无轨开采技术在某铀矿山的应用

吴铁军，李兆鹏，王之虎

（1.辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新123000；2.中核北方铀业有限公司，辽宁葫芦岛125000）

无轨开采技术在某铀矿山的应用

吴铁军1，2，李兆鹏2，王之虎2

（1.辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新123000；2.中核北方铀业有限公司，辽宁葫芦岛125000）

凭借无轨采掘设备在矿山开采中拥有的极大优势，现代化矿山生产中无轨开采技术得到了越来越多的应用。某铀矿井下生产采用液压凿岩台车、铲运机等配套无轨采掘设备，通过在上向水平分层充填法和房柱法中的成功应用，逐步摸索总结出适合铀矿山及类似矿床开采特点的无轨开采技术。实践表明，无轨开采技术具有机械化程度高、劳动生产率高、安全系数高、作业人员少、劳动强度低、生产成本低等优点。因此，无轨开采技术在铀矿山及类似矿床应用前景广阔。

无轨开采技术；水平分层充填法；房柱法

采矿技术的变革依赖于采矿装备的创新，没有采矿装备的创新和发展，就没有采矿技术的进步，也就没有产能的大幅度提升。近20年来，国外地下采矿装备在无轨化和液压化的基础上，正在向大型化和智能化方向发展。目前我国铀矿采矿技术装备水平与国外差距较大，尤其地下矿山技术装备整体落后［1-3］。地下铀矿山普遍使用气动凿岩机凿岩，电耙出矿，电机车牵引普通矿车运输的采、装、运方式，劳动强度高，生产效率低。某铀矿引进瑞典阿特拉斯公司生产的Boomer H104型液压凿岩台车、ST-2D铲运机等无轨采掘设备，通过在上向水平分层充填法和房柱法中的成功应用，使无轨采掘设备灵活、高效的优势在实际生产中得到了充分发挥，该铀矿在无轨开采技术的应用经验上日趋成熟，其成功经验值得借鉴。

1 矿体赋存特征及开采技术条件

矿体主要赋存于复成分砂砾岩（J2L1-3）、凝灰岩（J2L1-4）中，矿体厚度上厚下薄，平均厚度为4.44 m，其中310 m中段以上平均厚度为5.88 m，310 m中段以下平均厚度为3.78 m；矿体形状为似层状、透镜状和扁豆状，矿石胶结较好，矿化比较连续。

矿体与围岩的稳定性较好，矿体产状上部倾斜，下部缓倾斜，310 m中段以上α≥35°；310 m中段以下α≤30°，大部分为10°～20°。主要技术参数如下：矿石密度为2.54 t/m3，矿石松散系数为1.6，普式硬度系数为f＝6～8，矿岩自然安息角为36°～38°。

2 无轨采掘设备简介

该铀矿引进了瑞典阿特拉斯公司生产的Boomer H104型液压凿岩台车、ST-2D铲运机等无轨采掘设备，主要参数见表1。

表1 无轨采掘设备主要参数Table 1 The main parameters of trackless mining equipments

3 无轨开采技术在采矿方法中的应用［4-6］

该铀矿床采用竖井开拓，根据矿体产状上部倾斜、下部缓倾斜的赋存条件，设计布置了390m、350 m、310m、289m、268m和226m共六个中段。310 m中段以上，矿体倾角α≥35°，采用上向水平分层充填法开采，做脉外斜坡道采准工程，Boomer H104型液压凿岩台车凿岩、ST-2D铲运机出矿；310m中段以下，矿体倾角α≤30°，采用房柱法开采，做脉内斜坡道采准工程，Boomer H104型液压凿岩台车凿岩、ST-2D铲运机出矿。

3.1 在上向水平分层充填法中的应用

3.1.1 采矿方法及采场结构参数

根据矿体的赋存条件，在310m中段以上，采用上向水平分层充填法开采。回采顺序为，从下往上，按照“切采找边—落顶—出矿—充填”的顺序进行，严格按照“一采一充”原则进行回采。

采场长度：沿走向布置不超过50m。采场宽度：为矿体的厚度。

采场高度：为采场中段间高度。

分层高度：控制在3.5m以内（落顶后控制在5.5m以内）。

采场面积：最大面积不超过600m2。

3.1.2 采切工程布置

采准工程包括掘进采准斜坡道、溜矿井、充填回风井及穿脉平巷。根据矿体的产状，在矿体的下盘合适位置布置一条折返式采准斜坡道，斜坡道坡度7°～8°，断面规格为3.0m×2.8m。斜坡道联通上下中段，主要作为无轨设备的运行和采场人员的安全通道。在斜坡道内与下部穿脉平巷合适位置布置采场溜矿井，采场溜矿井与斜坡道每个分层贯通，穿脉平巷与阶段运输巷道相连，形成完整的采场出矿系统。每个采场布置一个充填回风井，充填井与上部穿脉平巷及阶段运输巷道相连，形成完整的采场充填系统，如图1所示。

切割工程主要在斜坡道内向采场每个分层布置两条切割联络巷道进行联通，用于出矿、入风、人员设备进出及作为应急通道。随着采场采高上升，通过对切割联络巷道挑顶或重新布置联络巷道的方式，保持斜坡道与采场的联通。

图1 上向水平分层充填采矿法示意图Fig.1 The schematic diagram of upward horizontal cut and fill stoping method

3.1.3 采场回采工序

1）采场凿岩爆破

采场分层高度控制在3.5m以内，落顶后控制在5.5m以内，采场最大面积不超过600m2。采用Boomer H104型液压凿岩台车凿岩，炮孔深度为2.0m，炮孔排距为0.6m，炮眼孔距为0.6m，最小抵抗线为0.65m。采用2号岩石粉状乳化炸药，塑料导爆雷管起爆落矿。矿石块度控制在300mm× 300mm以内。

2）采场通风

采场通风主要采用矿井总负压通风，新鲜风流经过下部阶段运输巷道进入下部穿脉平巷—采场斜坡道—分层切割联络巷道—采场分层—冲洗工作面—充填回风井—上部阶段运输巷道—主风井，对于采场通风的死角部位要采取局部机械通风。

3）采场出矿

采用ST-2D铲运机将采场工作面崩落的矿石运至斜坡道溜矿井，由下部溜井振动放矿机将矿石装入矿车，并由电机车牵引至中段井底车场，经竖井提升到地表，运至地表矿仓。

4）采场充填

采场分层回采结束后，进行采场分层充填作业。充填料由地表废石场倒入矿山主充填井，在采场的上部阶段运输巷道装入矿车，由电机车牵引至采场充填回风井上口，倒入采场后，由ST-2D铲运机将充填料运至采场各部位进行充填作业，采场分层高度控制在3.5m以内。

3.2 在房柱法中的应用

3.2.1 采矿方法及采场结构参数

根据矿体的赋存条件，在310m中段以下，采用房柱法开采。矿房回采顺序为，从矿房边缘开始，从下往上、从里向外，后退式回采至脉内斜坡道，由于是缓倾斜矿体开采，采场不留顶、底柱。

采场长度：沿走向布置不超过50m。

采场宽度：为矿体的倾斜长度。

采场高度：为矿体的厚度。

矿房高度：控制在3.5m以内。

矿房面积：单个矿房的最大面积不超过600m2。

矿房内矿柱的留设原则：1）利用矿体中夹石作为矿柱支撑顶板；2）利用品位较低地段以3m×3m的规格留设；3）矿柱间距原则上为10m×10m。

3.2.2 采切工程布置

采准工程包括掘进采准斜坡道、溜矿井及穿脉平巷。根据矿体的产状，先沿矿体倾向在脉内合适位置布置一条采准斜坡道，缓倾斜矿体开采的采准斜坡道沿矿体底板设计布置，斜坡道坡度8°～10°，断面规格为3.0m×2.8m，斜坡道联通上下中段，主要作为无轨设备的运行和采场人员出入采场的安全通道，后在斜坡道一侧与下部穿脉平巷合适位置布置采场溜矿井，穿脉平巷与阶段运输巷道相连，形成完整的采场出矿系统，如图2所示。

图2 房柱采矿法示意图Fig.2 The schematic diagram of room and pillar mining method

切割工程主要沿矿体在斜坡道内向两边布置多条切割巷道至矿房的一端，将采场分割成多个矿房进行回采。矿房回采顺序为，从矿房边缘开始，从下往上、从里向外，后退式回采至脉内斜坡道，由于是缓倾斜矿体开采，采场不留顶、底柱。

3.2.3 采场回采工序

1）采场凿岩爆破

采场矿房高度控制在3.5m以内，单个矿房的最大面积不超过600m2，按照矿房内矿柱的留设原则，留设矿房矿柱。采用Boomer H104型液压凿岩台车凿岩，以切割平巷为自由面，从里向外后退式回采，炮孔深度为2.0m，炮孔排距为0.6m，炮眼孔距为0.6m，最小抵抗线0.65m。采用2号岩石粉状乳化炸药，塑料导爆雷管起爆落矿。矿石块度控制在300mm×300mm以内。

2）采场通风

采场通风主要采用矿井总负压通风，新鲜风流经过下部阶段运输巷道进入下部穿脉平巷—采场斜坡道—切割巷道—矿房—冲洗工作面—采场回风道—上部阶段运输巷道—主风井，对于采场通风的死角部位要采取局部机械通风。

3）采场出矿

采用ST-2D铲运机将采场工作面崩落的矿石运至斜坡道溜矿井，由下部溜井振动放矿机将矿石装入矿车，并由电机车牵引至中段井底车场，经竖井提升到地表，运至地表矿仓。

4）采场顶板管理

采用无轨开采技术开采缓倾斜矿体过程中，由于矿体厚度的不均匀性，回采过程中将会出现采场顶板或底板高低不平的现象，加之采场面积较大，采场顶板管理特别重要。根据矿房的回采情况，对个别采高较高或顶板稳固性较差的地段，采取边采边充的充填方式，充填料由充填系统运至采场或将掘进废石直接运至采场进行充填作业，矿房高度控制在3.5m以内。

4 应用效果评价

4.1 无轨开采技术的应用优势

4.1.1 机械化程度高，劳动强度低

无轨采掘设备是无轨开采技术应用的关键。该铀矿通过采用凿岩台车凿岩、铲运机出矿和充填来替代较为落后的气动凿岩机凿岩、电耙出矿和充填，并通过合理设计布置采切工程，为无轨采掘设备创造良好的作业条件，充分地发挥无轨采掘设备的优良性能，极大地提高了矿山生产的机械化程度，降低了一线工人的劳动强度。

4.1.2 劳动生产率高，生产成本低

无轨开采技术优化了采矿工艺。应用无轨采掘设备开采（急）倾斜矿体，采用上向水平分层充填法开采，大部分采切工程布置在脉外，不需要留有矿柱，资源回收率在95%以上，采场日生产能力在500t左右。应用无轨采掘设备开采缓倾斜矿体，采用房柱法开采，采切工程布置在脉内，可以减少废石掘进，降低采切比和采矿成本，采场日生产能力在450t左右。

4.1.3 安全系数较高，作业人员少

采用无轨采掘设备进行机械化开采时，可以减少采场作业人员数量。采场凿岩时，作业人员2人，其中：1人操作凿岩台车，1人辅助；采场出矿时，作业人员4人，其中：1人操作铲运机，1人辅助，2人进行振动漏斗放矿。通过减少采场作业人员数量，可有效降低人工成本，降低安全风险，极大地提高了采场作业的本质安全度。

4.2 无轨开采技术的不足之处

4.2.1 矿体条件要求较高，贫化率较难控制

对于采用无轨采掘设备开采的矿体，要求矿体的规模要比较大，矿体的连续性和稳定性要比较好，否则难以充分发挥无轨采掘设备的作用。另外，当回采过程中遇到矿体的连续性较差且废石无法剔除时，无轨采掘设备的大面积开采将会导致贫化率增大，为了解决这一问题，需要物探技术人员及时跟班监测，控制贫化率。

4.2.2 设备保养成本较高，维修周期较长

该铀矿使用的无轨采掘设备是综合性能较高的国外进口设备，其在设备保养成本方面较其它设备必然高出很多，并且其维修零配件国产化程度不高［7］，当维修零配件不能及时供货时，导致维修周期比较长。针对这一问题，需要采取多种途径强化培训无轨采掘设备操作人员和维护人员的技术水平，严格落实无轨采掘设备的日常点检工作，做好设备的维护保养。

5 结论

某铀矿通过引进无轨采掘设备采用无轨开采技术回采矿体的实践表明，该技术不仅具有机械化程度高、劳动生产率高、安全系数高、作业人员少、劳动强度低和生产成本低等优点，而且还优化了采矿工艺，改善了作业条件，提高了矿山本质安全度。无轨开采技术在铀矿山乃至金属矿山的应用前景定然广阔。

［1］施祖远.我国铀矿开采技术成就与发展对策［J］.铀矿冶，2011，30（4）：175-179.

［2］战 凯.地下金属矿山无轨采矿装备发展趋势［J］.采矿技术，2006，6（3）：34-38.

［3］汪绍元，王 杰，杨金林.我国金属矿山采矿装备现状与趋势［J］.现代矿业，2010（3）：16-18.

［4］王昌汉.铀矿床开采［M］.北京：原子能出版社，1997.

［5］王运敏.现代采矿手册（中册）［M］.北京：冶金工业出版社，2012.

［6］古德生，李夕兵.现代金属矿床开采科学技术［M］.北京：冶金工业出版社，2006.

［7］王合祥.无轨采矿技术在我国铀矿山的应用与发展思路［J］.铀矿冶，2006，25（3）：116-121.

Application of trackless mining technique in a uranium mine

WU Tiejun1，2，LI Zhaopeng2，WANG Zhihu2
（1.Mining Institute of Liaoning Technical University，Fuxin Liaoning 123000，China；2.North Uranium Industry Co.，Ltd.，Chinese Nuclear Industry Group，Huludao Liaoning 125000，China）

With the great advantage of trackless mining equipment in mining，trackless mining technology has been used more and more in the production of modern mine.A uranium mine used hydraulic drilling rig，scraper and other supporting trackless mining equipment in production.Through the successful application in the upward horizontal cut and fill stoping method and room and pillar method，the trackless mining technique for uranium mines and similar mining characteristics is gradually explored and summarized.Practice shows that trackless mining technique has advantages of high degree mechanization，high productivity，high safety coefficient，low operating personnel，low labor intensity，low production and low cost.Therefore，trackless mining technique has broad application prospect in uranium and other similar mines.

trackless mining technique；horizontal cut and fill stoping；room and pillar method

TD803；TD853.34

Α

1671-4172（2015）06-0006-04

吴铁军（1981-），男，工程师，硕士研究生，矿物资源工程专业，主要从事铀矿山开采技术研究及管理工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.06.002