浅析矿山机械化深入、采掘工艺优化对本质安全的提升

浅析矿山机械化深入、采掘工艺优化对本质安全的提升

王振西1,王怀2,潘勤2,邹新岳3

1 湖南有色新田岭钨业有限公司 湖南省郴州423000  2 宜章志存新材料有限公司  湖南省郴州423000

3 湖南元一矿山设计有限公司  湖南长沙  410000

摘要：为分析矿山采掘工艺优化、机械化深入对本质安全提升的问题，通过新田岭钨矿采用中深孔采矿法替代浅孔留矿法、充填采矿技术、天井反井钻技术的采掘工艺应用和液压凿岩台车代替气腿式凿岩机、混装炸药台车+无轨铲运机+矿用卡车+液压破碎锤机械体系的机械化应用方面，分别从工作面工人数量和工人作业环境等阐述因地制宜的开展机械化建设，推广先进的技术、工艺，对降低安全生产风险，避免各类安全事故，获取安全+经济双收益具有非常重大的意义。

关键词：矿山开采；采掘工艺；机械化    

0 引  言

矿产在我国经济中占有举足轻重的地位，随着矿山机械制造业的蓬勃发展、机械技术装备水平的不断提升和采掘工艺的不断变革，为矿山的安全、可持续发展带来了良好的机遇。文章以新田岭钨矿为例，矿山通过提高机械化、优化采掘工艺，大大减少矿山操作工人的数量、显著改善工人作业环境，降低了安全生产风险，避免各类安全事故发生，进一步提高了矿山生产本质安全。[1]

1 采掘工艺

1.1采矿方法

新田岭钨业由14家矿山民采企业整合而来，在整合之前资源开采没有经过系统性规划。原有采矿工艺以普通浅孔溜矿法为主，配以木质漏斗、简易漏斗或金属振动漏斗，采场采用电耙平场。采矿工作面的数量最多时达到七十多个，而原矿处理量不足百万吨。原采矿方法会给整个矿山造成很多安全隐患和开采困难：1）通风困难，采用普通法施工天井高达六十多米；2）井筒顶边帮松石不易发现及处理，偶尔有小石块掉落；3）大断面巷道掘进过程需要架设辅助作业平台，人员需登高作业；4）在大量出矿期间，作业人员需要频繁的进入采空区开展辅助性作业；5）矿山拥有三个采掘生产工区，并设置三个独立的选矿系统。原开采方式下，本质安全水平低、作业人员劳动强度大、工作效率低、作业环境恶劣，为达到生产产能，需采用人海战术，安全管理难度极大。

矿山集中以采矿专业为主的技术力量，借鉴同类矿山采掘先进经验，并与矿山研究院达成合作，结合公司围岩和矿体禀赋状况，对公司采掘模式进行全面、系统性研究。针对厚大矿体，矿山采用了中深孔采矿工艺，经过不断调整各项技术参数实验，找到了符合矿山的技术指标。实施中深孔采矿工艺后，一线工人大幅减少，采场数量有了明显缩减，爆破频次由原先的每个采场每天都需要爆破，降低到每个星期整个矿山只需要集中爆破两到三次。采矿方法优化后便于集中管理，同时工作效率、经济效益实现了大幅度的提升。矿山生产工人数量由原来的1000多人降低到不足三百人，实现了处理原矿量125万吨，三个采掘生产工区合并为一个，只用一个选矿系统即可满足生产要求，为提升矿山生产本质安全生产创造了有利条件。

1.2无尾矿开采技术

随着中国倡议建设绿色矿山，提高资源综合利用率、节能减排、保护环境；可持续发展模式得到人们的普遍认同，人们逐渐意识到充填采矿技术的优势，充填采矿已经成为高效采矿方法之一，并且具有回采率高、对地表生态环境破坏小等一系列优势。特别是随着矿体向地表深部延伸，开采深度和难度日益加大，充填采矿技术优势凸显，一些尚未开发的难采矿体将得以开采。

为提高资源的回采率及治理采空区，矿山成立了以采矿专业为主的技术攻关组，形成适合矿山的分段凿岩阶段出矿嗣后充填的采矿工艺。经过近三年的技术研究、实验及充填参数的不断优化，20212年井下充填尾砂量将近30万吨达到40万m³，降低了中深孔采矿后形成的高大采空区对地压的影响。下一步目前正在进行充填后的矿房间柱的回采工作，经济效益正在凸显，本质安全正在逐步提升，延长了尾矿库服务年限，矿山将开展对充填后的采空区之间的间柱的回采，以进一步提高资源的回采率。[2-4]

1.3天井反井钻技术的应用

普通法施工天井有许多弊端，尤其是在高天井施工中，劣势更加明显。天井反井钻施工用正向钻出导向孔,利用导向孔反向扩孔的方式进作业。主机通过破岩刀头强大的工作扭矩和压力,对岩石进行冲击、挤压和剪切，破碎岩石。导孔钻进时,破碎的岩渣随着正循环的洗井液排出；扩孔破岩石产生的岩渣直接落入下水平巷道或峒室。破岩刀具在旋转扭矩和正向压力共同作用下使岩石破碎从而达到进尺,完成建井工作。天井反井钻施工有如下优势：1）作业劳动强度降低，作业环境改善，作业人员只需在天井钻硐室内操作设备及更换钻杆；2）工作效率提升，每天进尺可以达到4m，无需在天井中架设辅助设施；3）成井轮廓面好，不必每班在井筒内处理浮石、加装通风设备；4）天井反井钻尤其适合高天井中施工。

2 机械化深入

南方矿山由于地质原因，矿脉生成原因复杂且多变，导致矿山普遍机械化水平低下、生产效率低、生产能力低，严重制约着技术水平与企业效益的提高。机械化与自动化是生产力，也是效益这已被许多企业所接受。为增强在市场经济大潮中的适应力、竟争力，必须走依靠科技进步，依靠提高劳动者素质，走少投人、多产出、效率高、效益好的高产高效之路，而发展采掘机械化是矿山完善生产系统，提高单产，实现减人减面，形成综台生产能力，从而实现高产高效的最根本保证。机械化的推进既是为了提高安全水平，也是确保与新采掘工艺的匹配。

2.1 液压凿岩台车应用

矿山在2018年以前，机械化水平比较低下。采场及平巷采用YT-28气腿式凿岩机凿岩、3吨电机车配合0.75m³的侧卸式矿斗有轨运输；采场采用电耙平场，平巷采用装岩机耙渣，导致劳动强度高、工作效率低、工作环境差，本质安全水平低下。

矿山全力提高巷道掘进机械化水平，积极参与公司推进机械化改革进程，引进4台掘进液压凿岩台车。相比于YT-28气腿式凿岩设备，掘进液压凿岩台车有如下优势：1）凿岩效率显著提高，规格3.5m×3.5m掘进面凿岩时间约2小时，而原有设备凿岩时间达8小时；2）每班次有效进尺增加明显，液压凿岩台车的钻杆达到3.7m，而气腿式凿岩机钻杆为2.5m；3）作业环境明显改善，采用电力+高压水作业模式，噪音得到有效降低，工作环境中水雾减少；4）本质安全水平提升，作业人员在有钢板护顶的机械上操作，机械自带完备的照明设备，钻杆可以远距离处理围岩上的浮石；5）施工质量更有保障，钻杆在液压臂的强力支撑下，稳定性好，钻孔更加精准，爆破后形成的轮廓面更加稳固、规整。

2.2 混装炸药台车+无轨铲运机+矿用卡车+液压破碎锤机械体系

矿山为配合中深孔采矿工艺，配备了相应的机械化设备，拥有混装炸药台车2台，2m³、3m³铲运机达十多台，极大的提高了爆破、出矿、出渣效率。掘进渣通过铲运机铲至矿用卡车上，每个作业面工作时间3-4小时；采场中的矿通过采场底部的装矿进路铲至附近的溜井，矿通过振动漏斗放至10吨电机车配2m³自动侧卸式矿斗或留至箕斗通过竖井提至选厂，溜井上部的大块通过液压破碎锤进行破碎。[5]

3 将来对机械化和采掘工艺的要求

随着资源需求的不断提升和矿山资源不断被开发，在采矿方面不可避免地将会面临以下几个问题：

1）富矿越来越少，贫矿石将成为主要开采对象，尤其是薄脉小矿体。这就要求创新的采矿工艺，以适应复杂矿体的开采。

2）采矿深度越来越大，深部采矿技术亟待研究，尤其深部采空区地压对安全的影响。

3）生产效率、生产能力还需进一步提高，机械化、自动化采出矿将是主要研究课题之一，尤其是遗留在高空区里的残矿回收研究。

4 结论

综上所述，机械化的深入、采掘工艺的优化大大降低了工作面人员数量，极大改善了操作工人施工环境，与本质安全水平的提升息息相关，是矿山可持续、高质量发展的基本要素。根据各企业自身资源禀赋、采选系统等特点，应因地制宜的开展机械化创建，及积极推广先进的技术、装备、工艺，尽可能减少高危作业岗位一线操作人员，降低安全生产风险，避免各类安全事故，获取经济+安全双收益。机械化的推广、采掘工艺的变革有利于加快企业生产效率，增加资源开采量，对于提高企业经营效益、缓解矿产资源供需矛盾、推动社会可持续发展意义重大。[6]

参考文献(References)：

[1]王金武,陈俊.平江地区金矿井下机械化开采现状与发展趋势[J].湖南有色金属,2021,37(5):5-7+23.

[2]党建东,阚忠辉,董凯程等.急倾斜薄矿体中深孔预裂爆破开采技术研究[J].有色金属(矿山部分),2022,74(1):1-4+25.

[3]梁彦波.急倾斜厚大矿体中深孔爆破参数优化研究[J].采矿技术,2021,21(5):133-136.

[4]陈庆坤.塞尔维亚Timok铜金矿采矿方法优选及回采工艺研究[J].采矿技术,2022,22(2):19-23.

[5]李月喜,张文东,王勇等.掘进爆破机械化混装炸药技术的优势浅析[J].内蒙古煤炭经济,2022,No.354(13):66-68.

[6]常德河,王春生.我国采矿设备的现状及发展目标[J].有色设备,1998(1):7-12.