機械采礦技術在新城金礦傾斜厚重礦體開采中的運用

張國勝

（山東黃金集團股份有限公司新城金礦，山東 煙臺 261438）

新城金礦作為我國金礦的富集區，近年來受到相關部門的高度重視。新城金礦的表現形式為傾斜厚重礦體，對于新城金礦傾斜厚重礦體開采提供了極高的要求[1]。以往，針對新城金礦傾斜厚重礦體開采中，常年采取大規模粗放式開采方式，開采的金礦層主要以特厚金礦層為主，使用的采礦技術主要以長壁開采技術，長壁開采技術雖然開采效率較高，但是在開采過程中會造成大量的金礦體損失，導致礦體損失率高，這也是造成金礦資源浪費的主要原因之一。金礦作為我國稀缺的礦產資源，在開采過程中一定要最大程度上避免金礦的浪費。因此，針對新城金礦傾斜厚重礦體開采中，降低礦體損失率成為新城金礦傾斜厚重礦體開采的主流發展方向[2]。機械采礦技術主要是通過機械的大量運行，以自動化的形式進行采礦，基于機械化的高精度優勢，降低開采中不必要的消耗。為此，有理由將機械采礦技術應用在新城金礦傾斜厚重礦體開采中，致力于最大限度上降低新城金礦傾斜厚重礦體開采的礦體損失率。

1 基于機械采礦技術的新城金礦傾斜厚重礦體開采方法

本次開采試驗區為新城金礦區域，該區域礦產特點為傾斜厚重礦體。使用機械采礦技術，開采新城金礦傾斜厚重礦體流程，如圖1所示。

圖1 基于機械采礦技術新城金礦傾斜厚重礦體開采流程

結合圖1所示，以下將分三部分對該開采方法進行詳細說明。

1.1 布置新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道

新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置方式對新城金礦傾斜厚重礦體損失率具有較大的影響，此次利用機械采礦技術理論，結合新城金礦傾斜厚重礦體特征以及相互配套開采機械的特點，提出新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置方案，新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置圖，如圖2所示。

圖2 新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置圖

如圖2所示，主巷在工作面正中心，主巷最大跨度在10m～12m之間，具體數據計算主巷巖梁所受荷載，設其目標函數為dz，則有公式（1）。

公式（1）中，e指的是新城金礦頂板各巖層的彈性模量；h指的是新城金礦頂板各巖層的厚度；w指的是新城金礦頂板巖層的質量密度；J指的是新城金礦主巷巖梁所受荷載。根據上述公式，計算得出主巷巖梁所受荷載，以此為約束，布置巷道主巷。與此同時，設置頂柱，頂柱的作用是支撐頂板巖層的壓力，為了增加頂柱的承載力，將其形狀切割成長方形，根據《機械采礦技術規范》要求，采礦工作面的礦柱平均荷載不得超過4.65MPa[3]。結合礦柱的平均荷載計算公式，計算頂柱的長度和寬度，其計算公式如下：

公式（2）中，L指的是頂柱的長度；K指的是頂柱的寬度；

指的是頂柱平均荷載；K f指的是分層聯絡道的寬度；Lf指的是分層聯絡道的長度。按照以上設置的參數對新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道布置，為后續機械采礦技術施工奠定基礎。

1.2 線性支護新城金礦傾斜厚重礦體

布置完新城金礦傾斜厚重礦體開采巷道之后，為了保證主巷內能夠正常通風，并且在后續開采過程中不會出現坍塌事故，需要在新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面采取支護措施，此次采用線性支架支護方式，其過程如下。

首先清理巷道內主巷表面，將表面上的松散礦體清理干凈，采用支架對工作面支護。由于新城金礦傾斜厚重礦體結構比較脆弱，對其工作面支護效果取決于支架的尺寸范圍，通常情況下支架鉆孔的直徑范圍在200mm～300mm之間，因此采用的支架直徑介于200mm～300mm之間，而在新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面支護中，支架的軸向張拉荷載不得超過支架預應力鋼筋強度標準值的0.65倍，因此在該前提條件下可以計算出支架的截面面積，其計算公式如下：

公式（3）中，A指的是支架截面面積；N指的是支架設計軸向拉應力；η指的是支架的抗力分項系數；f指的是支架鋼筋與鋼絞線的強度標準值。除此之外還需要計算出支架的長度，其公式如下：

公式（4）中，L指的是支架長度；D指的是新城金礦傾斜厚重礦體工作面支架體直徑；q指的是土體與支架之間的粘結強度。根據以上支架參數進行新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面支護施工。而后布置一層鋼筋網，用于固定支架，鋼筋網安裝時需要盡量與地面貼近。最后利用鉆機鉆孔，鉆孔間距在3.5m～5.5m之間，可根據新城金礦傾斜厚重礦體工作面實際條件確定鉆孔間距。然后采用徑向注漿方式向鉆孔內注漿，注漿材料選用GKO69的水泥凈漿，從而形成支架，在注漿過程中，必須保證注漿管埋設位置的牢固性，以便取得良好的止漿效果，以此完成新城金礦傾斜厚重礦體開采工作面線性支架支護。

1.3 實現基于機械采礦技術開采新城金礦傾斜厚重礦體

完成工作面支架支護后，利用機械采礦技術對新城金礦傾斜厚重礦體工作面進行開采施工，機械采礦技術是一種連續式開采模式，這種開采模式主要以機械施工為主，在施工過程中需要應用到連續采煤機、連續給料破碎機以及梭車等機械設備，基于機械采礦技術的開采施工過程為：首先將連續采煤機置于線性支架之間，調用連續采煤機對兩個支架間的金礦回采，回采按照先采左翼，再采右翼的開采順序，回采過程中需要利用人工對采煤機的鉆頭定時噴水，減少回采中的煙霧。然后利用連續給料破碎機將礦體破碎，破碎的目的是為了更好的將金礦運輸出去。利用梭車將礦體運輸到工作面以外，當兩個支架之間的金礦開采完畢后，對下一個工作面回采，采取這種平行交替連續作業方式，直至所有開采完畢；最后當所有金礦資源開采完畢之后，避免金礦資源浪費，以此完成基于機械采礦技術的新城金礦傾斜厚重礦體開采。

2 實例分析

2.1 前期設計

實驗以新城金礦為實驗對象，新城金礦基礎信息表，如表1所示。

表1 新城金礦基礎信息表

結合表1所示，本次實驗內容為開采新城金礦傾斜厚重礦體。首先，使用本文設計開采方法，運用機械采礦技術，開采新城金礦傾斜厚重礦體，通過將開采數據導入matalb軟件，得出開采礦體損失率，設為實驗組。再使用傳統開采方法，開采新城金礦傾斜厚重礦體，同樣通過將開采數據導入matalb軟件，得出開采礦體損失率，設為對照組。本次實驗對比指標為兩種開采方法的開采礦體損失率，開采礦體損失率越低，證明該開采方法效果越好。設置測試次數為8次，記錄實驗結果。

2.2 實驗結果分析

根據實驗過程記錄的開采數據，得出兩種開采方法礦體損失率，將其作為實驗結果對兩種方法進行對比，實驗結果，如下表2所示。

表2 兩種開采方法礦體損失率對比（%）

從表2中可以看出，本文設計開采方法礦體損失率明顯低于對照組，能夠在開采的同時，避免新城金礦傾斜厚重礦體產生過多損失。由此可見，本文設計開采方法是具有實際意義的，具有現實推廣價值。

3 結語

本文通過實例分析的方式，證明了設計開采方法在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統新城金礦傾斜厚重礦體開采中存在的礦體損失率高的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次兩種開采方法礦體損失率測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高兩種開采方法礦體損失率測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對基于機械采礦技術的新城金礦傾斜厚重礦體開采回填方法的優化設計提出深入研究，以此為提高新城金礦傾斜厚重礦體開采工作的質量提供建議。