機械采礦技術在開磷集團礦山的應用

吳西富

（貴州開磷集團有限責任公司， 貴州 貴陽 550302）

機械采礦技術在開磷集團礦山的應用

吳西富

（貴州開磷集團有限責任公司， 貴州 貴陽 550302）

隨著硬巖礦山逐步進入深部開采，地應力加大，同時隨著礦山開采機械設備的發展，利用懸臂式掘進機進行非爆連續開采已成為可能，這種開采工藝不僅可以改善井下作業環境，同時能夠使礦山的生產實現連續作業，提高生產能力，有利于進行大規模、高強度的開采，從而達到降低礦石開采成本、提高開采經濟效益、實現深部地下礦山安全高效開采等目的。

硬巖礦山；機械破巖；懸臂式掘進機；非爆連續開采

隨著硬巖礦山逐步進入深部開采，巖石強度已經降低，同時隨著礦山開采機械設備的發展，將煤礦等軟巖礦山已經實現的機械化連續開采技術應用于硬巖礦山已成為可行。利用懸臂式掘進機進行非爆連續開采，不僅可以改善井下作業環境，減輕礦山一線工人的工作強度，同時能夠使礦山的生產實現連續作業，提高生產能力，還有利于對深部地壓進行控制和管理，從而達到降低礦石的開采成本、提高開采的經濟效益、實現深部地下礦山的安全高效開采等目的。

1 掘進機開采工藝

隨著人類開發自然、改造自然，出現了新的巖石破碎理論及方法。其中應用比較多的有爆破法和機械破巖法，比例在90%以上。同時人們探索了一些非機具破巖方法，如：水射流法、紅外線法及化學破碎法等。這些方法具有很好的破巖性能，但成本太高，應用條件不成熟，不能大規模推廣。

近年來，機械破巖得到了快速發展，出現了很多采掘機型，廣泛地應用于采礦領域。機械破巖具有連續作業，易于實現自動化作業等優點，是一種理想的采掘工藝。懸臂掘進機屬于部分斷面掘進機，具有破碎煤巖、裝載運輸、調動行走、噴霧滅塵等功能，移動方便，操作靈活。工作時截割頭每次截割工作面巖壁的一部分，經一定的截割路線掘出所要求的斷面形狀和尺寸。懸臂式掘進機正常工作時截割巖石的過程是利用截割頭上的截齒將機械作用力作用在巖石體的表面，使得巖石塊從巖石體上剝離下來的過程。

2 掘進機破巖方法

2.1 振動截割機構

振動截割式掘進機以普通懸臂式掘進機為基礎，通過在掘進機的掘進頭的空腔內加入慣性沖擊振動器改造而成。這種慣性沖擊振動器是通過行星傳動裝置由液壓馬達來驅動的，在行星齒輪軸上裝有偏心錘，在慣性沖擊振動器工作的情況下，掘進機的截割機構承受由此而產生的附加動態載荷，并通過截齒施加在煤巖體上，使原來的靜態恒力截割改為波動變力截割，從而獲得更高的破巖效率。

2.2 掘進機機械開采方法

先在礦體中用鉆爆法拉一條地壓致裂誘導巷道，形成一個自由空間，利用深部地壓的能量使靠近臨空面的礦體的內部微裂隙擴展，產生巖體內部損傷而變得易掘，掘進機的截割工藝路線如圖1所示。

圖1 掘進機截割工藝路線的規劃

3 掘進機切割破巖的工程應用

目前開磷的掘進機在深部礦巖的獨頭掘進中應用效果很不理想，主要表現為難開掘、進尺慢、截齒損耗大。若不能有效地利用深部地壓，單憑掘進機本身的性能是無法實現磷礦石的經濟合理開采的。因此，要實現掘進機對硬巖的經濟截割，從目前來看，充分發揮深部地壓的作用來誘導致裂硬巖是一個合理途徑。

3.1 鉆進切割

懸臂式掘進機切割頭從高幫底部鉆進進刀，切割時機械的震動大，同時發出尖銳的聲音及火花，礦體呈顆粒狀破碎，此時切割頭旁邊的粉塵濃度很大，隨著鉆進深度的進一步增大，截割頭受到的阻力越來越大，掘進工作變得較為困難，切割巖石的直徑比切割頭的直徑略大，等到整個截割頭全部切進礦石時，進刀的深度為70cm，用時4min。

3.2 底部橫切

完成鉆進切割工序后，掘進機截割頭開始向右擺動切割，切割狀況稍好，機械有少量震動，切割礦石產生的聲音比較小，礦體呈松散狀破碎，與此同時截割頭產生的粉塵在除塵裝置的作用下極大部分被處理，可以清晰看到掘進機的截齒切削礦石。橫切坑道的直徑比切割頭的直徑大，有利于切割頭更好地工作。整個巷道底部橫切長度為300cm，用時3 min。

3.3 刷幫

當掘進機切割頭橫切采場的右幫時（如圖2所示），由于采場的右幫為自由面，礦體處于四面臨空的狀態，礦體的三維應力得到釋放，切割頭只需利用自身旋轉時賦予截齒的力量就能把礦體觸碰下來。而當切割頭橫切巷道斷面的左幫時，因為左幫在轉角的位置，所以左幫礦體內有較大的剪應力集中，此時礦體內的節理裂隙會很發育，只需截齒觸碰便垮落下來。切割頭進刀深度約70cm，寬約300cm，高為380cm的斷面回采完畢。

圖2 截割頭刷幫切割

3.4 出渣

回采斷面形成后，掘進機開始出渣，三爪星輪轉動將切割下來的礦石扒入位于鏟板中央的第一運輸機的從動輪處，然后第一運輸機通過圓環刮板鏈把礦石運送到卡車上，或者直接通過皮帶運出地表。

4 結 論

利用懸臂式掘進機進行非爆連續開采，具有連續作業、破巖效率高、生產成本低、作業安全、勞動條件好，易于實現自動化作業等優點，是一種理想的采掘工藝。懸臂掘進機屬于部分斷面掘進機，具有破碎煤巖、裝載運輸、調動行走、噴霧滅塵等功能，移動方便，操作靈活。硬巖礦山進入深部后采用掘進機進行開采，能實現深部地下礦山的安全高效開采。

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2012－05－25）

吳西富（1966－），男，重慶人，助理工程師，從事礦山設計工作，Email：kaiyanglinkuang＠126.com。