鋁土礦綜采、綜掘提高截割效率的探索研究

胥克俊，龔建云

（國家電投鋁電公司，寧夏 銀川 750001）

房柱法開采工藝為金屬非金屬礦山傳統(tǒng)的爆破開采工藝，房柱法開采一般選擇采用爆破崩落方式落礦，工作面一般不支護(hù)或采用簡易支護(hù)，當(dāng)頂板穩(wěn)定性差時預(yù)留0.5m～1m的頂柱，裝礦采用扒渣機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等方式。該采礦方法生產(chǎn)工藝簡單、成本低、廢石混入率低，但勞動生產(chǎn)率低，礦石回收率低，安全可靠性差。

鋁土礦采用綜合機(jī)械化開采及掘進(jìn)是科技進(jìn)步的必然趨勢也是方向，綜采、綜掘在煤礦使用非常成熟，和房柱式開采相比具有安全高效、回采率高等特點(diǎn)。將煤礦井工機(jī)械化綜采工藝移植應(yīng)用到鋁土礦井工開采，看似相似，實(shí)際存在非常大的困難。

掘進(jìn)機(jī)選用EZB200A縱軸懸臂式綜合掘進(jìn)機(jī)，綜掘機(jī)滾筒高低速配置，高速48轉(zhuǎn)/min，低速24轉(zhuǎn)/min，在鋁土硬度較大時采用低速，硬度較小時采用高速，而在實(shí)際使用中大多是使用高速，而使用高速就會使截齒磨損較快，使用低速的過程中會出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，效率較低，既高速速度過快，低速速度偏慢，日均掘進(jìn)6.0m左右。日進(jìn)尺最高達(dá)到10m，月進(jìn)尺200m左右。截齒消耗平均5個/天左右?？傮w看掘進(jìn)進(jìn)度沒有達(dá)到最佳的效果，截齒消耗也是偏高的。

在對瓦廠坪鋁土礦綜采試驗(yàn)適應(yīng)性考證研究報告進(jìn)行了充分討論后，認(rèn)為通過整理巷探和現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)，構(gòu)建了瓦廠坪首采區(qū)礦體模型，分析了薄礦體、斷層和溶蝕區(qū)對綜采的影響，并提出了針對性解決措施，驗(yàn)證了首采區(qū)地質(zhì)條件的符合性及礦體物理力學(xué)性質(zhì)對綜采設(shè)備的適應(yīng)性，研究成果表明瓦廠坪鋁土礦試驗(yàn)工作面開采條件基本滿足綜合機(jī)械化開采。

在實(shí)際試驗(yàn)中，選用類似的采煤機(jī)，型號為MG400/870-WD，由于MG870型采礦機(jī)自重過輕（34t），在工作面回采過程中頻繁跳動，經(jīng)常造成漏電、斷線及軸承、齒輪損壞等故障，主要是滾筒結(jié)構(gòu)、截割速度與鋁土礦特性不適應(yīng)，造成截齒的磨蝕非常嚴(yán)重，最高時每千噸的截齒消耗達(dá)到近100個，成本難以承受，在放炮助采的情況下，每千噸仍然高達(dá)30個，每班更換截齒兩次，每次超過30分鐘以上，極大的降低了采礦效率，產(chǎn)量難以提升，成本居高不下。

由于煤的特性是脆性，在滾筒的高速沖擊下，很容易截割，而鋁土的特性具有粘性，具有很強(qiáng)的磨蝕性。在認(rèn)真研究了鋁土礦的截割機(jī)理后，發(fā)現(xiàn)鋁土的截割和煤的截割機(jī)理存在著根本的不同，煤的截割是沖擊式破碎，而鋁土的截割是擠壓式破碎，沖擊式破碎要求滾筒的轉(zhuǎn)速很高，截割效果好，而擠壓式破碎轉(zhuǎn)速高反而起反作用，不但截割效果差，導(dǎo)致截齒磨損非常嚴(yán)重。要想用采礦機(jī)截割鋁土，必須改變截割方式同時必須將滾筒的轉(zhuǎn)速降下來。

經(jīng)和采礦機(jī)廠家進(jìn)行溝通，擬將現(xiàn)用四極電機(jī)更換為8極電機(jī)，速度下降一半，在滾筒截割轉(zhuǎn)速改變的同時改變滾筒截齒的布置方式，截齒截割火花將滾筒改為重型滾筒，葉面截齒由32個增加到48個，增加端面截齒10個（采煤機(jī)滾筒未設(shè)計端面齒），以保護(hù)滾筒體端蓋不受磨損，以適應(yīng)擠壓式破碎的截割。

在將采礦機(jī)滾筒直徑由原1500mm改為1600mm的重型破巖滾筒后，同時將采礦機(jī)截割電機(jī)的極數(shù)更換為8極，滾筒轉(zhuǎn)速由50轉(zhuǎn)/min降為25轉(zhuǎn)/min。采礦機(jī)滾筒與電機(jī)更換后，總體效果有了較大改觀，截齒磨損相對降低，切割效率有了較大提高，因礦石硬度、產(chǎn)狀以及地質(zhì)條件變化的影響，日循環(huán)仍只完成2刀，采取爆破助采措施后，日循環(huán)可完成3刀～4刀，松動爆破對工作面設(shè)備（特別是液壓支架）造成較嚴(yán)重?fù)p壞。產(chǎn)量提高了，同時截齒的消耗也降為15個/千噸左右，在實(shí)際開采試驗(yàn)過程中，認(rèn)為滾筒轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/min，仍然不是最佳工況，速度應(yīng)該可以再進(jìn)一步降低。在和采礦機(jī)廠家的進(jìn)一步溝通下，對下一臺采礦機(jī)的轉(zhuǎn)速做了進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，將滾筒的轉(zhuǎn)速降為20轉(zhuǎn)/min。新采礦機(jī)，現(xiàn)截齒的消耗穩(wěn)定在3個/千噸～8個/千噸左右，基本達(dá)到了最佳的效果。

圖1 截齒截割火花、過渡磨損的截齒齒體

鋁土礦綜掘在新開掘進(jìn)工作面綜掘機(jī)的選配上，借鑒采礦機(jī)的使用情況，經(jīng)和綜掘機(jī)廠家進(jìn)行溝通交流后，建議選用單速6極電機(jī)，36轉(zhuǎn)/min，速度適中，廠家采納了我們的建議，制作加工了一臺6極電機(jī)，經(jīng)過試用與對比，掘進(jìn)效率高于雙速綜掘機(jī)，日掘進(jìn)最高達(dá)到8m左右，同時截齒的消耗也有所下降，由原來的4個/天～5個/天降為3個/天～4個/天，維修量降低了，基本達(dá)到了預(yù)期的效果。

由于截割機(jī)理的不同，決定了截割滾筒轉(zhuǎn)速的不同，在研究了鋁土礦的特性和截割速度的關(guān)系后，現(xiàn)基本解決了綜采、綜掘在鋁土礦的應(yīng)用問題，通過不斷的探索研究及改進(jìn)優(yōu)化，綜采、綜掘在鋁土礦的應(yīng)用將更加成熟。