中鎢高新某礦開采機械化實踐

顧春宏，陳 功

中鎢高新某礦開采機械化實踐

顧春宏，陳 功

(中鎢高新材料股份有限公司，海南 海口 570100)

針對中鎢高新某礦開采技術現狀，優化選擇了階段深孔側向崩礦嗣后充填法對礦體進行回采，進行機械化設備選型及配套方案研究，并應用研究成果進行開采機械化實踐，實踐結果表明：所選用的采礦方法和機械化選型及配套方案能夠有效提高礦山生產效率，降低工人勞動強度，實現礦山安全高效回采。

采礦方法;機械化選型;經濟效益分析

機械化作業在礦山開采中是非常重要的一環，機械裝置控制和調節采礦生產作業的整個過程，采用機械化開采能有效提高開采作業自動化的綜合水平，最大程度保障開采安全性，提升礦山生產效率和經濟效益[1-2]。與此同時，機械化生產在采礦作業流程中多個環節都涉及，人力物力的投入減少，生產的操作將更加便捷，大大降低了操作的難度系數[3-5]。

中鎢高新某礦采用地下開采方式，主要回采III礦帶中部315 m×313 m范圍內的富礦體，采礦方法主要為分段空場法，生產能力為6500 t/d。礦山采礦裝備水平比較落后，仍采用7655手持式風動鑿巖機和YGZ-90中深孔鉆機鑿巖，設備效率低，作業人員多。炸藥裝填、巷道支護、進路懸拱、大塊二次破碎仍采用人工操作，井下出礦雖已形成了一定的機械化，但與國內同類礦山裝備水平有一定的差距。因此急需進行開采機械化實踐，對礦山開采技術與裝備進行革新，提高礦山生產效率，為礦山大規模安全、高效、機械化開采提供技術儲備和 支撐。

1 礦山開采技術條件與開采現狀

1.1 礦床開采技術條件

中鎢高新某礦礦床礦體厚大集中且出露地表，是一個開采條件較好的大型露天礦床。根據礦體產出特征及礦石特征分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個礦帶，南北最大長度約1140 m，東西最大寬度1100 m。礦體賦存于上泥盆統灰巖、接觸帶附近矽卡巖、花崗巖、大理巖中，礦石松散系數1.63，平均自然安息角37°，礦石體積質量約為3.14 t/m3，圍巖體積質量：大理巖2.18 t/m3，花崗巖2.9 t/m3，礦石普氏硬度系數為6~14。礦體主要有益組分為W，有用組分平均品位WO30.297%、Sn 0.143%、Mo 0.053%、Bi 0.108%[6]。

礦區范圍內無大的地表水體，區內地表水能夠自排，而地下水的補給來自大氣降水，對礦床開采不會造成太大影響，礦區開采水文地質條件較簡單。礦區的工程地質條件簡單，環境地質條件中 等[7]。

1.2 開采現狀

礦山原采用盤區開采，由西向東劃分為4個盤區，每個盤區由北到南分成9個礦塊，共36個礦塊。礦房長64 m，寬20 m，高68 m，礦房之間和盤區之間均留15 m的連續礦柱，原設計采用分段鑿巖階段崩礦，嗣后一次充填采礦法開采，礦房礦體回采率約為42%，礦房采完后留下了大量礦柱，礦山采用聯系階段崩落法對留下的礦柱進行了回采，目前礦柱已基本回采完畢，為確保礦山可持續安全高新開采，需要對III礦帶中部315 m×313 m范圍外部礦體進行采礦，目前礦山已開始了此部分礦體的采礦工藝研究及現場采礦試驗。

2 采礦方法選擇

2.1 采礦方法選擇原則

礦體回采應與礦山生產相互關聯，采礦方法選擇應遵守以下原則：

（1）采礦方法選擇應以安全生產為首要前提條件；

（2）采礦方法選擇應充分考慮礦山現有設備情況，充分利用現有工程，設備，減少投資；

（3）盡量降低礦石損失率和貧化率；

（4）針對不同礦體類型，選擇合理、安全、高效的采礦方法[8-10]。

2.2 采礦方法選擇

針對急傾斜厚大礦體的回采，對國內外類似礦山的采礦方法使用情況進行了調查分析，調查結果顯示：該類礦體通常采用階段崩落法、分段礦房法和階段礦房法三類方法回采。根據該礦礦體的開采技術條件，可選出分段鑿巖分段空場嗣后充填采礦法（方案1）、分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法（方案2）、階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法（方案3）三種采礦方法作為礦體開采的初選方案。對三種采礦方法進行技術分析，各回采方案工藝及技術方面的主要優缺點、技術經濟比較如表1、表2所示。

表1 采礦方法方案優缺點比較

表2 各方案技術經濟比較表

通過上述3種回采方法的比較，由于階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法生產效率高、開采成本低、安全性高、損失貧化小，且易于實現機械化回采，相較于其他兩種采礦方法有很大的優勢。因此綜合考慮，選用階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法作為該礦山礦體回采方法。

2.3 采礦方法方案

（1）采區布置和采場結構。為充分利用礦山現有開拓采準工程，總體礦房礦柱按“田”字布置，隔一采一，間隔礦柱寬24 m，盤區間柱寬20 m。

（2）采準切割。采準工程有盤區巷、鑿巖硐室、出礦平巷、裝礦進路、拉底平巷等；切割工程有拉底平巷、切割井、切割橫巷等。根據不同的采場條件可選取不同的切割方式：一種是以切割天井為自由面階段全孔爆破形成切割槽，形成切割槽寬度為7.5 m，設計采用天井鉆機施工的方式形成切割天井，切割天井位于采場端部靠北側位置，天井直徑1.2 m；另一種方式是直接利用大直徑深孔爆破形成切割槽。采場布置見圖1。

（3）回采工藝。單一采場內，分兩部分回采，首先采用中深孔落礦回采采場底部，形成受礦塹溝與底部結構；然后再采用大直徑深孔側向崩礦回采采場上部礦石，在上部硐室施工下向大直徑深孔，以切割槽和底部受礦空間為補償空間側向崩礦，回采整個采場礦石。礦塊內，分兩步驟回采，第一步驟先采礦房，礦房回采完成后須及時充填；待膠結充填體達到規定的設計強度要求后，方可進行第二步驟回采本中段相鄰的礦柱（或上、下中段對應的礦房）。

（4）采場通風。爆破后掘進面通風時間≥30 min，采礦場通風時間≥2 h，經檢查確定安全后方可進入爆破區作業。

（5）采場支護與充填。采場中的鑿巖硐室、出礦底部結構，對于局部不穩固地段采用錨桿或噴錨網支護。待單個礦房（或礦柱）回采完后，采用全尾砂膠結充填處理采空區。

3 機械化設備選型及配套方案

集中強化開采是大型礦山發展的趨勢，與之相對應的生產設備機械化、大型化才能充分發揮采礦方法的生產能力，因此，基于選定的采礦方法，如何實現機械化設備合理選型與配套，方能實現礦山生產能力的大幅提高，達到降低生產成本的目的。考慮到礦山現有的采掘設備及未來采礦方法變革和開采工藝規劃設備配置要求，本次規劃準備分階段對礦山主要采掘設備進行升級改造。

圖1 采場布置

3.1 鑿巖設備

考慮到新的回采工藝，需要選擇對應的中深孔鑿巖設備和潛孔鑿巖設備。礦山引進Simba1354鑿巖臺車鉆鑿上向扇形中深孔，取代了YGZ90中深孔鉆機，鑿巖效率大幅提升，鑿巖成本穩定可控；引進KQG-150高風壓潛孔鉆機施工大直徑深孔，能夠有效保障大直徑深孔質量；引進Boomer k111、志高UJ21、開山KJ311掘進臺車(試用)上部鑿巖硐室和采切巷道施工，取代了原來的氣腿式鑿巖機，巷道掘進速度提高50%以上。

礦山引進新型機械化鑿巖設備后，東部及北部礦體完全實現機械化開采，中部315 m×313 m范圍及西部采用無底柱分段崩落法回采的礦體也大部分可以實現機械化鑿巖開采。礦山引進新型設備 3 a，80%以上的采場可以實現機械化開采，但受礦體開采技術條件、礦山已有的工程巷道布置形式的限制，且考慮到現有鑿巖設備仍有利用價值，3 a內礦山仍有10%～20%的采場需采用YGZ90中深孔鉆機進行鑿巖[11]。

3.2 裝藥設備

考慮到原有的BQF-100裝藥器裝藥效率低、工人勞動強度大、裝藥高度受限制，礦山引進了井下乳化炸藥混裝車，匹配Simba1354鑿巖臺車，用于中深孔裝藥爆破，裝藥效率大幅度提高，現場實踐統計，凈裝藥速度可以達到50 kg/min以上，其綜合裝藥效率是人工裝藥的1.5～2倍，且裝藥臺車可實現多方位的高速和高密度裝藥，安全方面更是大幅優于人工裝藥作業。

3.3 運輸設備

為了滿足規模化生產的需要，礦山對出礦設備進行了更新換代，引進6 m3鏟運機和4 m3的遙控鏟運機，逐步淘汰了原有的2 m3的鏟運機，鏟運機的出礦能力大幅提高。

根據礦山儲量報告，礦石儲量超2億t，根據礦山生產計劃，未來幾年的生產能力將會在300萬t/a以上，如果全部采用2 m3的普通鏟運機出礦，則至少需要采用25臺鏟運機正常生產才能滿足生產能力。如果采用6 m3的普通鏟運機和4 m3遙控鏟運機出礦，則只需要4～5臺6 m3的普通鏟運機，再配上1～2臺4 m3的遙控鏟運機就滿足生產能力，這樣井下可大幅減少鏟車司機，節約采礦噸礦 成本。

3.4 天井鉆機

礦山引進自行式天井鉆機，用于掘進溜井和切割天井，改變傳統方法施工天井和溜井，降低工人勞動強度，解決普通法施工天井安全隱患問題。為了解決傳統天井鉆機不能自行、轉場困難、需要拆機轉運、澆注基礎、井下組裝，占用大部分工期，影響綜合作業效率的問題，礦山引進了CY-R120V型移動式天井鉆機，搭載RCS2.0程控操作系統，可以實現機械化全自動作業，天井掘進效率大幅 提高。

4 開采機械化經濟效益分析

根據所選擇的采礦方法和機械化設備，在315 m×313 m采區北部進行開采機械化工業試驗。該區礦體屬主礦體的一個分支，向下延伸至445 m分段后尖滅；470 m至490 m間，礦體走向NE42°，長258 m，寬127 m，傾角90°；自490 m至630 m分段與主礦體連成一體；品位自下而上依次降低，514 m分段以上品位下降明顯。所選采場為該區域北部N5采場，可采礦量為32.84萬t，其中470 m分段中深孔拉底采礦量為3.87萬t，514 m分段大直徑深孔采礦量為28.96萬t。副產礦量為5.75萬t，副產礦石率為17.51%；采切比為50.96 m3/kt。采出礦量為31.20萬t，貧化率約為0.3%，損失率為5%。采場生產能力為1000～1200 t/d，出礦效率為460 t/臺班，鑿巖效率為40 m/臺班，崩礦量約為27.35 t/m，炸藥單耗約為0.38 kg/t。采用中深孔鑿巖臺車和KQG-150高風壓潛孔鉆機可減少工時52人?班，采用裝藥車可減少操作工工時10人?班，采用大型鏟運機可減少工時80人?班，采用天井鉆機可減少工時15人?班。工藝改進前后技術經濟指標對比如表3所示。

表3 工藝改進前后成本指標對比/(元?t?1)

5 結 論

從中鎢高新某礦山所進行開采機械化實踐，取得了如下的結論：

（1）合理的采礦方法方案和與之相匹配的機械化設備選型是礦體高效安全開采的重要保障，能在提高工作效率的同時實現井下生產作業的連續，并保證機械化設備具有充分的使用頻率，避免了人員、材料、設備的浪費；

（2）使用機械化設備配套生產能夠實現自動化減人、機械化換人的目標，降低企業成本、減少安全事故的發生、提高生產效率。

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國家自然科學基金資助項目(50774011).