吳鐵軍，李兆鵬，王之虎

（1.遼寧工程技術大學礦業(yè)學院，遼寧阜新123000；2.中核北方鈾業(yè)有限公司，遼寧葫蘆島125000）

無軌開采技術在某鈾礦山的應用

吳鐵軍1，2，李兆鵬2，王之虎2

（1.遼寧工程技術大學礦業(yè)學院，遼寧阜新123000；2.中核北方鈾業(yè)有限公司，遼寧葫蘆島125000）

憑借無軌采掘設備在礦山開采中擁有的極大優(yōu)勢，現(xiàn)代化礦山生產(chǎn)中無軌開采技術得到了越來越多的應用。某鈾礦井下生產(chǎn)采用液壓鑿巖臺車、鏟運機等配套無軌采掘設備，通過在上向水平分層充填法和房柱法中的成功應用，逐步摸索總結(jié)出適合鈾礦山及類似礦床開采特點的無軌開采技術。實踐表明，無軌開采技術具有機械化程度高、勞動生產(chǎn)率高、安全系數(shù)高、作業(yè)人員少、勞動強度低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。因此，無軌開采技術在鈾礦山及類似礦床應用前景廣闊。

無軌開采技術；水平分層充填法；房柱法

采礦技術的變革依賴于采礦裝備的創(chuàng)新，沒有采礦裝備的創(chuàng)新和發(fā)展，就沒有采礦技術的進步，也就沒有產(chǎn)能的大幅度提升。近20年來，國外地下采礦裝備在無軌化和液壓化的基礎上，正在向大型化和智能化方向發(fā)展。目前我國鈾礦采礦技術裝備水平與國外差距較大，尤其地下礦山技術裝備整體落后［1-3］。地下鈾礦山普遍使用氣動鑿巖機鑿巖，電耙出礦，電機車牽引普通礦車運輸?shù)牟?、裝、運方式，勞動強度高，生產(chǎn)效率低。某鈾礦引進瑞典阿特拉斯公司生產(chǎn)的Boomer H104型液壓鑿巖臺車、ST-2D鏟運機等無軌采掘設備，通過在上向水平分層充填法和房柱法中的成功應用，使無軌采掘設備靈活、高效的優(yōu)勢在實際生產(chǎn)中得到了充分發(fā)揮，該鈾礦在無軌開采技術的應用經(jīng)驗上日趨成熟，其成功經(jīng)驗值得借鑒。

1 礦體賦存特征及開采技術條件

礦體主要賦存于復成分砂礫巖（J2L1-3）、凝灰?guī)r（J2L1-4）中，礦體厚度上厚下薄，平均厚度為4.44 m，其中310 m中段以上平均厚度為5.88 m，310 m中段以下平均厚度為3.78 m；礦體形狀為似層狀、透鏡狀和扁豆狀，礦石膠結(jié)較好，礦化比較連續(xù)。

礦體與圍巖的穩(wěn)定性較好，礦體產(chǎn)狀上部傾斜，下部緩傾斜，310 m中段以上α≥35°；310 m中段以下α≤30°，大部分為10°～20°。主要技術參數(shù)如下：礦石密度為2.54 t/m3，礦石松散系數(shù)為1.6，普式硬度系數(shù)為f＝6～8，礦巖自然安息角為36°～38°。

2 無軌采掘設備簡介

該鈾礦引進了瑞典阿特拉斯公司生產(chǎn)的Boomer H104型液壓鑿巖臺車、ST-2D鏟運機等無軌采掘設備，主要參數(shù)見表1。

表1 無軌采掘設備主要參數(shù)Table 1 The main parameters of trackless mining equipments

3 無軌開采技術在采礦方法中的應用［4-6］

該鈾礦床采用豎井開拓，根據(jù)礦體產(chǎn)狀上部傾斜、下部緩傾斜的賦存條件，設計布置了390m、350 m、310m、289m、268m和226m共六個中段。310 m中段以上，礦體傾角α≥35°，采用上向水平分層充填法開采，做脈外斜坡道采準工程，Boomer H104型液壓鑿巖臺車鑿巖、ST-2D鏟運機出礦；310m中段以下，礦體傾角α≤30°，采用房柱法開采，做脈內(nèi)斜坡道采準工程，Boomer H104型液壓鑿巖臺車鑿巖、ST-2D鏟運機出礦。

3.1 在上向水平分層充填法中的應用

3.1.1 采礦方法及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)礦體的賦存條件，在310m中段以上，采用上向水平分層充填法開采?；夭身樞驗椋瑥南峦?，按照“切采找邊—落頂—出礦—充填”的順序進行，嚴格按照“一采一充”原則進行回采。

采場長度：沿走向布置不超過50m。采場寬度：為礦體的厚度。

采場高度：為采場中段間高度。

分層高度：控制在3.5m以內(nèi)（落頂后控制在5.5m以內(nèi)）。

采場面積：最大面積不超過600m2。

3.1.2 采切工程布置

采準工程包括掘進采準斜坡道、溜礦井、充填回風井及穿脈平巷。根據(jù)礦體的產(chǎn)狀，在礦體的下盤合適位置布置一條折返式采準斜坡道，斜坡道坡度7°～8°，斷面規(guī)格為3.0m×2.8m。斜坡道聯(lián)通上下中段，主要作為無軌設備的運行和采場人員的安全通道。在斜坡道內(nèi)與下部穿脈平巷合適位置布置采場溜礦井，采場溜礦井與斜坡道每個分層貫通，穿脈平巷與階段運輸巷道相連，形成完整的采場出礦系統(tǒng)。每個采場布置一個充填回風井，充填井與上部穿脈平巷及階段運輸巷道相連，形成完整的采場充填系統(tǒng)，如圖1所示。

切割工程主要在斜坡道內(nèi)向采場每個分層布置兩條切割聯(lián)絡巷道進行聯(lián)通，用于出礦、入風、人員設備進出及作為應急通道。隨著采場采高上升，通過對切割聯(lián)絡巷道挑頂或重新布置聯(lián)絡巷道的方式，保持斜坡道與采場的聯(lián)通。

圖1 上向水平分層充填采礦法示意圖Fig.1 The schematic diagram of upward horizontal cut and fill stoping method

3.1.3 采場回采工序

1）采場鑿巖爆破

采場分層高度控制在3.5m以內(nèi)，落頂后控制在5.5m以內(nèi)，采場最大面積不超過600m2。采用Boomer H104型液壓鑿巖臺車鑿巖，炮孔深度為2.0m，炮孔排距為0.6m，炮眼孔距為0.6m，最小抵抗線為0.65m。采用2號巖石粉狀乳化炸藥，塑料導爆雷管起爆落礦。礦石塊度控制在300mm× 300mm以內(nèi)。

2）采場通風

采場通風主要采用礦井總負壓通風，新鮮風流經(jīng)過下部階段運輸巷道進入下部穿脈平巷—采場斜坡道—分層切割聯(lián)絡巷道—采場分層—沖洗工作面—充填回風井—上部階段運輸巷道—主風井，對于采場通風的死角部位要采取局部機械通風。

3）采場出礦

采用ST-2D鏟運機將采場工作面崩落的礦石運至斜坡道溜礦井，由下部溜井振動放礦機將礦石裝入礦車，并由電機車牽引至中段井底車場，經(jīng)豎井提升到地表，運至地表礦倉。

4）采場充填

采場分層回采結(jié)束后，進行采場分層充填作業(yè)。充填料由地表廢石場倒入礦山主充填井，在采場的上部階段運輸巷道裝入礦車，由電機車牽引至采場充填回風井上口，倒入采場后，由ST-2D鏟運機將充填料運至采場各部位進行充填作業(yè)，采場分層高度控制在3.5m以內(nèi)。

3.2 在房柱法中的應用

3.2.1 采礦方法及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)礦體的賦存條件，在310m中段以下，采用房柱法開采。礦房回采順序為，從礦房邊緣開始，從下往上、從里向外，后退式回采至脈內(nèi)斜坡道，由于是緩傾斜礦體開采，采場不留頂、底柱。

采場長度：沿走向布置不超過50m。

采場寬度：為礦體的傾斜長度。

采場高度：為礦體的厚度。

礦房高度：控制在3.5m以內(nèi)。

礦房面積：單個礦房的最大面積不超過600m2。

礦房內(nèi)礦柱的留設原則：1）利用礦體中夾石作為礦柱支撐頂板；2）利用品位較低地段以3m×3m的規(guī)格留設；3）礦柱間距原則上為10m×10m。

3.2.2 采切工程布置

采準工程包括掘進采準斜坡道、溜礦井及穿脈平巷。根據(jù)礦體的產(chǎn)狀，先沿礦體傾向在脈內(nèi)合適位置布置一條采準斜坡道，緩傾斜礦體開采的采準斜坡道沿礦體底板設計布置，斜坡道坡度8°～10°，斷面規(guī)格為3.0m×2.8m，斜坡道聯(lián)通上下中段，主要作為無軌設備的運行和采場人員出入采場的安全通道，后在斜坡道一側(cè)與下部穿脈平巷合適位置布置采場溜礦井，穿脈平巷與階段運輸巷道相連，形成完整的采場出礦系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 房柱采礦法示意圖Fig.2 The schematic diagram of room and pillar mining method

切割工程主要沿礦體在斜坡道內(nèi)向兩邊布置多條切割巷道至礦房的一端，將采場分割成多個礦房進行回采。礦房回采順序為，從礦房邊緣開始，從下往上、從里向外，后退式回采至脈內(nèi)斜坡道，由于是緩傾斜礦體開采，采場不留頂、底柱。

3.2.3 采場回采工序

1）采場鑿巖爆破

采場礦房高度控制在3.5m以內(nèi)，單個礦房的最大面積不超過600m2，按照礦房內(nèi)礦柱的留設原則，留設礦房礦柱。采用Boomer H104型液壓鑿巖臺車鑿巖，以切割平巷為自由面，從里向外后退式回采，炮孔深度為2.0m，炮孔排距為0.6m，炮眼孔距為0.6m，最小抵抗線0.65m。采用2號巖石粉狀乳化炸藥，塑料導爆雷管起爆落礦。礦石塊度控制在300mm×300mm以內(nèi)。

2）采場通風

采場通風主要采用礦井總負壓通風，新鮮風流經(jīng)過下部階段運輸巷道進入下部穿脈平巷—采場斜坡道—切割巷道—礦房—沖洗工作面—采場回風道—上部階段運輸巷道—主風井，對于采場通風的死角部位要采取局部機械通風。

3）采場出礦

采用ST-2D鏟運機將采場工作面崩落的礦石運至斜坡道溜礦井，由下部溜井振動放礦機將礦石裝入礦車，并由電機車牽引至中段井底車場，經(jīng)豎井提升到地表，運至地表礦倉。

4）采場頂板管理

采用無軌開采技術開采緩傾斜礦體過程中，由于礦體厚度的不均勻性，回采過程中將會出現(xiàn)采場頂板或底板高低不平的現(xiàn)象，加之采場面積較大，采場頂板管理特別重要。根據(jù)礦房的回采情況，對個別采高較高或頂板穩(wěn)固性較差的地段，采取邊采邊充的充填方式，充填料由充填系統(tǒng)運至采場或?qū)⒕蜻M廢石直接運至采場進行充填作業(yè)，礦房高度控制在3.5m以內(nèi)。

4 應用效果評價

4.1 無軌開采技術的應用優(yōu)勢

4.1.1 機械化程度高，勞動強度低

無軌采掘設備是無軌開采技術應用的關鍵。該鈾礦通過采用鑿巖臺車鑿巖、鏟運機出礦和充填來替代較為落后的氣動鑿巖機鑿巖、電耙出礦和充填，并通過合理設計布置采切工程，為無軌采掘設備創(chuàng)造良好的作業(yè)條件，充分地發(fā)揮無軌采掘設備的優(yōu)良性能，極大地提高了礦山生產(chǎn)的機械化程度，降低了一線工人的勞動強度。

4.1.2 勞動生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低

無軌開采技術優(yōu)化了采礦工藝。應用無軌采掘設備開采（急）傾斜礦體，采用上向水平分層充填法開采，大部分采切工程布置在脈外，不需要留有礦柱，資源回收率在95%以上，采場日生產(chǎn)能力在500t左右。應用無軌采掘設備開采緩傾斜礦體，采用房柱法開采，采切工程布置在脈內(nèi)，可以減少廢石掘進，降低采切比和采礦成本，采場日生產(chǎn)能力在450t左右。

4.1.3 安全系數(shù)較高，作業(yè)人員少

采用無軌采掘設備進行機械化開采時，可以減少采場作業(yè)人員數(shù)量。采場鑿巖時，作業(yè)人員2人，其中：1人操作鑿巖臺車，1人輔助；采場出礦時，作業(yè)人員4人，其中：1人操作鏟運機，1人輔助，2人進行振動漏斗放礦。通過減少采場作業(yè)人員數(shù)量，可有效降低人工成本，降低安全風險，極大地提高了采場作業(yè)的本質(zhì)安全度。

4.2 無軌開采技術的不足之處

4.2.1 礦體條件要求較高，貧化率較難控制

對于采用無軌采掘設備開采的礦體，要求礦體的規(guī)模要比較大，礦體的連續(xù)性和穩(wěn)定性要比較好，否則難以充分發(fā)揮無軌采掘設備的作用。另外，當回采過程中遇到礦體的連續(xù)性較差且廢石無法剔除時，無軌采掘設備的大面積開采將會導致貧化率增大，為了解決這一問題，需要物探技術人員及時跟班監(jiān)測，控制貧化率。

4.2.2 設備保養(yǎng)成本較高，維修周期較長

該鈾礦使用的無軌采掘設備是綜合性能較高的國外進口設備，其在設備保養(yǎng)成本方面較其它設備必然高出很多，并且其維修零配件國產(chǎn)化程度不高［7］，當維修零配件不能及時供貨時，導致維修周期比較長。針對這一問題，需要采取多種途徑強化培訓無軌采掘設備操作人員和維護人員的技術水平，嚴格落實無軌采掘設備的日常點檢工作，做好設備的維護保養(yǎng)。

5 結(jié)論

某鈾礦通過引進無軌采掘設備采用無軌開采技術回采礦體的實踐表明，該技術不僅具有機械化程度高、勞動生產(chǎn)率高、安全系數(shù)高、作業(yè)人員少、勞動強度低和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，而且還優(yōu)化了采礦工藝，改善了作業(yè)條件，提高了礦山本質(zhì)安全度。無軌開采技術在鈾礦山乃至金屬礦山的應用前景定然廣闊。

［1］施祖遠.我國鈾礦開采技術成就與發(fā)展對策［J］.鈾礦冶，2011，30（4）：175-179.

［2］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（3）：34-38.

［3］汪紹元，王 杰，楊金林.我國金屬礦山采礦裝備現(xiàn)狀與趨勢［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010（3）：16-18.

［4］王昌漢.鈾礦床開采［M］.北京：原子能出版社，1997.

［5］王運敏.現(xiàn)代采礦手冊（中冊）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

［6］古德生，李夕兵.現(xiàn)代金屬礦床開采科學技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［7］王合祥.無軌采礦技術在我國鈾礦山的應用與發(fā)展思路［J］.鈾礦冶，2006，25（3）：116-121.

Application of trackless mining technique in a uranium mine

WU Tiejun1，2，LI Zhaopeng2，WANG Zhihu2
（1.Mining Institute of Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin Liaoning 123000，China；2.North Uranium Industry Co.，Ltd.，Chinese Nuclear Industry Group，Huludao Liaoning 125000，China）

With the great advantage of trackless mining equipment in mining，trackless mining technology has been used more and more in the production of modern mine.A uranium mine used hydraulic drilling rig，scraper and other supporting trackless mining equipment in production.Through the successful application in the upward horizontal cut and fill stoping method and room and pillar method，the trackless mining technique for uranium mines and similar mining characteristics is gradually explored and summarized.Practice shows that trackless mining technique has advantages of high degree mechanization，high productivity，high safety coefficient，low operating personnel，low labor intensity，low production and low cost.Therefore，trackless mining technique has broad application prospect in uranium and other similar mines.

trackless mining technique；horizontal cut and fill stoping；room and pillar method

TD803；TD853.34

Α

1671-4172（2015）06-0006-04

吳鐵軍（1981-），男，工程師，碩士研究生，礦物資源工程專業(yè)，主要從事鈾礦山開采技術研究及管理工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.06.002