機(jī)械采礦技術(shù)在新城金礦傾斜厚重礦體開采中的運(yùn)用

張國(guó)勝

（山東黃金集團(tuán)股份有限公司新城金礦，山東 煙臺(tái) 261438）

新城金礦作為我國(guó)金礦的富集區(qū)，近年來受到相關(guān)部門的高度重視。新城金礦的表現(xiàn)形式為傾斜厚重礦體，對(duì)于新城金礦傾斜厚重礦體開采提供了極高的要求[1]。以往，針對(duì)新城金礦傾斜厚重礦體開采中，常年采取大規(guī)模粗放式開采方式，開采的金礦層主要以特厚金礦層為主，使用的采礦技術(shù)主要以長(zhǎng)壁開采技術(shù)，長(zhǎng)壁開采技術(shù)雖然開采效率較高，但是在開采過程中會(huì)造成大量的金礦體損失，導(dǎo)致礦體損失率高，這也是造成金礦資源浪費(fèi)的主要原因之一。金礦作為我國(guó)稀缺的礦產(chǎn)資源，在開采過程中一定要最大程度上避免金礦的浪費(fèi)。因此，針對(duì)新城金礦傾斜厚重礦體開采中，降低礦體損失率成為新城金礦傾斜厚重礦體開采的主流發(fā)展方向[2]。機(jī)械采礦技術(shù)主要是通過機(jī)械的大量運(yùn)行，以自動(dòng)化的形式進(jìn)行采礦，基于機(jī)械化的高精度優(yōu)勢(shì)，降低開采中不必要的消耗。為此，有理由將機(jī)械采礦技術(shù)應(yīng)用在新城金礦傾斜厚重礦體開采中，致力于最大限度上降低新城金礦傾斜厚重礦體開采的礦體損失率。

1 基于機(jī)械采礦技術(shù)的新城金礦傾斜厚重礦體開采方法

本次開采試驗(yàn)區(qū)為新城金礦區(qū)域，該區(qū)域礦產(chǎn)特點(diǎn)為傾斜厚重礦體。使用機(jī)械采礦技術(shù)，開采新城金礦傾斜厚重礦體流程，如圖1所示。

圖1 基于機(jī)械采礦技術(shù)新城金礦傾斜厚重礦體開采流程

結(jié)合圖1所示，以下將分三部分對(duì)該開采方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.1 布置新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道

新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置方式對(duì)新城金礦傾斜厚重礦體損失率具有較大的影響，此次利用機(jī)械采礦技術(shù)理論，結(jié)合新城金礦傾斜厚重礦體特征以及相互配套開采機(jī)械的特點(diǎn)，提出新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置方案，新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置圖，如圖2所示。

圖2 新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置圖

如圖2所示，主巷在工作面正中心，主巷最大跨度在10m～12m之間，具體數(shù)據(jù)計(jì)算主巷巖梁所受荷載，設(shè)其目標(biāo)函數(shù)為dz，則有公式（1）。

公式（1）中，e指的是新城金礦頂板各巖層的彈性模量；h指的是新城金礦頂板各巖層的厚度；w指的是新城金礦頂板巖層的質(zhì)量密度；J指的是新城金礦主巷巖梁所受荷載。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出主巷巖梁所受荷載，以此為約束，布置巷道主巷。與此同時(shí)，設(shè)置頂柱，頂柱的作用是支撐頂板巖層的壓力，為了增加頂柱的承載力，將其形狀切割成長(zhǎng)方形，根據(jù)《機(jī)械采礦技術(shù)規(guī)范》要求，采礦工作面的礦柱平均荷載不得超過4.65MPa[3]。結(jié)合礦柱的平均荷載計(jì)算公式，計(jì)算頂柱的長(zhǎng)度和寬度，其計(jì)算公式如下：

公式（2）中，L指的是頂柱的長(zhǎng)度；K指的是頂柱的寬度；

指的是頂柱平均荷載；K f指的是分層聯(lián)絡(luò)道的寬度；Lf指的是分層聯(lián)絡(luò)道的長(zhǎng)度。按照以上設(shè)置的參數(shù)對(duì)新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置，為后續(xù)機(jī)械采礦技術(shù)施工奠定基礎(chǔ)。

1.2 線性支護(hù)新城金礦傾斜厚重礦體

布置完新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道之后，為了保證主巷內(nèi)能夠正常通風(fēng)，并且在后續(xù)開采過程中不會(huì)出現(xiàn)坍塌事故，需要在新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面采取支護(hù)措施，此次采用線性支架支護(hù)方式，其過程如下。

首先清理巷道內(nèi)主巷表面，將表面上的松散礦體清理干凈，采用支架對(duì)工作面支護(hù)。由于新城金礦傾斜厚重礦體結(jié)構(gòu)比較脆弱，對(duì)其工作面支護(hù)效果取決于支架的尺寸范圍，通常情況下支架鉆孔的直徑范圍在200mm～300mm之間，因此采用的支架直徑介于200mm～300mm之間，而在新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面支護(hù)中，支架的軸向張拉荷載不得超過支架預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.65倍，因此在該前提條件下可以計(jì)算出支架的截面面積，其計(jì)算公式如下：

公式（3）中，A指的是支架截面面積；N指的是支架設(shè)計(jì)軸向拉應(yīng)力；η指的是支架的抗力分項(xiàng)系數(shù)；f指的是支架鋼筋與鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。除此之外還需要計(jì)算出支架的長(zhǎng)度，其公式如下：

公式（4）中，L指的是支架長(zhǎng)度；D指的是新城金礦傾斜厚重礦體工作面支架體直徑；q指的是土體與支架之間的粘結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)以上支架參數(shù)進(jìn)行新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面支護(hù)施工。而后布置一層鋼筋網(wǎng)，用于固定支架，鋼筋網(wǎng)安裝時(shí)需要盡量與地面貼近。最后利用鉆機(jī)鉆孔，鉆孔間距在3.5m～5.5m之間，可根據(jù)新城金礦傾斜厚重礦體工作面實(shí)際條件確定鉆孔間距。然后采用徑向注漿方式向鉆孔內(nèi)注漿，注漿材料選用GKO69的水泥凈漿，從而形成支架，在注漿過程中，必須保證注漿管埋設(shè)位置的牢固性，以便取得良好的止?jié){效果，以此完成新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面線性支架支護(hù)。

1.3 實(shí)現(xiàn)基于機(jī)械采礦技術(shù)開采新城金礦傾斜厚重礦體

完成工作面支架支護(hù)后，利用機(jī)械采礦技術(shù)對(duì)新城金礦傾斜厚重礦體工作面進(jìn)行開采施工，機(jī)械采礦技術(shù)是一種連續(xù)式開采模式，這種開采模式主要以機(jī)械施工為主，在施工過程中需要應(yīng)用到連續(xù)采煤機(jī)、連續(xù)給料破碎機(jī)以及梭車等機(jī)械設(shè)備，基于機(jī)械采礦技術(shù)的開采施工過程為：首先將連續(xù)采煤機(jī)置于線性支架之間，調(diào)用連續(xù)采煤機(jī)對(duì)兩個(gè)支架間的金礦回采，回采按照先采左翼，再采右翼的開采順序，回采過程中需要利用人工對(duì)采煤機(jī)的鉆頭定時(shí)噴水，減少回采中的煙霧。然后利用連續(xù)給料破碎機(jī)將礦體破碎，破碎的目的是為了更好的將金礦運(yùn)輸出去。利用梭車將礦體運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅嬉酝?，?dāng)兩個(gè)支架之間的金礦開采完畢后，對(duì)下一個(gè)工作面回采，采取這種平行交替連續(xù)作業(yè)方式，直至所有開采完畢；最后當(dāng)所有金礦資源開采完畢之后，避免金礦資源浪費(fèi)，以此完成基于機(jī)械采礦技術(shù)的新城金礦傾斜厚重礦體開采。

2 實(shí)例分析

2.1 前期設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)以新城金礦為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，新城金礦基礎(chǔ)信息表，如表1所示。

表1 新城金礦基礎(chǔ)信息表

結(jié)合表1所示，本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為開采新城金礦傾斜厚重礦體。首先，使用本文設(shè)計(jì)開采方法，運(yùn)用機(jī)械采礦技術(shù)，開采新城金礦傾斜厚重礦體，通過將開采數(shù)據(jù)導(dǎo)入matalb軟件，得出開采礦體損失率，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)開采方法，開采新城金礦傾斜厚重礦體，同樣通過將開采數(shù)據(jù)導(dǎo)入matalb軟件，得出開采礦體損失率，設(shè)為對(duì)照組。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)比指標(biāo)為兩種開采方法的開采礦體損失率，開采礦體損失率越低，證明該開采方法效果越好。設(shè)置測(cè)試次數(shù)為8次，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程記錄的開采數(shù)據(jù)，得出兩種開采方法礦體損失率，將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下表2所示。

表2 兩種開采方法礦體損失率對(duì)比（%）

從表2中可以看出，本文設(shè)計(jì)開采方法礦體損失率明顯低于對(duì)照組，能夠在開采的同時(shí)，避免新城金礦傾斜厚重礦體產(chǎn)生過多損失。由此可見，本文設(shè)計(jì)開采方法是具有實(shí)際意義的，具有現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。

3 結(jié)語

本文通過實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)開采方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)新城金礦傾斜厚重礦體開采中存在的礦體損失率高的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次兩種開采方法礦體損失率測(cè)定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高兩種開采方法礦體損失率測(cè)定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)基于機(jī)械采礦技術(shù)的新城金礦傾斜厚重礦體開采回填方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高新城金礦傾斜厚重礦體開采工作的質(zhì)量提供建議。