緩傾斜中厚礦體機械化采礦理論與技術

楊興廷

摘要：緩傾斜中厚礦體開采難度很大，開采過程中狀況多發。文章研究了緩傾斜中厚礦體機械化采礦理論和技術，分析了現階段緩傾斜中厚礦體開采技術的發展情況和有待改進的問題，并對緩傾斜中厚礦體開采理論與技術進行了討論。

關鍵詞：緩傾斜；中厚礦體；機械化；采礦理論；采礦技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD821 文章編號：1009-2374（2016）19-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.070

緩傾斜中厚礦體是礦體厚度為5～20m，傾斜角度在5°～30°之間的礦體，開采難度很大，開采過程中狀況多發。當前國內緩傾斜中厚礦體都采用房柱法或者下底盤空場法開采，開采效率尚可，但是采切工程量偏大、勞動強度高、機械化程度低、礦柱損失大，積極探索新的開采理論與技術十分必要。

1 緩傾斜中厚礦體

1.1 緩傾斜中厚礦體開采技術現況

緩傾斜中厚礦體開采是世界性難題，現階段，無軌采掘設備是開采緩傾斜中厚礦體的主流設備，國外關于緩傾斜中厚礦體的研究集中在房柱法的優化改進，如對角斜巷房柱法、下向階梯式房柱采礦法和斜交走向推進房柱采礦法等，除此之外，分段空場采礦法、下盤脈外采準分段房柱法等新的開采方法也發展迅速。并且大型深孔液壓鑿巖機的性能也不斷優化，降低了緩傾斜中厚礦體采切的難度和工作量，有利于大型無軌出礦設備的應用。

相關統計數據顯示，國內開采礦藏中絕大部分都是一次性能源，占到總開采規模的90%以上，國家工業中有超過80%的生產資料都來自礦產資源，礦產資源是國家發展和經濟建設重要的戰略性資源。我國有著相對豐富的資源總儲量，但是同樣也是人口大國和工業大國，對礦產資源的需求規模非常大，人均資源占有量很低，礦產資源成為經濟發展關鍵性的限制因素，研究更先進的礦產勘查與開采技術有著重要的戰略意義。

國內關注緩傾斜中厚礦體開采的研究集中在房柱法和下盤底部結構空場法，也有一些礦山應用了爆破云搬空場法、分段崩落法。下盤底部出礦空場法的不足在于采切工程量偏大、出礦效率低、分層鑿巖工藝復雜、勞動強度高。房柱法的問題在于礦柱損失較多、圍巖穩固性不佳時，采空區的作業人員面臨較大的安全威脅，限制了出礦效率，超前支護使回采工藝更加復雜，需要探索新的開采技術。

1.2 現階段緩傾斜中厚礦體開采工藝有待改進的問題

1.2.1 出礦。緩傾斜中厚礦體資源屬于一次性資源，開采效率和礦產資源搬運速度有著直接關系，如果礦石不能及時搬運，將會導致生產效率下降。

1.2.2 支護。緩傾斜中厚礦體支護工作難度更大也更加復雜，面臨著很大的局限性，支護工作進展緩慢，會嚴重妨礙礦體開采，而如果支護工作不到位，遭遇圍護結構穩定性差的工況，可能會嚴重威脅采空區作業人員的生命安全。

1.2.3 開采成本/效率。對于礦山企業，安全和經濟效益是應該首要考慮的問題，開采過程中，企業首先應該考慮工藝安全性經濟性，過高的開采成本也是一種資源浪費。

國內緩傾斜中厚礦體開采最常見的是房柱法開采工藝，限制房柱法生產效率的主要因素是礦石搬運，緩傾斜礦體無法自行掉落，所以需要借助機械設備或者人工進行搬運，但是緩傾斜礦機械操作空間有限、使用率不高、人工勞動量大、生產效率不理想。與此同時，緩傾斜中厚礦體開采需要做好頂板管理工作，避免發生安全事故，這部分工作一些西方國家已經實現機械化，但是我國的機械自動化智能設備與技術研究相對滯后。

2 緩傾斜中厚礦體機械化采礦

文章介紹緩傾斜中厚礦體機械化采礦的開采理論與施工方法，從采切、礦房切割、崩礦、運煤等方面，對緩傾斜中厚礦體機械化開采方法進行了研究。

2.1 開采理論

緩傾斜中厚礦體開采過程中，隨著開采作業的持續進行，采空區頂板暴露面積將越來越大，影響圍巖安全性，給護頂工作增加了難度，目前尚沒有令人滿意的低成本、高安全性護頂技術，大型無軌設備難以進入采空區。而且由于礦體坡地不大，所以采場崩落礦石不能自由下落重力搬運，需要借助爆力、機械搬運，所以如何加快搬運速率也需要深入思考。現階段，關于緩傾斜中厚礦體機械化采礦技術的研究主要集中在這兩方面。

為了提高頂板穩定性，盤區可以對采場頂板形狀進行優化，可以將采場頂板改為長條形，控制采空區頂板的跨度，不直接控制采空區頂板的暴露面積。與此同時，為了保證采空區工作人員和機械設備的安全，可以仍然采用重力放礦為主要搬運方式，在盤塹溝底集礦，大型鏟運機運礦。為了將無軌設備的效率充分發揮出來，需要為其提供良好的水平作業環境，采場可以沿著傾斜分段，根據斜度走向布置礦房，這樣的布置方式能夠保持無軌采掘設備始終處于水平狀態，因此可以采用沿走向布置礦房、下盤脈外采機械化房柱采礦、廢石尾礦填充采空區的回采方式，能夠顯著增加開采效率，提高安全性。

2.2 開采施工

2.2.1 采切工程。采切工程主要涉及盤區斜坡、鑿巖平巷等部分內容，運輸巷道斷面尺寸為4.4m×4.0m，兩臺液壓鑿巖臺車和一臺全液壓鑿巖臺車組合，選擇柴油鏟運機作為出渣設備，掘進尺度為3～3.5m，深孔裝藥設備選擇芬蘭產裝藥臺車。

2.2.2 礦房切割。礦房切割主要針對厚度大的部分，施工中首先進行爆破，孔間距和排間距均為1.4mm，孔深度為27mm，孔徑為80mm，要求爆破帶兩側各設置一排扇形拋空，為切割爆破預留足夠的空間。

2.2.3 崩礦。扇形布置的拋孔用于崩礦，自由面作為切割槽，采用從兩端向中間的爆破順序。如果盤區礦體長度較長，可以分成三段爆破。崩落礦鑿巖排間距為1.4m，孔底間距平均為2.7m。出礦效率是礦區生產能力最主要的影響因素，主要和出礦機械設備的工作效率有關。因此為了加快出礦效率，需要選擇高效率的出礦設備，例如湯姆羅克公司的電動鏟運機，這種鏟運機不會產生油煙，產生的熱量小、滿載率高，且在礦區中的作業活動空間很大、適應性強，適用于緩傾斜中厚抗體開采。這種新型大型電動鏟運機出礦速率達到200t/h，大礦石出產量下降到3%，能夠極大地提高緩傾斜中厚礦體開采效率。

2.2.4 回風通井。根據礦房運輸水平高程，在合適位置開挖回風通井，作為回采通風通道，回采過程中，風將從運輸平巷道經狀況井路進入采空區，再從回風天井排回地面。

2.2.5 采空區。采空區處理最理想的方法是就地應用廢石和尾礦填充，能夠有效地減少對環境的污染，提高了填充強度的同時也節省了填充成本。首先使用水平填充廢石，趨于飽和再填充尾礦，單個礦房能夠容納6000m3的廢石，同時節省了廢石處理和采空區填充的成本。

采用大盤區小分段的設計方案開采緩傾斜中厚礦體是合理的，能夠將無軌采掘設備的效率充分發揮出來，從而顯著增加采場的生產能力，并且能夠有效降低采礦工作人員的勞動強度。設計開采方案時要注意，采空區暴露形狀會對采場頂板圍巖產生很大的影響，而不是只和采空區面積有關，采用長條形頂板優化采空區頂板的效果比較理想，能夠顯著提高頂板穩定性，提高了作業面的安全性，一定程度上也加快了開采效率。

3 工程實例

3.1 工程概況

以某煤礦傾斜中厚礦體的開采為例，對緩傾斜中厚礦體機械化開采方法進行研究。該煤礦礦床以緩傾斜中厚礦體為主，分層分布，導致不同層礦開采過程容易出現相互干擾，并且礦形變化幅度較大，界限模糊，開采難度很大，機械化程度不高。礦區內緩傾斜中厚礦體開采過程中，開采作業會導致采空區頂板暴露面積增加，大型機械無法深入礦區。并且因為礦體坡度較小，因此崩落的礦石無法自然掉落，即便爆破之后，礦體仍然需要借助搬運工具運輸，機械化程度低，勞動強度大，工作效率低。為了提高頂板安全性，采空區頂板為長方形，配合重力放礦的運輸模式，為無軌設備提供更好的工作環境，提高其工作效率，同時保護工作人員安全。

3.2 礦床開拓/開采方式

側翼反傾斜雙斜井開拓，主皮帶斜井聯合雙軌斜井，主井負責礦石運輸，副井用于人、材料、設備運輸并負責通風，二期增加了無軌設備斜坡。以小中段空場法為核心開采方案，從下向上逐層開采，下層回采結束之后開始上層可采，回采采用盤底漏斗空場法進行，垂直走向布置。二期為無軌采礦、無軌運輸的開采方式，使用分級尾砂和尾礦廢石回填采空區。

3.3 淺孔采礦

該礦床構造發育地段礦體厚度很大，但是可控性不強，使用底盤漏斗法開采難度很高，難以控制貧損指標，特別是運輸大巷定形，構造發育地段加密探礦之后，礦體底板下掉，底盤漏斗的回采會造成平底漏斗以及盤區較大的礦體損失，影響無軌設備的正常工作，損失指標難以控制。因此可在原有房柱法基礎上，調整人行系統以及回采順序，回收資源，加快生產效率。礦體傾角超過25°，電耙出礦不能保證出礦安全，中深孔施工質量與安全性也不能保證，所以可應用普通房柱法與留底柱房柱法聯合開采。對于二期內傾角大、厚度薄的礦體，難以通過機械化回采小分段空場法控制貧損指標，可以采用采場電耙清場、鏟煤機運煤的房柱法，解決生產能力問題。有底柱的空場法盤區深孔拉槽可能出現懸頂、拒爆等問題，可以選擇淺孔留礦回采切割槽法進行開采作業。

4 結語

在緩傾斜中厚礦體機械化開采中，為了更充分地利用無軌采掘設備，采切工程需要將無軌采掘設備置于水平，方便后期工作的開展，而在采切施工中，應該配套使用深孔全液壓鑿巖臺車，方便采準切割面布置。

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（責任編輯：秦遜玉）