破碎厚礦體機械化高效采礦方法研究與試驗

譚 瑋，劉方求，肖旭峰，馮 壹

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責任公司， 湖南平江縣 414507)

破碎厚礦體機械化高效采礦方法研究與試驗

譚 瑋，劉方求，肖旭峰，馮 壹

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責任公司， 湖南平江縣 414507)

針對黃金洞金礦金塘3＃脈厚大破碎礦體，從減少采空區(qū)暴露面入手，采用窄分條回采進路，并將環(huán)保型礦用扒渣機和電瓶三輪車引入回采工藝與充填工藝，將環(huán)保型水壓支柱引入支護工藝，提出了水壓支柱主動承壓條件下的機械化高效采礦方法。試驗表明，該采礦方法適應該礦體的開采技術條件，具有安全、高效的特點。

破碎厚礦體；機械化高效采礦；水壓支柱；進路回采

0 前 言

金洞金礦金塘礦區(qū)3號脈為難采破碎型中厚礦體。建礦以來公司先后聘請科研院所對其進行了房柱采礦法、崩落采礦法等采礦方法試驗，均未取得成功，失敗原因是采空區(qū)暴露面較大。后來的采礦方法試驗小組改變研究思路，從減少采空區(qū)暴露面入手，開發(fā)出以人工作業(yè)為主的上向進路充填采礦法，這種采礦方法一直延續(xù)到現(xiàn)在。

人工作業(yè)為主的上向進路充填采礦方法雖然在當時具有一定的適應性，但是，隨著生產規(guī)模的擴張，其存在的缺陷不斷凸顯出來，并成了礦山企業(yè)發(fā)展的瓶頸。該采礦方法的主要缺陷如下[1]:

(1)以人工出礦和充填，勞動強度大，效率低，工藝本質安全性差；

(2)以人工砌袋充填，密實性差，充填效果差；

(3)以圓木作為支護材料，支護成本高，支護效果差，作業(yè)空間安全性差。

為了解決上述采礦方法存在的缺陷，提高采場產能，減輕勞動強度，增加作業(yè)環(huán)境的安全，采礦方法試驗小組決定探索機械化采礦方法[2，3]，用環(huán)保型水壓支柱替代圓木支架支護采空區(qū)。

1 采場機械化高效采礦方法設計

1.1 選用高效小型化采礦機械

1.1.1 選用環(huán)保型礦用耙渣機

選用型號為2Q－D－30礦用環(huán)保型礦用耙渣機，該小型耙渣機的技術參數(shù)如下:裝載能力30m3/h；最小轉彎半徑2m；挖掘寬度2m；挖掘高度1.8m；挖掘深度0.4m；挖掘距離(離鏟口)1.1m；卸載高度2.0m；卸載距離1.3m(可加長)；適應巷道最小斷面1.8m×1.8m；行走速度2.5 km/h；額定工作壓力12.5 MPa；大臂最大回轉角度左右35°；外形尺寸(長×寬×高)3800mm×1300mm×1400mm。

該耙渣機具有以下優(yōu)點:以電力做驅動力，噪音小，對井下空氣無污染，環(huán)保性能好；效率高，動力平穩(wěn)，輸料速度快，良好的通過性；投資小，節(jié)約資源，經濟性好；用途多，借助耙渣機的耙渣功能和耙渣機尾部的抬升功能，既可在礦用電瓶三輪車的配合下用作出礦機械，也可利用耙渣機尾部對回采進路空區(qū)進行干式充填；拆裝簡單方便，方便在井下搬運和組裝。

1.1.2 選用環(huán)保型電瓶三輪車

選用型號為YX－00載重量為1 t的礦用電動三輪車，該礦電動三輪車的技術參數(shù)如下:車外形規(guī)格(長×寬×高)2400mm×900mm×1200mm；車箱規(guī)格(長×寬×高)1400mm×900mm×400mmm，車箱門為扣式可自主拆卸；3塊48 V名牌鉛酸儲電瓶，充足一次電可工作10～12 h；載重量1000 kg。礦用電動三輪車有如下優(yōu)點:無污染，零排放，節(jié)能低耗；操作簡單靈活，維修方便，無需培訓；動力大，對路況要求小，適合在井下平巷或水平進路式采場駕駛；拆裝簡單方便，便于在井下搬運和組裝。

1.2 運用SYZ型主動承壓水壓支柱系統(tǒng)

SYZ型主動承壓水壓支柱是中南大學與湖南辰州礦業(yè)有限責任公司合作研發(fā)的支護設備，該設備為國內首創(chuàng)，其各項技術指標均達到了國際先進水平。

SYZ型主動承壓水壓支柱系統(tǒng)由水壓支柱和增壓泵兩部分組成。水壓支柱具有安全、穩(wěn)定、環(huán)保等優(yōu)點，增壓泵具有輕巧、耐用、增壓率大等優(yōu)點。水壓支柱由柱體和承壓頂架兩部分構成，支柱底座可套承壓板，對松軟、破脆的頂?shù)装寰蛇m應，柱體與柱體之間可用鋼構件連接，形成網(wǎng)狀結構對頂板實施主動支撐[4，5]。水壓支柱的初撐載荷為160 kN(0 ～200 kN可調)，柱體的支撐高度可在1500～2400mm之間調節(jié)，水壓支柱的安設、回收可在3m外遙控操作。增壓泵由泵體及其附件組成，它以空氣為動力，以水為動力介質，對環(huán)境幾乎不造成污染，其最少啟動壓力為0.1 MPa，最大輸出壓力為30 MPa，泵重27 kg，附件總重5 kg，因而增壓泵具有啟動壓力小、輸出壓力大、重量輕、環(huán)保性能好等優(yōu)點。

1.3 礦房布置與回采工藝

試驗地點選在金塘礦區(qū)3＃脈－20m中段。試驗礦房沿礦體走向布置，礦房長40～50m、寬為礦體厚度、高約40m(中段高度)。

1.3.1 采準工程

先掘進斷面為2.2m×2.2m的溜礦井聯(lián)絡巷聯(lián)通采場，然后自階段運輸平巷向上掘進斷面為1.5m ×1.5m的礦石溜井直通該聯(lián)絡巷；同時自聯(lián)絡巷向上掘進斷面為1.8m×1.6m的充填天井和回風天井直通上中段運輸平巷；掘人行上山通溜礦井聯(lián)絡巷；在采場一段構筑順路通風上山通分層底板沿脈切割平巷。掘回采分層沿脈切割平巷作為初始自由面，然后與分層沿脈切割平巷其成60°的夾角掘進斷面為2.6m×2.2m穿脈回采進路。回采進路設計與分層沿脈切割平巷成60°夾角，便于扒渣機和電瓶三輪車順暢進出回采進路。

1.3.2 回采工藝與技術

以分層鑿巖爆破、出礦和充填方式，自下而上分層進路式回采與充填，分層高度為2.2m?；夭蛇M路和充填進路的規(guī)格(寬×高)均為2.6m×2.2m，進路長度為礦層厚度數(shù)?；夭蛇M路和充填進路以分段為單位施工。工作面采用YX－00型載重量為1 t的礦用電動三輪車配合型號為2Q－D－30的礦用小型耙渣機出礦與充填，礦石沿順路溜井溜至階段運輸平巷裝入礦車運出。試驗礦塊采礦方案如圖1所示。

采用分段爆破法進行回采，一次爆破的分段長2.5m、寬2.6m、高2.2m。每一分層有兩條進路同時回采，兩條進路空區(qū)同時充填，兩條施工進路(回采或充填)的間距為12m。

圖1 試驗礦塊采礦方案

(1)鑿巖與崩礦。用7655型鑿巖機鉆鑿Φ42mm淺孔，孔深為2.5m，炮眼采用“梅花形”布孔方式。

(2)通風。新鮮風流從采場下部中段運輸平巷經順路通風天井、溜礦井聯(lián)絡巷進入采場，污風從回風天井進入上中段平巷，再經各級通風巷道排至井外。

(3)采場頂板臨時地壓管理。在每回采分層底板沿脈切割平巷和回采穿脈進路施工過程中，隨著掘進工作面向前推進，均以水壓支柱支撐頂板，以兩支水壓支柱和其上面的橫木構筑一個“水壓支柱支架體”，兩支水壓支柱分別支撐在橫木的兩端，并借助其上面的橫木支撐回采進路空區(qū)頂板，“水壓支柱支架體”的設計間距為0.8m～1.2m。

(4)出礦。用電瓶三輪車配合環(huán)保型礦用耙渣機出礦，以分層沿脈切割平巷和溜礦井聯(lián)絡巷作為電瓶三輪車運輸通道。

(5)水壓支柱撤卸。先在“水壓支柱支架體”旁邊架設一副木支架，然后在5m外的安全位置遙控撤卸回收水壓支柱。

(6)充填。每一條回采進路礦石全部采完后，立即用電瓶三輪車運輸充填料配合耙渣機對回采進路空區(qū)進行密室充填，充填工藝緊跟水壓支柱撤卸工藝，分段進行，長度不超過2m，撤卸完該分段水壓支柱后，立即用扒渣機充填對應的空區(qū)。

2 工業(yè)試驗結果

經現(xiàn)場統(tǒng)計，主要技術經濟指標如表1所示。

表1 試驗礦塊主要技術經濟指標

通過比較采場機械化高效采礦方法與原采礦方法的技術經濟指標，可以看出，采場機械化高效采礦方法出礦能力、充填能力和采場生產能力遠大于原采礦方法，而勞動強度遠遠小于原采礦方法。工業(yè)試驗證明，采場機械化采礦方法作業(yè)機動靈活、安全性好、出礦和充填效率高、勞動強度大大減輕。

3 結 論

機械化高效采礦方法，減輕了出礦工人和充填工人的勞動強度，提高了出礦效率和充填效率，加快了礦房回采進度，縮短了礦房回采周期；借助扒渣機出礦，增強了采場出礦工藝的本質安全；使用環(huán)保型水壓支柱替代原來的木支柱，變木支架的被動承壓為水壓支柱的主動承壓，提高了采空區(qū)支柱體的承載能力，增強了作業(yè)環(huán)境的安全性。

[1]馮 壹，劉方求，鄭劍洪.難采厚大破碎礦體采礦方法試驗研究[J].采礦技術，2011，11(6):56-57.

[2]余 健，黃興益，吳東旭，等.緩傾斜中厚礦體機械化采礦理論與技術[J].中南大學學報(自然科學版)，2005，36(6):1107-1111.

[3]戰(zhàn) 凱.地下金屬礦山無軌采礦裝備發(fā)展趨勢[J].采礦技術，2006，6(6):34-38.

[4]黃啟富，胡中華.我國礦井支護設備的分析與探討[J].黃金，2003，24(3):31-35.

[5]吳愛祥.水壓支柱支護特性及在深井開采中的應用[J].中南大學學報(自然科學版)，2002，33(3):564-566.

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