楊興廷

摘要：緩傾斜中厚礦體開采難度很大，開采過程中狀況多發(fā)。文章研究了緩傾斜中厚礦體機械化采礦理論和技術(shù)，分析了現(xiàn)階段緩傾斜中厚礦體開采技術(shù)的發(fā)展情況和有待改進的問題，并對緩傾斜中厚礦體開采理論與技術(shù)進行了討論。

關(guān)鍵詞：緩傾斜；中厚礦體；機械化；采礦理論；采礦技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD821 文章編號：1009-2374（2016）19-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.070

緩傾斜中厚礦體是礦體厚度為5～20m，傾斜角度在5°～30°之間的礦體，開采難度很大，開采過程中狀況多發(fā)。當(dāng)前國內(nèi)緩傾斜中厚礦體都采用房柱法或者下底盤空場法開采，開采效率尚可，但是采切工程量偏大、勞動強度高、機械化程度低、礦柱損失大，積極探索新的開采理論與技術(shù)十分必要。

1 緩傾斜中厚礦體

1.1 緩傾斜中厚礦體開采技術(shù)現(xiàn)況

緩傾斜中厚礦體開采是世界性難題，現(xiàn)階段，無軌采掘設(shè)備是開采緩傾斜中厚礦體的主流設(shè)備，國外關(guān)于緩傾斜中厚礦體的研究集中在房柱法的優(yōu)化改進，如對角斜巷房柱法、下向階梯式房柱采礦法和斜交走向推進房柱采礦法等，除此之外，分段空場采礦法、下盤脈外采準分段房柱法等新的開采方法也發(fā)展迅速。并且大型深孔液壓鑿巖機的性能也不斷優(yōu)化，降低了緩傾斜中厚礦體采切的難度和工作量，有利于大型無軌出礦設(shè)備的應(yīng)用。

相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)開采礦藏中絕大部分都是一次性能源，占到總開采規(guī)模的90%以上，國家工業(yè)中有超過80%的生產(chǎn)資料都來自礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)資源是國家發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)重要的戰(zhàn)略性資源。我國有著相對豐富的資源總儲量，但是同樣也是人口大國和工業(yè)大國，對礦產(chǎn)資源的需求規(guī)模非常大，人均資源占有量很低，礦產(chǎn)資源成為經(jīng)濟發(fā)展關(guān)鍵性的限制因素，研究更先進的礦產(chǎn)勘查與開采技術(shù)有著重要的戰(zhàn)略意義。

國內(nèi)關(guān)注緩傾斜中厚礦體開采的研究集中在房柱法和下盤底部結(jié)構(gòu)空場法，也有一些礦山應(yīng)用了爆破云搬空場法、分段崩落法。下盤底部出礦空場法的不足在于采切工程量偏大、出礦效率低、分層鑿巖工藝復(fù)雜、勞動強度高。房柱法的問題在于礦柱損失較多、圍巖穩(wěn)固性不佳時，采空區(qū)的作業(yè)人員面臨較大的安全威脅，限制了出礦效率，超前支護使回采工藝更加復(fù)雜，需要探索新的開采技術(shù)。

1.2 現(xiàn)階段緩傾斜中厚礦體開采工藝有待改進的問題

1.2.1 出礦。緩傾斜中厚礦體資源屬于一次性資源，開采效率和礦產(chǎn)資源搬運速度有著直接關(guān)系，如果礦石不能及時搬運，將會導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。

1.2.2 支護。緩傾斜中厚礦體支護工作難度更大也更加復(fù)雜，面臨著很大的局限性，支護工作進展緩慢，會嚴重妨礙礦體開采，而如果支護工作不到位，遭遇圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的工況，可能會嚴重威脅采空區(qū)作業(yè)人員的生命安全。

1.2.3 開采成本/效率。對于礦山企業(yè)，安全和經(jīng)濟效益是應(yīng)該首要考慮的問題，開采過程中，企業(yè)首先應(yīng)該考慮工藝安全性經(jīng)濟性，過高的開采成本也是一種資源浪費。

國內(nèi)緩傾斜中厚礦體開采最常見的是房柱法開采工藝，限制房柱法生產(chǎn)效率的主要因素是礦石搬運，緩傾斜礦體無法自行掉落，所以需要借助機械設(shè)備或者人工進行搬運，但是緩傾斜礦機械操作空間有限、使用率不高、人工勞動量大、生產(chǎn)效率不理想。與此同時，緩傾斜中厚礦體開采需要做好頂板管理工作，避免發(fā)生安全事故，這部分工作一些西方國家已經(jīng)實現(xiàn)機械化，但是我國的機械自動化智能設(shè)備與技術(shù)研究相對滯后。

2 緩傾斜中厚礦體機械化采礦

文章介紹緩傾斜中厚礦體機械化采礦的開采理論與施工方法，從采切、礦房切割、崩礦、運煤等方面，對緩傾斜中厚礦體機械化開采方法進行了研究。

2.1 開采理論

緩傾斜中厚礦體開采過程中，隨著開采作業(yè)的持續(xù)進行，采空區(qū)頂板暴露面積將越來越大，影響圍巖安全性，給護頂工作增加了難度，目前尚沒有令人滿意的低成本、高安全性護頂技術(shù)，大型無軌設(shè)備難以進入采空區(qū)。而且由于礦體坡地不大，所以采場崩落礦石不能自由下落重力搬運，需要借助爆力、機械搬運，所以如何加快搬運速率也需要深入思考。現(xiàn)階段，關(guān)于緩傾斜中厚礦體機械化采礦技術(shù)的研究主要集中在這兩方面。

為了提高頂板穩(wěn)定性，盤區(qū)可以對采場頂板形狀進行優(yōu)化，可以將采場頂板改為長條形，控制采空區(qū)頂板的跨度，不直接控制采空區(qū)頂板的暴露面積。與此同時，為了保證采空區(qū)工作人員和機械設(shè)備的安全，可以仍然采用重力放礦為主要搬運方式，在盤塹溝底集礦，大型鏟運機運礦。為了將無軌設(shè)備的效率充分發(fā)揮出來，需要為其提供良好的水平作業(yè)環(huán)境，采場可以沿著傾斜分段，根據(jù)斜度走向布置礦房，這樣的布置方式能夠保持無軌采掘設(shè)備始終處于水平狀態(tài)，因此可以采用沿走向布置礦房、下盤脈外采機械化房柱采礦、廢石尾礦填充采空區(qū)的回采方式，能夠顯著增加開采效率，提高安全性。

2.2 開采施工

2.2.1 采切工程。采切工程主要涉及盤區(qū)斜坡、鑿巖平巷等部分內(nèi)容，運輸巷道斷面尺寸為4.4m×4.0m，兩臺液壓鑿巖臺車和一臺全液壓鑿巖臺車組合，選擇柴油鏟運機作為出渣設(shè)備，掘進尺度為3～3.5m，深孔裝藥設(shè)備選擇芬蘭產(chǎn)裝藥臺車。

2.2.2 礦房切割。礦房切割主要針對厚度大的部分，施工中首先進行爆破，孔間距和排間距均為1.4mm，孔深度為27mm，孔徑為80mm，要求爆破帶兩側(cè)各設(shè)置一排扇形拋空，為切割爆破預(yù)留足夠的空間。

2.2.3 崩礦。扇形布置的拋孔用于崩礦，自由面作為切割槽，采用從兩端向中間的爆破順序。如果盤區(qū)礦體長度較長，可以分成三段爆破。崩落礦鑿巖排間距為1.4m，孔底間距平均為2.7m。出礦效率是礦區(qū)生產(chǎn)能力最主要的影響因素，主要和出礦機械設(shè)備的工作效率有關(guān)。因此為了加快出礦效率，需要選擇高效率的出礦設(shè)備，例如湯姆羅克公司的電動鏟運機，這種鏟運機不會產(chǎn)生油煙，產(chǎn)生的熱量小、滿載率高，且在礦區(qū)中的作業(yè)活動空間很大、適應(yīng)性強，適用于緩傾斜中厚抗體開采。這種新型大型電動鏟運機出礦速率達到200t/h，大礦石出產(chǎn)量下降到3%，能夠極大地提高緩傾斜中厚礦體開采效率。

2.2.4 回風(fēng)通井。根據(jù)礦房運輸水平高程，在合適位置開挖回風(fēng)通井，作為回采通風(fēng)通道，回采過程中，風(fēng)將從運輸平巷道經(jīng)狀況井路進入采空區(qū)，再從回風(fēng)天井排回地面。

2.2.5 采空區(qū)。采空區(qū)處理最理想的方法是就地應(yīng)用廢石和尾礦填充，能夠有效地減少對環(huán)境的污染，提高了填充強度的同時也節(jié)省了填充成本。首先使用水平填充廢石，趨于飽和再填充尾礦，單個礦房能夠容納6000m3的廢石，同時節(jié)省了廢石處理和采空區(qū)填充的成本。

采用大盤區(qū)小分段的設(shè)計方案開采緩傾斜中厚礦體是合理的，能夠?qū)o軌采掘設(shè)備的效率充分發(fā)揮出來，從而顯著增加采場的生產(chǎn)能力，并且能夠有效降低采礦工作人員的勞動強度。設(shè)計開采方案時要注意，采空區(qū)暴露形狀會對采場頂板圍巖產(chǎn)生很大的影響，而不是只和采空區(qū)面積有關(guān)，采用長條形頂板優(yōu)化采空區(qū)頂板的效果比較理想，能夠顯著提高頂板穩(wěn)定性，提高了作業(yè)面的安全性，一定程度上也加快了開采效率。

3 工程實例

3.1 工程概況

以某煤礦傾斜中厚礦體的開采為例，對緩傾斜中厚礦體機械化開采方法進行研究。該煤礦礦床以緩傾斜中厚礦體為主，分層分布，導(dǎo)致不同層礦開采過程容易出現(xiàn)相互干擾，并且礦形變化幅度較大，界限模糊，開采難度很大，機械化程度不高。礦區(qū)內(nèi)緩傾斜中厚礦體開采過程中，開采作業(yè)會導(dǎo)致采空區(qū)頂板暴露面積增加，大型機械無法深入礦區(qū)。并且因為礦體坡度較小，因此崩落的礦石無法自然掉落，即便爆破之后，礦體仍然需要借助搬運工具運輸，機械化程度低，勞動強度大，工作效率低。為了提高頂板安全性，采空區(qū)頂板為長方形，配合重力放礦的運輸模式，為無軌設(shè)備提供更好的工作環(huán)境，提高其工作效率，同時保護工作人員安全。

3.2 礦床開拓/開采方式

側(cè)翼反傾斜雙斜井開拓，主皮帶斜井聯(lián)合雙軌斜井，主井負責(zé)礦石運輸，副井用于人、材料、設(shè)備運輸并負責(zé)通風(fēng)，二期增加了無軌設(shè)備斜坡。以小中段空場法為核心開采方案，從下向上逐層開采，下層回采結(jié)束之后開始上層可采，回采采用盤底漏斗空場法進行，垂直走向布置。二期為無軌采礦、無軌運輸?shù)拈_采方式，使用分級尾砂和尾礦廢石回填采空區(qū)。

3.3 淺孔采礦

該礦床構(gòu)造發(fā)育地段礦體厚度很大，但是可控性不強，使用底盤漏斗法開采難度很高，難以控制貧損指標，特別是運輸大巷定形，構(gòu)造發(fā)育地段加密探礦之后，礦體底板下掉，底盤漏斗的回采會造成平底漏斗以及盤區(qū)較大的礦體損失，影響無軌設(shè)備的正常工作，損失指標難以控制。因此可在原有房柱法基礎(chǔ)上，調(diào)整人行系統(tǒng)以及回采順序，回收資源，加快生產(chǎn)效率。礦體傾角超過25°，電耙出礦不能保證出礦安全，中深孔施工質(zhì)量與安全性也不能保證，所以可應(yīng)用普通房柱法與留底柱房柱法聯(lián)合開采。對于二期內(nèi)傾角大、厚度薄的礦體，難以通過機械化回采小分段空場法控制貧損指標，可以采用采場電耙清場、鏟煤機運煤的房柱法，解決生產(chǎn)能力問題。有底柱的空場法盤區(qū)深孔拉槽可能出現(xiàn)懸頂、拒爆等問題，可以選擇淺孔留礦回采切割槽法進行開采作業(yè)。

4 結(jié)語

在緩傾斜中厚礦體機械化開采中，為了更充分地利用無軌采掘設(shè)備，采切工程需要將無軌采掘設(shè)備置于水平，方便后期工作的開展，而在采切施工中，應(yīng)該配套使用深孔全液壓鑿巖臺車，方便采準切割面布置。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）