平江地區(qū)金礦井下機(jī)械化開采現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

王金武，陳 俊

（湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 平江 410400）

機(jī)械化開采，顧名思義是通過機(jī)械化設(shè)備在礦山井下進(jìn)行礦石開采的一種方法，隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，機(jī)械化開采逐步代替人工開采方法，從而達(dá)到增效減員的目的。然而，21世紀(jì)的今天，國內(nèi)礦山的開采水平，仍然處于半人工、半機(jī)械化狀態(tài)，仍然有許多工序依靠人力來完成，這不僅僅對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)代帶來了安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也制約了發(fā)展效率?，F(xiàn)主要針對(duì)平江地區(qū)金礦井下機(jī)械化開采現(xiàn)狀進(jìn)行研究論述，從而總結(jié)金屬礦山井下機(jī)械化開采的現(xiàn)狀及存在的問題，并對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 金屬礦山機(jī)械化開采現(xiàn)狀

相比煤礦，金屬礦山的開采環(huán)境和開采條件優(yōu)越很多，主要因?yàn)樗淮嬖诳扇細(xì)獗L(fēng)險(xiǎn)。因此，金屬礦山有條件創(chuàng)新開采方法，不受根本安全風(fēng)險(xiǎn)的影響。但金屬礦山也有它的弊端，比如礦山開采巷道條件復(fù)雜，空間狹窄，移動(dòng)困難。加之不同礦山狀況不一，很難統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市場(chǎng)上缺少礦山開采設(shè)備的開發(fā)商，尤其是小規(guī)格巷道開采設(shè)備，更是缺乏專業(yè)生產(chǎn)商，市場(chǎng)空間極為有限。

我國礦產(chǎn)資源十分豐富，是世界礦山開采大國，而金屬礦石產(chǎn)量更是居世界前列。但相比國外，國內(nèi)的礦石開采水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后［1］，由于采礦工業(yè)科技落后，采礦裝備發(fā)展水平不高，導(dǎo)致國內(nèi)金屬礦山機(jī)械化開采現(xiàn)狀仍然較為落后?，F(xiàn)從采礦類型上介紹和分析目前國內(nèi)開采現(xiàn)狀。

1.1 露天開采狀況

對(duì)于資源狀況較好或處于開采早期的一些礦山，可能會(huì)采取露天開采方法。露天開采過程中更為容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作。但具體情況仍受礦山的發(fā)展?fàn)顩r決定，對(duì)于一些小型露天礦山，仍然表現(xiàn)出開采設(shè)備單一，部分工作仍然依靠體力勞動(dòng)進(jìn)行完成。少數(shù)大型露天礦山，則會(huì)充分發(fā)揮它的資源優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化開采工藝，引進(jìn)國外先進(jìn)開采設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采。金屬礦山露天機(jī)械化開采，涉及到的設(shè)備一般有電鏟、潛孔鉆機(jī)、牙輪鉆機(jī)、翻斗車、電機(jī)車、推土機(jī)、裝載車等相關(guān)重型設(shè)備。

目前，國內(nèi)露天開采礦山少于地下開采礦山，主要因?yàn)榈V產(chǎn)資源在地表層數(shù)量有限，需要深入開采，所以對(duì)于地下資源，都需轉(zhuǎn)為地下開采方法。

1.2 地下開采狀況

金屬礦山地下開采方法，主要包含礦石開采、礦石裝運(yùn)、礦石提升等，而其中最為關(guān)鍵和困難的工序，便是礦石開采。結(jié)合國內(nèi)礦石開采現(xiàn)狀分析，當(dāng)前金屬礦山仍然普遍使用穿孔爆破開采法，即通過傳統(tǒng)的氣動(dòng)鑿巖機(jī)和潛孔鉆架完成巷道端頭鉆孔工序，然后再填裝炸藥，通過爆破實(shí)現(xiàn)礦石開采。這種開采方式由于需要使用危險(xiǎn)爆炸品，安全風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)采掘進(jìn)度極為受限，往往采取上一班穿孔放炮，等煙霧消退后，下一班才能裝運(yùn)礦石，開采工藝上限制了采掘進(jìn)度。目前國外已廣泛使用高效液壓鑿巖機(jī)，國內(nèi)也逐步引進(jìn)和推廣高氣壓潛孔鉆機(jī)。

礦石開采后，下道工序?yàn)榈V石裝運(yùn)，這包含礦石裝車和礦石運(yùn)輸，俗稱出礦工序［2］。目前國內(nèi)金屬礦山在出礦工序上仍然十分落后，這種采礦局面，主要由于金屬礦山資源很難富集，大多分布疏散且復(fù)雜，為控制采礦成本，在進(jìn)行采礦和掘進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量做到沿著礦脈開挖，避免無用開挖巷道浪費(fèi)生產(chǎn)成本。這必然造成金屬礦山井下巷道條件艱難，表現(xiàn)為采礦巷道狹窄，夾雜上下山滑坡，同時(shí)伴隨各種彎道，極大程度影響到機(jī)械化開采的使用與推廣。

對(duì)于部分較為寬敞的采礦面或掘進(jìn)面，國內(nèi)金屬礦山也廣泛使用電耙絞車完成出礦工作，狀況更好的也有使用裝巖機(jī)（有軌設(shè)備）和扒渣機(jī)（無軌設(shè)備）等較大型設(shè)備［3］，可以一次性完成出礦工作，直接將礦石通過耙斗耙至電動(dòng)三輪車或礦車桶內(nèi)，大大提高出礦效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。在完成礦石裝運(yùn)的前半工序后，后半工序則為礦石運(yùn)輸，因?yàn)榈V石運(yùn)輸一般到了井下的主要巷道，大都采用有軌設(shè)備完成運(yùn)輸工作。對(duì)于在地表水平面的寬敞巷道，也有直接采用鏟運(yùn)機(jī)和地下卡車配合完成出礦運(yùn)輸工作。

礦石提升則一般通過提升機(jī)和提升容器配合完成，目前該工序基本全面機(jī)械化，豎井礦山則通過提升機(jī)和罐籠完成提升，斜井礦山則通過提升機(jī)和普通礦車或箕斗等設(shè)備完成提升。

1.3 平江地區(qū)金礦開采現(xiàn)狀

國有金屬礦山企業(yè)黃金洞礦業(yè)坐落于平江地區(qū)，目前，礦石開采全部集中在地下，因此井下機(jī)械化開采現(xiàn)狀總體與上述1.2類似，但由于從2017年開始加大了創(chuàng)新發(fā)展力度，加大了科研投入、技術(shù)引進(jìn)和新設(shè)備、新技術(shù)試驗(yàn)成本投入。因此在2017年后井下機(jī)械化開采狀況有了重大突破。

首先，黃金洞礦業(yè)首次引進(jìn)了鑿巖臺(tái)車成套設(shè)備，該設(shè)備及配套附屬設(shè)備規(guī)格尺寸較大，主要應(yīng)用于大規(guī)格的掘進(jìn)巷道，鑿巖臺(tái)車主要代替?zhèn)鹘y(tǒng)氣動(dòng)鑿巖機(jī)完成鉆孔作業(yè)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，該設(shè)備可在2～3 min時(shí)間完成一個(gè)2.5 m深的鉆孔工序，效率幾乎達(dá)到傳統(tǒng)鑿巖機(jī)的10倍。由于時(shí)間上的節(jié)約，井下采掘1 d可以增加1個(gè)班次，從而提高掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，鑿巖臺(tái)車搭配裝載機(jī)，液壓礦車，1個(gè)月可實(shí)現(xiàn)150 m的掘進(jìn)進(jìn)尺，超過傳統(tǒng)掘進(jìn)速度的兩倍。但鑿巖臺(tái)車僅僅是代替了傳統(tǒng)的氣動(dòng)鑿巖機(jī)的鑿巖方法，鑿巖完成后，仍然需要通過傳統(tǒng)的爆破方法進(jìn)行礦石崩落，這仍然制約了連續(xù)性生產(chǎn)的組織安排，并沒有達(dá)到根本性的突破。

其次，黃金洞首次引進(jìn)了EBZ160Z型巷道掘進(jìn)機(jī)設(shè)備，該設(shè)備外形尺寸達(dá)到11 m×1.8 m×1.8 m，機(jī)重38 t，并配備履帶式行走機(jī)構(gòu)，由于尺寸較大，只適用于較大規(guī)格的巷道。不同于鑿巖臺(tái)車設(shè)備，該掘進(jìn)機(jī)自帶切割頭、裝載部、輸送機(jī)等系統(tǒng)，因此可以一氣呵成完成巷道巖石的攪碎、崩落和轉(zhuǎn)運(yùn)等工序，它的截割頭以62 r／min、運(yùn)轉(zhuǎn)功率160 kW的強(qiáng)勁力度，可輕松對(duì)強(qiáng)度60 MPa以下的巖石進(jìn)行截割。該設(shè)備工作能力達(dá)到15～20 t／h，遠(yuǎn)超人工開采產(chǎn)能（最大約40 t／d），所以它的優(yōu)勢(shì)在于出礦效率高，人工強(qiáng)度低，可連續(xù)作業(yè)，避免頻繁爆破造成巖層破壞和時(shí)間耽擱。但該設(shè)備也存在一定的弊端，設(shè)備過于笨重，井下運(yùn)行不夠靈活，設(shè)備故障率頻繁，檢修技術(shù)要求高、難度大，設(shè)備對(duì)配套設(shè)施要求嚴(yán)謹(jǐn)，系統(tǒng)性復(fù)雜。由于金礦礦脈的厚度往往較低，因此很難投入較高的成本去挖掘大規(guī)格巷道，因此大重型機(jī)械化設(shè)備仍然無法普及到各采礦面。

除黃金洞礦業(yè)外，平江地區(qū)還匯集了諸多中小型私營礦山企業(yè)，但由于企業(yè)體制不同，導(dǎo)致私營金礦往往面臨更為棘手的系統(tǒng)問題，金屬礦山行業(yè)在歷經(jīng)了較長的萎靡時(shí)期后，大多私營礦山企業(yè)為了生存和短期效益，便控制了生產(chǎn)成本投入，限制了系統(tǒng)建設(shè)，壓縮了井下機(jī)械化開采水平。通過對(duì)平江地區(qū)幾大私營金礦進(jìn)行了解，目前機(jī)械化水平仍然停留在提升和運(yùn)輸兩個(gè)環(huán)節(jié)，掘進(jìn)和開采仍然全是以人工鑿巖和傳統(tǒng)爆破的常規(guī)操作模式進(jìn)行，因此機(jī)械化水平較低，系統(tǒng)工藝落后。

2 機(jī)械化開采存在的困難

分析國內(nèi)金屬礦山和平江地區(qū)金礦企業(yè)機(jī)械化開采現(xiàn)狀，可以看出要全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采，仍存在許多困難。這不僅因?yàn)閲鴥?nèi)機(jī)械生產(chǎn)水平落后，限制了各類開采設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)，同時(shí)也因?yàn)榻饘俚V山井下條件艱難，空間狹窄，設(shè)備行動(dòng)困難，同時(shí)設(shè)備在井下轉(zhuǎn)運(yùn)與修復(fù)同樣十分困難，大大制約了機(jī)械化開采工作。主要有以下幾方面困難：

1.機(jī)械化開采設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)缺失標(biāo)準(zhǔn)體系。目前，國內(nèi)金屬礦山條件復(fù)雜，且狀況不一，一定程度上制約了相應(yīng)設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)，而歸根究底，仍是因?yàn)閲鴥?nèi)在這方面缺失標(biāo)準(zhǔn)體系，大部分標(biāo)準(zhǔn)還是在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代制定，與現(xiàn)有狀況完成不符，因此采礦設(shè)備機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀己較難適應(yīng)現(xiàn)有的發(fā)展水平。而對(duì)于金屬礦山企業(yè)，在無標(biāo)準(zhǔn)體系的情況下，自然開采方式各有千秋，狀況不一。

2.國內(nèi)采礦設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)落后，無強(qiáng)勁的主導(dǎo)品牌。由于國內(nèi)采礦設(shè)備質(zhì)量差，技術(shù)落后，配套件發(fā)展滯后；設(shè)計(jì)、開發(fā)能力差，好的設(shè)備多是仿制或與國外合作制造；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，管理機(jī)制存在弊端。這些實(shí)際因素，制約了金屬礦山機(jī)械化開采的發(fā)展。

3.市場(chǎng)機(jī)遇表現(xiàn)不夠明顯，缺乏實(shí)力研發(fā)商。由于井下條件特殊，大部分開采設(shè)備需要單獨(dú)設(shè)計(jì)、單獨(dú)研發(fā)，才能生產(chǎn)適用的產(chǎn)品，這一因素導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)商需要完成一段時(shí)間的研發(fā)和試驗(yàn)階段，短時(shí)間內(nèi)不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。而正因?yàn)槿绱?，?dǎo)致市場(chǎng)機(jī)遇不明顯，缺少實(shí)力研發(fā)商。

3 未來發(fā)展趨勢(shì)

要實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)機(jī)械化開采，在政策方面需要大力支持。首先，國家將借此礦產(chǎn)資源行業(yè)發(fā)生經(jīng)濟(jì)危機(jī)之際，逐步調(diào)整資源管理模式，制定以“安全生產(chǎn)、以人為本”為前提的方針政策，創(chuàng)新和改進(jìn)礦產(chǎn)資源開采方式，關(guān)閉和整合零星資源點(diǎn)，極力鼓舞企業(yè)做強(qiáng)做優(yōu)。其次，國家也需通過宏觀調(diào)控，保護(hù)資源性企業(yè)正常運(yùn)營，將牽頭主導(dǎo)開采創(chuàng)新，開采改造，通過政策扶持，大力推動(dòng)采礦設(shè)備的研發(fā)、創(chuàng)新、試驗(yàn)和投產(chǎn)等相關(guān)工作。

就機(jī)械化開采設(shè)備而言，其發(fā)展趨勢(shì)將朝著數(shù)字化、自動(dòng)化、精細(xì)化、高效化、人性化方面不斷發(fā)展。主要在以下幾方面實(shí)現(xiàn)發(fā)展和突破：

1.金屬礦山開采端頭無軌機(jī)械化設(shè)備的發(fā)展將有所突破。當(dāng)今國內(nèi)勞動(dòng)力非常緊張，隨著人口不斷老齡化，年輕勞動(dòng)力比例不斷縮減，因此傳統(tǒng)的人工采礦模式必然會(huì)受到極大阻礙，這種現(xiàn)狀也將促進(jìn)礦山企業(yè)轉(zhuǎn)型，朝著機(jī)械化開采方向進(jìn)行調(diào)整。而開采端頭的設(shè)備主要為無軌設(shè)備，這其中包含裝巖機(jī)、耙渣機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、劈裂機(jī)等一些列設(shè)備，未來，這些設(shè)備將不斷優(yōu)化性能、提高適應(yīng)能力和可靠性、安全性、舒適性，各方面將突破目前的各種困境。

2.高效連續(xù)采礦設(shè)備將得到加速發(fā)展。目前，金屬礦山絕大部分采礦采取鉆孔爆破方式，這種一班一炮的開采模式極大程度上限制了開采進(jìn)度。為此，不少礦山企業(yè)逐步引進(jìn)和使用連續(xù)出礦設(shè)備，如黃金洞礦業(yè)近年引進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)設(shè)備，其生產(chǎn)工藝和技術(shù)性能已經(jīng)較為成熟，可以滿足井下較大段面的連續(xù)開采和掘進(jìn)需求，在煤礦井下，這種掘進(jìn)機(jī)設(shè)備已經(jīng)使用廣泛。未來，針對(duì)金屬礦山，高效連續(xù)采礦設(shè)備、出礦設(shè)備及運(yùn)輸設(shè)備將得到飛速發(fā)展。

3.其它新型特效性能采礦設(shè)備的發(fā)展。隨著礦產(chǎn)資源不斷緊缺，各種容易開采的富礦床、淺表礦床和高品位礦脈將逐步開采枯竭，接下來各類難采礦和貧礦床資源都將進(jìn)行攻關(guān)開采。為滿足資源市場(chǎng)的需求，各類機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)商、技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)以及金屬礦山企業(yè)本身，都將極盡全力研制出適應(yīng)當(dāng)前實(shí)際的新型采礦方法、采礦工藝和技術(shù)，相信未來各種數(shù)字化，自動(dòng)化、精細(xì)化和高效化設(shè)備、裝備技術(shù)都將誕生［4］，促進(jìn)金屬礦山穩(wěn)步發(fā)展。

4 結(jié) 論

21世紀(jì)的今天，我國金屬礦山剛遭受過經(jīng)濟(jì)下滑的沖擊，這給金屬礦山機(jī)械化開采的進(jìn)程帶來極大制約，對(duì)機(jī)械制造行業(yè)而言，采礦設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)同樣遭受嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但同時(shí)也帶來了新的發(fā)展機(jī)遇和革新浪潮。

2021年，在國家政策的驅(qū)動(dòng)下，各地礦產(chǎn)資源進(jìn)行了有效整合，平江地區(qū)在湖南省國資委、湖南黃金集團(tuán)及當(dāng)?shù)卣倪\(yùn)作下，實(shí)現(xiàn)了金屬礦山資源的有效整合。目前大多私營金礦實(shí)現(xiàn)了化零為整，未來平江地區(qū)金礦也將搭建更大的舞臺(tái)，發(fā)揮更強(qiáng)的資源優(yōu)勢(shì)。有了這個(gè)基礎(chǔ)，企業(yè)也將從更長遠(yuǎn)、更高效、更先進(jìn)的思維角度來謀劃未來的發(fā)展藍(lán)圖，平江地區(qū)井下機(jī)械化開采狀況也將面臨前所未有的革新和突破，為建設(shè)真正的數(shù)字型、智慧型、綠色型礦山企業(yè)不斷前行。