緩傾斜中厚礦體機(jī)械化采礦理論與技術(shù)

楊興廷

摘要：緩傾斜中厚礦體開采難度很大，開采過程中狀況多發(fā)。文章研究了緩傾斜中厚礦體機(jī)械化采礦理論和技術(shù)，分析了現(xiàn)階段緩傾斜中厚礦體開采技術(shù)的發(fā)展情況和有待改進(jìn)的問題，并對(duì)緩傾斜中厚礦體開采理論與技術(shù)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：緩傾斜；中厚礦體；機(jī)械化；采礦理論；采礦技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD821 文章編號(hào)：1009-2374（2016）19-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.070

緩傾斜中厚礦體是礦體厚度為5～20m，傾斜角度在5°～30°之間的礦體，開采難度很大，開采過程中狀況多發(fā)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)緩傾斜中厚礦體都采用房柱法或者下底盤空?qǐng)龇ㄩ_采，開采效率尚可，但是采切工程量偏大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、機(jī)械化程度低、礦柱損失大，積極探索新的開采理論與技術(shù)十分必要。

1 緩傾斜中厚礦體

1.1 緩傾斜中厚礦體開采技術(shù)現(xiàn)況

緩傾斜中厚礦體開采是世界性難題，現(xiàn)階段，無軌采掘設(shè)備是開采緩傾斜中厚礦體的主流設(shè)備，國(guó)外關(guān)于緩傾斜中厚礦體的研究集中在房柱法的優(yōu)化改進(jìn)，如對(duì)角斜巷房柱法、下向階梯式房柱采礦法和斜交走向推進(jìn)房柱采礦法等，除此之外，分段空?qǐng)霾傻V法、下盤脈外采準(zhǔn)分段房柱法等新的開采方法也發(fā)展迅速。并且大型深孔液壓鑿巖機(jī)的性能也不斷優(yōu)化，降低了緩傾斜中厚礦體采切的難度和工作量，有利于大型無軌出礦設(shè)備的應(yīng)用。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)開采礦藏中絕大部分都是一次性能源，占到總開采規(guī)模的90%以上，國(guó)家工業(yè)中有超過80%的生產(chǎn)資料都來自礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)資源是國(guó)家發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)重要的戰(zhàn)略性資源。我國(guó)有著相對(duì)豐富的資源總儲(chǔ)量，但是同樣也是人口大國(guó)和工業(yè)大國(guó)，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求規(guī)模非常大，人均資源占有量很低，礦產(chǎn)資源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)鍵性的限制因素，研究更先進(jìn)的礦產(chǎn)勘查與開采技術(shù)有著重要的戰(zhàn)略意義。

國(guó)內(nèi)關(guān)注緩傾斜中厚礦體開采的研究集中在房柱法和下盤底部結(jié)構(gòu)空?qǐng)龇?，也有一些礦山應(yīng)用了爆破云搬空?qǐng)龇ā⒎侄伪缆浞?。下盤底部出礦空?qǐng)龇ǖ牟蛔阍谟诓汕泄こ塘科?、出礦效率低、分層鑿巖工藝復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度高。房柱法的問題在于礦柱損失較多、圍巖穩(wěn)固性不佳時(shí)，采空區(qū)的作業(yè)人員面臨較大的安全威脅，限制了出礦效率，超前支護(hù)使回采工藝更加復(fù)雜，需要探索新的開采技術(shù)。

1.2 現(xiàn)階段緩傾斜中厚礦體開采工藝有待改進(jìn)的問題

1.2.1 出礦。緩傾斜中厚礦體資源屬于一次性資源，開采效率和礦產(chǎn)資源搬運(yùn)速度有著直接關(guān)系，如果礦石不能及時(shí)搬運(yùn)，將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。

1.2.2 支護(hù)。緩傾斜中厚礦體支護(hù)工作難度更大也更加復(fù)雜，面臨著很大的局限性，支護(hù)工作進(jìn)展緩慢，會(huì)嚴(yán)重妨礙礦體開采，而如果支護(hù)工作不到位，遭遇圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的工況，可能會(huì)嚴(yán)重威脅采空區(qū)作業(yè)人員的生命安全。

1.2.3 開采成本/效率。對(duì)于礦山企業(yè)，安全和經(jīng)濟(jì)效益是應(yīng)該首要考慮的問題，開采過程中，企業(yè)首先應(yīng)該考慮工藝安全性經(jīng)濟(jì)性，過高的開采成本也是一種資源浪費(fèi)。

國(guó)內(nèi)緩傾斜中厚礦體開采最常見的是房柱法開采工藝，限制房柱法生產(chǎn)效率的主要因素是礦石搬運(yùn)，緩傾斜礦體無法自行掉落，所以需要借助機(jī)械設(shè)備或者人工進(jìn)行搬運(yùn)，但是緩傾斜礦機(jī)械操作空間有限、使用率不高、人工勞動(dòng)量大、生產(chǎn)效率不理想。與此同時(shí)，緩傾斜中厚礦體開采需要做好頂板管理工作，避免發(fā)生安全事故，這部分工作一些西方國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是我國(guó)的機(jī)械自動(dòng)化智能設(shè)備與技術(shù)研究相對(duì)滯后。

2 緩傾斜中厚礦體機(jī)械化采礦

文章介紹緩傾斜中厚礦體機(jī)械化采礦的開采理論與施工方法，從采切、礦房切割、崩礦、運(yùn)煤等方面，對(duì)緩傾斜中厚礦體機(jī)械化開采方法進(jìn)行了研究。

2.1 開采理論

緩傾斜中厚礦體開采過程中，隨著開采作業(yè)的持續(xù)進(jìn)行，采空區(qū)頂板暴露面積將越來越大，影響圍巖安全性，給護(hù)頂工作增加了難度，目前尚沒有令人滿意的低成本、高安全性護(hù)頂技術(shù)，大型無軌設(shè)備難以進(jìn)入采空區(qū)。而且由于礦體坡地不大，所以采場(chǎng)崩落礦石不能自由下落重力搬運(yùn)，需要借助爆力、機(jī)械搬運(yùn)，所以如何加快搬運(yùn)速率也需要深入思考?，F(xiàn)階段，關(guān)于緩傾斜中厚礦體機(jī)械化采礦技術(shù)的研究主要集中在這兩方面。

為了提高頂板穩(wěn)定性，盤區(qū)可以對(duì)采場(chǎng)頂板形狀進(jìn)行優(yōu)化，可以將采場(chǎng)頂板改為長(zhǎng)條形，控制采空區(qū)頂板的跨度，不直接控制采空區(qū)頂板的暴露面積。與此同時(shí)，為了保證采空區(qū)工作人員和機(jī)械設(shè)備的安全，可以仍然采用重力放礦為主要搬運(yùn)方式，在盤塹溝底集礦，大型鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)礦。為了將無軌設(shè)備的效率充分發(fā)揮出來，需要為其提供良好的水平作業(yè)環(huán)境，采場(chǎng)可以沿著傾斜分段，根據(jù)斜度走向布置礦房，這樣的布置方式能夠保持無軌采掘設(shè)備始終處于水平狀態(tài)，因此可以采用沿走向布置礦房、下盤脈外采機(jī)械化房柱采礦、廢石尾礦填充采空區(qū)的回采方式，能夠顯著增加開采效率，提高安全性。

2.2 開采施工

2.2.1 采切工程。采切工程主要涉及盤區(qū)斜坡、鑿巖平巷等部分內(nèi)容，運(yùn)輸巷道斷面尺寸為4.4m×4.0m，兩臺(tái)液壓鑿巖臺(tái)車和一臺(tái)全液壓鑿巖臺(tái)車組合，選擇柴油鏟運(yùn)機(jī)作為出渣設(shè)備，掘進(jìn)尺度為3～3.5m，深孔裝藥設(shè)備選擇芬蘭產(chǎn)裝藥臺(tái)車。

2.2.2 礦房切割。礦房切割主要針對(duì)厚度大的部分，施工中首先進(jìn)行爆破，孔間距和排間距均為1.4mm，孔深度為27mm，孔徑為80mm，要求爆破帶兩側(cè)各設(shè)置一排扇形拋空，為切割爆破預(yù)留足夠的空間。

2.2.3 崩礦。扇形布置的拋孔用于崩礦，自由面作為切割槽，采用從兩端向中間的爆破順序。如果盤區(qū)礦體長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可以分成三段爆破。崩落礦鑿巖排間距為1.4m，孔底間距平均為2.7m。出礦效率是礦區(qū)生產(chǎn)能力最主要的影響因素，主要和出礦機(jī)械設(shè)備的工作效率有關(guān)。因此為了加快出礦效率，需要選擇高效率的出礦設(shè)備，例如湯姆羅克公司的電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，這種鏟運(yùn)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生油煙，產(chǎn)生的熱量小、滿載率高，且在礦區(qū)中的作業(yè)活動(dòng)空間很大、適應(yīng)性強(qiáng)，適用于緩傾斜中厚抗體開采。這種新型大型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦速率達(dá)到200t/h，大礦石出產(chǎn)量下降到3%，能夠極大地提高緩傾斜中厚礦體開采效率。

2.2.4 回風(fēng)通井。根據(jù)礦房運(yùn)輸水平高程，在合適位置開挖回風(fēng)通井，作為回采通風(fēng)通道，回采過程中，風(fēng)將從運(yùn)輸平巷道經(jīng)狀況井路進(jìn)入采空區(qū)，再?gòu)幕仫L(fēng)天井排回地面。

2.2.5 采空區(qū)。采空區(qū)處理最理想的方法是就地應(yīng)用廢石和尾礦填充，能夠有效地減少對(duì)環(huán)境的污染，提高了填充強(qiáng)度的同時(shí)也節(jié)省了填充成本。首先使用水平填充廢石，趨于飽和再填充尾礦，單個(gè)礦房能夠容納6000m3的廢石，同時(shí)節(jié)省了廢石處理和采空區(qū)填充的成本。

采用大盤區(qū)小分段的設(shè)計(jì)方案開采緩傾斜中厚礦體是合理的，能夠?qū)o軌采掘設(shè)備的效率充分發(fā)揮出來，從而顯著增加采場(chǎng)的生產(chǎn)能力，并且能夠有效降低采礦工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)開采方案時(shí)要注意，采空區(qū)暴露形狀會(huì)對(duì)采場(chǎng)頂板圍巖產(chǎn)生很大的影響，而不是只和采空區(qū)面積有關(guān)，采用長(zhǎng)條形頂板優(yōu)化采空區(qū)頂板的效果比較理想，能夠顯著提高頂板穩(wěn)定性，提高了作業(yè)面的安全性，一定程度上也加快了開采效率。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

以某煤礦傾斜中厚礦體的開采為例，對(duì)緩傾斜中厚礦體機(jī)械化開采方法進(jìn)行研究。該煤礦礦床以緩傾斜中厚礦體為主，分層分布，導(dǎo)致不同層礦開采過程容易出現(xiàn)相互干擾，并且礦形變化幅度較大，界限模糊，開采難度很大，機(jī)械化程度不高。礦區(qū)內(nèi)緩傾斜中厚礦體開采過程中，開采作業(yè)會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)頂板暴露面積增加，大型機(jī)械無法深入礦區(qū)。并且因?yàn)榈V體坡度較小，因此崩落的礦石無法自然掉落，即便爆破之后，礦體仍然需要借助搬運(yùn)工具運(yùn)輸，機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。為了提高頂板安全性，采空區(qū)頂板為長(zhǎng)方形，配合重力放礦的運(yùn)輸模式，為無軌設(shè)備提供更好的工作環(huán)境，提高其工作效率，同時(shí)保護(hù)工作人員安全。

3.2 礦床開拓/開采方式

側(cè)翼反傾斜雙斜井開拓，主皮帶斜井聯(lián)合雙軌斜井，主井負(fù)責(zé)礦石運(yùn)輸，副井用于人、材料、設(shè)備運(yùn)輸并負(fù)責(zé)通風(fēng)，二期增加了無軌設(shè)備斜坡。以小中段空?qǐng)龇楹诵拈_采方案，從下向上逐層開采，下層回采結(jié)束之后開始上層可采，回采采用盤底漏斗空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行，垂直走向布置。二期為無軌采礦、無軌運(yùn)輸?shù)拈_采方式，使用分級(jí)尾砂和尾礦廢石回填采空區(qū)。

3.3 淺孔采礦

該礦床構(gòu)造發(fā)育地段礦體厚度很大，但是可控性不強(qiáng)，使用底盤漏斗法開采難度很高，難以控制貧損指標(biāo)，特別是運(yùn)輸大巷定形，構(gòu)造發(fā)育地段加密探礦之后，礦體底板下掉，底盤漏斗的回采會(huì)造成平底漏斗以及盤區(qū)較大的礦體損失，影響無軌設(shè)備的正常工作，損失指標(biāo)難以控制。因此可在原有房柱法基礎(chǔ)上，調(diào)整人行系統(tǒng)以及回采順序，回收資源，加快生產(chǎn)效率。礦體傾角超過25°，電耙出礦不能保證出礦安全，中深孔施工質(zhì)量與安全性也不能保證，所以可應(yīng)用普通房柱法與留底柱房柱法聯(lián)合開采。對(duì)于二期內(nèi)傾角大、厚度薄的礦體，難以通過機(jī)械化回采小分段空?qǐng)龇刂曝殦p指標(biāo)，可以采用采場(chǎng)電耙清場(chǎng)、鏟煤機(jī)運(yùn)煤的房柱法，解決生產(chǎn)能力問題。有底柱的空?qǐng)龇ūP區(qū)深孔拉槽可能出現(xiàn)懸頂、拒爆等問題，可以選擇淺孔留礦回采切割槽法進(jìn)行開采作業(yè)。

4 結(jié)語

在緩傾斜中厚礦體機(jī)械化開采中，為了更充分地利用無軌采掘設(shè)備，采切工程需要將無軌采掘設(shè)備置于水平，方便后期工作的開展，而在采切施工中，應(yīng)該配套使用深孔全液壓鑿巖臺(tái)車，方便采準(zhǔn)切割面布置。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）