新工藝、新技術、新裝備在固體鉀鹽開采中的應用*

周茂普，石　亮

(中國煤炭科工集團太原研究院有限公司　山西太原　030006)

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新工藝、新技術、新裝備在固體鉀鹽開采中的應用*

周茂普，石亮

(中國煤炭科工集團太原研究院有限公司山西太原030006)

介紹了以連續采礦機、懸臂式掘進機為龍頭的新工藝、新技術、新裝備的應用情況，為固體鉀鹽礦床開采開辟了新途徑。現已開展固體鉀鹽礦開采技術與裝備標準體系的研究及相關重要標準的制定工作，該項目完成后將填補鉀鹽行業沒有技術標準的空白，能推動我國連續采礦機開采技術、懸臂式掘進機巷道掘進技術的開發及推廣應用，為鉀礦開采企業的機械化、規模化、集約化提供技術支撐。

固體鉀鹽開采連續采礦機懸臂式掘進機

由于我國鉀資源嚴重缺乏，國內企業“走出去”開發鉀資源成為中國鉀鹽工業發展的必由之路，老撾、泰國等地區大型鉀鎂鹽礦床的開發，為保證我國鉀肥供應安全提供了有效途徑。本文立足于老撾萬象盆地鉀鹽礦床，重點論述了固體鉀鹽礦床地下開采成套技術與裝備，并針對開采過程中出現的問題，提出了合理化建議，為固體鉀資源的高效、安全開采奠定基礎。

現階段開采的鉀鹽資源主要分為固體礦床開采、地下鹵水開采和現代鹽湖開采。國內主要以開采富鉀鹵水為主，老撾地區主要開采固體鉀鹽礦床。固體鉀鹽礦床開采方法主要分為旱采和水采，由于礦體賦存條件的特殊性及礦山建設政策的限制性，一般采用水采。水采方法雖然技術較為簡單，但是回收率較低，而且地下采空區無法控制，對地表沉陷影響較大，因此，固體鉀鹽資源采用旱采技術已在行業內達成共識[1-3]。以前的固體鉀鹽礦床開采存在著巷道布置不合理、開采工藝落后等一系列問題，極大影響了固體鉀鹽礦井的機械化水平和生產效率，已無法滿足鉀肥生產的需求，而以連續采礦機、懸臂式掘進機為龍頭的新工藝、新技術、新裝備的應用，為固體鉀鹽礦床開采開辟了新途徑。隨著開采技術和裝備的發展，必將促進鉀鹽工業走向機械化、規模化、自動化和智能化。

1　連續采礦機開采技術

針對固體鉀鹽礦床的特點和頂板控制的要求，在采場布置方面，可分為短壁開采和條帶開采2種形式(圖1)。針對不同連續采礦機型及其配套設備適應不同礦層賦存條件、地質條件，分析連采設備與采場條件的最佳結合點，連續采礦機械化開采工作面一般配備連續采礦機+梭車、連續采礦機+連續運輸2種比較典型的工藝系統，前者屬于間斷式運輸，后者屬于連續式運輸[4]。結合工作面開采技術方案及地質狀況，確定工作面采、落、裝、運、支生產工序選用的連續采礦機及其配套設備。

a. 短壁開采　 　b. 條帶開采圖1　采場布置形式

在實際應用方面，間斷式運輸工藝系統(連續采礦機+梭車)以其設備配套簡單、適應性強、投資成本較低等優點成為鉀鹽開采企業的首選，但單面產量較低。隨著鹽礦床開采強度的加大，大功率、強截割能力的采礦機將不斷得到應用，以梭車為代表的間斷式運輸工藝將不能滿足出礦需要，連續式運輸工藝將占據重要地位。

采用間斷運輸工藝時，在保證連續采礦機截割效率的情況下，要提高原礦的運輸效率，應在以下方面進行改進：①提高后續配套設備的運輸能力，即在使用間斷式運輸工藝條件下增加梭車數量；②縮短后續配套運輸設備的運行距離，即縮短梭車在連續采礦機與轉載破碎機之間的距離。

2　懸臂式掘進機巷道掘進技術

懸臂式掘進機是集切割、裝載、運輸、行走于一體的掘進裝備。掘進機系統主要由懸臂式掘進機、轉載機、可伸縮帶式輸送機(或刮板輸送機)、單體錨桿鉆機、通風除塵設備及供電系統等設備組成[5-6]。它是綜合機械化掘進的關鍵設備，掘進機的性能對于提高掘進工效和掘進進尺具有重要作用。綜合機械化掘進作業線如圖2所示。

圖2　綜合機械化掘進作業線

懸臂式掘進機在截割前，需選擇、確定掘進機的截割方式。選擇截割方式應遵循以下原則：①有利于頂板的控制與維護；②以較小的截割阻力鉆進和開切；③盡量增加鉆進深度，減少截割頭的空行程；④不出大塊鹽，以有利于裝載和運輸。

一般情況下，當截割較軟的礦體時，采用左右循環向上的截割方法，即掘進機由下部進刀，采用橫向往復式截割，逐步上升至頂部；當截割稍硬巖石時，可采用由上而下左右截割的方法。不管采用何種方法，應盡可能從下而上截割。

3　鉀鹽礦巷道支護技術

鉀鹽含強腐蝕性介質，巷道圍巖中的鉀鹽腐蝕性介質對鋼錨桿及其附件腐蝕嚴重，進而引起錨桿支護的失效。最新研制出的新型高強度、耐腐蝕玻璃鋼錨網支護材料，解決了金屬支護材料易腐蝕的問題，實現了安全、高效支護。

新型玻璃鋼錨網支護特點：①玻璃鋼錨桿輕質高強。玻璃鋼的相對質量只有鐵錨桿的1/4，而強度卻能接近鋼材的水平，抗拉強度在300～1 000 MPa，可與20MnSi螺紋鋼錨桿的抗拉強度相媲美。②優良的耐腐蝕性。高性能玻璃鋼采用復合樹脂原理、新型固化劑、新型防銹顏料、無溶劑配方工藝、硅烷偶聯劑等技術，使該產品在防腐性能上具有很大優勢。根據復合樹脂原理，2種樹脂混合后，其成品性能將互為改性，用環氧樹脂和呋喃樹脂共聚合，產物兼有環氧樹脂和呋喃樹脂的優點，耐腐蝕性能強，錨網支護較其他配套零件(如錨網、托盤、鋼帶等)都具有優良的防腐蝕性能。

4　固體鉀鹽礦山技術與裝備標準制定

連續采礦機機械化開采技術、懸臂式掘進機巷道掘進技術在固體鉀鹽礦開采中取得良好應用，不僅提升了機械化水平，而且提高了資源回收率，降低了勞動強度，為固體鉀鹽礦開采開辟了新途徑，但是機械化開采未形成規模化、集約化、規范化，還缺乏關于開采技術與設備應用的標準規范。因此，當前亟需一套固體鉀鹽礦開采技術標準，以實現鉀鹽礦山高效、集約化生產，重點解決好鉀鹽礦井生產的開采技術、掘進技術、成套設備配套選型、通風、支護等關鍵技術。

中國煤炭科工集團太原研究院有限公司已開展固體鉀鹽礦開采技術與裝備標準體系的研究及相關重要標準的制定工作，該項目完成后將填補鉀鹽行業沒有技術標準的空白，該系列標準制定后能夠推動我國連續采礦機開采技術、懸臂式掘進機掘進技術的開發及推廣應用，為鉀礦開采企業的機械化、規模化、集約化提供技術支撐，確保鉀鹽礦井高效、安全生產。

5　問題與建議

(1)開采工藝方面。固體鉀鹽礦山地下開采、開拓方式、采準布置以及工作面的設計均采用非煤礦山設計方法，由于采礦技術及設備的限制，鉀鹽礦床目前開采效率低下，無法滿足鉀肥生產的需求。懸臂式掘進機、連續采礦機短壁機械化開采裝備與工藝在煤礦應用已經成熟，因此，在鉀鹽固體礦床的開采工藝設計中應充分考慮新設備、新工藝的結合和應用，加大對開采工藝和設備配套技術方面的研究。

(2)設備研發方面。懸臂式掘進機及連續采礦機在鉀鹽礦山中的成功應用，標志著煤礦開采裝備在非煤礦山中的應用是可行的。由于設備是根據煤礦條件進行設計的，在未來的研發中，根據鉀鹽礦開采條件，可設計出適合于鉀鹽礦床開采的機型。

(3)設備應用方面。由于固體鉀鹽礦主要成分為鉀石鹽和光鹵石，對設備具有腐蝕性，導致金屬材料整個表面或局部厚度減薄，從而影響其強度、剛度和機械物理性能。因此，先進裝備在鉀鹽礦中的應用需采取相關的防腐蝕措施。

(4)設備大修方面。未來幾年內，老撾鉀鹽開采礦井將不斷投入生產，設備數量將不斷增加，設備維護、維修、保養將成為重點。

[1]朱延浙.老撾萬象平原鉀鹽礦床[J].地質與資源，2008(1)：45-49.

[2]續培信.老撾萬象鉀鹽礦開采方法的探討[J].中國井礦鹽，2005(4)：28-31.

[3]任明忠.老撾萬象平原鉀鎂鹽礦區開采技術條件研究[J].云南地質，2004(2)：179-187.

[4]石亮，郝萬東，江小軍，等.固體鉀鹽地下開采工藝與設備配套技術研究[J]. 金屬礦山，2015(12)：46-49.

[5]張常青.懸臂式掘進機在鉀鹽礦開采中的應用[J].煤礦機械，2013(4)：214-216.

[6]肖柏林，楊志強，高謙.懸臂式硬巖掘進機在老撾某鉀鹽礦的應用[J].礦業裝備，2014(10)：116.

Use of New Process, New Technology and New Equipment in Solid Potash Mining

ZHOU Maopu, SHI Liang

(CCTEG Taiyuan Research InstituteShanxi Taiyuan030006)

An introduction is given to the application situation of new process, new technology and new equipment, which take continuous mining machine and cantilever excavator as their lead, and new approach is opened up for mining of solid potash deposits. At present the study of mining technology and equipment standards system of solid potash mining and establishment of relevant important standards are carried out, the completion of the project will fill the void that potash salt industry has no technical standard, promoting development and popularization and application of mining technology with continuous mining machine, and roadway tunneling technology with catilever excavator in China, providing technical support for potassium ore mining enterprises engaged in mechanization, scale operation and intensification.

solid potash minecontinuous mining machinecantilever excavator

中國煤炭科工集團太原研究院自立項目(M2016-01)。

周茂普(1962—)，男，研究員，主要從事固體鉀鹽機械化開采技術與裝備研究；13994214836@126.com。

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1006-7779(2016)03-0069-03

2016-04-08)