無軌采礦技術在云錫低品位礦山規模化開采中的運用

高常華

(云南錫業股份有限公司)

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無軌采礦技術在云錫低品位礦山規模化開采中的運用

高常華

(云南錫業股份有限公司)

云錫低品位礦山為實現高效率、規模化開采，提高礦山經濟效益和采礦技術水平，在所屬礦山依托先進高效采礦裝備，采用了無軌機械化采礦技術與工藝。經過近5 a的探索與生產實踐，無軌機械化采礦技術與工藝在緩傾斜薄礦體、緩傾斜中厚礦體、傾斜及急傾斜中厚礦體得到了成功運用。分別從無軌設備的引進、采礦技術與工藝的研究與實踐、運用效果等方面進行了詳細分析，并對實踐中存在的問題進行了探討，為類似礦山提供參考。

無軌采礦技術采礦工藝低品位礦山規模化開采

擁有百年開采歷史的云錫礦山主要位于個舊東部礦區，其地下資源豐富，主要金屬有錫、銅、鉛、鋅、鎢等，礦區內仍具有良好的找礦前景。礦山采掘數十年來一直延用風動手持鑿巖機、電動裝巖機等傳統設備，但隨著礦山發展要求的不斷提高，傳統有軌開采系統和采礦工藝將難以適應礦山發展。一方面采礦效率低、生產成本高，已嚴重影響礦山的經濟效益；另一方面為盤活礦山現有的大量低品位資源，實現規模化開發利用已成為云錫礦山實現可持續發展的關鍵。2011年云錫礦山與高等院校和研究院所合作開展了采礦技術攻關，采用以鏟運機為核心的無軌采礦裝備，對礦山主要賦存的低品位礦體的3種類型(緩傾斜薄礦體、緩傾斜中厚礦體、傾斜及急傾斜中厚礦體)采用無軌機械化開采技術與回采工藝。經過近5 a的研究及生產實踐，采礦工效、生產成本等技術經濟指標顯著提高，盤活利用低品位資源近200萬t，并形成了一套規模化開發利用低品位資源的采礦關鍵技術。

1　無軌設備及配置

云錫礦山2011—2015年配置了鏟運機、鑿巖臺車、礦用卡車、錨桿臺車及輔助設備共計268臺(套)，總投資42 557萬元。鏟運設備為阿特拉斯ST-2D型2 m3和安徽銅冠TCY-2A型2 m3柴油鏟運機，鑿巖設備為阿特拉斯K41型和安徽銅冠T-100型環形潛孔鉆機，運輸設備為阿特拉斯MT2010型20 t礦用卡車和安徽銅冠JZC-12型12 t運礦卡車，輔助設備為澳大利亞捷肯MK5型混凝土濕噴臺車(表1)。

表1　云錫礦山2011—2015年無軌設備配置

2　無軌機械化采礦技術及工藝

云錫礦山為錫-銅多金屬礦床，以花崗巖接觸帶矽卡巖礦床、變基性火山巖型銅(金)礦床為主，前者主要產于花崗巖與碳酸鹽巖圍巖的接觸帶部位，礦體呈透鏡狀、似層狀與陡傾斜柱狀產出；后者主要產于變基性火山巖與大理巖交界面以及變基性火山巖內，礦體呈層狀、多層狀產出。

2.1緩傾斜薄礦體

緩傾斜薄礦體儲量占總量的35%，本研究選擇新山礦段大白巖1-9#礦體采用無軌連續采礦全面法進行生產實踐(圖1)。

圖1　無軌連續采礦全面法示意1—有軌運輸平巷；2—采場溜井；3—主斜坡道；4—出礦進路；5—回風巷道；6—爆下礦石；7—炮孔；8—回填廢石；9—鏟運機；10—盤間柱

(1)盤區布置。沿礦體走向設置盤區，盤區長80 m，寬40 m，走向上盤區間預留盤間柱(寬12 m，高為礦體厚度)，傾向上不留間柱。在盤區內沿走向布置4個礦房，礦房長80 m，寬10 m。

(2)工程布置。在盤間柱內沿礦體傾向下盤脈內布置主斜坡道，主斜坡道側向布置采場溜井與下部有軌運輸平巷聯通。在首采礦房內沿礦體走向下盤脈內布置出礦進路，其端部沿礦體傾向布置回風巷道與主回風系統連通。

(3)回采工作。①回采順序，盤區及礦房由中央向兩翼沿走向回采，盤區退采順序由下至上逆傾向推進，礦房內采用前進式開采，在一個回采單元內為確保落礦、搬運、充填等工序各自具有相對獨立的作業空間，各工序分別在不同礦房內交替連續進行，落礦與搬運相互錯開20～30 m，超前空區充填2個礦房；②鑿巖爆破，選用DD210型鑿巖臺車，孔徑43 mm，孔深3.6 m，排間距1.0 m，孔間距0.8 m，由盤間柱開始，工作面呈直線型推進,全高3～5 m一次性回采，礦房間不留礦柱一步驟連續回采。炸藥使用φ38 mm 2#巖石銷銨炸藥，人工裝藥；非電導爆管毫秒微差雷管、磁電雷管引爆,每次落礦寬度為礦房寬度10 m、高為礦體厚度，炮孔數30～50個，一次崩礦量300～500 t；③礦石搬運，選用TCY-2 型2 m3鏟運機在采場鏟裝，當搬運距離小于150 m 時用鏟運機直接搬運，當搬運距離大于150 m時用JZC-12型12 t礦用卡車輔助搬運，礦石卸入采場溜井后，由下部有軌運輸平巷運出坑外；④采場通風，新鮮風由中段主平硐進入，經盤區主斜坡道、出礦進路到達采場工作面，實測風速為0.54 m/s，洗刷工作面后的污風經礦房端部回風巷道回入上部回風道，進入主回風系統排出地表；⑤頂板管理，通過廢石充填采空區進行采場地壓管理，確保空場狀態下落礦、搬運、充填過程中的頂板安全，采用JZC-12型12 t礦用卡車運輸廢石，鏟運機輔助充填，但須滯后回采工作面2個礦房，避免落礦和出礦時造成貧化，充填順序與礦房回采順序一致[1-2]。

(4)設備配置。按一個回采單元(盤區)進行配置，山特維克DD210型鑿巖臺車1臺，安徽銅冠TCY-2型2 m3鏟運機1臺、JZC-12型12 t礦用卡車2輛。

(5)經濟技術指標。緩傾斜薄礦體的主要采礦技術經濟指標(2015年)見表2。

表2　緩傾斜薄礦體主要技術經濟指標

2.2緩傾斜中厚礦體

緩傾斜中厚礦體儲量占總量的40%，本研究選擇白龍井礦段29-4#礦體采用有底部結構分段空場法進行生產實踐(圖2)。

圖2　有底部結構分段空場采礦法示意1—有軌運輸平巷；2—采場溜井；3—主出礦進路；4—出礦進路；5—出礦聯道；6—分段鑿巖聯道； 7—分段鑿巖巷道；8—回風聯道；9—端部回風井；10—切割井；11—切割橫巷；12—中深孔；13—爆下礦石

(1)礦房布置。沿礦體走向設置盤區，盤區長65 m，寬48 m，盤區間留連續間柱，寬3 m，下部沿走向留7 m寬連續礦柱。在盤區內沿傾向布置4個礦房，礦房長65 m，寬12 m，底部結構高8 m，漏斗間距9 m，分段高10 m。

(2)工程布置。沿礦體走向在連續礦柱內布置鏟運機主出礦進路，其側向布置采場溜井，向下與有軌運輸平巷聯通，向上布置分段鑿巖聯道及分段鑿巖巷道，在分段鑿巖巷道端部布置切割橫巷和切割井；在主出礦進路內沿礦體傾向布置出礦進路，端部巖石中布置盤區回風聯道及上向回風井；在礦房底部布置出礦聯道和底盤漏斗。

(3)回采工作。①回采順序，礦體由西至東沿走向退采，礦房內由南至北回采，上分段超前下分段8～10 m同步回采，先回采切割槽，采用切割橫巷與切割井聯合拉槽，礦房回采完畢后，采用K41型單臂臺車及時對底柱以5 m為一個落礦步距由內向外進行回采；②鑿巖爆破，礦房選用YGZ-90型鉆機施工上向扇形中孔，底柱采用K41型單臂臺車施工淺孔,中孔φ90 mm，邊孔角5°，排距1.8～2 m，孔底距2.8 m，孔深小于10 m，淺孔φ43 mm，炸藥均為2#巖石銷銨炸藥，中孔采用BQF-100型裝藥器裝藥，非電導爆管毫秒雷管、導爆索聯合多排分段爆破；③礦石搬運，由于搬運距離較短，出礦選用阿特拉斯ST-2D型2 m3柴油鏟運機在底部結構直接鏟運卸入采場溜井，由下部有軌運輸平巷運出坑外；④采場通風，新鮮風由主出礦進路和各分段鑿巖聯道進入采場工作面，污風由采場端部回風聯道經回風井進入主回風系統排出地表；⑤頂板管理，隨著礦房礦柱回采完畢，利用周邊掘進工程的廢石，用ST-2D型2 m3鏟運機鏟運廢石對采空區進行充填，順序由南至北逐步推進。

(4)設備配置。按一個回采單元(盤區)進行配置，阿特拉斯K41型電動單臂臺車1臺，YGZ-90型鉆機2臺，阿特拉斯ST-2D型2 m3鏟運機1臺。

(5)經濟技術指標。緩傾斜中厚礦體的主要采礦技術經濟指標(2015年)見表3。

表3　緩傾斜中厚礦體主要技術經濟指標

2.3傾斜、急傾斜中厚礦體

傾斜、急傾斜中厚礦體儲量占總量的20%，本研究選擇高峰山礦段1-1#礦體中盤區采用采礦環境再造階段空場連續采礦法進行生產實踐(圖3)。

(1)礦房布置。礦房沿礦體走向劃分、垂直走向布置。結合生產實際，確定暴露面積不大于2 000 m2。礦房寬20 m，長100m，高為礦體厚(20～30 m)；在各盤區中設置人工礦柱以控制頂板暴露面積，寬10 m，高為礦體厚度。

(2)工程布置。沿礦體走向布置中段運輸平巷、主出礦聯道、切頂聯道、充填聯道、端部回風聯道，中段運輸平巷與主出礦聯道用溜井連通，垂直于礦體走向布置切頂進路、充填進路，中間用充填井聯通。在礦房沿礦體底板長軸方向布置出礦進路、出礦聯道、其端部布置切割橫巷和切割井。在礦柱沿礦體底板下10 m的高度沿礦房長軸方向布置出礦進路、出礦聯道、拉底巷道，其端部布置切割橫巷和切割井。

(3)回采工作。①回采順序，總體順序由中央向兩翼依次退采，先采礦柱后采礦房，將礦柱用塊石膠結充填形成人工礦柱，在兩礦柱間再進行礦房回采；礦柱的拉底工作在礦體內進行，寬為礦柱寬度、高3 m；礦房的拉底工作在底盤圍巖體內進行，采用“V”型塹溝方式進行拉底，高8 m，寬10 m；礦房(柱)均采用普通全面法進行切頂、錨桿護頂，切頂寬度為礦房寬度(3.5～4 m)；②鑿巖爆破，采用T-100型潛孔鉆機下向施工垂直炮孔，孔深20 m，孔徑90 mm，排距2 m，孔間距1.5 m，爆破采用粉狀乳化炸藥,諾曼特裝藥臺車裝藥，非電導爆管毫秒雷管、導爆索聯合多排分段爆破；③礦石搬運，出礦選用阿特拉斯ST-2D型2 m3柴油鏟運機直接鏟運卸入采場溜井，由下部有軌運輸平巷運出坑外；④采場通風，新鮮風由斜坡道通過沿走向的出礦聯道、切頂聯道、充填聯道，經相應的各條進路進入作業點，清洗工作面后的污風由端部回風聯道回到上部回風系統排出地表；⑤頂板管理，礦房回采完畢后，充分利用周邊及上部生產區掘進工程的廢石，用JZC-12型12 t 礦用卡車運輸至礦房上部，對采空區進行廢石充填，充填順序隨礦房回采由中央向兩翼推進。

(4)設備配置。按一個盤區配置，阿特拉斯ST-2D型2 m3鏟運機2臺，阿特拉斯MT2010型20 t礦用卡車2輛，T-100型高氣壓環型潛孔鉆機2臺，阿特拉斯K41型電動長臂鑿巖臺車2臺，山特維克235錨桿臺車1臺，諾曼特Charmec605A藥裝藥臺車1臺。

圖3　采礦環境再造階段空場高效連續采礦法示意1—中段運輸平巷；2—溜井；3—主出礦聯道；4—出礦進路；5—出礦聯道；6—拉底巷道；7—切頂聯道；8—切頂進路；9—切割橫巷及切割井； 10—端部回風聯道；11—充填聯道；12—充填進路；13—充填井；14—中深孔；15—崩落礦石；16—護頂錨桿；17—塊石膠結充填體

(5)技術經濟指標。傾斜、急傾斜中厚礦體的主要經濟技術指標(2015年)見表4。

表4　傾斜、急傾斜中厚礦體主要技術經濟指標

3　效果分析

云錫無軌機械化采礦技術與工藝以無軌采礦裝備的推廣應用為基礎，于2011年9月在云錫礦山實施以來，歷經5 a探索與生產實踐，有效推動了云錫采礦技術的發展，礦山采礦效率成倍提升，經濟效益顯著。

(1)無軌設備的機動靈活性得到了充分發揮，有效簡化了礦石搬運及輔助運輸環節，減少了礦山輔助作業人員。同時無軌產能得以快速提升，由2011年24萬t(占公司開采總量的4%)提高至2015年283萬t(占公司開采總量的46%)，無軌開采平均產能達到8 600 t/d。

(2)低品位資源得到了有效開發利用，無軌機械化采礦技術與工藝在不同開采條件的成功運用，由于采礦工效的提高及生產成本的降低，將礦山多年來無開采經濟效益的低品位資源盤活利用，僅2015年盤活的低品位錫、銅、鎢資源量高達196萬t，大幅度提高了資源利用率。

(3)礦山生產布局進一步優化。無軌機械化開采礦房的生產能力由傳統60～80 t/d提高至200～250 t/d，單位面積產能的提升使礦山的生產布局徹底擺脫了多中段、多盤區、多礦房同時開采相互影響的被動局面。

(4)經濟技術指標顯著提升。公司全員實物勞動生產率由2011年635 t/(人·a)提高至2015年1 084 t/(人·a)，提高58%；采礦工效由2011年6.4 t/(工·班)提高至2015年10.9 t/(工·班)，提高71%；損失率由2011年9.4%下降至2015年8.5%，下降10%；千噸采切比下降20%～50%，采礦成本總體下降10%～20%。

(5)無軌采礦裝備的使用，促進了采礦工藝的變革，打破了多年來井下采空區廢石充填的傳統模式，采取重力充填與機械充填相結合的充填方式，提高了采空區的充填質量。5 a累計完成井下采空區廢石充填180.3萬m3，實現采空區廢石利用與地壓控制的有機結合。主要經濟技術指標(2015年)見表5。

表5　云錫礦山無軌機械化開采主要技術經濟指標

4　存在問題及改進方向

(1)隨生產區域向深部及外圍拓展，提升運輸生產系統無法滿足無軌規模化開采的需要，礦石提升及礦用卡車重車上坡運輸成本偏高、效率低。為此，需構建完善的礦石下行運輸系統，減輕礦石提升及礦用卡車的運輸壓力，有效降低礦石運輸成本。

(2)隨著大量無軌柴油設備進入坑下，通風系統已嚴重制約無軌規模化開采的持續推進，為此，一方面應加快生產區域通地表3口回風井的施工建設，爭取年底建成投入使用，另一方面與相關環保科技公司合作對井下柴油設備尾氣進行凈化處理，降低工作面污染。

(3)對于復雜開采技術條件下的無軌開采研究深度欠缺，重點是礦巖均松散的礦體，其底部結構的建立與維護、采場護頂措施及采場地壓控制、大斷面井巷工程掘進與支護、中深孔施工及護孔措施等問題的存在，導致采礦成本增加，貧化損失指標升高。為此，有必要與科研院校加強技術合作，目前部分研究成果已進入生產試用階段。

(4)公司無軌設備種類較多、型號復雜，導致設備管理難度大、備品備件供給困難、維修維護工作量大，嚴重影響了設備的運行效率；部分無軌設備通過生產實踐后，無法較好地適應礦山生產需要，造成閑置。為此，應加強無軌設備統型研究及生產實踐，推進無軌設備向系列化的高效、節能、安全、環保、自動化及智能化等方向發展；減輕備品、備件供給壓力，培養專業維修隊伍，提升維修技能，保障無軌設備的高效運行。

[1]古德生,李夕兵.現代金屬礦床開采科學技術[M].北京：冶金工業出版社，2006.

[2]羅周全，古德生.地下礦山連續開采技術研究進展[J].湖南有色金屬，1995(2)：10-12.

Application of the Trackless Mining Technique in Large-scale Mining of the Low-grade Mines of Yunnan Tin Co.,Ltd.

Gao Changhua

(Yunnan Tin Co.,Ltd.)

In order to achieve the goal of high efficiency and large-scale mining,improving the mine economic benefits and mining technical level of the low-grade mines of Yunnan tin Co.,Ltd.,based on the advanced and efficient mining equipment,the trackless mechanized mining technique and process are adopted of the low-grade mines of Yunnan tin Co.,Ltd.The study results and application production results of nearly 5 years show that the the successful application results of the trackless mechanized mining technique and process in slowly inclined thin ore-bodies,slowly inclined medium thick ore-bodies,inclined and steeply inclined medium thickness ore-bodies are obtained.The introduction of trackless equipment and the study and application of mining technique and process are analyzed in detail,besides that,the application results and the existing problems during the process of mining practice are also discussed,to provide some reference for the similar mines.

Trackless mining technique,Mining process,Low-grade mine,Large-scale mining

2016-06-06)

高常華(1973—)，男，工程師，661000 云南省個舊市金湖東路121號。