大型采礦裝備在阿舍勒銅礦的應(yīng)用

林 勇 栗盼平

(新疆哈巴河阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 哈巴河 836700)

0 引言

中國礦業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要特征就是礦井井型的擴(kuò)大，以及產(chǎn)能的不斷提升，隨著長期開采的深入發(fā)展，開采深度越來越深，開采環(huán)境越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的小型生產(chǎn)設(shè)備已越來越難以滿足產(chǎn)能提升的需求。近10年來，國外礦山機(jī)械的發(fā)展，不僅在追求大型化的趨勢，明顯地轉(zhuǎn)向優(yōu)化設(shè)備性能、提高設(shè)備的可靠性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)安全、舒適、低成本方向發(fā)展。大型礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)采礦裝備大型化、無軌化、系列化、成套化，已成為必然趨勢。

1 大型采礦設(shè)備在阿舍勒的應(yīng)用背景

阿舍勒銅礦位于新疆阿勒泰地區(qū)哈巴河縣西北部，礦體走向長度853m，最大垂深900m，礦體東翼平均厚度45m，西翼平均厚度20m，傾角55°～85°，具有走向長度長、埋藏深、儲(chǔ)量大與水平厚度大等特點(diǎn)。其二期設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6000t/d，為保證資源量的銜接，二期開采需全面大規(guī)模展開，但是，隨著開采深度的不斷增加，深部開采面臨著以下幾個(gè)方面的問題：

（1）深部礦體受節(jié)理裂隙切割、斷層的影響，巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀、散體狀和碎裂狀，使得巖體完整性和整體強(qiáng)度大大降低；

（2）在高應(yīng)力環(huán)境和大藥量頻繁爆破的強(qiáng)烈擾動(dòng)下，深部巖體開挖極易誘發(fā)圍巖體發(fā)生巖爆等地質(zhì)災(zāi)害；

（3）為滿足礦山二期工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，深部開采需要多中段、多采場進(jìn)行回采落礦，此種情況下進(jìn)行大規(guī)模采礦作業(yè)，以傳統(tǒng)的施工設(shè)備及施工工藝的臺(tái)效和安全性而論，不僅難以達(dá)到二期設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，同時(shí)在各工序施工過程中存在較大的安全隱患；

（4）如何做到礦產(chǎn)資源的節(jié)約與綜合利用，提高資源開發(fā)利用率，實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”的目標(biāo)，達(dá)到“低消耗、高產(chǎn)出”的要求，使企業(yè)由“勞動(dòng)密集型”向“技術(shù)密集型”跨越等問題亟待解決。

2 大型采礦設(shè)備的引進(jìn)及應(yīng)用效果

2014年起，阿舍勒因地制宜，立足井下生產(chǎn)條件，尤其是礦體賦存情況、圍巖性質(zhì)、采礦方法、巷道規(guī)格、現(xiàn)有開拓工程及基建情況、井下動(dòng)力設(shè)施敷設(shè)情況等，同時(shí)調(diào)研、走訪了大量礦山設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)以及大型采礦設(shè)備應(yīng)用企業(yè)，并對大型采礦設(shè)備在阿舍勒的應(yīng)用進(jìn)行充分的系統(tǒng)化分析論證后，制定了與井下實(shí)際生產(chǎn)需求相適應(yīng)的大型采礦設(shè)備引進(jìn)方案，逐步開展以機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高的大型采礦設(shè)備取代傳統(tǒng)設(shè)備及部分施工工藝，為礦山深部安全、高效開采提供保障。

阿舍勒銅礦二期開采400～0m中段礦體，分段高度為50m，采礦方法為大直徑深孔嗣后充填采礦，2014年，新主、副井尚未完成施工，通風(fēng)、提升、充填系統(tǒng)等基建工程均未完善，主斜坡道已延伸至0m以下，其它相應(yīng)開拓工程主體基本完成，部分區(qū)段施工所需風(fēng)、水、電等已完成標(biāo)準(zhǔn)化施工。

表1 阿舍勒井下主要巷道規(guī)格

由于阿舍勒井下生產(chǎn)一直以來均采用無軌設(shè)備，各巷道斷面規(guī)格及尺寸可滿足大多數(shù)設(shè)備的運(yùn)行。2014～2015年先后引進(jìn)多臺(tái)大型采礦設(shè)備，用于加快施工二期開采礦體的相應(yīng)開拓、采切工程，為進(jìn)一步釋放產(chǎn)能提供了有利支撐。

2.1 配套引進(jìn)采、掘、支、鏟裝等作業(yè)相關(guān)設(shè)備

傳統(tǒng)的風(fēng)動(dòng)手持鉆機(jī)打眼掘進(jìn)、撬毛、支護(hù)作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員將直接暴露在有冒頂、片幫，甚至巖爆危險(xiǎn)的頂板下方，存在極大的安全隱患。首先引進(jìn)阿特拉斯Boomer281鑿巖臺(tái)車用于掘進(jìn)作業(yè)、Boltec 235錨桿臺(tái)車用于支護(hù)作業(yè)，撬毛臺(tái)車用于清理工作面浮石及兩幫開裂巖石，以替代傳統(tǒng)的人工施工工藝，同時(shí)配套引進(jìn)金川公司JCCY-2鏟運(yùn)機(jī)、山特維克LH410鏟運(yùn)機(jī)、LH514鏟運(yùn)機(jī)、UK-20井卡、同力卡車進(jìn)行工作面廢石、礦石鏟裝運(yùn)作業(yè)，形成了具備“采、裝、運(yùn)、處、支”協(xié)同作業(yè)能力的施工作業(yè)隊(duì)伍。

引進(jìn)阿特拉斯·科普柯Boomer281鑿巖臺(tái)車，用于原巖巷道掘進(jìn)。

Boomer281掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車，可配備COP1638或COP1838鑿巖機(jī)。隧道和礦山用全液壓鑿巖臺(tái)車，采用液壓控制方式，配備BUT28鉆臂?？筛鶕?jù)礦體賦存條件、原巖性質(zhì)選配相適應(yīng)的鑿巖機(jī)。

從生產(chǎn)效率、成本方面考慮：相較于傳統(tǒng)的手工鉆掘進(jìn)，鑿巖臺(tái)車的掘進(jìn)效率更高，成本更低。鑿巖臺(tái)車掘進(jìn)一個(gè)中等巖石硬度的掘進(jìn)工作面（掘進(jìn)斷面為4.3m×3.7m，炮眼60個(gè)，掏槽眼5個(gè)，孔深3m）需3.5小時(shí)，且勞動(dòng)強(qiáng)度低，每班均可按時(shí)完成2個(gè)掘進(jìn)面的作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，平均進(jìn)尺達(dá)到2.7米，炮眼利用率達(dá)到90%以上；而傳統(tǒng)的手工鉆掘進(jìn)同樣巖石條件、同樣的斷面（掘進(jìn)斷面為4.3m×3.7m，孔深2.5m）需5～6個(gè)小時(shí)，巖石較硬時(shí)往往需先進(jìn)行掏槽爆破，待完成出渣作業(yè)后再打周邊眼、輔助眼，進(jìn)行二次爆破，進(jìn)尺為1.8～2m，炮眼利用率85%左右。

引進(jìn)阿特拉斯·科普柯Boltec235錨桿臺(tái)車，用于巷道開挖后的支護(hù)作業(yè)。

表2 Boltec235錨桿臺(tái)車技術(shù)參數(shù)

Boltec235為一款全機(jī)械化錨桿臺(tái)車，可安裝錨桿長度為1.5-2.4m，適用于所有普通類的錨桿類型，有效的工作高度（頂板高度）達(dá)8米。配備COP1132鑿巖機(jī)，沖擊功率11kW，沖擊頻率100Hz。采用BUT35型鉆臂定位快速、直接、準(zhǔn)確，推進(jìn)補(bǔ)償0-1000mm，鉆臂延伸1600mm，推進(jìn)梁翻轉(zhuǎn)近乎一周，鉆臂舉升角度+65°/-30°，鉆臂擺動(dòng)角度±45°，機(jī)械錨固單元儲(chǔ)桿能力10根。

為提高采場殘礦回收率，降低人工駕駛鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入采場回收殘礦時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，將LH410鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行遙控改造，由遙控鏟運(yùn)機(jī)單獨(dú)對采場殘礦進(jìn)行回收作業(yè)。

2.2 引進(jìn)鉆機(jī)、中深孔設(shè)備

2015年，為全面取代人工掘進(jìn)天、溜井施工工藝，在TYZ1500反井鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)國內(nèi)第一臺(tái)AT-3000L履帶自行式天井鉆機(jī)，用于施工各種類型的天、溜井。為盡快構(gòu)成深部采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)、溜破系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、充填系統(tǒng)發(fā)揮了極大作用，降低了人工正掘豎井的施工難度，極大提升了成井速度。

AT-3000L型履帶自行式天井鉆機(jī)是湖南創(chuàng)遠(yuǎn)高新開發(fā)出的大孔徑智能化的可適用于無軌現(xiàn)代化礦山的新型設(shè)備，具有機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，施工作業(yè)安全、高效、精度高，并可有效降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。主要用于天、溜井施工，可根據(jù)井筒直徑的需求更換刀盤，刀盤直徑分別為1.2/1.5/2.0/2.5/3m。實(shí)際應(yīng)用最大施工井深150m。以施工直徑為3m，井深50m的天、溜井為例，每條井從施工準(zhǔn)備至施工結(jié)束平均作業(yè)時(shí)間為18～22天。

2017年，為進(jìn)一步提升采場接替效率，確保生產(chǎn)順利平穩(wěn)推進(jìn)，引進(jìn)國內(nèi)第一臺(tái)CY-R40C切割槽鉆機(jī)，用于施工采場切割天井。每個(gè)采場切割井的施工工期也由此縮短至5天。

為提高中孔施工精度，降低采場損失、貧化率，確保采場生產(chǎn)接替，引進(jìn)阿特拉斯·科普柯Simba 1354中深孔臺(tái)車，進(jìn)行采場底部中深孔及頂部長錨索護(hù)頂施工，替代技術(shù)相對陳舊的YGZ-90鉆機(jī)。

2.3 引進(jìn)布魯克機(jī)器人、移動(dòng)式破碎臺(tái)車

為降低人工疏通出礦進(jìn)路、安裝U型鋼以及大塊二次破碎等作業(yè)存在的潛在事故隱患，2014年至今，阿舍勒先后引進(jìn)布魯克400D礦山機(jī)器人2臺(tái)、移動(dòng)式破碎臺(tái)車1臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)最大限度使用機(jī)械化設(shè)備代替人工作業(yè)，從根本上消除人工作業(yè)時(shí)存在的安全隱患。

目前，兩臺(tái)機(jī)器人已累計(jì)運(yùn)行2萬余小時(shí)，安全、有效的完成了每一次排險(xiǎn)作業(yè)，為保障礦井安全生產(chǎn)做出了突出貢獻(xiàn)。撬毛臺(tái)車徹底替代了人工高強(qiáng)度、大量撬毛作業(yè)，浮石清理更為快速、徹底，切實(shí)保障了現(xiàn)場作業(yè)安全。移動(dòng)式破碎臺(tái)車取代了井下大部分采場的大塊二次解小作業(yè)，大幅降低了人工采用手工鉆打眼爆破的二次破碎作業(yè)量，目前正向無爆破二次解小作業(yè)推進(jìn)。

至此阿舍勒銅業(yè)自營采礦隊(duì)伍實(shí)現(xiàn)了采礦裝備機(jī)械化、大型化，通過不斷地探索和管理、技術(shù)突破，使鑿巖、撬毛、爆破、出渣、運(yùn)輸、支護(hù)、天溜井施工、中深孔鑿巖、出礦、二次免爆破碎、排險(xiǎn)等一套完整的采掘施工工序緊密配合，形成了阿舍勒銅業(yè)井下大型設(shè)備配套作業(yè)、機(jī)械化程度高的現(xiàn)代化采礦施工。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代化的大型采礦設(shè)備不僅帶來了施工工藝甚至是采礦方法的變革，同時(shí)也極大的提高了井下施工作業(yè)的安全系數(shù)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，尤其在如今人工成本越來越高、礦山企業(yè)越來越難以吸引年輕人的今天，大型采礦裝備的應(yīng)用使礦山企業(yè)在實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減員增效的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了企業(yè)由“勞動(dòng)密集型”向“技術(shù)密集型”的跨越，大型采礦裝備的應(yīng)用與探索已成為礦山企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。