中鎢高新某礦開采機(jī)械化實(shí)踐

顧春宏，陳 功

中鎢高新某礦開采機(jī)械化實(shí)踐

顧春宏，陳 功

(中鎢高新材料股份有限公司，海南 ?？?570100)

針對中鎢高新某礦開采技術(shù)現(xiàn)狀，優(yōu)化選擇了階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填法對礦體進(jìn)行回采，進(jìn)行機(jī)械化設(shè)備選型及配套方案研究，并應(yīng)用研究成果進(jìn)行開采機(jī)械化實(shí)踐，實(shí)踐結(jié)果表明：所選用的采礦方法和機(jī)械化選型及配套方案能夠有效提高礦山生產(chǎn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)礦山安全高效回采。

采礦方法;機(jī)械化選型;經(jīng)濟(jì)效益分析

機(jī)械化作業(yè)在礦山開采中是非常重要的一環(huán)，機(jī)械裝置控制和調(diào)節(jié)采礦生產(chǎn)作業(yè)的整個過程，采用機(jī)械化開采能有效提高開采作業(yè)自動化的綜合水平，最大程度保障開采安全性，提升礦山生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。與此同時，機(jī)械化生產(chǎn)在采礦作業(yè)流程中多個環(huán)節(jié)都涉及，人力物力的投入減少，生產(chǎn)的操作將更加便捷，大大降低了操作的難度系數(shù)[3-5]。

中鎢高新某礦采用地下開采方式，主要回采III礦帶中部315 m×313 m范圍內(nèi)的富礦體，采礦方法主要為分段空場法，生產(chǎn)能力為6500 t/d。礦山采礦裝備水平比較落后，仍采用7655手持式風(fēng)動鑿巖機(jī)和YGZ-90中深孔鉆機(jī)鑿巖，設(shè)備效率低，作業(yè)人員多。炸藥裝填、巷道支護(hù)、進(jìn)路懸拱、大塊二次破碎仍采用人工操作，井下出礦雖已形成了一定的機(jī)械化，但與國內(nèi)同類礦山裝備水平有一定的差距。因此急需進(jìn)行開采機(jī)械化實(shí)踐，對礦山開采技術(shù)與裝備進(jìn)行革新，提高礦山生產(chǎn)效率，為礦山大規(guī)模安全、高效、機(jī)械化開采提供技術(shù)儲備和 支撐。

1 礦山開采技術(shù)條件與開采現(xiàn)狀

1.1 礦床開采技術(shù)條件

中鎢高新某礦礦床礦體厚大集中且出露地表，是一個開采條件較好的大型露天礦床。根據(jù)礦體產(chǎn)出特征及礦石特征分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個礦帶，南北最大長度約1140 m，東西最大寬度1100 m。礦體賦存于上泥盆統(tǒng)灰?guī)r、接觸帶附近矽卡巖、花崗巖、大理巖中，礦石松散系數(shù)1.63，平均自然安息角37°，礦石體積質(zhì)量約為3.14 t/m3，圍巖體積質(zhì)量：大理巖2.18 t/m3，花崗巖2.9 t/m3，礦石普氏硬度系數(shù)為6~14。礦體主要有益組分為W，有用組分平均品位WO30.297%、Sn 0.143%、Mo 0.053%、Bi 0.108%[6]。

礦區(qū)范圍內(nèi)無大的地表水體，區(qū)內(nèi)地表水能夠自排，而地下水的補(bǔ)給來自大氣降水，對礦床開采不會造成太大影響，礦區(qū)開采水文地質(zhì)條件較簡單。礦區(qū)的工程地質(zhì)條件簡單，環(huán)境地質(zhì)條件中 等[7]。

1.2 開采現(xiàn)狀

礦山原采用盤區(qū)開采，由西向東劃分為4個盤區(qū)，每個盤區(qū)由北到南分成9個礦塊，共36個礦塊。礦房長64 m，寬20 m，高68 m，礦房之間和盤區(qū)之間均留15 m的連續(xù)礦柱，原設(shè)計采用分段鑿巖階段崩礦，嗣后一次充填采礦法開采，礦房礦體回采率約為42%，礦房采完后留下了大量礦柱，礦山采用聯(lián)系階段崩落法對留下的礦柱進(jìn)行了回采，目前礦柱已基本回采完畢，為確保礦山可持續(xù)安全高新開采，需要對III礦帶中部315 m×313 m范圍外部礦體進(jìn)行采礦，目前礦山已開始了此部分礦體的采礦工藝研究及現(xiàn)場采礦試驗。

2 采礦方法選擇

2.1 采礦方法選擇原則

礦體回采應(yīng)與礦山生產(chǎn)相互關(guān)聯(lián)，采礦方法選擇應(yīng)遵守以下原則：

（1）采礦方法選擇應(yīng)以安全生產(chǎn)為首要前提條件；

（2）采礦方法選擇應(yīng)充分考慮礦山現(xiàn)有設(shè)備情況，充分利用現(xiàn)有工程，設(shè)備，減少投資；

（3）盡量降低礦石損失率和貧化率；

（4）針對不同礦體類型，選擇合理、安全、高效的采礦方法[8-10]。

2.2 采礦方法選擇

針對急傾斜厚大礦體的回采，對國內(nèi)外類似礦山的采礦方法使用情況進(jìn)行了調(diào)查分析，調(diào)查結(jié)果顯示：該類礦體通常采用階段崩落法、分段礦房法和階段礦房法三類方法回采。根據(jù)該礦礦體的開采技術(shù)條件，可選出分段鑿巖分段空場嗣后充填采礦法（方案1）、分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法（方案2）、階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法（方案3）三種采礦方法作為礦體開采的初選方案。對三種采礦方法進(jìn)行技術(shù)分析，各回采方案工藝及技術(shù)方面的主要優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1、表2所示。

表1 采礦方法方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

表2 各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

通過上述3種回采方法的比較，由于階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法生產(chǎn)效率高、開采成本低、安全性高、損失貧化小，且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化回采，相較于其他兩種采礦方法有很大的優(yōu)勢。因此綜合考慮，選用階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法作為該礦山礦體回采方法。

2.3 采礦方法方案

（1）采區(qū)布置和采場結(jié)構(gòu)。為充分利用礦山現(xiàn)有開拓采準(zhǔn)工程，總體礦房礦柱按“田”字布置，隔一采一，間隔礦柱寬24 m，盤區(qū)間柱寬20 m。

（2）采準(zhǔn)切割。采準(zhǔn)工程有盤區(qū)巷、鑿巖硐室、出礦平巷、裝礦進(jìn)路、拉底平巷等；切割工程有拉底平巷、切割井、切割橫巷等。根據(jù)不同的采場條件可選取不同的切割方式：一種是以切割天井為自由面階段全孔爆破形成切割槽，形成切割槽寬度為7.5 m，設(shè)計采用天井鉆機(jī)施工的方式形成切割天井，切割天井位于采場端部靠北側(cè)位置，天井直徑1.2 m；另一種方式是直接利用大直徑深孔爆破形成切割槽。采場布置見圖1。

（3）回采工藝。單一采場內(nèi)，分兩部分回采，首先采用中深孔落礦回采采場底部，形成受礦塹溝與底部結(jié)構(gòu)；然后再采用大直徑深孔側(cè)向崩礦回采采場上部礦石，在上部硐室施工下向大直徑深孔，以切割槽和底部受礦空間為補(bǔ)償空間側(cè)向崩礦，回采整個采場礦石。礦塊內(nèi)，分兩步驟回采，第一步驟先采礦房，礦房回采完成后須及時充填；待膠結(jié)充填體達(dá)到規(guī)定的設(shè)計強(qiáng)度要求后，方可進(jìn)行第二步驟回采本中段相鄰的礦柱（或上、下中段對應(yīng)的礦房）。

（4）采場通風(fēng)。爆破后掘進(jìn)面通風(fēng)時間≥30 min，采礦場通風(fēng)時間≥2 h，經(jīng)檢查確定安全后方可進(jìn)入爆破區(qū)作業(yè)。

（5）采場支護(hù)與充填。采場中的鑿巖硐室、出礦底部結(jié)構(gòu)，對于局部不穩(wěn)固地段采用錨桿或噴錨網(wǎng)支護(hù)。待單個礦房（或礦柱）回采完后，采用全尾砂膠結(jié)充填處理采空區(qū)。

3 機(jī)械化設(shè)備選型及配套方案

集中強(qiáng)化開采是大型礦山發(fā)展的趨勢，與之相對應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備機(jī)械化、大型化才能充分發(fā)揮采礦方法的生產(chǎn)能力，因此，基于選定的采礦方法，如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械化設(shè)備合理選型與配套，方能實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)能力的大幅提高，達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。考慮到礦山現(xiàn)有的采掘設(shè)備及未來采礦方法變革和開采工藝規(guī)劃設(shè)備配置要求，本次規(guī)劃準(zhǔn)備分階段對礦山主要采掘設(shè)備進(jìn)行升級改造。

圖1 采場布置

3.1 鑿巖設(shè)備

考慮到新的回采工藝，需要選擇對應(yīng)的中深孔鑿巖設(shè)備和潛孔鑿巖設(shè)備。礦山引進(jìn)Simba1354鑿巖臺車鉆鑿上向扇形中深孔，取代了YGZ90中深孔鉆機(jī)，鑿巖效率大幅提升，鑿巖成本穩(wěn)定可控；引進(jìn)KQG-150高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)施工大直徑深孔，能夠有效保障大直徑深孔質(zhì)量；引進(jìn)Boomer k111、志高UJ21、開山KJ311掘進(jìn)臺車(試用)上部鑿巖硐室和采切巷道施工，取代了原來的氣腿式鑿巖機(jī)，巷道掘進(jìn)速度提高50%以上。

礦山引進(jìn)新型機(jī)械化鑿巖設(shè)備后，東部及北部礦體完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采，中部315 m×313 m范圍及西部采用無底柱分段崩落法回采的礦體也大部分可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化鑿巖開采。礦山引進(jìn)新型設(shè)備 3 a，80%以上的采場可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采，但受礦體開采技術(shù)條件、礦山已有的工程巷道布置形式的限制，且考慮到現(xiàn)有鑿巖設(shè)備仍有利用價值，3 a內(nèi)礦山仍有10%～20%的采場需采用YGZ90中深孔鉆機(jī)進(jìn)行鑿巖[11]。

3.2 裝藥設(shè)備

考慮到原有的BQF-100裝藥器裝藥效率低、工人勞動強(qiáng)度大、裝藥高度受限制，礦山引進(jìn)了井下乳化炸藥混裝車，匹配Simba1354鑿巖臺車，用于中深孔裝藥爆破，裝藥效率大幅度提高，現(xiàn)場實(shí)踐統(tǒng)計，凈裝藥速度可以達(dá)到50 kg/min以上，其綜合裝藥效率是人工裝藥的1.5～2倍，且裝藥臺車可實(shí)現(xiàn)多方位的高速和高密度裝藥，安全方面更是大幅優(yōu)于人工裝藥作業(yè)。

3.3 運(yùn)輸設(shè)備

為了滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要，礦山對出礦設(shè)備進(jìn)行了更新?lián)Q代，引進(jìn)6 m3鏟運(yùn)機(jī)和4 m3的遙控鏟運(yùn)機(jī)，逐步淘汰了原有的2 m3的鏟運(yùn)機(jī)，鏟運(yùn)機(jī)的出礦能力大幅提高。

根據(jù)礦山儲量報告，礦石儲量超2億t，根據(jù)礦山生產(chǎn)計劃，未來幾年的生產(chǎn)能力將會在300萬t/a以上，如果全部采用2 m3的普通鏟運(yùn)機(jī)出礦，則至少需要采用25臺鏟運(yùn)機(jī)正常生產(chǎn)才能滿足生產(chǎn)能力。如果采用6 m3的普通鏟運(yùn)機(jī)和4 m3遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，則只需要4～5臺6 m3的普通鏟運(yùn)機(jī)，再配上1～2臺4 m3的遙控鏟運(yùn)機(jī)就滿足生產(chǎn)能力，這樣井下可大幅減少鏟車司機(jī)，節(jié)約采礦噸礦 成本。

3.4 天井鉆機(jī)

礦山引進(jìn)自行式天井鉆機(jī)，用于掘進(jìn)溜井和切割天井，改變傳統(tǒng)方法施工天井和溜井，降低工人勞動強(qiáng)度，解決普通法施工天井安全隱患問題。為了解決傳統(tǒng)天井鉆機(jī)不能自行、轉(zhuǎn)場困難、需要拆機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)、澆注基礎(chǔ)、井下組裝，占用大部分工期，影響綜合作業(yè)效率的問題，礦山引進(jìn)了CY-R120V型移動式天井鉆機(jī)，搭載RCS2.0程控操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化全自動作業(yè)，天井掘進(jìn)效率大幅 提高。

4 開采機(jī)械化經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)所選擇的采礦方法和機(jī)械化設(shè)備，在315 m×313 m采區(qū)北部進(jìn)行開采機(jī)械化工業(yè)試驗。該區(qū)礦體屬主礦體的一個分支，向下延伸至445 m分段后尖滅；470 m至490 m間，礦體走向NE42°，長258 m，寬127 m，傾角90°；自490 m至630 m分段與主礦體連成一體；品位自下而上依次降低，514 m分段以上品位下降明顯。所選采場為該區(qū)域北部N5采場，可采礦量為32.84萬t，其中470 m分段中深孔拉底采礦量為3.87萬t，514 m分段大直徑深孔采礦量為28.96萬t。副產(chǎn)礦量為5.75萬t，副產(chǎn)礦石率為17.51%；采切比為50.96 m3/kt。采出礦量為31.20萬t，貧化率約為0.3%，損失率為5%。采場生產(chǎn)能力為1000～1200 t/d，出礦效率為460 t/臺班，鑿巖效率為40 m/臺班，崩礦量約為27.35 t/m，炸藥單耗約為0.38 kg/t。采用中深孔鑿巖臺車和KQG-150高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)可減少工時52人?班，采用裝藥車可減少操作工工時10人?班，采用大型鏟運(yùn)機(jī)可減少工時80人?班，采用天井鉆機(jī)可減少工時15人?班。工藝改進(jìn)前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比如表3所示。

表3 工藝改進(jìn)前后成本指標(biāo)對比/(元?t?1)

5 結(jié) 論

從中鎢高新某礦山所進(jìn)行開采機(jī)械化實(shí)踐，取得了如下的結(jié)論：

（1）合理的采礦方法方案和與之相匹配的機(jī)械化設(shè)備選型是礦體高效安全開采的重要保障，能在提高工作效率的同時實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)作業(yè)的連續(xù)，并保證機(jī)械化設(shè)備具有充分的使用頻率，避免了人員、材料、設(shè)備的浪費(fèi)；

（2）使用機(jī)械化設(shè)備配套生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化減人、機(jī)械化換人的目標(biāo)，降低企業(yè)成本、減少安全事故的發(fā)生、提高生產(chǎn)效率。

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國家自然科學(xué)基金資助項目(50774011).