大型采礦裝備在阿舍勒銅礦的應用

林 勇 栗盼平

(新疆哈巴河阿舍勒銅業股份有限公司 哈巴河 836700)

0 引言

中國礦業發展的一個重要特征就是礦井井型的擴大，以及產能的不斷提升，隨著長期開采的深入發展，開采深度越來越深，開采環境越來越復雜。傳統的小型生產設備已越來越難以滿足產能提升的需求。近10年來，國外礦山機械的發展，不僅在追求大型化的趨勢，明顯地轉向優化設備性能、提高設備的可靠性，實現生產作業安全、舒適、低成本方向發展。大型礦山企業實現采礦裝備大型化、無軌化、系列化、成套化，已成為必然趨勢。

1 大型采礦設備在阿舍勒的應用背景

阿舍勒銅礦位于新疆阿勒泰地區哈巴河縣西北部，礦體走向長度853m，最大垂深900m，礦體東翼平均厚度45m，西翼平均厚度20m，傾角55°～85°，具有走向長度長、埋藏深、儲量大與水平厚度大等特點。其二期設計生產能力為6000t/d，為保證資源量的銜接，二期開采需全面大規模展開，但是，隨著開采深度的不斷增加，深部開采面臨著以下幾個方面的問題：

（1）深部礦體受節理裂隙切割、斷層的影響，巖體結構呈塊狀、散體狀和碎裂狀，使得巖體完整性和整體強度大大降低；

（2）在高應力環境和大藥量頻繁爆破的強烈擾動下，深部巖體開挖極易誘發圍巖體發生巖爆等地質災害；

（3）為滿足礦山二期工程設計生產能力，深部開采需要多中段、多采場進行回采落礦，此種情況下進行大規模采礦作業，以傳統的施工設備及施工工藝的臺效和安全性而論，不僅難以達到二期設計生產能力，同時在各工序施工過程中存在較大的安全隱患；

（4）如何做到礦產資源的節約與綜合利用，提高資源開發利用率，實現“機械化換人、自動化減人”的目標，達到“低消耗、高產出”的要求，使企業由“勞動密集型”向“技術密集型”跨越等問題亟待解決。

2 大型采礦設備的引進及應用效果

2014年起，阿舍勒因地制宜，立足井下生產條件，尤其是礦體賦存情況、圍巖性質、采礦方法、巷道規格、現有開拓工程及基建情況、井下動力設施敷設情況等，同時調研、走訪了大量礦山設備生產企業以及大型采礦設備應用企業，并對大型采礦設備在阿舍勒的應用進行充分的系統化分析論證后，制定了與井下實際生產需求相適應的大型采礦設備引進方案，逐步開展以機械化、自動化程度較高的大型采礦設備取代傳統設備及部分施工工藝，為礦山深部安全、高效開采提供保障。

阿舍勒銅礦二期開采400～0m中段礦體，分段高度為50m，采礦方法為大直徑深孔嗣后充填采礦，2014年，新主、副井尚未完成施工，通風、提升、充填系統等基建工程均未完善，主斜坡道已延伸至0m以下，其它相應開拓工程主體基本完成，部分區段施工所需風、水、電等已完成標準化施工。

表1 阿舍勒井下主要巷道規格

由于阿舍勒井下生產一直以來均采用無軌設備，各巷道斷面規格及尺寸可滿足大多數設備的運行。2014～2015年先后引進多臺大型采礦設備，用于加快施工二期開采礦體的相應開拓、采切工程，為進一步釋放產能提供了有利支撐。

2.1 配套引進采、掘、支、鏟裝等作業相關設備

傳統的風動手持鉆機打眼掘進、撬毛、支護作業時，作業人員將直接暴露在有冒頂、片幫，甚至巖爆危險的頂板下方，存在極大的安全隱患。首先引進阿特拉斯Boomer281鑿巖臺車用于掘進作業、Boltec 235錨桿臺車用于支護作業，撬毛臺車用于清理工作面浮石及兩幫開裂巖石，以替代傳統的人工施工工藝，同時配套引進金川公司JCCY-2鏟運機、山特維克LH410鏟運機、LH514鏟運機、UK-20井卡、同力卡車進行工作面廢石、礦石鏟裝運作業，形成了具備“采、裝、運、處、支”協同作業能力的施工作業隊伍。

引進阿特拉斯·科普柯Boomer281鑿巖臺車，用于原巖巷道掘進。

Boomer281掘進鑿巖臺車，可配備COP1638或COP1838鑿巖機。隧道和礦山用全液壓鑿巖臺車，采用液壓控制方式，配備BUT28鉆臂。可根據礦體賦存條件、原巖性質選配相適應的鑿巖機。

從生產效率、成本方面考慮：相較于傳統的手工鉆掘進，鑿巖臺車的掘進效率更高，成本更低。鑿巖臺車掘進一個中等巖石硬度的掘進工作面（掘進斷面為4.3m×3.7m，炮眼60個，掏槽眼5個，孔深3m）需3.5小時，且勞動強度低，每班均可按時完成2個掘進面的作業，根據現場實測，平均進尺達到2.7米，炮眼利用率達到90%以上；而傳統的手工鉆掘進同樣巖石條件、同樣的斷面（掘進斷面為4.3m×3.7m，孔深2.5m）需5～6個小時，巖石較硬時往往需先進行掏槽爆破，待完成出渣作業后再打周邊眼、輔助眼，進行二次爆破，進尺為1.8～2m，炮眼利用率85%左右。

引進阿特拉斯·科普柯Boltec235錨桿臺車，用于巷道開挖后的支護作業。

表2 Boltec235錨桿臺車技術參數

Boltec235為一款全機械化錨桿臺車，可安裝錨桿長度為1.5-2.4m，適用于所有普通類的錨桿類型，有效的工作高度（頂板高度）達8米。配備COP1132鑿巖機，沖擊功率11kW，沖擊頻率100Hz。采用BUT35型鉆臂定位快速、直接、準確，推進補償0-1000mm，鉆臂延伸1600mm，推進梁翻轉近乎一周，鉆臂舉升角度+65°/-30°，鉆臂擺動角度±45°，機械錨固單元儲桿能力10根。

為提高采場殘礦回收率，降低人工駕駛鏟運機進入采場回收殘礦時的安全風險，將LH410鏟運機進行遙控改造，由遙控鏟運機單獨對采場殘礦進行回收作業。

2.2 引進鉆機、中深孔設備

2015年，為全面取代人工掘進天、溜井施工工藝，在TYZ1500反井鉆機的基礎上，引進國內第一臺AT-3000L履帶自行式天井鉆機，用于施工各種類型的天、溜井。為盡快構成深部采區的通風系統、溜破系統、給排水系統、供電系統、充填系統發揮了極大作用，降低了人工正掘豎井的施工難度，極大提升了成井速度。

AT-3000L型履帶自行式天井鉆機是湖南創遠高新開發出的大孔徑智能化的可適用于無軌現代化礦山的新型設備，具有機械化、自動化程度高，施工作業安全、高效、精度高，并可有效降低生產成本等優點。主要用于天、溜井施工，可根據井筒直徑的需求更換刀盤，刀盤直徑分別為1.2/1.5/2.0/2.5/3m。實際應用最大施工井深150m。以施工直徑為3m，井深50m的天、溜井為例，每條井從施工準備至施工結束平均作業時間為18～22天。

2017年，為進一步提升采場接替效率，確保生產順利平穩推進，引進國內第一臺CY-R40C切割槽鉆機，用于施工采場切割天井。每個采場切割井的施工工期也由此縮短至5天。

為提高中孔施工精度，降低采場損失、貧化率，確保采場生產接替，引進阿特拉斯·科普柯Simba 1354中深孔臺車，進行采場底部中深孔及頂部長錨索護頂施工，替代技術相對陳舊的YGZ-90鉆機。

2.3 引進布魯克機器人、移動式破碎臺車

為降低人工疏通出礦進路、安裝U型鋼以及大塊二次破碎等作業存在的潛在事故隱患，2014年至今，阿舍勒先后引進布魯克400D礦山機器人2臺、移動式破碎臺車1臺，以實現最大限度使用機械化設備代替人工作業，從根本上消除人工作業時存在的安全隱患。

目前，兩臺機器人已累計運行2萬余小時，安全、有效的完成了每一次排險作業，為保障礦井安全生產做出了突出貢獻。撬毛臺車徹底替代了人工高強度、大量撬毛作業，浮石清理更為快速、徹底，切實保障了現場作業安全。移動式破碎臺車取代了井下大部分采場的大塊二次解小作業，大幅降低了人工采用手工鉆打眼爆破的二次破碎作業量，目前正向無爆破二次解小作業推進。

至此阿舍勒銅業自營采礦隊伍實現了采礦裝備機械化、大型化，通過不斷地探索和管理、技術突破，使鑿巖、撬毛、爆破、出渣、運輸、支護、天溜井施工、中深孔鑿巖、出礦、二次免爆破碎、排險等一套完整的采掘施工工序緊密配合，形成了阿舍勒銅業井下大型設備配套作業、機械化程度高的現代化采礦施工。

3 結束語

現代化的大型采礦設備不僅帶來了施工工藝甚至是采礦方法的變革，同時也極大的提高了井下施工作業的安全系數，提高了勞動生產率，尤其在如今人工成本越來越高、礦山企業越來越難以吸引年輕人的今天，大型采礦裝備的應用使礦山企業在實現“機械化換人，自動化減人”并進一步實現減員增效的同時，也實現了企業由“勞動密集型”向“技術密集型”的跨越，大型采礦裝備的應用與探索已成為礦山企業發展的必然趨勢。