大型綜合設(shè)備聯(lián)合開采在金屬礦中的應(yīng)用

李紅強(qiáng)

湖南漣邵建設(shè)工程（ 集團(tuán)） 有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410000

我國(guó)的金屬礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛，目前已探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)有54種，許多礦產(chǎn)儲(chǔ)量居世界前列。我們的金屬礦產(chǎn)開采工藝及技術(shù)水平仍處于探索發(fā)展階段，需要不斷開拓創(chuàng)新，舉國(guó)家之力攻堅(jiān)克難。下面將簡(jiǎn)要概述一下金屬礦的開采工藝及技術(shù)方法，以此為基礎(chǔ)展開大型綜合設(shè)備聯(lián)合開采在金屬礦中的應(yīng)用研究。

1 簡(jiǎn)要概述金屬礦的開采工藝及技術(shù)方法

金屬礦山的開采方式主要有露天開采、地下開采、地下與露天聯(lián)合開采。露天開采是通過(guò)采、裝、運(yùn)設(shè)備的綜合應(yīng)用，從事敞露空間的采礦作業(yè)，地下開采則是通過(guò)地下巷道工程將礦床劃分為井田、盤區(qū)、礦段來(lái)進(jìn)行采礦作業(yè)，地下與露天聯(lián)合開采則是淺部或上部采用露天開采方式，而深部或下部采用地下開采方式。金屬礦山的開采方式需要根據(jù)礦體的規(guī)模、空間分布、埋藏深度、地形地貌、產(chǎn)狀、施工工藝、機(jī)械裝備等因素進(jìn)行綜合評(píng)估。

1.1 陡幫開采

陡幫開采是加陡露天礦剝巖工作幫所采用的工藝方法、技術(shù)措施、采剝程序的總稱。它具有剝離量小、建設(shè)周期短、基建工程量少、最終邊坡暴露時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，主要針對(duì)凹陷露天礦初期剝巖量比較大、生產(chǎn)剝采比大于平均剝采比這一特點(diǎn)，能夠有效均衡生產(chǎn)周期的剝采比、推遲部分剝巖量，從而節(jié)約基礎(chǔ)建設(shè)投資成本。陡幫開采的作業(yè)方式主要有組合臺(tái)階開采、工作臺(tái)階追尾式采剝、傾斜條帶式開采、并段穿爆分段采裝等四種。陡幫開采的適用條件主要有：開采傾角大的礦體、開采形狀為上小下大的礦體、開采剝離洪峰期和剝離洪峰期尚未到達(dá)的礦體。這些礦體類型都有利于發(fā)揮陡幫開采的優(yōu)勢(shì)，更好地進(jìn)行開采作業(yè)。陡幫開采在相同采礦量的基礎(chǔ)上，更加靈活有效。我國(guó)已經(jīng)將陡幫開采列入國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，并且取得了不錯(cuò)的實(shí)踐成果，眼前山、紫金山、金堆城等項(xiàng)目均采用了陡幫開采技術(shù)工藝[1]。

1.2 松土機(jī)-鏟運(yùn)機(jī)開采

松土機(jī)-鏟運(yùn)機(jī)的開采工藝在鋁土礦開采上應(yīng)用較多，運(yùn)用松土機(jī)進(jìn)行松散和破碎巖石，從而代替鑿巖爆破，而鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行裝載、運(yùn)輸、卸載工作。它具有工藝簡(jiǎn)單、一機(jī)多用等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)分層開采、分層排土，是理想的排土、復(fù)墾一體化工藝?，F(xiàn)階段，松土機(jī)-鏟運(yùn)機(jī)開采技術(shù)在孝義鋁礦的研究開采實(shí)驗(yàn)中取得了不錯(cuò)的效果，目前已經(jīng)面向全國(guó)推廣。

1.3 高臺(tái)階開采

高臺(tái)階開采工藝在國(guó)外發(fā)展較為成熟，我國(guó)的研究應(yīng)用起步較晚，實(shí)際運(yùn)用缺乏經(jīng)驗(yàn)。隨著金屬礦開采的設(shè)備大型化和自動(dòng)化發(fā)展，鐵礦裝備水平有了大幅度的提高，十立方以上大型挖掘設(shè)備運(yùn)用增多，從而為高臺(tái)階開采工藝的實(shí)踐提供了條件。高臺(tái)階開采是國(guó)家八五科技攻關(guān)項(xiàng)目，通過(guò)南芬鐵礦的開采試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，18m高臺(tái)階開采的單位成本可以降低約6%左右，動(dòng)態(tài)效益每年可以節(jié)省一千萬(wàn)元左右，高臺(tái)階開采技術(shù)的應(yīng)用對(duì)金屬礦經(jīng)濟(jì)效益的保障是非常可觀的[2]。

1.4 陡坡鐵路

陡坡鐵路的運(yùn)輸方式能更好的解決深凹露天礦的開拓運(yùn)輸問(wèn)題，通過(guò)陡坡鐵路的應(yīng)用，能夠保證鐵路運(yùn)輸進(jìn)入更深的地方，從而降低基建和運(yùn)輸成本。據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，陡坡鐵路可以使礦山基礎(chǔ)建設(shè)工程減少2.5%，汽車集運(yùn)量減少1.5%，運(yùn)輸距離縮短30%，采場(chǎng)向上提升礦巖的費(fèi)用降低20%，同時(shí)減少了線路的移道工程量。陡坡鐵路技術(shù)已列入“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，目的是將鐵路坡度由30%提升到40%。

1.5 間斷-連續(xù)開采

20世紀(jì)末，我國(guó)的齊大山鐵礦建成了采場(chǎng)內(nèi)可移動(dòng)式礦巖破碎-膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，這是我國(guó)深凹露天礦開采工藝取得先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。間斷-連續(xù)開采工藝充分發(fā)揮了汽車和膠帶機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)電鏟在工作面裝載礦石，然后經(jīng)汽車運(yùn)輸和破碎機(jī)破碎后用膠帶運(yùn)輸機(jī)將礦石運(yùn)出。這種采礦工藝已經(jīng)在我國(guó)的東鞍山、大孤山等鐵礦和德興銅礦取得了不錯(cuò)的應(yīng)用成果。

1.6 地下開采

地下開采是金屬礦聯(lián)合開采的基本組成部分，以地壓管理方法為依據(jù)劃分為自然支護(hù)采礦法、人工支護(hù)采礦法、崩落采礦法三大類。自然支護(hù)采礦法主要依靠圍巖本身的穩(wěn)固性及礦柱的支撐能力維護(hù)回采過(guò)程中形成的采空區(qū)，也可以用支架或者采下礦石作為臨時(shí)或輔助支護(hù)。人工支護(hù)采礦法是用充填材料或其他支架進(jìn)行采空區(qū)維護(hù)。隨著回采工作面的推進(jìn)，通過(guò)向采空區(qū)充填碎石、水泥、爐渣等材料進(jìn)行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動(dòng)，從而在充填體上或在其保護(hù)下進(jìn)行回采作業(yè)。崩落采礦法是一種有計(jì)劃地崩落圍巖進(jìn)行填充采空區(qū)從而管理地壓的方法，比較適用于地表允許塌陷、圍巖容易崩落的礦體[3]。

2 淺析大型綜合設(shè)備在金屬礦聯(lián)合開采中的應(yīng)用

2.1 鉆孔設(shè)備應(yīng)用

鉆孔機(jī)械分為鑿巖機(jī)和鉆機(jī)兩類，其中鉆機(jī)又分為井下鉆機(jī)和露天鉆機(jī)。鑿巖機(jī)主要用于中硬以上的巖石中鉆鑿直徑為20～100mm、深度在20m之內(nèi)的炮孔，根據(jù)動(dòng)力劃分為風(fēng)動(dòng)、電力、液壓、內(nèi)燃鑿巖機(jī)，其中風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)使用范圍較廣。露天鉆機(jī)根據(jù)破碎礦巖的工作機(jī)構(gòu)可分為鋼繩沖擊鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)、牙輪鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)等。

2.1.1 液壓頂錘鉆機(jī)

液壓頂錘鉆機(jī)通過(guò)露天鉆車和鉆機(jī)的配合，能夠有效提高鉆孔直徑，從而提高鉆孔的效率。目前，液壓頂錘鉆機(jī)被全球幾家大型生產(chǎn)企業(yè)所壟斷，Sandvik公司的Herbert4000鉆車與HL4000液壓頂錘機(jī)能夠?qū)@孔直徑提高到275mm。

2.1.2 潛孔鉆機(jī)

潛孔鉆機(jī)在鑿巖過(guò)程中將沖擊器潛入孔內(nèi)，從而減小由于釬桿傳遞沖擊功所造成的能量損失，減少孔深對(duì)鑿巖效率的影響。我國(guó)常用的地下礦山潛孔鉆機(jī)類型主要有YQ-80、QZ-165、YQ-100等，通過(guò)沖擊器與潛孔鉆機(jī)的配合，能夠有效提高鉆孔直徑，從而提升鉆孔效果，SmartRig ROC D65潛孔鉆機(jī)和DI600潛孔鉆機(jī)是目前比較先進(jìn)的產(chǎn)品。

2.1.3 牙輪鉆機(jī)

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，露天穿孔經(jīng)歷了磕頭鉆、噴火鉆、潛孔鉆等設(shè)備的更新?lián)Q代，目前，當(dāng)屬牙輪鉆機(jī)在大、中型露天礦中應(yīng)用較為廣泛，它具有鉆孔孔徑大、穿孔效率高等優(yōu)點(diǎn)，主要用于露天礦山200mm以上的炮孔鑿巖作業(yè)。牙輪鉆機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)有：鉆孔直徑加大；軸壓力、鉆機(jī)重量、回轉(zhuǎn)功率加大，實(shí)行強(qiáng)化鉆進(jìn)；鉆機(jī)自動(dòng)化水平不斷提高；電力傳動(dòng)采用靜態(tài)控制驅(qū)動(dòng)交、直流電機(jī)；使用高鉆架長(zhǎng)鉆桿；牙輪鉆頭壽命不斷提升；PLC-視屏系統(tǒng)的運(yùn)用等。我國(guó)的牙輪鉆機(jī)發(fā)展起步較晚，美國(guó)、俄羅斯、日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，其中美國(guó)的設(shè)計(jì)制造水平最優(yōu)，59R型牙輪鉆機(jī)和320XPC牙輪鉆機(jī)的應(yīng)用比較普遍，鉆孔孔徑能夠達(dá)到559mm[4]。

2.2 挖裝設(shè)備應(yīng)用

2.2.1 液壓挖掘機(jī)

液壓挖掘機(jī)是一種綜合性機(jī)械設(shè)備，在礦山采掘、電力工程、交通運(yùn)輸、水利工程等方面的施工中有著廣泛應(yīng)用，主要結(jié)構(gòu)有發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置、電氣控制等部分構(gòu)成，具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、鏟斗容量大、挖掘力強(qiáng)、系統(tǒng)監(jiān)控能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大有取代電動(dòng)挖掘機(jī)的趨勢(shì)。

2.2.2 電動(dòng)挖掘機(jī)

電動(dòng)挖掘機(jī)是目前金屬礦山采挖的主流設(shè)備，它具有自身裝載量大的優(yōu)點(diǎn)，目前正朝著超容量更大、更穩(wěn)定的方向發(fā)展。

2.2.3 輪式裝載機(jī)

輪式裝載機(jī)對(duì)礦山、煤炭、國(guó)防、水利、鐵路、公路、港口碼頭等場(chǎng)所的鏟土運(yùn)輸作業(yè)承擔(dān)著重要作用，主要是對(duì)松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸。在金屬礦山的作業(yè)中，體現(xiàn)出速度快、效率高、自重輕、機(jī)動(dòng)靈活、便于維修、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用

運(yùn)輸設(shè)備的載重量決定了金屬礦物的運(yùn)輸成本，所以運(yùn)輸設(shè)備朝著大載重的方向發(fā)展。金屬礦山的運(yùn)輸分為有軌運(yùn)輸和無(wú)軌運(yùn)輸，比如礦井機(jī)車運(yùn)輸、鋼絲繩運(yùn)輸屬于有軌運(yùn)輸，礦用輸送機(jī)運(yùn)輸、水力運(yùn)輸、架空索道運(yùn)輸屬于無(wú)軌運(yùn)輸。礦石地下運(yùn)輸是指回采工作面到出礦天井或采區(qū)礦倉(cāng)之間的運(yùn)輸，主要由電動(dòng)機(jī)車或輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。礦石提升指的是井底車場(chǎng)至井口間的運(yùn)輸，主要通過(guò)鋼絲繩、卷?yè)P(yáng)機(jī)、提升容器、皮帶運(yùn)輸車、自卸汽車等設(shè)備進(jìn)行提升。礦石地表運(yùn)輸是指運(yùn)用電機(jī)車、架空索道、鐵路、汽車等方式進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)輸[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型綜合設(shè)備聯(lián)合開采在金屬礦中的應(yīng)用是大勢(shì)所趨，是世界各國(guó)采礦業(yè)研究發(fā)展的核心內(nèi)容。本文針對(duì)大型綜合設(shè)備聯(lián)合開采在金屬礦中的應(yīng)用展開研究，希望起到拋磚引玉的作用，為我國(guó)金屬礦產(chǎn)資源的開采工作提供一定的實(shí)踐意義，更好地推動(dòng)采礦行業(yè)的發(fā)展。

[1] 張艷.現(xiàn)代金屬礦山采礦設(shè)備的發(fā)展討論[J].科技風(fēng)，2014（16） ：124.

[2] 牛勇.有色金屬礦山中機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用[J].科學(xué)與財(cái)富，2017（32） ：128.

[3] 袁順福.采礦設(shè)備大型化與智能化的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（14） ：122.

[4] 章林.我國(guó)金屬礦山露天采礦技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].金屬礦山，2016（7） ：20-25.

[5] 李東明，許可.現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)在采礦設(shè)備的應(yīng)用與發(fā)展[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011（10） ：1-3，10.