小型地下礦山井巷掘進與回采機械化建設存在問題及對策

李富偉++李廣++陳淼

【摘 要】通過對我國地下礦山及國內外礦山裝備制造企業的調研，重點研究分析了機械化程度較低的井巷掘進和回采等關鍵生產工序，提出了以安全高效、機動靈活為原則，優先采用無軌機械化采礦裝備，開展小型金屬非金屬地下礦山機械化建設。

【Abstract】Through the investigation of underground mine and mine equipment manufacturing enterprises at home and abroad， the key production processes such as shaft and drift excavation and recovery with lower mechanization degree are emphatically studied and analyzed. Based on the principle of safety， efficiency， flexibility and flexibility， the trackless mechanized mining equipment is adopted to carry out mechanized construction of small metal and nonmetal underground mines.

【關鍵詞】機械化；井巷掘進；回采

【Keywords】mechanization； shaft and drift excavation； recovery

【中圖分類號】TD 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0162-04

1 引言

截止到2016年，金屬非金屬地下礦山持證總數為5748座，其中：小型地下礦山數量為4927座，占總數的85.7%，由此可見，小型地下礦山占地下礦山總數的比重大。因此在小型地下礦山推廣機械化建設，能整體提升地下礦山機械化程度和安全生產水平。

為全面了解我國小型金屬非金屬地下礦山的機械化建設水平，調研和分析了我國地下礦山以及國內外礦山裝備制造企業的現狀，重點研究分析了機械化水平低、人員集中作業、安全隱患大的井巷掘進、回采等生產工序，結合大中型地下礦山的成功應用案例，分別提出了小型地下礦山機械化建設對策。

2 井巷掘進

2.1 豎井掘進

2.1.1 現狀分析

目前，小型地下礦山豎井掘進基本采用手持式鑿巖機鉆孔，鉆孔深度在2m以內，其每循環鑿巖時間長，作業效率低。部分中型地下礦山選用傘形鉆架，配備氣動鑿巖機或液壓鑿巖機，實現鉆孔機械化，工人只需操縱各種控制閥即可。如：內蒙古某銅礦 3號主井使用FJD-6型傘型鉆架配備YT28鑿巖機，鑿巖效率高。

小型地下礦山豎井掘進裝巖大多采用人工手持鐵鍬裝巖方式，裝巖效率低，勞動強度大。為提高效率，大中型地下礦山的豎井掘進基本采用抓巖機裝巖。當巖層穩定時，一般采用HK型靠壁式抓巖機裝巖；當巖層較破碎時，一般采用HZ型中心回轉式或HH型環形軌道式抓巖機。

2.1.2 機械化建設對策

為提高小型地下礦山普通法豎井掘進的機械化水平，依據大中型地下礦山的普通法豎井掘進的技術方案，采用多臂式傘形鉆架、抓巖機機械化裝備，并配套自動排渣設備，實現豎井掘進機械化作業。其中，穩定巖層采用靠壁式抓巖機；破碎巖層采用中心回轉式或環形軌道式抓巖機。當條件受限時，可采用基于環形鉆架的支腿式鑿巖機。

2.2 斜井（斜坡道）及平巷掘進

2.2.1 現狀分析

小型地下礦山斜井（斜坡道）及平巷掘進一般采用氣腿鑿巖機進行鑿巖，人工炮棍裝藥爆破，礦用挖掘式裝載機、耙斗裝巖機或鏟斗裝巖機出渣，斜井出渣采用提升機（提升絞車）牽引礦車，平巷出渣采用電機車牽引礦車。所調研的大部分礦山采用上述方法進行斜井及平巷掘進，如：湖南某礦斜井掘進選用YT24型鑿巖機鑿巖，P-30B型耙斗裝巖機裝礦，提升絞車牽引0.75m3礦車出渣；平巷掘進選用Z-30型裝巖機裝巖，3t電機車牽引礦車出渣。

少數地下礦山采用輪胎式裝載機和“地下運礦車”，實現了掘進出渣的無軌化，但其選用的設備均為非井下專用無軌設備，制動及安全防護不符合要求，存在較大的安全隱患。

2.2.2 機械化建設對策

為提高其掘進效率和安全水平，建議采用安全高效、機動靈活的無軌掘進方式：采用礦山井下專用的輪胎式、履帶式、軌輪式等掘進臺車進行鑿巖，井下裝藥臺車進行裝藥，地下鏟運機、礦用輪胎式裝載機出渣，或礦用挖掘式裝載機、鏟斗裝巖機、耙斗裝巖機等裝載設備與礦車等其它運輸設備配套出渣，實現斜井（斜坡道）及平巷掘進的連續機械化作業。

2.3 天井（溜井）掘進

2.3.1 現狀分析

天井（溜井）掘進主要方法有普通法、吊罐法、爬罐法、深孔分段爆破法、天井鉆機鉆井法。目前，國內小型地下礦山主要采用傳統的普通法、吊罐法進行天（溜）井掘進，不僅作業條件差、勞動強度大，而且掘進速度慢、效率低等問題，具有較大的安全隱患；爬罐法和深孔爆破法在我國地下礦山的應用較少。

吊罐法是在上水平安裝提升絞車，鋼繩穿過中心孔與吊罐掛接，在吊罐上完成鑿巖裝藥作業后，下放吊罐，再進行爆破；下水平采用裝巖機出渣。吊罐法掘進天井設備簡單，但其安全性較差，工作面條件差，鉆孔偏斜較難控制，適用于中等穩固以上的巖層，掘進高度不大于60m的天井。

我國部分中型地下礦山選用爬罐法掘進天井，如：甘肅某礦采用瑞典阿利馬克公司生產的STH-5型天井爬罐，一般每班掘進一個循環，進尺1m～1.5m，但其設備較復雜、初期投資大，輔助時間長，操作技術要求較高。endprint

深孔爆破法是用深孔鉆機在天井斷面內鉆鑿一組平行炮孔，從上水平裝藥，自下而上分段（2 m～5m）爆破，其優點是工人不進入工作面，作業條件相對好，缺點是鉆孔偏斜難以控制，僅適用于無破碎帶較穩定巖層。如：湖南某礦的天井掘進采用深孔爆破法。

近年來，我國成功研制出的天井鉆機，可實現天井（溜井）的機械化掘進。

2.3.2 機械化建設對策

建議優先采用天井鉆機進行天（溜）井掘進，實現全深、全斷面無爆破鉆井，作業人員無需進入天（溜）井，具有掘進速度快、作業條件和安全性好等特點，可替代傳統的普通法和吊罐法。

3 回采

3.1 回采鑿巖

3.1.1 現狀分析

目前，小型地下礦山的淺孔鑿巖設備主要包括手持式鑿巖機、氣腿式鑿巖機、向上式鑿巖機，其鑿巖孔深≤5m，孔徑為30～46mm。

手持式鑿巖機用于小直徑、向下或近于水平的鑿巖作業；同時由于部分非金屬礦具有爆炸性氣體，其選用的鑿巖設備具有防爆功能，湖南某石墨礦選用ZM型防爆型手持式鑿巖設備。目前，我國手持式鑿巖機主要有Y型、YP5型、Y19A型、ZM型。小型地下礦山大多選用氣腿式鑿巖機，用于水平或帶有一定傾角的淺孔鑿巖作業，其主要型號規格為YT28，YT23，YT24，YT27，YT29A。向上式鑿巖機用于鉆鑿60°～90°向上淺孔，其主要型號為YSP45。

目前，國內生產的采礦鉆車或高氣壓潛孔鉆車主要應用于大中型地下礦山，如：江西某公司生產DWE1-24鑿巖鉆車用于最大斷面2.5 m×2.5 m的回采和掘進鑿巖。

3.1.2 機械化建設對策

為提高鑿巖效率，建議優先采用小型化輪胎式、履帶式采礦臺車進行回采鑿巖作業；條件受限時，也可采用鉆架式或立柱式鑿巖機進行回采鑿巖。對于孔深≤4m的淺孔鑿巖，機械化鑿巖設備無法進入鑿巖工作面時，可采用支腿式鑿巖機、向上式鑿巖機，但在鑿巖作業前應進行浮石處理，且應配備專用安全防護措施。

3.2 裝藥與爆破

3.2.1 現狀分析

小型地下礦山一般選用藥卷炸藥，采用炮棍人工裝藥。少數礦山采用的風動裝藥器，具有裝藥效率高（一般是人工裝藥的3倍以上）、裝藥密度大、爆破效果好等優點，主要有BQF-100Ⅱ 型、BQF-50型、BQ-100 型等裝藥器。

當人工裝藥和風動裝藥器無法滿足裝藥要求時，一般采用裝藥臺車，現主要用于大中型地下礦山，如：北京某公司等生產的BCJ系列地下裝藥車，并已用于我國地下礦山。

3.2.2 機械化建設對策

結合我國小型地下礦山裝藥作業的現狀，對于孔深≤4m淺孔裝藥作業，可采用人工藥卷裝藥；同時，為提高小型地下礦山的中深孔、深孔裝藥效率和安全水平，建議優先采用井下裝藥臺車裝藥，如：井下現場混裝粒狀炸藥車、井下現場混裝重銨油炸藥車、井下現場混裝乳化炸藥車。當條件受限，可采用BQ型、BQF型等風動裝藥器裝藥。同時，為提高地下礦山爆破的安全性和可靠性，建議采用電子雷管（電子數碼雷管）。

3.3 井下二次破碎

3.3.1 現狀分析

目前，小型地下礦山的井下二次破碎主要包括爆破破碎法、人工破碎法、機械破碎法。

小型地下礦山大多采用外敷炸藥爆破法對大塊進行二次破碎。外敷炸藥爆破法是將藥包外敷在大塊的表面，直接采用起爆器材進行爆破破碎，具有適用范圍廣、爆破效率高等特點，但存在能量不集中、能量損失較大、使用藥量大、產生的空氣沖擊波和噪音也較大等缺點。

部分礦山采用人工破碎法進行二次輔助破碎，作業人員直接手持鐵錘或手持式風錘對大塊進行二次破碎，勞動強度大，破碎效率低，且作業人員直接站立在格篩或采場工作面進行作業，存在較大的安全隱患。

目前，機械二次破碎法使用的設備主要有固定式碎石機和移動式碎石機。固定式碎石機是將機械化破碎裝備直接安裝在井下溜井口格篩旁，對大塊礦石進行二次破碎，安徽某公司生產的GTP固定式破碎機（破碎機械手）已在河南某礦應用。移動式破碎機是將液壓破碎錘及其工作臂安裝在輪胎式或履帶式運輸設備上，實現對礦山井下大塊的移動破碎，如：安徽某公司生產的GTP系列移動式破碎機（破碎機器人）主要用于河南、甘肅等大中型地下礦山使用。

3.3.2 機械化建設對策

為提高小型地下礦山的井下二次破碎的效率和安全水平，建議在井下溜井口格篩處等，優先采用礦山井下專用的固定式碎石機；在井下回采或巷道的無軌作業面等，優先采用履帶式或輪胎式等液壓碎石機。

3.4 出礦及放礦

3.4.1 現狀分析

目前，地下礦山的出礦與放礦方式主要包括無軌設備出礦、軌道設備出礦、電耙出礦、漏斗放礦、振動放礦機放礦結構等。

①無軌設備出礦

目前，小型地下礦山選用的無軌化裝礦與出礦設備主要有礦用輪胎式裝載機、地下鏟運機、礦用挖掘式裝載機。其中，礦用輪胎式裝載機、地下鏟運機可實現地下礦山的無軌化裝礦與出礦，礦用挖掘式裝載機需配套其他運輸設備，實現地下礦山的機械化出礦。

用于礦巖鏟裝及短距離運輸作業的小型地下礦山一般選用輪胎式裝載機。輪胎式裝載機是一種高效的裝礦與出礦設備，適用于工作面巷道較高的小型地下礦山，其主要型號規格ZWY-60、ZL-20等。

少量小型地下礦山選用地下鏟運機進行出礦。地下鏟運機主要用于巷道斷面較小的礦巖裝礦與出礦，與輪胎式裝載機相比，更能適用斷面較小的巷道，其中，地下電動鏟運機經濟運距一般在100m以內，地下內燃鏟運機經濟運距一般在100～200m。主要型號規格包括WJD型電動鏟運機、WJ型內燃鏟運機，最小容積的鏟運機為0.6m3。

礦用挖掘式裝載機主要用于地下礦山的裝礦作業，挖掘式裝載機具有扒取范圍廣、全斷面裝巖、不留死角、不需人工輔助清理工作面等優點；但需配套礦車與動力機車等其他運輸設備，才能實現地下礦山的裝礦與出礦，其主要型號規格為ZWY-15/15L（C）、ZWY-60/30L等。endprint

但國內研制的無軌出礦設備，主要面向大中型地下礦山，適用的工作斷面較大，不能完全滿足小型地下礦山的使用要求。

②軌道設備出礦

軌道裝巖設備主要有鏟斗裝巖機和耙斗裝巖機，與礦用挖掘式裝載機相似，需配套其他運輸設備，實現地下礦山的機械化出礦。

鏟斗裝巖機將礦石反倒于機身后面的礦車內，其結構緊湊，適應性強，操作維修簡便；但其鏟斗只能沿軌道方向作業，軌道兩邊的礦巖無法自行裝載；而且受制于前鏟后卸的方式，直接站立于鏟斗裝巖機旁邊的作業人員危險性較大，其主要型號規格為Z-20、ZQ-26等。

耙斗裝巖機裝巖是目前小型地下礦山最主要的裝礦設備。耙斗裝巖機是通過裝巖機絞車的兩個滾筒分別牽引主繩與尾繩，使耙斗做往復運動，將礦石扒進料槽，至卸料槽的卸料口卸入礦車內，從而實現裝巖作業。耙斗裝巖機結構簡單、操作方便，一般適用于平巷或30°以內斜巷，但需要通過鋼絲繩固定后方能工作，機動靈活性較差。目前，耙斗裝巖機主要型號規格為P15B、P30B等。

③電耙出礦

大多數小型地下礦山選用電耙絞車出礦。電耙的耙運距離一般在40～60m（水平耙運距離一般在40m以內，斜坡耙運距離在60m以內），其結構簡單、運行成本低、移動方便，但一般僅用于直線耙運，機動靈活性較差，其主要型號規格為2JPB-7.5、2JPB-15、2JPB-30等。

④漏斗放礦

漏斗放礦是小型地下礦山的主要放礦方式之一。漏斗放礦是將溜井內礦石通過漏斗放至礦車內，一般適用于礦石粘度較小或遇水不膨脹的礦石；但當礦石塊度較大時，卡斗的概率較高。如：貴州遵義湘江錳礦等選用漏斗放礦。

⑤振動放礦機放礦

部分小型地下礦山溜井采用振動放礦機放礦。振動放礦機是一種以振動電機為激振源的顛振型慣性振動放礦設備，主要用于溜井、漏斗等機械化放礦，具有放礦效率高、放礦均勻且易控制等優點。

3.4.2 機械化建設對策

建議優先采用地下電動鏟運機、地下內燃鏟運機、礦用輪胎式裝載機等無軌設備出礦。當有軌設備出礦時，可采用礦用挖掘式裝載機、鏟斗裝巖機、耙斗裝巖機等裝載設備，與礦車等其它運輸設備配套出礦。對于溜井放礦，建議采用振動放礦機。同時，建議相關政府部門引導國內相關礦山裝備生產企業，加強自主創新，加大機動靈活的小型無軌出礦裝備的研制。

3.5 撬毛

3.5.1 現狀分析

目前，小型地下礦山中的撬毛作業大多數采用人工撬毛方式，人工手持撬棍、鋼釬或鎬等工具敲擊井巷、工作面頂板及側幫的浮石，易發生冒頂、碎石的飛濺等危險，嚴重危害作業人員的生命安全。

近年來，隨著撬毛臺車國產化步伐加快，湖北天騰重型機械股份有限公司專門針對小型地下礦山研制了撬毛臺車，并在貴州某礦等礦山使用。

3.5.2 機械化建設對策

為提高撬毛作業的作業效率和安全水平，優先采用輪胎式、履帶式撬毛臺車進行撬毛作業，代替人工撬毛作業。

4 總結

通過對我國地下礦山企業及國內外礦山裝備制造企業的調研，研究分析我國小型地下礦山的掘進、回采等生產工序的機械化水平現狀和存在的問題，根據我國小型地下礦山品種多、規模小，地質結構復雜多變，采礦工藝使用靈活的實際情況，本著以安全高效、機動靈活為原則，推進小型金屬非金屬地下礦山機械化建設，優先采用無軌機械化采礦裝備，實現小型金屬非金屬地下礦山全盤無軌機械化開采。

【參考文獻】

【1】何正忠.我國中小型有色金屬地下礦山機械化現狀及未來對策[J].礦業研究與開發，1992（1）：64-68.

【2】何正忠.我國中小型有色金屬地下礦山機械化現狀及未來對策[J].礦山機械，2000（7）：8-10.

【3】GB 50830—2013冶金礦山采礦設計規范[S].endprint