大型綜合設備聯合開采在金屬礦中的應用

李紅強

湖南漣邵建設工程（ 集團） 有限責任公司，湖南長沙 410000

我國的金屬礦產資源豐富，分布廣泛，目前已探明儲量的礦產有54種，許多礦產儲量居世界前列。我們的金屬礦產開采工藝及技術水平仍處于探索發展階段，需要不斷開拓創新，舉國家之力攻堅克難。下面將簡要概述一下金屬礦的開采工藝及技術方法，以此為基礎展開大型綜合設備聯合開采在金屬礦中的應用研究。

1 簡要概述金屬礦的開采工藝及技術方法

金屬礦山的開采方式主要有露天開采、地下開采、地下與露天聯合開采。露天開采是通過采、裝、運設備的綜合應用，從事敞露空間的采礦作業，地下開采則是通過地下巷道工程將礦床劃分為井田、盤區、礦段來進行采礦作業，地下與露天聯合開采則是淺部或上部采用露天開采方式，而深部或下部采用地下開采方式。金屬礦山的開采方式需要根據礦體的規模、空間分布、埋藏深度、地形地貌、產狀、施工工藝、機械裝備等因素進行綜合評估。

1.1 陡幫開采

陡幫開采是加陡露天礦剝巖工作幫所采用的工藝方法、技術措施、采剝程序的總稱。它具有剝離量小、建設周期短、基建工程量少、最終邊坡暴露時間短等優點，主要針對凹陷露天礦初期剝巖量比較大、生產剝采比大于平均剝采比這一特點，能夠有效均衡生產周期的剝采比、推遲部分剝巖量，從而節約基礎建設投資成本。陡幫開采的作業方式主要有組合臺階開采、工作臺階追尾式采剝、傾斜條帶式開采、并段穿爆分段采裝等四種。陡幫開采的適用條件主要有：開采傾角大的礦體、開采形狀為上小下大的礦體、開采剝離洪峰期和剝離洪峰期尚未到達的礦體。這些礦體類型都有利于發揮陡幫開采的優勢，更好地進行開采作業。陡幫開采在相同采礦量的基礎上，更加靈活有效。我國已經將陡幫開采列入國家科技攻關項目，并且取得了不錯的實踐成果，眼前山、紫金山、金堆城等項目均采用了陡幫開采技術工藝[1]。

1.2 松土機-鏟運機開采

松土機-鏟運機的開采工藝在鋁土礦開采上應用較多，運用松土機進行松散和破碎巖石，從而代替鑿巖爆破，而鏟運機進行裝載、運輸、卸載工作。它具有工藝簡單、一機多用等優點，能夠實現分層開采、分層排土，是理想的排土、復墾一體化工藝?，F階段，松土機-鏟運機開采技術在孝義鋁礦的研究開采實驗中取得了不錯的效果，目前已經面向全國推廣。

1.3 高臺階開采

高臺階開采工藝在國外發展較為成熟，我國的研究應用起步較晚，實際運用缺乏經驗。隨著金屬礦開采的設備大型化和自動化發展，鐵礦裝備水平有了大幅度的提高，十立方以上大型挖掘設備運用增多，從而為高臺階開采工藝的實踐提供了條件。高臺階開采是國家八五科技攻關項目，通過南芬鐵礦的開采試驗數據表明，18m高臺階開采的單位成本可以降低約6%左右，動態效益每年可以節省一千萬元左右，高臺階開采技術的應用對金屬礦經濟效益的保障是非常可觀的[2]。

1.4 陡坡鐵路

陡坡鐵路的運輸方式能更好的解決深凹露天礦的開拓運輸問題，通過陡坡鐵路的應用，能夠保證鐵路運輸進入更深的地方，從而降低基建和運輸成本。據研究數據表明，陡坡鐵路可以使礦山基礎建設工程減少2.5%，汽車集運量減少1.5%，運輸距離縮短30%，采場向上提升礦巖的費用降低20%，同時減少了線路的移道工程量。陡坡鐵路技術已列入“十五”國家科技攻關項目，目的是將鐵路坡度由30%提升到40%。

1.5 間斷-連續開采

20世紀末，我國的齊大山鐵礦建成了采場內可移動式礦巖破碎-膠帶運輸系統，這是我國深凹露天礦開采工藝取得先進水平的重要標志。間斷-連續開采工藝充分發揮了汽車和膠帶機的優點，通過電鏟在工作面裝載礦石，然后經汽車運輸和破碎機破碎后用膠帶運輸機將礦石運出。這種采礦工藝已經在我國的東鞍山、大孤山等鐵礦和德興銅礦取得了不錯的應用成果。

1.6 地下開采

地下開采是金屬礦聯合開采的基本組成部分，以地壓管理方法為依據劃分為自然支護采礦法、人工支護采礦法、崩落采礦法三大類。自然支護采礦法主要依靠圍巖本身的穩固性及礦柱的支撐能力維護回采過程中形成的采空區，也可以用支架或者采下礦石作為臨時或輔助支護。人工支護采礦法是用充填材料或其他支架進行采空區維護。隨著回采工作面的推進，通過向采空區充填碎石、水泥、爐渣等材料進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，從而在充填體上或在其保護下進行回采作業。崩落采礦法是一種有計劃地崩落圍巖進行填充采空區從而管理地壓的方法，比較適用于地表允許塌陷、圍巖容易崩落的礦體[3]。

2 淺析大型綜合設備在金屬礦聯合開采中的應用

2.1 鉆孔設備應用

鉆孔機械分為鑿巖機和鉆機兩類，其中鉆機又分為井下鉆機和露天鉆機。鑿巖機主要用于中硬以上的巖石中鉆鑿直徑為20～100mm、深度在20m之內的炮孔，根據動力劃分為風動、電力、液壓、內燃鑿巖機，其中風動鑿巖機使用范圍較廣。露天鉆機根據破碎礦巖的工作機構可分為鋼繩沖擊鉆機、潛孔鉆機、牙輪鉆機、旋轉鉆機等。

2.1.1 液壓頂錘鉆機

液壓頂錘鉆機通過露天鉆車和鉆機的配合，能夠有效提高鉆孔直徑，從而提高鉆孔的效率。目前，液壓頂錘鉆機被全球幾家大型生產企業所壟斷，Sandvik公司的Herbert4000鉆車與HL4000液壓頂錘機能夠將鉆孔直徑提高到275mm。

2.1.2 潛孔鉆機

潛孔鉆機在鑿巖過程中將沖擊器潛入孔內，從而減小由于釬桿傳遞沖擊功所造成的能量損失，減少孔深對鑿巖效率的影響。我國常用的地下礦山潛孔鉆機類型主要有YQ-80、QZ-165、YQ-100等，通過沖擊器與潛孔鉆機的配合，能夠有效提高鉆孔直徑，從而提升鉆孔效果，SmartRig ROC D65潛孔鉆機和DI600潛孔鉆機是目前比較先進的產品。

2.1.3 牙輪鉆機

經過幾十年的發展，露天穿孔經歷了磕頭鉆、噴火鉆、潛孔鉆等設備的更新換代，目前，當屬牙輪鉆機在大、中型露天礦中應用較為廣泛，它具有鉆孔孔徑大、穿孔效率高等優點，主要用于露天礦山200mm以上的炮孔鑿巖作業。牙輪鉆機的主要發展趨勢有：鉆孔直徑加大；軸壓力、鉆機重量、回轉功率加大，實行強化鉆進；鉆機自動化水平不斷提高；電力傳動采用靜態控制驅動交、直流電機；使用高鉆架長鉆桿；牙輪鉆頭壽命不斷提升；PLC-視屏系統的運用等。我國的牙輪鉆機發展起步較晚，美國、俄羅斯、日本已經實現了批量生產，其中美國的設計制造水平最優，59R型牙輪鉆機和320XPC牙輪鉆機的應用比較普遍，鉆孔孔徑能夠達到559mm[4]。

2.2 挖裝設備應用

2.2.1 液壓挖掘機

液壓挖掘機是一種綜合性機械設備，在礦山采掘、電力工程、交通運輸、水利工程等方面的施工中有著廣泛應用，主要結構有發動機、液壓系統、工作裝置、行走裝置、電氣控制等部分構成，具有環境適應能力強、鏟斗容量大、挖掘力強、系統監控能力強等優點，大有取代電動挖掘機的趨勢。

2.2.2 電動挖掘機

電動挖掘機是目前金屬礦山采挖的主流設備，它具有自身裝載量大的優點，目前正朝著超容量更大、更穩定的方向發展。

2.2.3 輪式裝載機

輪式裝載機對礦山、煤炭、國防、水利、鐵路、公路、港口碼頭等場所的鏟土運輸作業承擔著重要作用，主要是對松散物料進行鏟裝及短距離運輸。在金屬礦山的作業中，體現出速度快、效率高、自重輕、機動靈活、便于維修、操作簡單等優點。

2.3 運輸設備應用

運輸設備的載重量決定了金屬礦物的運輸成本，所以運輸設備朝著大載重的方向發展。金屬礦山的運輸分為有軌運輸和無軌運輸，比如礦井機車運輸、鋼絲繩運輸屬于有軌運輸，礦用輸送機運輸、水力運輸、架空索道運輸屬于無軌運輸。礦石地下運輸是指回采工作面到出礦天井或采區礦倉之間的運輸，主要由電動機車或輸送機進行運輸。礦石提升指的是井底車場至井口間的運輸，主要通過鋼絲繩、卷揚機、提升容器、皮帶運輸車、自卸汽車等設備進行提升。礦石地表運輸是指運用電機車、架空索道、鐵路、汽車等方式進行遠程運輸[5]。

3 結語

綜上所述，大型綜合設備聯合開采在金屬礦中的應用是大勢所趨，是世界各國采礦業研究發展的核心內容。本文針對大型綜合設備聯合開采在金屬礦中的應用展開研究，希望起到拋磚引玉的作用，為我國金屬礦產資源的開采工作提供一定的實踐意義，更好地推動采礦行業的發展。

[1] 張艷.現代金屬礦山采礦設備的發展討論[J].科技風，2014（16） ：124.

[2] 牛勇.有色金屬礦山中機械設備的應用[J].科學與財富，2017（32） ：128.

[3] 袁順福.采礦設備大型化與智能化的應用研究[J].科技創新與應用，2014（14） ：122.

[4] 章林.我國金屬礦山露天采礦技術進展及發展趨勢[J].金屬礦山，2016（7） ：20-25.

[5] 李東明，許可.現代先進技術在采礦設備的應用與發展[J].現代礦業，2011（10） ：1-3，10.