破碎厚礦體機械化高效采礦方法研究與試驗

2015-06-05 14:35:18劉方求肖旭峰

采礦技術 2015年2期

譚瑋，劉方求，肖旭峰，馮壹

(湖南黃金洞礦業有限責任公司，湖南平江縣 414507)

破碎厚礦體機械化高效采礦方法研究與試驗

譚瑋，劉方求，肖旭峰，馮壹

(湖南黃金洞礦業有限責任公司，湖南平江縣 414507)

針對黃金洞金礦金塘3＃脈厚大破碎礦體，從減少采空區暴露面入手，采用窄分條回采進路，并將環保型礦用扒渣機和電瓶三輪車引入回采工藝與充填工藝，將環保型水壓支柱引入支護工藝，提出了水壓支柱主動承壓條件下的機械化高效采礦方法。試驗表明，該采礦方法適應該礦體的開采技術條件，具有安全、高效的特點。

破碎厚礦體；機械化高效采礦；水壓支柱；進路回采

0 前言

金洞金礦金塘礦區3號脈為難采破碎型中厚礦體。建礦以來公司先后聘請科研院所對其進行了房柱采礦法、崩落采礦法等采礦方法試驗，均未取得成功，失敗原因是采空區暴露面較大。后來的采礦方法試驗小組改變研究思路，從減少采空區暴露面入手，開發出以人工作業為主的上向進路充填采礦法，這種采礦方法一直延續到現在。

人工作業為主的上向進路充填采礦方法雖然在當時具有一定的適應性，但是，隨著生產規模的擴張，其存在的缺陷不斷凸顯出來，并成了礦山企業發展的瓶頸。該采礦方法的主要缺陷如下[1]:

(1)以人工出礦和充填，勞動強度大，效率低，工藝本質安全性差；

(2)以人工砌袋充填，密實性差，充填效果差；

(3)以圓木作為支護材料，支護成本高，支護效果差，作業空間安全性差。

為了解決上述采礦方法存在的缺陷，提高采場產能，減輕勞動強度，增加作業環境的安全，采礦方法試驗小組決定探索機械化采礦方法[2，3]，用環保型水壓支柱替代圓木支架支護采空區。

1 采場機械化高效采礦方法設計

1.1 選用高效小型化采礦機械

1.1.1 選用環保型礦用耙渣機

選用型號為2Q－D－30礦用環保型礦用耙渣機，該小型耙渣機的技術參數如下:裝載能力30m3/h；最小轉彎半徑2m；挖掘寬度2m；挖掘高度1.8m；挖掘深度0.4m；挖掘距離(離鏟口)1.1m；卸載高度2.0m；卸載距離1.3m(可加長)；適應巷道最小斷面1.8m×1.8m；行走速度2.5 km/h；額定工作壓力12.5 MPa；大臂最大回轉角度左右35°；外形尺寸(長×寬×高)3800mm×1300mm×1400mm。

該耙渣機具有以下優點:以電力做驅動力，噪音小，對井下空氣無污染，環保性能好；效率高，動力平穩，輸料速度快，良好的通過性；投資小，節約資源，經濟性好；用途多，借助耙渣機的耙渣功能和耙渣機尾部的抬升功能，既可在礦用電瓶三輪車的配合下用作出礦機械，也可利用耙渣機尾部對回采進路空區進行干式充填；拆裝簡單方便，方便在井下搬運和組裝。

1.1.2 選用環保型電瓶三輪車

選用型號為YX－00載重量為1 t的礦用電動三輪車，該礦電動三輪車的技術參數如下:車外形規格(長×寬×高)2400mm×900mm×1200mm；車箱規格(長×寬×高)1400mm×900mm×400mmm，車箱門為扣式可自主拆卸；3塊48 V名牌鉛酸儲電瓶，充足一次電可工作10～12 h；載重量1000 kg。礦用電動三輪車有如下優點:無污染，零排放，節能低耗；操作簡單靈活，維修方便，無需培訓；動力大，對路況要求小，適合在井下平巷或水平進路式采場駕駛；拆裝簡單方便，便于在井下搬運和組裝。

1.2 運用SYZ型主動承壓水壓支柱系統

SYZ型主動承壓水壓支柱是中南大學與湖南辰州礦業有限責任公司合作研發的支護設備，該設備為國內首創，其各項技術指標均達到了國際先進水平。

SYZ型主動承壓水壓支柱系統由水壓支柱和增壓泵兩部分組成。水壓支柱具有安全、穩定、環保等優點，增壓泵具有輕巧、耐用、增壓率大等優點。水壓支柱由柱體和承壓頂架兩部分構成，支柱底座可套承壓板，對松軟、破脆的頂底板均可適應，柱體與柱體之間可用鋼構件連接，形成網狀結構對頂板實施主動支撐[4，5]。水壓支柱的初撐載荷為160 kN(0 ～200 kN可調)，柱體的支撐高度可在1500～2400mm之間調節，水壓支柱的安設、回收可在3m外遙控操作。增壓泵由泵體及其附件組成，它以空氣為動力，以水為動力介質，對環境幾乎不造成污染，其最少啟動壓力為0.1 MPa，最大輸出壓力為30 MPa，泵重27 kg，附件總重5 kg，因而增壓泵具有啟動壓力小、輸出壓力大、重量輕、環保性能好等優點。

1.3 礦房布置與回采工藝

試驗地點選在金塘礦區3＃脈－20m中段。試驗礦房沿礦體走向布置，礦房長40～50m、寬為礦體厚度、高約40m(中段高度)。

1.3.1 采準工程

先掘進斷面為2.2m×2.2m的溜礦井聯絡巷聯通采場，然后自階段運輸平巷向上掘進斷面為1.5m ×1.5m的礦石溜井直通該聯絡巷；同時自聯絡巷向上掘進斷面為1.8m×1.6m的充填天井和回風天井直通上中段運輸平巷；掘人行上山通溜礦井聯絡巷；在采場一段構筑順路通風上山通分層底板沿脈切割平巷。掘回采分層沿脈切割平巷作為初始自由面，然后與分層沿脈切割平巷其成60°的夾角掘進斷面為2.6m×2.2m穿脈回采進路。回采進路設計與分層沿脈切割平巷成60°夾角，便于扒渣機和電瓶三輪車順暢進出回采進路。

1.3.2 回采工藝與技術

以分層鑿巖爆破、出礦和充填方式，自下而上分層進路式回采與充填，分層高度為2.2m。回采進路和充填進路的規格(寬×高)均為2.6m×2.2m，進路長度為礦層厚度數。回采進路和充填進路以分段為單位施工。工作面采用YX－00型載重量為1 t的礦用電動三輪車配合型號為2Q－D－30的礦用小型耙渣機出礦與充填，礦石沿順路溜井溜至階段運輸平巷裝入礦車運出。試驗礦塊采礦方案如圖1所示。

采用分段爆破法進行回采，一次爆破的分段長2.5m、寬2.6m、高2.2m。每一分層有兩條進路同時回采，兩條進路空區同時充填，兩條施工進路(回采或充填)的間距為12m。

圖1 試驗礦塊采礦方案

(1)鑿巖與崩礦。用7655型鑿巖機鉆鑿Φ42mm淺孔，孔深為2.5m，炮眼采用“梅花形”布孔方式。

(2)通風。新鮮風流從采場下部中段運輸平巷經順路通風天井、溜礦井聯絡巷進入采場，污風從回風天井進入上中段平巷，再經各級通風巷道排至井外。

(3)采場頂板臨時地壓管理。在每回采分層底板沿脈切割平巷和回采穿脈進路施工過程中，隨著掘進工作面向前推進，均以水壓支柱支撐頂板，以兩支水壓支柱和其上面的橫木構筑一個“水壓支柱支架體”，兩支水壓支柱分別支撐在橫木的兩端，并借助其上面的橫木支撐回采進路空區頂板，“水壓支柱支架體”的設計間距為0.8m～1.2m。

(4)出礦。用電瓶三輪車配合環保型礦用耙渣機出礦，以分層沿脈切割平巷和溜礦井聯絡巷作為電瓶三輪車運輸通道。

(5)水壓支柱撤卸。先在“水壓支柱支架體”旁邊架設一副木支架，然后在5m外的安全位置遙控撤卸回收水壓支柱。

(6)充填。每一條回采進路礦石全部采完后，立即用電瓶三輪車運輸充填料配合耙渣機對回采進路空區進行密室充填，充填工藝緊跟水壓支柱撤卸工藝，分段進行，長度不超過2m，撤卸完該分段水壓支柱后，立即用扒渣機充填對應的空區。