李富偉++李廣++陳淼

【摘 要】通過對(duì)我國(guó)地下礦山及國(guó)內(nèi)外礦山裝備制造企業(yè)的調(diào)研，重點(diǎn)研究分析了機(jī)械化程度較低的井巷掘進(jìn)和回采等關(guān)鍵生產(chǎn)工序，提出了以安全高效、機(jī)動(dòng)靈活為原則，優(yōu)先采用無(wú)軌機(jī)械化采礦裝備，開展小型金屬非金屬地下礦山機(jī)械化建設(shè)。

【Abstract】Through the investigation of underground mine and mine equipment manufacturing enterprises at home and abroad， the key production processes such as shaft and drift excavation and recovery with lower mechanization degree are emphatically studied and analyzed. Based on the principle of safety， efficiency， flexibility and flexibility， the trackless mechanized mining equipment is adopted to carry out mechanized construction of small metal and nonmetal underground mines.

【關(guān)鍵詞】機(jī)械化；井巷掘進(jìn)；回采

【Keywords】mechanization； shaft and drift excavation； recovery

【中圖分類號(hào)】TD 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0162-04

1 引言

截止到2016年，金屬非金屬地下礦山持證總數(shù)為5748座，其中：小型地下礦山數(shù)量為4927座，占總數(shù)的85.7%，由此可見，小型地下礦山占地下礦山總數(shù)的比重大。因此在小型地下礦山推廣機(jī)械化建設(shè)，能整體提升地下礦山機(jī)械化程度和安全生產(chǎn)水平。

為全面了解我國(guó)小型金屬非金屬地下礦山的機(jī)械化建設(shè)水平，調(diào)研和分析了我國(guó)地下礦山以及國(guó)內(nèi)外礦山裝備制造企業(yè)的現(xiàn)狀，重點(diǎn)研究分析了機(jī)械化水平低、人員集中作業(yè)、安全隱患大的井巷掘進(jìn)、回采等生產(chǎn)工序，結(jié)合大中型地下礦山的成功應(yīng)用案例，分別提出了小型地下礦山機(jī)械化建設(shè)對(duì)策。

2 井巷掘進(jìn)

2.1 豎井掘進(jìn)

2.1.1 現(xiàn)狀分析

目前，小型地下礦山豎井掘進(jìn)基本采用手持式鑿巖機(jī)鉆孔，鉆孔深度在2m以內(nèi)，其每循環(huán)鑿巖時(shí)間長(zhǎng)，作業(yè)效率低。部分中型地下礦山選用傘形鉆架，配備氣動(dòng)鑿巖機(jī)或液壓鑿巖機(jī)，實(shí)現(xiàn)鉆孔機(jī)械化，工人只需操縱各種控制閥即可。如：內(nèi)蒙古某銅礦 3號(hào)主井使用FJD-6型傘型鉆架配備YT28鑿巖機(jī)，鑿巖效率高。

小型地下礦山豎井掘進(jìn)裝巖大多采用人工手持鐵鍬裝巖方式，裝巖效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。為提高效率，大中型地下礦山的豎井掘進(jìn)基本采用抓巖機(jī)裝巖。當(dāng)巖層穩(wěn)定時(shí)，一般采用HK型靠壁式抓巖機(jī)裝巖；當(dāng)巖層較破碎時(shí)，一般采用HZ型中心回轉(zhuǎn)式或HH型環(huán)形軌道式抓巖機(jī)。

2.1.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

為提高小型地下礦山普通法豎井掘進(jìn)的機(jī)械化水平，依據(jù)大中型地下礦山的普通法豎井掘進(jìn)的技術(shù)方案，采用多臂式傘形鉆架、抓巖機(jī)機(jī)械化裝備，并配套自動(dòng)排渣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)豎井掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)。其中，穩(wěn)定巖層采用靠壁式抓巖機(jī)；破碎巖層采用中心回轉(zhuǎn)式或環(huán)形軌道式抓巖機(jī)。當(dāng)條件受限時(shí)，可采用基于環(huán)形鉆架的支腿式鑿巖機(jī)。

2.2 斜井（斜坡道）及平巷掘進(jìn)

2.2.1 現(xiàn)狀分析

小型地下礦山斜井（斜坡道）及平巷掘進(jìn)一般采用氣腿鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖，人工炮棍裝藥爆破，礦用挖掘式裝載機(jī)、耙斗裝巖機(jī)或鏟斗裝巖機(jī)出渣，斜井出渣采用提升機(jī)（提升絞車）牽引礦車，平巷出渣采用電機(jī)車牽引礦車。所調(diào)研的大部分礦山采用上述方法進(jìn)行斜井及平巷掘進(jìn)，如：湖南某礦斜井掘進(jìn)選用YT24型鑿巖機(jī)鑿巖，P-30B型耙斗裝巖機(jī)裝礦，提升絞車牽引0.75m3礦車出渣；平巷掘進(jìn)選用Z-30型裝巖機(jī)裝巖，3t電機(jī)車牽引礦車出渣。

少數(shù)地下礦山采用輪胎式裝載機(jī)和“地下運(yùn)礦車”，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)出渣的無(wú)軌化，但其選用的設(shè)備均為非井下專用無(wú)軌設(shè)備，制動(dòng)及安全防護(hù)不符合要求，存在較大的安全隱患。

2.2.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

為提高其掘進(jìn)效率和安全水平，建議采用安全高效、機(jī)動(dòng)靈活的無(wú)軌掘進(jìn)方式：采用礦山井下專用的輪胎式、履帶式、軌輪式等掘進(jìn)臺(tái)車進(jìn)行鑿巖，井下裝藥臺(tái)車進(jìn)行裝藥，地下鏟運(yùn)機(jī)、礦用輪胎式裝載機(jī)出渣，或礦用挖掘式裝載機(jī)、鏟斗裝巖機(jī)、耙斗裝巖機(jī)等裝載設(shè)備與礦車等其它運(yùn)輸設(shè)備配套出渣，實(shí)現(xiàn)斜井（斜坡道）及平巷掘進(jìn)的連續(xù)機(jī)械化作業(yè)。

2.3 天井（溜井）掘進(jìn)

2.3.1 現(xiàn)狀分析

天井（溜井）掘進(jìn)主要方法有普通法、吊罐法、爬罐法、深孔分段爆破法、天井鉆機(jī)鉆井法。目前，國(guó)內(nèi)小型地下礦山主要采用傳統(tǒng)的普通法、吊罐法進(jìn)行天（溜）井掘進(jìn)，不僅作業(yè)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且掘進(jìn)速度慢、效率低等問題，具有較大的安全隱患；爬罐法和深孔爆破法在我國(guó)地下礦山的應(yīng)用較少。

吊罐法是在上水平安裝提升絞車，鋼繩穿過中心孔與吊罐掛接，在吊罐上完成鑿巖裝藥作業(yè)后，下放吊罐，再進(jìn)行爆破；下水平采用裝巖機(jī)出渣。吊罐法掘進(jìn)天井設(shè)備簡(jiǎn)單，但其安全性較差，工作面條件差，鉆孔偏斜較難控制，適用于中等穩(wěn)固以上的巖層，掘進(jìn)高度不大于60m的天井。

我國(guó)部分中型地下礦山選用爬罐法掘進(jìn)天井，如：甘肅某礦采用瑞典阿利馬克公司生產(chǎn)的STH-5型天井爬罐，一般每班掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)，進(jìn)尺1m～1.5m，但其設(shè)備較復(fù)雜、初期投資大，輔助時(shí)間長(zhǎng)，操作技術(shù)要求較高。endprint

深孔爆破法是用深孔鉆機(jī)在天井?dāng)嗝鎯?nèi)鉆鑿一組平行炮孔，從上水平裝藥，自下而上分段（2 m～5m）爆破，其優(yōu)點(diǎn)是工人不進(jìn)入工作面，作業(yè)條件相對(duì)好，缺點(diǎn)是鉆孔偏斜難以控制，僅適用于無(wú)破碎帶較穩(wěn)定巖層。如：湖南某礦的天井掘進(jìn)采用深孔爆破法。

近年來(lái)，我國(guó)成功研制出的天井鉆機(jī)，可實(shí)現(xiàn)天井（溜井）的機(jī)械化掘進(jìn)。

2.3.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

建議優(yōu)先采用天井鉆機(jī)進(jìn)行天（溜）井掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)全深、全斷面無(wú)爆破鉆井，作業(yè)人員無(wú)需進(jìn)入天（溜）井，具有掘進(jìn)速度快、作業(yè)條件和安全性好等特點(diǎn)，可替代傳統(tǒng)的普通法和吊罐法。

3 回采

3.1 回采鑿巖

3.1.1 現(xiàn)狀分析

目前，小型地下礦山的淺孔鑿巖設(shè)備主要包括手持式鑿巖機(jī)、氣腿式鑿巖機(jī)、向上式鑿巖機(jī)，其鑿巖孔深≤5m，孔徑為30～46mm。

手持式鑿巖機(jī)用于小直徑、向下或近于水平的鑿巖作業(yè)；同時(shí)由于部分非金屬礦具有爆炸性氣體，其選用的鑿巖設(shè)備具有防爆功能，湖南某石墨礦選用ZM型防爆型手持式鑿巖設(shè)備。目前，我國(guó)手持式鑿巖機(jī)主要有Y型、YP5型、Y19A型、ZM型。小型地下礦山大多選用氣腿式鑿巖機(jī)，用于水平或帶有一定傾角的淺孔鑿巖作業(yè)，其主要型號(hào)規(guī)格為YT28，YT23，YT24，YT27，YT29A。向上式鑿巖機(jī)用于鉆鑿60°～90°向上淺孔，其主要型號(hào)為YSP45。

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的采礦鉆車或高氣壓潛孔鉆車主要應(yīng)用于大中型地下礦山，如：江西某公司生產(chǎn)DWE1-24鑿巖鉆車用于最大斷面2.5 m×2.5 m的回采和掘進(jìn)鑿巖。

3.1.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

為提高鑿巖效率，建議優(yōu)先采用小型化輪胎式、履帶式采礦臺(tái)車進(jìn)行回采鑿巖作業(yè)；條件受限時(shí)，也可采用鉆架式或立柱式鑿巖機(jī)進(jìn)行回采鑿巖。對(duì)于孔深≤4m的淺孔鑿巖，機(jī)械化鑿巖設(shè)備無(wú)法進(jìn)入鑿巖工作面時(shí)，可采用支腿式鑿巖機(jī)、向上式鑿巖機(jī)，但在鑿巖作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行浮石處理，且應(yīng)配備專用安全防護(hù)措施。

3.2 裝藥與爆破

3.2.1 現(xiàn)狀分析

小型地下礦山一般選用藥卷炸藥，采用炮棍人工裝藥。少數(shù)礦山采用的風(fēng)動(dòng)裝藥器，具有裝藥效率高（一般是人工裝藥的3倍以上）、裝藥密度大、爆破效果好等優(yōu)點(diǎn)，主要有BQF-100Ⅱ 型、BQF-50型、BQ-100 型等裝藥器。

當(dāng)人工裝藥和風(fēng)動(dòng)裝藥器無(wú)法滿足裝藥要求時(shí)，一般采用裝藥臺(tái)車，現(xiàn)主要用于大中型地下礦山，如：北京某公司等生產(chǎn)的BCJ系列地下裝藥車，并已用于我國(guó)地下礦山。

3.2.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

結(jié)合我國(guó)小型地下礦山裝藥作業(yè)的現(xiàn)狀，對(duì)于孔深≤4m淺孔裝藥作業(yè)，可采用人工藥卷裝藥；同時(shí)，為提高小型地下礦山的中深孔、深孔裝藥效率和安全水平，建議優(yōu)先采用井下裝藥臺(tái)車裝藥，如：井下現(xiàn)場(chǎng)混裝粒狀炸藥車、井下現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥車、井下現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥車。當(dāng)條件受限，可采用BQ型、BQF型等風(fēng)動(dòng)裝藥器裝藥。同時(shí)，為提高地下礦山爆破的安全性和可靠性，建議采用電子雷管（電子數(shù)碼雷管）。

3.3 井下二次破碎

3.3.1 現(xiàn)狀分析

目前，小型地下礦山的井下二次破碎主要包括爆破破碎法、人工破碎法、機(jī)械破碎法。

小型地下礦山大多采用外敷炸藥爆破法對(duì)大塊進(jìn)行二次破碎。外敷炸藥爆破法是將藥包外敷在大塊的表面，直接采用起爆器材進(jìn)行爆破破碎，具有適用范圍廣、爆破效率高等特點(diǎn)，但存在能量不集中、能量損失較大、使用藥量大、產(chǎn)生的空氣沖擊波和噪音也較大等缺點(diǎn)。

部分礦山采用人工破碎法進(jìn)行二次輔助破碎，作業(yè)人員直接手持鐵錘或手持式風(fēng)錘對(duì)大塊進(jìn)行二次破碎，勞動(dòng)強(qiáng)度大，破碎效率低，且作業(yè)人員直接站立在格篩或采場(chǎng)工作面進(jìn)行作業(yè)，存在較大的安全隱患。

目前，機(jī)械二次破碎法使用的設(shè)備主要有固定式碎石機(jī)和移動(dòng)式碎石機(jī)。固定式碎石機(jī)是將機(jī)械化破碎裝備直接安裝在井下溜井口格篩旁，對(duì)大塊礦石進(jìn)行二次破碎，安徽某公司生產(chǎn)的GTP固定式破碎機(jī)（破碎機(jī)械手）已在河南某礦應(yīng)用。移動(dòng)式破碎機(jī)是將液壓破碎錘及其工作臂安裝在輪胎式或履帶式運(yùn)輸設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山井下大塊的移動(dòng)破碎，如：安徽某公司生產(chǎn)的GTP系列移動(dòng)式破碎機(jī)（破碎機(jī)器人）主要用于河南、甘肅等大中型地下礦山使用。

3.3.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

為提高小型地下礦山的井下二次破碎的效率和安全水平，建議在井下溜井口格篩處等，優(yōu)先采用礦山井下專用的固定式碎石機(jī)；在井下回采或巷道的無(wú)軌作業(yè)面等，優(yōu)先采用履帶式或輪胎式等液壓碎石機(jī)。

3.4 出礦及放礦

3.4.1 現(xiàn)狀分析

目前，地下礦山的出礦與放礦方式主要包括無(wú)軌設(shè)備出礦、軌道設(shè)備出礦、電耙出礦、漏斗放礦、振動(dòng)放礦機(jī)放礦結(jié)構(gòu)等。

①無(wú)軌設(shè)備出礦

目前，小型地下礦山選用的無(wú)軌化裝礦與出礦設(shè)備主要有礦用輪胎式裝載機(jī)、地下鏟運(yùn)機(jī)、礦用挖掘式裝載機(jī)。其中，礦用輪胎式裝載機(jī)、地下鏟運(yùn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)地下礦山的無(wú)軌化裝礦與出礦，礦用挖掘式裝載機(jī)需配套其他運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)地下礦山的機(jī)械化出礦。

用于礦巖鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè)的小型地下礦山一般選用輪胎式裝載機(jī)。輪胎式裝載機(jī)是一種高效的裝礦與出礦設(shè)備，適用于工作面巷道較高的小型地下礦山，其主要型號(hào)規(guī)格ZWY-60、ZL-20等。

少量小型地下礦山選用地下鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦。地下鏟運(yùn)機(jī)主要用于巷道斷面較小的礦巖裝礦與出礦，與輪胎式裝載機(jī)相比，更能適用斷面較小的巷道，其中，地下電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)距一般在100m以內(nèi)，地下內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)距一般在100～200m。主要型號(hào)規(guī)格包括WJD型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)、WJ型內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)，最小容積的鏟運(yùn)機(jī)為0.6m3。

礦用挖掘式裝載機(jī)主要用于地下礦山的裝礦作業(yè)，挖掘式裝載機(jī)具有扒取范圍廣、全斷面裝巖、不留死角、不需人工輔助清理工作面等優(yōu)點(diǎn)；但需配套礦車與動(dòng)力機(jī)車等其他運(yùn)輸設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)地下礦山的裝礦與出礦，其主要型號(hào)規(guī)格為ZWY-15/15L（C）、ZWY-60/30L等。endprint

但國(guó)內(nèi)研制的無(wú)軌出礦設(shè)備，主要面向大中型地下礦山，適用的工作斷面較大，不能完全滿足小型地下礦山的使用要求。

②軌道設(shè)備出礦

軌道裝巖設(shè)備主要有鏟斗裝巖機(jī)和耙斗裝巖機(jī)，與礦用挖掘式裝載機(jī)相似，需配套其他運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)地下礦山的機(jī)械化出礦。

鏟斗裝巖機(jī)將礦石反倒于機(jī)身后面的礦車內(nèi)，其結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，操作維修簡(jiǎn)便；但其鏟斗只能沿軌道方向作業(yè)，軌道兩邊的礦巖無(wú)法自行裝載；而且受制于前鏟后卸的方式，直接站立于鏟斗裝巖機(jī)旁邊的作業(yè)人員危險(xiǎn)性較大，其主要型號(hào)規(guī)格為Z-20、ZQ-26等。

耙斗裝巖機(jī)裝巖是目前小型地下礦山最主要的裝礦設(shè)備。耙斗裝巖機(jī)是通過裝巖機(jī)絞車的兩個(gè)滾筒分別牽引主繩與尾繩，使耙斗做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將礦石扒進(jìn)料槽，至卸料槽的卸料口卸入礦車內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)裝巖作業(yè)。耙斗裝巖機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，一般適用于平巷或30°以內(nèi)斜巷，但需要通過鋼絲繩固定后方能工作，機(jī)動(dòng)靈活性較差。目前，耙斗裝巖機(jī)主要型號(hào)規(guī)格為P15B、P30B等。

③電耙出礦

大多數(shù)小型地下礦山選用電耙絞車出礦。電耙的耙運(yùn)距離一般在40～60m（水平耙運(yùn)距離一般在40m以內(nèi)，斜坡耙運(yùn)距離在60m以內(nèi)），其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、移動(dòng)方便，但一般僅用于直線耙運(yùn)，機(jī)動(dòng)靈活性較差，其主要型號(hào)規(guī)格為2JPB-7.5、2JPB-15、2JPB-30等。

④漏斗放礦

漏斗放礦是小型地下礦山的主要放礦方式之一。漏斗放礦是將溜井內(nèi)礦石通過漏斗放至礦車內(nèi)，一般適用于礦石粘度較小或遇水不膨脹的礦石；但當(dāng)?shù)V石塊度較大時(shí)，卡斗的概率較高。如：貴州遵義湘江錳礦等選用漏斗放礦。

⑤振動(dòng)放礦機(jī)放礦

部分小型地下礦山溜井采用振動(dòng)放礦機(jī)放礦。振動(dòng)放礦機(jī)是一種以振動(dòng)電機(jī)為激振源的顛振型慣性振動(dòng)放礦設(shè)備，主要用于溜井、漏斗等機(jī)械化放礦，具有放礦效率高、放礦均勻且易控制等優(yōu)點(diǎn)。

3.4.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

建議優(yōu)先采用地下電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)、地下內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)、礦用輪胎式裝載機(jī)等無(wú)軌設(shè)備出礦。當(dāng)有軌設(shè)備出礦時(shí)，可采用礦用挖掘式裝載機(jī)、鏟斗裝巖機(jī)、耙斗裝巖機(jī)等裝載設(shè)備，與礦車等其它運(yùn)輸設(shè)備配套出礦。對(duì)于溜井放礦，建議采用振動(dòng)放礦機(jī)。同時(shí)，建議相關(guān)政府部門引導(dǎo)國(guó)內(nèi)相關(guān)礦山裝備生產(chǎn)企業(yè)，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，加大機(jī)動(dòng)靈活的小型無(wú)軌出礦裝備的研制。

3.5 撬毛

3.5.1 現(xiàn)狀分析

目前，小型地下礦山中的撬毛作業(yè)大多數(shù)采用人工撬毛方式，人工手持撬棍、鋼釬或鎬等工具敲擊井巷、工作面頂板及側(cè)幫的浮石，易發(fā)生冒頂、碎石的飛濺等危險(xiǎn)，嚴(yán)重危害作業(yè)人員的生命安全。

近年來(lái)，隨著撬毛臺(tái)車國(guó)產(chǎn)化步伐加快，湖北天騰重型機(jī)械股份有限公司專門針對(duì)小型地下礦山研制了撬毛臺(tái)車，并在貴州某礦等礦山使用。

3.5.2 機(jī)械化建設(shè)對(duì)策

為提高撬毛作業(yè)的作業(yè)效率和安全水平，優(yōu)先采用輪胎式、履帶式撬毛臺(tái)車進(jìn)行撬毛作業(yè)，代替人工撬毛作業(yè)。

4 總結(jié)

通過對(duì)我國(guó)地下礦山企業(yè)及國(guó)內(nèi)外礦山裝備制造企業(yè)的調(diào)研，研究分析我國(guó)小型地下礦山的掘進(jìn)、回采等生產(chǎn)工序的機(jī)械化水平現(xiàn)狀和存在的問題，根據(jù)我國(guó)小型地下礦山品種多、規(guī)模小，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，采礦工藝使用靈活的實(shí)際情況，本著以安全高效、機(jī)動(dòng)靈活為原則，推進(jìn)小型金屬非金屬地下礦山機(jī)械化建設(shè)，優(yōu)先采用無(wú)軌機(jī)械化采礦裝備，實(shí)現(xiàn)小型金屬非金屬地下礦山全盤無(wú)軌機(jī)械化開采。

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