破碎厚矿体机械化高效采矿方法研究与试验

谭 玮，刘方求，肖旭峰，冯 壹

(湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南平江县 414507)

破碎厚矿体机械化高效采矿方法研究与试验

谭 玮，刘方求，肖旭峰，冯 壹

(湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南平江县 414507)

针对黄金洞金矿金塘3＃脉厚大破碎矿体，从减少采空区暴露面入手，采用窄分条回采进路，并将环保型矿用扒渣机和电瓶三轮车引入回采工艺与充填工艺，将环保型水压支柱引入支护工艺，提出了水压支柱主动承压条件下的机械化高效采矿方法。试验表明，该采矿方法适应该矿体的开采技术条件，具有安全、高效的特点。

破碎厚矿体；机械化高效采矿；水压支柱；进路回采

0 前 言

金洞金矿金塘矿区3号脉为难采破碎型中厚矿体。建矿以来公司先后聘请科研院所对其进行了房柱采矿法、崩落采矿法等采矿方法试验，均未取得成功，失败原因是采空区暴露面较大。后来的采矿方法试验小组改变研究思路，从减少采空区暴露面入手，开发出以人工作业为主的上向进路充填采矿法，这种采矿方法一直延续到现在。

人工作业为主的上向进路充填采矿方法虽然在当时具有一定的适应性，但是，随着生产规模的扩张，其存在的缺陷不断凸显出来，并成了矿山企业发展的瓶颈。该采矿方法的主要缺陷如下[1]:

(1)以人工出矿和充填，劳动强度大，效率低，工艺本质安全性差；

(2)以人工砌袋充填，密实性差，充填效果差；

(3)以圆木作为支护材料，支护成本高，支护效果差，作业空间安全性差。

为了解决上述采矿方法存在的缺陷，提高采场产能，减轻劳动强度，增加作业环境的安全，采矿方法试验小组决定探索机械化采矿方法[2，3]，用环保型水压支柱替代圆木支架支护采空区。

1 采场机械化高效采矿方法设计

1.1 选用高效小型化采矿机械

1.1.1 选用环保型矿用耙渣机

选用型号为2Q－D－30矿用环保型矿用耙渣机，该小型耙渣机的技术参数如下:装载能力30m3/h；最小转弯半径2m；挖掘宽度2m；挖掘高度1.8m；挖掘深度0.4m；挖掘距离(离铲口)1.1m；卸载高度2.0m；卸载距离1.3m(可加长)；适应巷道最小断面1.8m×1.8m；行走速度2.5 km/h；额定工作压力12.5 MPa；大臂最大回转角度左右35°；外形尺寸(长×宽×高)3800mm×1300mm×1400mm。

该耙渣机具有以下优点:以电力做驱动力，噪音小，对井下空气无污染，环保性能好；效率高，动力平稳，输料速度快，良好的通过性；投资小，节约资源，经济性好；用途多，借助耙渣机的耙渣功能和耙渣机尾部的抬升功能，既可在矿用电瓶三轮车的配合下用作出矿机械，也可利用耙渣机尾部对回采进路空区进行干式充填；拆装简单方便，方便在井下搬运和组装。

1.1.2 选用环保型电瓶三轮车

选用型号为YX－00载重量为1 t的矿用电动三轮车，该矿电动三轮车的技术参数如下:车外形规格(长×宽×高)2400mm×900mm×1200mm；车箱规格(长×宽×高)1400mm×900mm×400mmm，车箱门为扣式可自主拆卸；3块48 V名牌铅酸储电瓶，充足一次电可工作10～12 h；载重量1000 kg。矿用电动三轮车有如下优点:无污染，零排放，节能低耗；操作简单灵活，维修方便，无需培训；动力大，对路况要求小，适合在井下平巷或水平进路式采场驾驶；拆装简单方便，便于在井下搬运和组装。

1.2 运用SYZ型主动承压水压支柱系统

SYZ型主动承压水压支柱是中南大学与湖南辰州矿业有限责任公司合作研发的支护设备，该设备为国内首创，其各项技术指标均达到了国际先进水平。

SYZ型主动承压水压支柱系统由水压支柱和增压泵两部分组成。水压支柱具有安全、稳定、环保等优点，增压泵具有轻巧、耐用、增压率大等优点。水压支柱由柱体和承压顶架两部分构成，支柱底座可套承压板，对松软、破脆的顶底板均可适应，柱体与柱体之间可用钢构件连接，形成网状结构对顶板实施主动支撑[4，5]。水压支柱的初撑载荷为160 kN(0 ～200 kN可调)，柱体的支撑高度可在1500～2400mm之间调节，水压支柱的安设、回收可在3m外遥控操作。增压泵由泵体及其附件组成，它以空气为动力，以水为动力介质，对环境几乎不造成污染，其最少启动压力为0.1 MPa，最大输出压力为30 MPa，泵重27 kg，附件总重5 kg，因而增压泵具有启动压力小、输出压力大、重量轻、环保性能好等优点。

1.3 矿房布置与回采工艺

试验地点选在金塘矿区3＃脉－20m中段。试验矿房沿矿体走向布置，矿房长40～50m、宽为矿体厚度、高约40m(中段高度)。

1.3.1 采准工程

先掘进断面为2.2m×2.2m的溜矿井联络巷联通采场，然后自阶段运输平巷向上掘进断面为1.5m ×1.5m的矿石溜井直通该联络巷；同时自联络巷向上掘进断面为1.8m×1.6m的充填天井和回风天井直通上中段运输平巷；掘人行上山通溜矿井联络巷；在采场一段构筑顺路通风上山通分层底板沿脉切割平巷。掘回采分层沿脉切割平巷作为初始自由面，然后与分层沿脉切割平巷其成60°的夹角掘进断面为2.6m×2.2m穿脉回采进路。回采进路设计与分层沿脉切割平巷成60°夹角，便于扒渣机和电瓶三轮车顺畅进出回采进路。

1.3.2 回采工艺与技术

以分层凿岩爆破、出矿和充填方式，自下而上分层进路式回采与充填，分层高度为2.2m。回采进路和充填进路的规格(宽×高)均为2.6m×2.2m，进路长度为矿层厚度数。回采进路和充填进路以分段为单位施工。工作面采用YX－00型载重量为1 t的矿用电动三轮车配合型号为2Q－D－30的矿用小型耙渣机出矿与充填，矿石沿顺路溜井溜至阶段运输平巷装入矿车运出。试验矿块采矿方案如图1所示。

采用分段爆破法进行回采，一次爆破的分段长2.5m、宽2.6m、高2.2m。每一分层有两条进路同时回采，两条进路空区同时充填，两条施工进路(回采或充填)的间距为12m。

图1 试验矿块采矿方案

(1)凿岩与崩矿。用7655型凿岩机钻凿Φ42mm浅孔，孔深为2.5m，炮眼采用“梅花形”布孔方式。

(2)通风。新鲜风流从采场下部中段运输平巷经顺路通风天井、溜矿井联络巷进入采场，污风从回风天井进入上中段平巷，再经各级通风巷道排至井外。

(3)采场顶板临时地压管理。在每回采分层底板沿脉切割平巷和回采穿脉进路施工过程中，随着掘进工作面向前推进，均以水压支柱支撑顶板，以两支水压支柱和其上面的横木构筑一个“水压支柱支架体”，两支水压支柱分别支撑在横木的两端，并借助其上面的横木支撑回采进路空区顶板，“水压支柱支架体”的设计间距为0.8m～1.2m。

(4)出矿。用电瓶三轮车配合环保型矿用耙渣机出矿，以分层沿脉切割平巷和溜矿井联络巷作为电瓶三轮车运输通道。

(5)水压支柱撤卸。先在“水压支柱支架体”旁边架设一副木支架，然后在5m外的安全位置遥控撤卸回收水压支柱。

(6)充填。每一条回采进路矿石全部采完后，立即用电瓶三轮车运输充填料配合耙渣机对回采进路空区进行密室充填，充填工艺紧跟水压支柱撤卸工艺，分段进行，长度不超过2m，撤卸完该分段水压支柱后，立即用扒渣机充填对应的空区。

2 工业试验结果

经现场统计，主要技术经济指标如表1所示。

表1 试验矿块主要技术经济指标

通过比较采场机械化高效采矿方法与原采矿方法的技术经济指标，可以看出，采场机械化高效采矿方法出矿能力、充填能力和采场生产能力远大于原采矿方法，而劳动强度远远小于原采矿方法。工业试验证明，采场机械化采矿方法作业机动灵活、安全性好、出矿和充填效率高、劳动强度大大减轻。

3 结 论

机械化高效采矿方法，减轻了出矿工人和充填工人的劳动强度，提高了出矿效率和充填效率，加快了矿房回采进度，缩短了矿房回采周期；借助扒渣机出矿，增强了采场出矿工艺的本质安全；使用环保型水压支柱替代原来的木支柱，变木支架的被动承压为水压支柱的主动承压，提高了采空区支柱体的承载能力，增强了作业环境的安全性。

[1]冯 壹，刘方求，郑剑洪.难采厚大破碎矿体采矿方法试验研究[J].采矿技术，2011，11(6):56-57.

[2]余 健，黄兴益，吴东旭，等.缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论与技术[J].中南大学学报(自然科学版)，2005，36(6):1107-1111.

[3]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(6):34-38.

[4]黄启富，胡中华.我国矿井支护设备的分析与探讨[J].黄金，2003，24(3):31-35.

[5]吴爱祥.水压支柱支护特性及在深井开采中的应用[J].中南大学学报(自然科学版)，2002，33(3):564-566.

2014-11-11)