shí)，其功率會(huì)低于正常值的39%，增大了工作難度，加大了開采成本。因此，在高海拔地區(qū)進(jìn)行采礦時(shí)，應(yīng)首先考慮到氣候因素的影響，及時(shí)的采取相對(duì)應(yīng)的措施來將損失降低到最小[1]。

1.2 井下氣候評(píng)定及改善措施

由分析可知，惡劣的氣候條件會(huì)對(duì)作業(yè)工人及開采機(jī)器產(chǎn)生不可恢復(fù)的影響，因此對(duì)井下氣候的評(píng)定也為日后安全高效的開采工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。此種評(píng)定是通過具體化的數(shù)值將氣候的估算值計(jì)算出來，再結(jié)合運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度換算成一定的物理量。在測(cè)定中，需要涉及到氣候負(fù)擔(dān)和使用負(fù)擔(dān)，并根據(jù)實(shí)際條件對(duì)其設(shè)定一定的等級(jí)。目前，我國(guó)對(duì)氣候負(fù)擔(dān)并沒有設(shè)定統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，也難以對(duì)其開采的安全性有數(shù)字化的評(píng)定。但是，對(duì)于特定的氣候條件建立設(shè)備、人員的運(yùn)行效率檔案是可以做到的。通過數(shù)據(jù)分析，做到合理配備，有助于高海拔地區(qū)中厚傾斜安全高效采礦的進(jìn)行。

一般來說，高海拔地區(qū)采礦設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該采用機(jī)械化程度較高的開采工藝。高原氣候?qū)?nèi)燃設(shè)備的機(jī)械降效比較大，而且尾氣排放對(duì)巷道通風(fēng)要求比較高，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮電動(dòng)設(shè)備。另外，對(duì)于采用管道運(yùn)輸?shù)?，還得考慮防凍，以便生產(chǎn)正常運(yùn)行。

2 中厚傾斜高效采礦方法

2.1 采礦技術(shù)關(guān)鍵

安全高效采礦能夠順利進(jìn)行，離不開很多關(guān)鍵的采礦技術(shù)，如落礦工藝、礦石搬運(yùn)以及采礦方法選擇等。落礦工藝分為淺孔落礦和深孔落礦。在淺孔落礦時(shí)，需要進(jìn)行分層回采，但會(huì)面臨采礦效率較低，爆破工藝復(fù)雜，工作安全性低等困難。在深孔落礦時(shí)，采礦中大塊的礦石出產(chǎn)量較多，也在一定程度影響了礦石的質(zhì)量。采出了礦石之后，就會(huì)涉及到礦石的搬運(yùn)工作。對(duì)于傾角小于40°的礦體，采用重力搬運(yùn)法是不適合的，需要爆力搬運(yùn)或水力的搬運(yùn)加以輔助。對(duì)于采礦方法，國(guó)內(nèi)采用較多的有底盤漏斗房柱法或底盤漏斗分段礦房法，這兩種方法都在一定程度上增加了開采過程的安全性，但也增大了采切工程量。近年來有些礦山采用向上、向下同時(shí)打扇形孔的落礦方式，減少了部分采切工程量，取得了較好的效益(如圖1所示)。

目前，國(guó)外大多采用充填式的方法來進(jìn)行此類礦藏開采。這一種開采方法難度較大，掌握起來會(huì)面臨很多困難，同時(shí)生產(chǎn)效率也不高。因此，在開采前期，需要根據(jù)各種礦山的實(shí)際地理?xiàng)l件，進(jìn)行開采方案的篩選，綜合其他因素，得到較好的方案進(jìn)行高效安全的開采。

圖1

2.2 常規(guī)采礦方法分析

對(duì)于中厚傾斜礦開采方法大致可以分為房柱法、底盤漏斗采礦法和機(jī)械化分層充填法。針對(duì)中厚礦體的開采，房柱法應(yīng)用較多，并仍可進(jìn)行具體分類。其中較新穎的方法有預(yù)切頂中深孔房柱法和淺孔落礦膠結(jié)礦柱房柱法。預(yù)切頂中深孔房柱法采用脈內(nèi)采準(zhǔn)，淺孔超前切頂，扇形中深孔落礦，同時(shí)需要?jiǎng)澐直P區(qū)開采。在爆破方面需要采用裝藥器裝藥，進(jìn)行各排微差爆破。預(yù)切頂?shù)姆椒ò踩暂^高，對(duì)不同礦體頂板形態(tài)的適應(yīng)性較好。其存在的缺點(diǎn)是分采難度大。而淺孔落礦膠結(jié)礦柱房柱法采用連續(xù)開采?；夭身樞蚴窍炔傻V柱，礦柱采空區(qū)膠結(jié)充填后，再回采礦房，礦房采空區(qū)用尾砂充填。近年來，盡管對(duì)各種房柱法存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。但在一些硬件設(shè)備使用中依舊比較落后，影響了開采的效率。

在銅礦和鐵礦的開采中，底盤漏斗采礦法在我國(guó)應(yīng)用較多。一般來說，面對(duì)礦石價(jià)不高的礦體多采用底盤漏斗采礦的方法，其特點(diǎn)為盤區(qū)開采。每個(gè)盤區(qū)內(nèi)布置2到3個(gè)礦房和一條連續(xù)隔離礦柱。應(yīng)用此種方法采用分段微差爆破落礦，且回采順序是沿傾斜由上而下后退式推進(jìn)，礦房?jī)?nèi)的盤區(qū)同步推進(jìn)。對(duì)于頂板管理多采用崩落上盤圍巖的方法，這種作業(yè)方式允許出礦人員不再進(jìn)入采場(chǎng)，工作進(jìn)程相對(duì)安全。另外，由于幾個(gè)采場(chǎng)可以同時(shí)作業(yè)，也在一定程度上提高了采礦的效率，減少了采礦成本。近年來，隨著出礦設(shè)備的不斷改進(jìn)，底盤漏斗采礦法的應(yīng)用也在逐漸減少，代之而起的是平底結(jié)構(gòu)，減少了劈漏工作量，更有利于大塊的處理。對(duì)于開采價(jià)值高的礦藏可以采用機(jī)械化分層填充法。而最近充填法也逐漸跨入了世界高效采礦的行列[2]。

3 采礦技術(shù)的未來趨勢(shì)

通過對(duì)國(guó)際上對(duì)開采緩傾斜中厚礦體實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況來看，其發(fā)展方向?qū)嵕哂泄残缘模诓傻V的方式和工藝方面，傾向于使用更高效率的方式并保持一定的回收率從而增加礦石的開采量，在其期間，高效率的采掘裝備是不可缺少的，采礦高技術(shù)裝備體系對(duì)于采礦業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的，其框架體系還需要科學(xué)系統(tǒng)的管理方法輔助來加以實(shí)現(xiàn)，從而獨(dú)立的形成一個(gè)高效率、高產(chǎn)量的礦山生產(chǎn)體系，其最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)不僅需要內(nèi)在體系的相互緊密銜接，綜合系統(tǒng)的最優(yōu)控制也在整體礦產(chǎn)體系中產(chǎn)生較高的實(shí)際效益，從而大幅度提升整體礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)水平，提高采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在一些西方國(guó)家，高效能采礦裝備的研制一直是采礦行業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力，花費(fèi)大量時(shí)間和精力用在采礦設(shè)備的機(jī)械加工工藝研究和機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自由度簡(jiǎn)化，并通過優(yōu)秀的動(dòng)力系統(tǒng)及減震系統(tǒng)來保證設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，在整體體系構(gòu)建上主要通過采切工藝與機(jī)械化輔助作業(yè)相配合，以保證作業(yè)流程順利安全的實(shí)施，并提高了采礦效率從而提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。坐落于美國(guó)白松銅礦的礦山生產(chǎn)體系在采礦、掘礦、碎礦的過程中同時(shí)注重運(yùn)輸設(shè)備的配套更新，使礦山開采系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提高了五分之一。在我國(guó)，也有一些值得推廣的系統(tǒng)創(chuàng)新關(guān)鍵，一些優(yōu)秀企業(yè)十分重視對(duì)礦山開采高效率設(shè)備的引進(jìn)、開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用，并注重在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，不斷完善采礦設(shè)備，構(gòu)建創(chuàng)新采礦體系，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要注意我國(guó)礦產(chǎn)資源分布的地理位置和自然環(huán)境，從實(shí)際出發(fā)，以科技創(chuàng)新為動(dòng)力，保證設(shè)備質(zhì)量，加速研制過程，推動(dòng)技術(shù)攻關(guān)，結(jié)合國(guó)際成功經(jīng)驗(yàn)發(fā)展具有中國(guó)特色的礦山開采系統(tǒng)。

4 結(jié)語

在高海拔地區(qū)高寒缺氧的環(huán)境下，開采礦產(chǎn)資源面臨很大困難，采取一定井下氣候評(píng)定為中厚傾斜礦體開采奠定重要的基礎(chǔ)。針對(duì)此種難采的礦體，通過實(shí)踐與探索，具體礦體具體分析，選取最適宜的開采方法，能夠高效安全的進(jìn)行開采，從而對(duì)今后的開采方案選取提供更多參考的價(jià)值。

[1]曹帥,宋衛(wèi)東,朱先洪,戚偉.高海拔地區(qū)急傾斜薄礦體采礦方法優(yōu)選[J].金屬礦山,2013(02).

[2]李冬萍,任風(fēng)玉.不穩(wěn)固礦巖條件下傾斜中厚礦體的高效采礦方法研究[J].中國(guó)礦業(yè),2012(08).