潘承武，段志偉，覃親喜，歐陽宇明，張麗云

(中信大錳礦礦業(yè)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新　532315)

地下礦山無軌設(shè)備經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)改進，技術(shù)條件日益成熟，在提高生產(chǎn)效率和改善礦山安全環(huán)衛(wèi)條件等方面有著顯著的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人口結(jié)構(gòu)的改變，從事地下開采作業(yè)人員的減少、人工成本逐年遞增，傳統(tǒng)的人海戰(zhàn)術(shù)、手工作業(yè)已經(jīng)嚴重制約礦山的技術(shù)水平和經(jīng)營效益的提高[1-2]。在大新錳礦南翼礦段急傾斜中厚礦體進行機械化開采技術(shù)探索，對提高礦山的機械化開采程度、減少人工勞動強度、提高井下作業(yè)效率、擴大生產(chǎn)規(guī)模等具有重大的現(xiàn)實意義。

1　礦山基本情況及開采技術(shù)條件

大新錳礦是中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司的直屬礦山，錳系產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地，位于廣西大新縣下雷鎮(zhèn)。礦山自1959年開始露天開采，1999年進行地下礦山建設(shè)，2018年露天開采結(jié)束，全部轉(zhuǎn)為地下開采。礦山現(xiàn)擁有碳酸錳資源7 000萬t，其中傾斜中厚礦體主要分布在南翼礦段140 m水平以上，資源儲量約有2 600萬t。

大新錳礦是大型淺海相沉積型錳礦床，整個礦床為近東西走向的向斜構(gòu)造，西高東低，東西長9 km，南北寬2～2.5 km。礦體自下而上形成三層礦脈，層位穩(wěn)定，期間有二層夾層。南翼礦段140 m水平以上礦體主要以陡立和急傾斜礦層為主，傾角為60(°)～80(°)。各礦層(急傾斜礦體)礦體平均厚度：Ⅰ礦層1.77 m、Ⅱ礦層2.49 m、Ⅲ礦層1.77 m、夾Ⅰ平均厚2.58 m、夾Ⅱ厚0.5～1.0 m。Ⅲ礦層的直接頂板為硅質(zhì)巖，Ⅰ礦層的直接底板為泥質(zhì)灰?guī)r、夾泥質(zhì)巖。

碳酸錳礦石密度3.13 t/m3，f系數(shù)為8～15，巖石密度2.7 t/m3，f系數(shù)為6～10，礦巖松散系數(shù)均為1.5，自然安息角為50(°)。礦區(qū)以裂隙含水層為主要充水層，水文地質(zhì)條件屬簡單類型，但13a～15線的布康漥地D3l2含水層巖溶發(fā)育范圍，可屬中等復(fù)雜類型。

2　開采現(xiàn)狀

大新錳礦南翼礦段采用膠帶斜井+中央副井(豎井)聯(lián)合開拓，中段高60 m，自1999年開始建設(shè)，經(jīng)過多次改造擴建，礦石生產(chǎn)綜合能力達80～100萬t/年。礦體南翼0～32線區(qū)段內(nèi)礦體變化平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡單、圍巖中等穩(wěn)固、完整性較好。由于夾Ⅰ、夾Ⅱ厚度較小，宜三層礦合采。主要采礦方法為有底柱中深孔分段鑿巖階段集中出礦留礦法。

井下掘進施工主要采用YT-28型鑿巖機，掘進出碴采用LW-80裝巖機配合0.75 m3翻斗式礦車，運輸采用CJZP-3/7/10架線式電機車。

采礦作業(yè)主要采用YT-28型鑿巖機施工采切工程，YGZ-90型鉆機施工中深孔，人工裝藥爆破，2DPJ-30型電耙結(jié)合短溜井并安裝FZC2.3/1.2-4型振動放礦機出礦，運輸采用ZK10-7/250-3架線式電機車牽引2 m3側(cè)卸式礦車或0.75 m3翻斗式礦車，采用斜井提升礦石。 經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，現(xiàn)有系統(tǒng)存在以下問題：

1)礦山主要采用手工作業(yè)的方式，人工作業(yè)勞動強度大，效率低，嚴重制約系統(tǒng)產(chǎn)能的提升。

2)中深孔使用YGZ-90鉆機施工精度低，工效低，靈活性較差，搬運安裝不便利。

3)電耙搬運礦石的有效距離短，耙礦效率較低，限制礦塊生產(chǎn)能力。

4)礦房主要以電耙配合短溜井出礦，溜井的儲礦量少，不利于連續(xù)出礦。

5)作業(yè)環(huán)境差，作業(yè)人員多，危險系數(shù)大。

6)井下作業(yè)人工成本高，從事井下作業(yè)的人員逐漸減少，井下用工壓力日益增加。

3　急傾斜中厚礦體機械化開采方案

隨著礦山露采結(jié)束全面轉(zhuǎn)為地下開采，現(xiàn)有開拓系統(tǒng)的產(chǎn)能已達到最大值。如何在現(xiàn)有的開拓系統(tǒng)上挖掘產(chǎn)能潛力，實現(xiàn)產(chǎn)能的銜接；同時，在確?，F(xiàn)有產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，加快深部各中段的開拓，盡可能地避免深部開拓工程影響生產(chǎn)系統(tǒng)。需要在現(xiàn)有系統(tǒng)上進行技術(shù)改造，提升機械化程度，盡可能地提高生產(chǎn)能力。

3.1　開拓方式

根據(jù)礦山的生產(chǎn)規(guī)劃、按照盡可能較少深部開拓對現(xiàn)有系統(tǒng)的生產(chǎn)影響、避免設(shè)備的多次拆裝、方便設(shè)備出入個生產(chǎn)分段以及便于設(shè)備的維修保養(yǎng)的原則，結(jié)合礦山的地質(zhì)地形條件，對南翼礦段急傾斜礦體重新圈定移動帶和崩落帶，調(diào)整礦房的采切布置，選擇在勘探線6～9線區(qū)域從地表(標高約為340 m)增開斜坡道至各分段水平。斜坡道坡度12%，凈斷面為3.9 m×3.5 m，分段聯(lián)絡(luò)道凈斷面為3.3 m×3.3 m，斜坡道長約為1 680 m。

3.2　開采方案

從斜坡道進入各中段，采用Rocket Boomer 281全液壓鑿巖臺車掘進，出碴采用LW-80裝巖機配合礦用汽車，從斜坡道運出地表。

根據(jù)礦體賦存條件和開拓布置，采用無底柱中深孔分段鑿巖階段出礦空場法回采急傾斜中厚礦體。

3.2.1工程布置

采場沿礦體走向布置，長度60 m，礦房寬度為礦體全厚，一般為8～10 m，礦房高度與中段高一致(一般為60 m)，分段高度15 m，間柱6 m，頂柱4 m；中段運輸巷道沿脈外布置，每隔60 m掘進一條垂直礦脈走向的穿脈巷道；在采場兩側(cè)沿脈內(nèi)采用天井鉆機反掘天井，規(guī)格為Φ1.8 m。

無軌設(shè)備從斜坡道聯(lián)絡(luò)道進入各分層水平，采用Rocket Boomer 281全液壓鑿巖臺車掘進分段聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖道和切割巷道。用WJ(D)-1.5(電動)鏟運機出渣或副產(chǎn)礦石，天井作為臨時出碴或出礦溜井。

在階段運輸巷道的上一分段沿?zé)o軌設(shè)備分段聯(lián)絡(luò)道每隔8～10 m掘進出礦進路；在無軌設(shè)備聯(lián)絡(luò)道另側(cè)每隔60 m施工1個礦石溜井，每隔120 m施工1個廢石溜井，滿足每個礦塊1個礦石溜井，2個礦塊共用1個廢石溜井。采場結(jié)構(gòu)布置見圖1。

1 階段運輸巷道(下階段開采作為鑿巖臺車聯(lián)絡(luò)道)；1′ 階段運輸平巷單軌；1" 穿脈運輸巷道；2 分段平巷；3 分段鑿巖巷道；4 塹溝巷道；5 礦石溜井；6 廢石溜井；7 進風(fēng)井；8 裝礦橫巷；9 切割橫巷；10 鑿巖聯(lián)絡(luò)道；11 切割天井；12 階段斜坡道

3.2.2回采作業(yè)

鑿巖爆破：利用天井形成切割槽，用Simba K102中深孔鑿巖臺車在分段鑿巖平巷內(nèi)鉆鑿垂直扇形中深孔，孔徑65 mm，排距1.8～2.0 m，孔底距1.8～2.0 m。采場的回采順序自上而下，從中間向兩側(cè)或者從一側(cè)向另一側(cè)推進，每次爆破3～6排，上分段超前下分段2～3個爆破步距。采用BQ100裝藥器裝藥、導(dǎo)爆管雷管起爆的毫秒延期擠壓爆破。

出礦：每次中深孔爆破后用WJD-1.5型電動鏟運機大量出礦，出礦量達一次崩礦量的50%左右，便可進行下次爆破作業(yè)。礦石通過本階段的上一分段礦石溜井卸載至本階段運輸水平，通過振動放礦機裝礦至礦車，運輸采用14 t電機車牽引4 m3側(cè)卸式礦車運輸，以便提高出礦、運輸效率。溜井高度15 m保證放礦連續(xù)，能夠滿足1列車的礦量而溜井有剩余礦量。本階段的最下一個分段的15 m留作下階段開采。

采場通風(fēng)：新鮮風(fēng)流由階段運輸巷道，經(jīng)聯(lián)絡(luò)道、天井、聯(lián)絡(luò)道進入采場各工作面，污風(fēng)從采場另一側(cè)的天井，回至上階段運輸平巷，經(jīng)主扇排出地表。

3.2.3優(yōu)劣性分析

相對原來的開采方式，采用無軌設(shè)備機械化開采具有以下優(yōu)勢：

1)該方案在原有開拓系統(tǒng)上增開明斜坡道，為無軌設(shè)備、材料、人員的出入提供通道，有效地解決了深部各中段的施工與廢石運輸問題，極大地減少了深部開拓與生產(chǎn)之間的影響，確保了現(xiàn)有的生產(chǎn)能力。

2)實現(xiàn)從鑿巖裝藥到裝運全部機械化配套作業(yè)，各工序無手工體力操作少，人工勞動強度較低，機械化程度高，為礦山后續(xù)的產(chǎn)能擴大提供了條件。

3)無軌自行設(shè)備機動靈活一機多能，可相應(yīng)減少采裝設(shè)備總數(shù)；設(shè)備操作實現(xiàn)機電液一體化控制，提高設(shè)備利用率。

4)實現(xiàn)采掘作業(yè)面機械化，效率高，減少了井下作業(yè)人員，安全環(huán)衛(wèi)條件好，風(fēng)險低。

5)無軌設(shè)備施工精度高，工效較高。

6)長溜井儲礦，集中出礦、利于連續(xù)作業(yè)，提高礦塊的生產(chǎn)能力。

但是，在現(xiàn)有的開拓系統(tǒng)上進行技術(shù)改造，采用無軌設(shè)備機械化開采也存在以下不足：

1)在現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)上增加了系列無軌設(shè)備、斜坡道和相關(guān)工程，且工程量較大，增加項目投資，造成了噸礦折舊成本增高。

2)無軌機械化開采對于復(fù)雜礦體或礦脈傾向變化大的礦體適用性較差，導(dǎo)致采切工程量增大，不利于控制礦石的損失和貧化；采場回采單向退采，單點回采，不利于生產(chǎn)配礦和控制礦石質(zhì)量。

3)對礦脈前期地質(zhì)工作、生產(chǎn)探礦要求高；同時，各分段鑿巖巷道和切割鑿巖道必須先全部施工好才能回采作業(yè)，前期采切工程量大。

4)無軌設(shè)備的作業(yè)場所要求高，井巷斷面工程量大，礦房采切工程量較大，并對設(shè)備維護保養(yǎng)要求高。

5)對設(shè)備的維護人員要求高，需要重新配備和培養(yǎng)管理維修人員，不然會給使用維護保養(yǎng)和管理帶來很大的困難。

4　結(jié)　語

隨著世界無軌設(shè)備在提高效率降低成本向大型化自動化方向的發(fā)展，以及先進計算機技術(shù)在無軌設(shè)備操作、管理上的應(yīng)用。機械化開采及無軌設(shè)備的使用將是今后地下礦山開采的主流方向，是降低井下作業(yè)人員、改善從業(yè)人員作業(yè)環(huán)境和提高生產(chǎn)效率的重要手段。在大新錳礦露天開采全面轉(zhuǎn)為地下開采之際，探索符合礦山特點的無軌設(shè)備機械化開采，提高生產(chǎn)效率，以滿足礦山產(chǎn)能的需求。