譚 瑋，劉方求，肖旭峰，馮 壹

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南平江縣 414507)

破碎厚礦體機(jī)械化高效采礦方法研究與試驗(yàn)

譚 瑋，劉方求，肖旭峰，馮 壹

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南平江縣 414507)

針對(duì)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(jìn)路，并將環(huán)保型礦用扒渣機(jī)和電瓶三輪車(chē)引入回采工藝與充填工藝，將環(huán)保型水壓支柱引入支護(hù)工藝，提出了水壓支柱主動(dòng)承壓條件下的機(jī)械化高效采礦方法。試驗(yàn)表明，該采礦方法適應(yīng)該礦體的開(kāi)采技術(shù)條件，具有安全、高效的特點(diǎn)。

破碎厚礦體；機(jī)械化高效采礦；水壓支柱；進(jìn)路回采

0 前 言

金洞金礦金塘礦區(qū)3號(hào)脈為難采破碎型中厚礦體。建礦以來(lái)公司先后聘請(qǐng)科研院所對(duì)其進(jìn)行了房柱采礦法、崩落采礦法等采礦方法試驗(yàn)，均未取得成功，失敗原因是采空區(qū)暴露面較大。后來(lái)的采礦方法試驗(yàn)小組改變研究思路，從減少采空區(qū)暴露面入手，開(kāi)發(fā)出以人工作業(yè)為主的上向進(jìn)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(jìn)路充填采礦方法雖然在當(dāng)時(shí)具有一定的適應(yīng)性，但是，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)張，其存在的缺陷不斷凸顯出來(lái)，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(dòng)強(qiáng)度大，效率低，工藝本質(zhì)安全性差；

(2)以人工砌袋充填，密實(shí)性差，充填效果差；

(3)以圓木作為支護(hù)材料，支護(hù)成本高，支護(hù)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(chǎng)產(chǎn)能，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，增加作業(yè)環(huán)境的安全，采礦方法試驗(yàn)小組決定探索機(jī)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(hù)采空區(qū)。

1 采場(chǎng)機(jī)械化高效采礦方法設(shè)計(jì)

1.1 選用高效小型化采礦機(jī)械

1.1.1 選用環(huán)保型礦用耙渣機(jī)

選用型號(hào)為2Q－D－30礦用環(huán)保型礦用耙渣機(jī)，該小型耙渣機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下:裝載能力30m3/h；最小轉(zhuǎn)彎半徑2m；挖掘?qū)挾?m；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(zhǎng))；適應(yīng)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(zhuǎn)角度左右35°；外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)3800mm×1300mm×1400mm。

該耙渣機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):以電力做驅(qū)動(dòng)力，噪音小，對(duì)井下空氣無(wú)污染，環(huán)保性能好；效率高，動(dòng)力平穩(wěn)，輸料速度快，良好的通過(guò)性；投資小，節(jié)約資源，經(jīng)濟(jì)性好；用途多，借助耙渣機(jī)的耙渣功能和耙渣機(jī)尾部的抬升功能，既可在礦用電瓶三輪車(chē)的配合下用作出礦機(jī)械，也可利用耙渣機(jī)尾部對(duì)回采進(jìn)路空區(qū)進(jìn)行干式充填；拆裝簡(jiǎn)單方便，方便在井下搬運(yùn)和組裝。

1.1.2 選用環(huán)保型電瓶三輪車(chē)

選用型號(hào)為YX－00載重量為1 t的礦用電動(dòng)三輪車(chē)，該礦電動(dòng)三輪車(chē)的技術(shù)參數(shù)如下:車(chē)外形規(guī)格(長(zhǎng)×寬×高)2400mm×900mm×1200mm；車(chē)箱規(guī)格(長(zhǎng)×寬×高)1400mm×900mm×400mmm，車(chē)箱門(mén)為扣式可自主拆卸；3塊48 V名牌鉛酸儲(chǔ)電瓶，充足一次電可工作10～12 h；載重量1000 kg。礦用電動(dòng)三輪車(chē)有如下優(yōu)點(diǎn):無(wú)污染，零排放，節(jié)能低耗；操作簡(jiǎn)單靈活，維修方便，無(wú)需培訓(xùn)；動(dòng)力大，對(duì)路況要求小，適合在井下平巷或水平進(jìn)路式采場(chǎng)駕駛；拆裝簡(jiǎn)單方便，便于在井下搬運(yùn)和組裝。

1.2 運(yùn)用SYZ型主動(dòng)承壓水壓支柱系統(tǒng)

SYZ型主動(dòng)承壓水壓支柱是中南大學(xué)與湖南辰州礦業(yè)有限責(zé)任公司合作研發(fā)的支護(hù)設(shè)備，該設(shè)備為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

SYZ型主動(dòng)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(diǎn)，增壓泵具有輕巧、耐用、增壓率大等優(yōu)點(diǎn)。水壓支柱由柱體和承壓頂架兩部分構(gòu)成，支柱底座可套承壓板，對(duì)松軟、破脆的頂?shù)装寰蛇m應(yīng)，柱體與柱體之間可用鋼構(gòu)件連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)頂板實(shí)施主動(dòng)支撐[4，5]。水壓支柱的初撐載荷為160 kN(0 ～200 kN可調(diào))，柱體的支撐高度可在1500～2400mm之間調(diào)節(jié)，水壓支柱的安設(shè)、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(dòng)力，以水為動(dòng)力介質(zhì)，對(duì)環(huán)境幾乎不造成污染，其最少啟動(dòng)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(dòng)壓力小、輸出壓力大、重量輕、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 礦房布置與回采工藝

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

1.3.1 采準(zhǔn)工程

先掘進(jìn)斷面為2.2m×2.2m的溜礦井聯(lián)絡(luò)巷聯(lián)通采場(chǎng)，然后自階段運(yùn)輸平巷向上掘進(jìn)斷面為1.5m ×1.5m的礦石溜井直通該聯(lián)絡(luò)巷；同時(shí)自聯(lián)絡(luò)巷向上掘進(jìn)斷面為1.8m×1.6m的充填天井和回風(fēng)天井直通上中段運(yùn)輸平巷；掘人行上山通溜礦井聯(lián)絡(luò)巷；在采場(chǎng)一段構(gòu)筑順路通風(fēng)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(jìn)斷面為2.6m×2.2m穿脈回采進(jìn)路。回采進(jìn)路設(shè)計(jì)與分層沿脈切割平巷成60°夾角，便于扒渣機(jī)和電瓶三輪車(chē)順暢進(jìn)出回采進(jìn)路。

1.3.2 回采工藝與技術(shù)

以分層鑿巖爆破、出礦和充填方式，自下而上分層進(jìn)路式回采與充填，分層高度為2.2m。回采進(jìn)路和充填進(jìn)路的規(guī)格(寬×高)均為2.6m×2.2m，進(jìn)路長(zhǎng)度為礦層厚度數(shù)?；夭蛇M(jìn)路和充填進(jìn)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(dòng)三輪車(chē)配合型號(hào)為2Q－D－30的礦用小型耙渣機(jī)出礦與充填，礦石沿順路溜井溜至階段運(yùn)輸平巷裝入礦車(chē)運(yùn)出。試驗(yàn)礦塊采礦方案如圖1所示。

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

圖1 試驗(yàn)礦塊采礦方案

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

(2)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流從采場(chǎng)下部中段運(yùn)輸平巷經(jīng)順路通風(fēng)天井、溜礦井聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)從回風(fēng)天井進(jìn)入上中段平巷，再經(jīng)各級(jí)通風(fēng)巷道排至井外。

(3)采場(chǎng)頂板臨時(shí)地壓管理。在每回采分層底板沿脈切割平巷和回采穿脈進(jìn)路施工過(guò)程中，隨著掘進(jìn)工作面向前推進(jìn)，均以水壓支柱支撐頂板，以?xún)芍畨褐е推渖厦娴臋M木構(gòu)筑一個(gè)“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(jìn)路空區(qū)頂板，“水壓支柱支架體”的設(shè)計(jì)間距為0.8m～1.2m。

(4)出礦。用電瓶三輪車(chē)配合環(huán)保型礦用耙渣機(jī)出礦，以分層沿脈切割平巷和溜礦井聯(lián)絡(luò)巷作為電瓶三輪車(chē)運(yùn)輸通道。

(5)水壓支柱撤卸。先在“水壓支柱支架體”旁邊架設(shè)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(jìn)路礦石全部采完后，立即用電瓶三輪車(chē)運(yùn)輸充填料配合耙渣機(jī)對(duì)回采進(jìn)路空區(qū)進(jìn)行密室充填，充填工藝緊跟水壓支柱撤卸工藝，分段進(jìn)行，長(zhǎng)度不超過(guò)2m，撤卸完該分段水壓支柱后，立即用扒渣機(jī)充填對(duì)應(yīng)的空區(qū)。

2 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)礦塊主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過(guò)比較采場(chǎng)機(jī)械化高效采礦方法與原采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可以看出，采場(chǎng)機(jī)械化高效采礦方法出礦能力、充填能力和采場(chǎng)生產(chǎn)能力遠(yuǎn)大于原采礦方法，而勞動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原采礦方法。工業(yè)試驗(yàn)證明，采場(chǎng)機(jī)械化采礦方法作業(yè)機(jī)動(dòng)靈活、安全性好、出礦和充填效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。

3 結(jié) 論

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

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[2]余 健，黃興益，吳東旭，等.緩傾斜中厚礦體機(jī)械化采礦理論與技術(shù)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，36(6):1107-1111.

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