缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论与技术

杨兴廷

摘要：缓倾斜中厚矿体开采难度很大，开采过程中状况多发。文章研究了缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论和技术，分析了现阶段缓倾斜中厚矿体开采技术的发展情况和有待改进的问题，并对缓倾斜中厚矿体开采理论与技术进行了讨论。

关键词：缓倾斜；中厚矿体；机械化；采矿理论；采矿技术 文献标识码：A

中图分类号：TD821 文章编号：1009-2374（2016）19-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.070

缓倾斜中厚矿体是矿体厚度为5～20m，倾斜角度在5°～30°之间的矿体，开采难度很大，开采过程中状况多发。当前国内缓倾斜中厚矿体都采用房柱法或者下底盘空场法开采，开采效率尚可，但是采切工程量偏大、劳动强度高、机械化程度低、矿柱损失大，积极探索新的开采理论与技术十分必要。

1 缓倾斜中厚矿体

1.1 缓倾斜中厚矿体开采技术现况

缓倾斜中厚矿体开采是世界性难题，现阶段，无轨采掘设备是开采缓倾斜中厚矿体的主流设备，国外关于缓倾斜中厚矿体的研究集中在房柱法的优化改进，如对角斜巷房柱法、下向阶梯式房柱采矿法和斜交走向推进房柱采矿法等，除此之外，分段空场采矿法、下盘脉外采准分段房柱法等新的开采方法也发展迅速。并且大型深孔液压凿岩机的性能也不断优化，降低了缓倾斜中厚矿体采切的难度和工作量，有利于大型无轨出矿设备的应用。

相关统计数据显示，国内开采矿藏中绝大部分都是一次性能源，占到总开采规模的90%以上，国家工业中有超过80%的生产资料都来自矿产资源，矿产资源是国家发展和经济建设重要的战略性资源。我国有着相对丰富的资源总储量，但是同样也是人口大国和工业大国，对矿产资源的需求规模非常大，人均资源占有量很低，矿产资源成为经济发展关键性的限制因素，研究更先进的矿产勘查与开采技术有着重要的战略意义。

国内关注缓倾斜中厚矿体开采的研究集中在房柱法和下盘底部结构空场法，也有一些矿山应用了爆破云搬空场法、分段崩落法。下盘底部出矿空场法的不足在于采切工程量偏大、出矿效率低、分层凿岩工艺复杂、劳动强度高。房柱法的问题在于矿柱损失较多、围岩稳固性不佳时，采空区的作业人员面临较大的安全威胁，限制了出矿效率，超前支护使回采工艺更加复杂，需要探索新的开采技术。

1.2 现阶段缓倾斜中厚矿体开采工艺有待改进的问题

1.2.1 出矿。缓倾斜中厚矿体资源属于一次性资源，开采效率和矿产资源搬运速度有着直接关系，如果矿石不能及时搬运，将会导致生产效率下降。

1.2.2 支护。缓倾斜中厚矿体支护工作难度更大也更加复杂，面临着很大的局限性，支护工作进展缓慢，会严重妨碍矿体开采，而如果支护工作不到位，遭遇围护结构稳定性差的工况，可能会严重威胁采空区作业人员的生命安全。

1.2.3 开采成本/效率。对于矿山企业，安全和经济效益是应该首要考虑的问题，开采过程中，企业首先应该考虑工艺安全性经济性，过高的开采成本也是一种资源浪费。

国内缓倾斜中厚矿体开采最常见的是房柱法开采工艺，限制房柱法生产效率的主要因素是矿石搬运，缓倾斜矿体无法自行掉落，所以需要借助机械设备或者人工进行搬运，但是缓倾斜矿机械操作空间有限、使用率不高、人工劳动量大、生产效率不理想。与此同时，缓倾斜中厚矿体开采需要做好顶板管理工作，避免发生安全事故，这部分工作一些西方国家已经实现机械化，但是我国的机械自动化智能设备与技术研究相对滞后。

2 缓倾斜中厚矿体机械化采矿

文章介绍缓倾斜中厚矿体机械化采矿的开采理论与施工方法，从采切、矿房切割、崩矿、运煤等方面，对缓倾斜中厚矿体机械化开采方法进行了研究。

2.1 开采理论

缓倾斜中厚矿体开采过程中，随着开采作业的持续进行，采空区顶板暴露面积将越来越大，影响围岩安全性，给护顶工作增加了难度，目前尚没有令人满意的低成本、高安全性护顶技术，大型无轨设备难以进入采空区。而且由于矿体坡地不大，所以采场崩落矿石不能自由下落重力搬运，需要借助爆力、机械搬运，所以如何加快搬运速率也需要深入思考。现阶段，关于缓倾斜中厚矿体机械化采矿技术的研究主要集中在这两方面。

为了提高顶板稳定性，盘区可以对采场顶板形状进行优化，可以将采场顶板改为长条形，控制采空区顶板的跨度，不直接控制采空区顶板的暴露面积。与此同时，为了保证采空区工作人员和机械设备的安全，可以仍然采用重力放矿为主要搬运方式，在盘堑沟底集矿，大型铲运机运矿。为了将无轨设备的效率充分发挥出来，需要为其提供良好的水平作业环境，采场可以沿着倾斜分段，根据斜度走向布置矿房，这样的布置方式能够保持无轨采掘设备始终处于水平状态，因此可以采用沿走向布置矿房、下盘脉外采机械化房柱采矿、废石尾矿填充采空区的回采方式，能够显著增加开采效率，提高安全性。

2.2 开采施工

2.2.1 采切工程。采切工程主要涉及盘区斜坡、凿岩平巷等部分内容，运输巷道断面尺寸为4.4m×4.0m，两台液压凿岩台车和一台全液压凿岩台车组合，选择柴油铲运机作为出渣设备，掘进尺度为3～3.5m，深孔装药设备选择芬兰产装药台车。

2.2.2 矿房切割。矿房切割主要针对厚度大的部分，施工中首先进行爆破，孔间距和排间距均为1.4mm，孔深度为27mm，孔径为80mm，要求爆破带两侧各设置一排扇形抛空，为切割爆破预留足够的空间。

2.2.3 崩矿。扇形布置的抛孔用于崩矿，自由面作为切割槽，采用从两端向中间的爆破顺序。如果盘区矿体长度较长，可以分成三段爆破。崩落矿凿岩排间距为1.4m，孔底间距平均为2.7m。出矿效率是矿区生产能力最主要的影响因素，主要和出矿机械设备的工作效率有关。因此为了加快出矿效率，需要选择高效率的出矿设备，例如汤姆罗克公司的电动铲运机，这种铲运机不会产生油烟，产生的热量小、满载率高，且在矿区中的作业活动空间很大、适应性强，适用于缓倾斜中厚抗体开采。这种新型大型电动铲运机出矿速率达到200t/h，大矿石出产量下降到3%，能够极大地提高缓倾斜中厚矿体开采效率。

2.2.4 回风通井。根据矿房运输水平高程，在合适位置开挖回风通井，作为回采通风通道，回采过程中，风将从运输平巷道经状况井路进入采空区，再从回风天井排回地面。

2.2.5 采空区。采空区处理最理想的方法是就地应用废石和尾矿填充，能够有效地减少对环境的污染，提高了填充强度的同时也节省了填充成本。首先使用水平填充废石，趋于饱和再填充尾矿，单个矿房能够容纳6000m3的废石，同时节省了废石处理和采空区填充的成本。

采用大盘区小分段的设计方案开采缓倾斜中厚矿体是合理的，能够将无轨采掘设备的效率充分发挥出来，从而显著增加采场的生产能力，并且能够有效降低采矿工作人员的劳动强度。设计开采方案时要注意，采空区暴露形状会对采场顶板围岩产生很大的影响，而不是只和采空区面积有关，采用长条形顶板优化采空区顶板的效果比较理想，能够显著提高顶板稳定性，提高了作业面的安全性，一定程度上也加快了开采效率。

3 工程实例

3.1 工程概况

以某煤矿倾斜中厚矿体的开采为例，对缓倾斜中厚矿体机械化开采方法进行研究。该煤矿矿床以缓倾斜中厚矿体为主，分层分布，导致不同层矿开采过程容易出现相互干扰，并且矿形变化幅度较大，界限模糊，开采难度很大，机械化程度不高。矿区内缓倾斜中厚矿体开采过程中，开采作业会导致采空区顶板暴露面积增加，大型机械无法深入矿区。并且因为矿体坡度较小，因此崩落的矿石无法自然掉落，即便爆破之后，矿体仍然需要借助搬运工具运输，机械化程度低，劳动强度大，工作效率低。为了提高顶板安全性，采空区顶板为长方形，配合重力放矿的运输模式，为无轨设备提供更好的工作环境，提高其工作效率，同时保护工作人员安全。

3.2 矿床开拓/开采方式

侧翼反倾斜双斜井开拓，主皮带斜井联合双轨斜井，主井负责矿石运输，副井用于人、材料、设备运输并负责通风，二期增加了无轨设备斜坡。以小中段空场法为核心开采方案，从下向上逐层开采，下层回采结束之后开始上层可采，回采采用盘底漏斗空场法进行，垂直走向布置。二期为无轨采矿、无轨运输的开采方式，使用分级尾砂和尾矿废石回填采空区。

3.3 浅孔采矿

该矿床构造发育地段矿体厚度很大，但是可控性不强，使用底盘漏斗法开采难度很高，难以控制贫损指标，特别是运输大巷定形，构造发育地段加密探矿之后，矿体底板下掉，底盘漏斗的回采会造成平底漏斗以及盘区较大的矿体损失，影响无轨设备的正常工作，损失指标难以控制。因此可在原有房柱法基础上，调整人行系统以及回采顺序，回收资源，加快生产效率。矿体倾角超过25°，电耙出矿不能保证出矿安全，中深孔施工质量与安全性也不能保证，所以可应用普通房柱法与留底柱房柱法联合开采。对于二期内倾角大、厚度薄的矿体，难以通过机械化回采小分段空场法控制贫损指标，可以采用采场电耙清场、铲煤机运煤的房柱法，解决生产能力问题。有底柱的空场法盘区深孔拉槽可能出现悬顶、拒爆等问题，可以选择浅孔留矿回采切割槽法进行开采作业。

4 结语

在缓倾斜中厚矿体机械化开采中，为了更充分地利用无轨采掘设备，采切工程需要将无轨采掘设备置于水平，方便后期工作的开展，而在采切施工中，应该配套使用深孔全液压凿岩台车，方便采准切割面布置。

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（责任编辑：秦逊玉）