吳西富

（貴州開磷集團(tuán)有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550302）

機(jī)械采礦技術(shù)在開磷集團(tuán)礦山的應(yīng)用

吳西富

（貴州開磷集團(tuán)有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550302）

隨著硬巖礦山逐步進(jìn)入深部開采，地應(yīng)力加大，同時隨著礦山開采機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，利用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行非爆連續(xù)開采已成為可能，這種開采工藝不僅可以改善井下作業(yè)環(huán)境，同時能夠使礦山的生產(chǎn)實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，提高生產(chǎn)能力，有利于進(jìn)行大規(guī)模、高強(qiáng)度的開采，從而達(dá)到降低礦石開采成本、提高開采經(jīng)濟(jì)效益、實現(xiàn)深部地下礦山安全高效開采等目的。

硬巖礦山；機(jī)械破巖；懸臂式掘進(jìn)機(jī)；非爆連續(xù)開采

隨著硬巖礦山逐步進(jìn)入深部開采，巖石強(qiáng)度已經(jīng)降低，同時隨著礦山開采機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，將煤礦等軟巖礦山已經(jīng)實現(xiàn)的機(jī)械化連續(xù)開采技術(shù)應(yīng)用于硬巖礦山已成為可行。利用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行非爆連續(xù)開采，不僅可以改善井下作業(yè)環(huán)境，減輕礦山一線工人的工作強(qiáng)度，同時能夠使礦山的生產(chǎn)實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，提高生產(chǎn)能力，還有利于對深部地壓進(jìn)行控制和管理，從而達(dá)到降低礦石的開采成本、提高開采的經(jīng)濟(jì)效益、實現(xiàn)深部地下礦山的安全高效開采等目的。

1 掘進(jìn)機(jī)開采工藝

隨著人類開發(fā)自然、改造自然，出現(xiàn)了新的巖石破碎理論及方法。其中應(yīng)用比較多的有爆破法和機(jī)械破巖法，比例在90%以上。同時人們探索了一些非機(jī)具破巖方法，如：水射流法、紅外線法及化學(xué)破碎法等。這些方法具有很好的破巖性能，但成本太高，應(yīng)用條件不成熟，不能大規(guī)模推廣。

近年來，機(jī)械破巖得到了快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多采掘機(jī)型，廣泛地應(yīng)用于采礦領(lǐng)域。機(jī)械破巖具有連續(xù)作業(yè)，易于實現(xiàn)自動化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的采掘工藝。懸臂掘進(jìn)機(jī)屬于部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，具有破碎煤巖、裝載運(yùn)輸、調(diào)動行走、噴霧滅塵等功能，移動方便，操作靈活。工作時截割頭每次截割工作面巖壁的一部分，經(jīng)一定的截割路線掘出所要求的斷面形狀和尺寸。懸臂式掘進(jìn)機(jī)正常工作時截割巖石的過程是利用截割頭上的截齒將機(jī)械作用力作用在巖石體的表面，使得巖石塊從巖石體上剝離下來的過程。

2 掘進(jìn)機(jī)破巖方法

2.1 振動截割機(jī)構(gòu)

振動截割式掘進(jìn)機(jī)以普通懸臂式掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)，通過在掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)頭的空腔內(nèi)加入慣性沖擊振動器改造而成。這種慣性沖擊振動器是通過行星傳動裝置由液壓馬達(dá)來驅(qū)動的，在行星齒輪軸上裝有偏心錘，在慣性沖擊振動器工作的情況下，掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)承受由此而產(chǎn)生的附加動態(tài)載荷，并通過截齒施加在煤巖體上，使原來的靜態(tài)恒力截割改為波動變力截割，從而獲得更高的破巖效率。

2.2 掘進(jìn)機(jī)機(jī)械開采方法

先在礦體中用鉆爆法拉一條地壓致裂誘導(dǎo)巷道，形成一個自由空間，利用深部地壓的能量使靠近臨空面的礦體的內(nèi)部微裂隙擴(kuò)展，產(chǎn)生巖體內(nèi)部損傷而變得易掘，掘進(jìn)機(jī)的截割工藝路線如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)機(jī)截割工藝路線的規(guī)劃

3 掘進(jìn)機(jī)切割破巖的工程應(yīng)用

目前開磷的掘進(jìn)機(jī)在深部礦巖的獨(dú)頭掘進(jìn)中應(yīng)用效果很不理想，主要表現(xiàn)為難開掘、進(jìn)尺慢、截齒損耗大。若不能有效地利用深部地壓，單憑掘進(jìn)機(jī)本身的性能是無法實現(xiàn)磷礦石的經(jīng)濟(jì)合理開采的。因此，要實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)對硬巖的經(jīng)濟(jì)截割，從目前來看，充分發(fā)揮深部地壓的作用來誘導(dǎo)致裂硬巖是一個合理途徑。

3.1 鉆進(jìn)切割

懸臂式掘進(jìn)機(jī)切割頭從高幫底部鉆進(jìn)進(jìn)刀，切割時機(jī)械的震動大，同時發(fā)出尖銳的聲音及火花，礦體呈顆粒狀破碎，此時切割頭旁邊的粉塵濃度很大，隨著鉆進(jìn)深度的進(jìn)一步增大，截割頭受到的阻力越來越大，掘進(jìn)工作變得較為困難，切割巖石的直徑比切割頭的直徑略大，等到整個截割頭全部切進(jìn)礦石時，進(jìn)刀的深度為70cm，用時4min。

3.2 底部橫切

完成鉆進(jìn)切割工序后，掘進(jìn)機(jī)截割頭開始向右擺動切割，切割狀況稍好，機(jī)械有少量震動，切割礦石產(chǎn)生的聲音比較小，礦體呈松散狀破碎，與此同時截割頭產(chǎn)生的粉塵在除塵裝置的作用下極大部分被處理，可以清晰看到掘進(jìn)機(jī)的截齒切削礦石。橫切坑道的直徑比切割頭的直徑大，有利于切割頭更好地工作。整個巷道底部橫切長度為300cm，用時3 min。

3.3 刷幫

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)切割頭橫切采場的右?guī)蜁r（如圖2所示），由于采場的右?guī)蜑樽杂擅妫V體處于四面臨空的狀態(tài)，礦體的三維應(yīng)力得到釋放，切割頭只需利用自身旋轉(zhuǎn)時賦予截齒的力量就能把礦體觸碰下來。而當(dāng)切割頭橫切巷道斷面的左幫時，因為左幫在轉(zhuǎn)角的位置，所以左幫礦體內(nèi)有較大的剪應(yīng)力集中，此時礦體內(nèi)的節(jié)理裂隙會很發(fā)育，只需截齒觸碰便垮落下來。切割頭進(jìn)刀深度約70cm，寬約300cm，高為380cm的斷面回采完畢。

圖2 截割頭刷幫切割

3.4 出渣

回采斷面形成后，掘進(jìn)機(jī)開始出渣，三爪星輪轉(zhuǎn)動將切割下來的礦石扒入位于鏟板中央的第一運(yùn)輸機(jī)的從動輪處，然后第一運(yùn)輸機(jī)通過圓環(huán)刮板鏈把礦石運(yùn)送到卡車上，或者直接通過皮帶運(yùn)出地表。

4 結(jié) 論

利用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行非爆連續(xù)開采，具有連續(xù)作業(yè)、破巖效率高、生產(chǎn)成本低、作業(yè)安全、勞動條件好，易于實現(xiàn)自動化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的采掘工藝。懸臂掘進(jìn)機(jī)屬于部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，具有破碎煤巖、裝載運(yùn)輸、調(diào)動行走、噴霧滅塵等功能，移動方便，操作靈活。硬巖礦山進(jìn)入深部后采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開采，能實現(xiàn)深部地下礦山的安全高效開采。

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2012－05－25）

吳西富（1966－），男，重慶人，助理工程師，從事礦山設(shè)計工作，Email：kaiyanglinkuang＠126.com。