礦山工程施工中礦用機械開挖工藝及技術應用研究

張海軍

（甘肅畜牧工程職業技術學院，甘肅 武威 733006）

綜合機械化開采大大提高了礦石的出產量，管理各個環節，有效減少了礦產品在運輸中的耗費現象，為國家經濟的發展奠定了基礎的重要經濟來源。但由于礦山開發過程相對危險，且目前的礦產品純度較低，在利用過程中依然面臨著不少問題。因此有關人員需要總結歷史資料，綜合運用機械化利用等科學技術，進一步提高礦產品的利用率，以便于建設綠色生態和可持續發展的新社會。

1 礦山綜合機械化開采設備的基本概述和現狀

綜合化工程以礦山的回采過程的機械制造技術為主要研發對象，實行了統一的機械技術管理與施工方式。以先進計算機技術和電子設備為數據基礎，與綜合采礦機的液壓支撐系統、可伸縮送變站結合，以達到礦井產品智能化目標。在一般情況下，礦山開采時基本都會使用分段型的壓碎機械，有很大的產量效能，并能夠隨著不同礦層的厚度而改變或自行調整高度，以確保采礦利用效益的顯著增加。但由于綜合生產機械化技術水平提高，礦山員工的環保意識也越來越提高，對整體化的機械設備依賴程度也愈來愈高。迫使更基層的礦山作業技術人員要學會更加綜合的機械性采礦技能。由于礦山開采風險較高，要保證較高的產出效益，有關技術人員一定要對機器的運行穩定性開展長期的動態研究。機器運行穩定性是機械化生產的前提條件，只有保證了礦山機器的運行穩定性，才能使礦業著穩步進展，確保了作業人員的安全。

機械化作業在礦山開采中也是十分關鍵的一環，通過機器裝置管理和調度了礦山生產作業中的全部流程，這其中通過計算機進行控制和紅外線定位系統來進行礦石的切割和輸送等方面的工作，從而大大提高了采礦作業自動化的綜合技術水平，在開采安全等方面也能夠大大提高，公司的經濟性與生產能力也將會有所跨越性提高，而與此同樣，由于機器化生產方式在礦山作業過程中許多環節均包括，對人力物力的投資將大大減少，對商品的機械加工作業也更為簡單，從而降低了作業的困難系數。我們可以將機械化開采的生產流程和傳統的礦井開發相對類比，首先工期將會大大縮短，產量效益提高，同時機械化工作能在第一線的開發作業人員安全性上更有保證。以下均為重要的集中設備：首先是移動變電站，在所有采掘流程中均離不開移動變電站的供水，主要是提供輸送設備和采掘機具。而且，變電站也是隨著工作臺進行而不停的移動。第二類是選礦機械，其用途為選礦和碎礦，基本在運送礦物時才會被用到。第三類是作業面輸送機，一般是用刮片輸送機構運輸工作，其具有巨大的承載力，可同樣運用于水平方向的和斜傾方位的運送管理工作。

2 礦井綜合機械化采礦設施以及先進開采工藝技術應用的研究優點

在傳統的開采流程中，由于不同項目之間被區分隔開，在工作面的布置，以及礦山搬運等環節中耗費了巨大的工作時間，如果進行整合，就會造成巨大資源消耗浪費。而整體化的機械流程以路面的挖掘為先，布置科學而合理，極大的減輕了基礎人員的勞力工作強度，而且，整體化的礦山開采設備也節約了成本，減少了對能源的耗費，也增加了信息傳輸環節中的能量利用率。有關技術人員要進一步提高機器的精度，準確度是判斷機器的質量前提，精確的設備能夠有效地減少機器誤差，從而減少礦業開采中的各種安全隱患。使機器在較小的誤差內保持工作的連續性，協調不同工件間的運動，從而提高了機器的總體發展。

3 機械化采礦工藝中的主要設備

礦井綜合工業生產機械化開采過程中的機械設備，一般有采掘機、工作面搬運機、液壓支撐、伸縮搬運機以及移動變電站等機械設備，采掘機是綜合電力液壓等機械設備為一身的重要機具，是完成礦井生產作業和智能化整合的最有效手段之中，是綜合工業生產工業機械化開采過程的重點裝備，在一般條件下，礦井開采生產作業一般都采用壓碎法，但目前國家使用較多的采掘機一般是滾輪式可調高度采掘機，已經具備了很大的產量和制造技術水平，并且還能夠滿足礦層厚度的不同，和傳統采掘機比較，滾輪式采掘機制造質量也更高，而且能夠自行調整高度。

（1）運輸機。在井降煤礦的綜合機械化采掘生產過程中，開采機在生產出礦資源后由工作面運輸機完成運輸，在采礦過程中由于運送距離比較長，對輸送機提出很大的需求，為了克服在采礦工作面開采后礦產數量變化很大的問題，就必須選用一個結構剛度比較大且可以轉彎的運輸機，帶式輸送機也能夠調整寬度，按照回采面寬度的需要調整自身直徑，以適應各種長度運輸巷道的需要;但是如果在運送過程中出現了故障，就會大大降低回采的工作效率和經濟性，所以需要做好對輸送機的日常保養工作;在回采綜采作業中，帶式輸送機也能夠根據回采面的推移調整，給回采工作面帶來更多的保護。有些公司使用刮板式輸送機，因為該運輸機不但能夠進行搬運作業，還能夠保證液壓支撐的穩固性，和傳統的運輸機比較，刮板式輸送機運力大、搬運距離遠，更能夠實現在礦業開發過程中對運輸機的需求。

（2）液壓支架。液壓支撐主要是對回采工作面的支護圍巖受壓提供支承，也是回采作業中的關鍵，在煤礦的機械化采掘作業中，液壓支撐能夠更高效的支護在回采工作面的頂部，以完成對采掘區的隔空作業，并防止頂部瓦礫落入搬運機帶來損失。其中企業所使用的自動式液壓支撐能夠實現對整個作業面的支護，自動式液壓支撐還能夠再高壓或液體的加壓下實現對整個作業面頂板、搬運機等各環節的管理，部分液壓支撐還可以實現對出口機頭的輸出和保護，以及機尾端口管理等作業。為維護整個作業面的穩定提供了維護，同時也給作業人員創造了安全的作業空間。轉載機設備通常布置在礦山作業面下出口的地方，是通過一個橋式刮板物料運送，這個轉載機設備可以與帶式輸送機相連，另一端與礦山開展的搬運以及聯系工作，在運動情況下，當礦山回采工作時能夠把卸出的礦產轉移到可伸縮帶式輸送機上，在回采時推進通過這個設備可以完成整體前進的移動，達到了轉載的目的。

（3）乳化液泵站與移動變電站。隨著回采作業的進行與深化，回采面的所有設備都隨著變壓器的移動位置而移動位置，為了向回采面設備供應足夠的電力，變壓器也隨之移動位置，此時就必須使用的移動變電站作為所有裝置的基礎環節，為向這些裝置供應電力，利用移動變電站所供給的電流就能夠轉化為礦井中綜合機械化采掘設備所要求的電流，為了滿足保證向回采面設備供電的連續供給，由礦井回采面中的液壓支撐所使用的各類高壓液體在設備室通過乳化油泵為之進行助力與支撐，以保證在回采工作面具有足夠的壓強。所以，乳化泵和移動變動站都是必須隨著操作面的移動位置而移動位置的。

4 礦井綜合機械化采礦設施及開采工藝技術的應用分析

目前的綜合機械化開采礦山企業工藝技術還涉及許多設備，而中國傳統的整體綜合性機械化開采礦山企業工藝技術還必須擴大其應用范圍，在對礦井的整體綜合性機械化開采礦山設備特性與技術條件逐步改善的前提下，對礦山企業整體綜合性采掘工藝技術進行了更加廣泛的研究發展，已經出現了長壁綜采模式與短壁礦井整體綜合性機械化工藝采掘模式，長壁礦井整體綜合性機械化工藝采掘模式還能夠根據回采工作面裝置特性的差異，不斷增加自身的寬度。長壁綜合機械化礦井工藝技術的長度參數能夠合理的控制作業面的搬家頻率，通過提高采掘機械設備的參數也可以將單位生產率發展到最大，合理的控制了影響牽引速率的狀況，從而達到了提高礦井回采與選礦量一致性的目的。短壁綜合機械化開采工藝實現了對礦井巷道機械化的迅速挖掘，并完成了從端口間的快速作業。

（1）長壁綜合機械化采礦技術。目前來看，造成工作面寬度的主要原因有工作面的地質條件、刮板材料輸送的距離等，但為了降低作業面搬家的成數次，增加工作面的寬度也是可行的措施;采礦過程中，如果礦井綜合機械化采掘工作面的直徑設計很大，采礦機械所進行的每一刀就會直接影響到產出效率，所以只有最大程度的減少從作業面端頭進到影響的生產時間，才能提高采掘生產率，所以在進行礦井綜合機械化采掘工作面的直徑設計時要貫徹高成本低產出的原則，以提高礦山機械每刀的生產率。

（2）短壁綜合機械化采礦技術。短壁綜合機械化開采工藝技術和長壁綜合機械化開采工藝技術基本一致，使用了統一的巷道、頂板支護技術以及運輸機系統等，利用短壁綜合機械化開采操作面的支護技術與運輸能夠完成設備的快捷的布置與轉移，作業面的轉載機和輸送機為一體，能夠進行多樣化的布置以及刮板物料運輸，短壁綜合機械化開采作業面的直徑通常在30m～80m左右，運用短壁綜合機械化開采工藝技術能夠進行高速開挖，以及綜采作業面端頭的高速操作。該方式機械靈巧、與采掘合一，因而利用了短壁的全面機械化施工開采技術，并能夠達到對回采工作面的高度機械化施工開采，一般運用于小型礦山企業或小回采礦層中。

（3）礦用機械開挖工藝的實際應用。在開展的實際礦井開發工作中，綜合機械化工藝主要有如下三方面運用：第一，挖掘和開采工作，在實施礦井開發之前，首先就必須進行對工作面和道路的挖掘工作，而礦井開發質量又與挖掘的速度及其質量有關，若在挖掘工作中采用了綜合機械化，則能夠提高挖掘的質量，同時也可以保證了職工的生命安全。第二，裝卸與輸送，礦產資源裝卸是一種非常費時費力的工種，傳統的方法不僅給工人造成了巨大的工作勞動強度，同時工作效率還非常的低下，但如果在此項工作上采用了綜合機械，則不僅可以解放了工人的工作勞動強度，同時還可以更高效進行工作，從而提高了效率。其三，大壩安全檢測，綜合機械化技術的主要部分包括了大壩安全檢測部分，在進行實際采礦工作中工作人員必須準確掌握要開發的礦井狀況以及出現的問題，采用大壩安全檢測系統就可以很好的處理這一問題，提高了礦井開發的安全與可行性。

5 存在的問題及優化改進措施

本次以鋁礦為研究對象，經過以上研究初步肯定了我國鋁土礦采用綜合機械化采礦工藝的有效性，但鑒于鋁土礦和煤炭各領域差別很大，初步研究出現一些困難。

①由于土狀或零點五土狀鋁土礦在礦體中的所占比例很大，且黏性也較強，容易粘附于采面(礦)機滾筒或刮板物料的運輸、轉載等機械內，因此需要對設備構造、材料結構等方面進行個性化研究改造，以降低它對落礦、裝礦過程的影響。②礦體的中直接頂部為鋁土巖易垮落，且厚薄與礦層厚薄基本一致，冒落后無法全部密實填充整個采空區體積，而之間頂部為棲霞組的白云質灰巖以及生物灰巖，總體結構堅固性能良好，須研究合理的放頂方法以防止之間頂部大規模的驟然坍塌，引起設備破壞和引起地質災害。③氧化鋁陶瓷工藝對礦物含水量的要求較高，在采面(礦)機的采礦過程中切開礦體后，由于設備對降溫和噴霧減塵的要求，勢必有額外水份流入新采出礦石，因此必須經過專門的優化工藝以降低水份進入。④礦石賠償率、貧化率是我國鋁土礦山開發中的二項重要經濟技術指標，當礦體厚薄超過采面(礦)機的允許幅度地段，將引起礦石賠償率、貧化率的非正常波動，所以在開展綜采及三機設備的配套選擇工作時，應當充分考慮礦體厚薄的分布狀況，并選取適宜的滾筒和采高區間，以保證礦石賠償率和貧化率在一定合理范圍。

6 礦用機械開挖過程中的管理措施及發展前景

機械化開采的智能化程度也較高，融入了許多科學技術，對相關設施的精密度和運輸效能也提出了更高的要求。相關技術人員也應該設定出合適的參數來確定挖掘質量，以作業面的土壤特性為基準，選擇最大功率的鏟斗鉆機。另外，機械性的操作技術人員也需要經過持續培訓，提高自身的知識儲備，進行走訪礦地調查，把實際知識和理論基礎相結合，以進一步提升整體化挖掘設備的作業效果。

（1）平衡使用各種礦井儀器。在實際礦井開挖過程中，有關技術人員要明確礦產挖掘的流程，再進行采掘前要進行基礎道路的檢測工作，確保道路無雜物，以確保礦井在挖掘過程中能夠綜合運用礦井機具，提高挖掘效果，協調裝載與搬運機具的效率與工作時間，設計相互配合的方法。

（2）明確機械操作步驟。在礦業生產中，因為各種晃動的寬度長短和礦物品質差異，所以有關技術人員要綜合考慮礦井技術參數，運用了長臂礦井的綜合機械化采掘與短臂綜采結合的方法，以提高了作業面設備的穩定性，有效控制了牽引速度對礦山環境的危害。從而完成了綜合機械化的速度轉變，從而實現了端口變化的高速度作業環境。但在礦業開采中受外界條件影響較大，主要參數有地質要求，運輸板的長短，以及作業面的固定性質。所以有關技術人員在采礦過程中要明確作業面的長短，以降低采礦機械的切割次數，從而很大程度上減少了工作面的作業時間，從而有效改善了礦物品質，再進行長度設計時，也要本著低成本高生產率的原則，切實增加了采礦機械的平均生產率，以確保了作業面的穩定性。因此，相關技術人員就需要綜合利用轉臂式機械化采礦技術，首先確保高度的統一，高度均勻，同時使用頂板支護和輸送機，并進行各設施的快速架設，使作業面的轉載機和運輸機的主體設備聯系在一起，從而進行多樣化作業。保持高度在30m～80m左右，迅速的進行高度切換作業，隨后再順序分段開啟支架上的礦頂，以確保各個礦洞間的相對位移合理。

（3）綜合應用管理措施。管理人員在最后的檢驗環節必須要安裝監控，遠程掌握開采的礦山狀況，以及出現的主要問題，從而有效調整后期采礦方法。診斷不同功能的各參數，并通過對電子計算機進行大數據分析，利用歷史經驗，確定了引起故障的主要因素，以確保礦井提升機的安全工作。

因此，公司要分配專人檢測設備的基礎工作溫度，日常水壓和震動狀況后，再進行日常的綜合保養。而有關技術人員則要通過基礎溫度確定設備是否出現故障，把異常的工作溫度和標準的工作溫度加以對照，并以此作為基礎后續的管理操作，以保使礦井電氣設備得以順利運行。在日常情況中要形成健全的管理體系，落實到工人個人頭上，并明確了責任和義務之間的相應關聯，以確保設備維修責任制有效履行。提升維護技術人員的專業化水平，并雇傭專業的技師開展現場指導，同時也可指派技術優秀的員工出國培訓，以確保礦井技術設備在平時工作中可以長期投入使用。

（4）綜采機械化采礦工藝設備的基本要求。綜采機械化礦山工藝智能化程度較高，融合了各種科學技術手段，對相應的機械設備也提出了很大的技術需求，而綜采機械化礦山工藝設備又需要有效的適應井上井下開采的工作環境，保證采礦產品質量，因此一般在綜合機械性的開采工藝進行礦山資源運輸時，必須以較長運輸作業面為基準，大功率掘進機，以適應大斷面巷道高速挖掘的需要。

（5）礦用機械開挖工藝的發展趨勢。未來綜合機械化的技術發展方向，主要表現在如下方面：①機械穩定性是發展綜合機械化科學技術及其應用的根本要求，不管是挖掘機械、挖掘機構或者傳輸系統、提升裝置，機械設備的結構穩定性和機器整體穩定性都是促進采礦等綜合機械科學技術迅速發展的根本要求。②機械精度高是一切機器平穩高效正常工作的基本保證，是所有機器平穩作業的前提條件。高精度的機械設備能夠有效的減少或者消除因為機器誤差而導致的礦山開采中危險隱患，高進度機械設備則保證了挖掘工作的品質與安全。③機械可持續性則是指機器在一定誤差區域內平穩、正常、連續工作的時間連續性，以及機械設備間運動協調性。綜合礦井機械的持續性，可進一步完成礦山機械的整體發展。

7 小結

綜合機械化管理模式下的礦產公司能夠做到對原產能資源的合理調度，并運用綜合機械化的作業模式改變了傳統的生產環節，從而有效的提高了整個公司的產能和作業能力，進一步提升了公司的生產技術能力和水平。在現代科技的帶動下，礦井內綜合機械化開采設備的發展和完善已是中國礦井開采發展的必然趨勢，隨著國內對綜采工藝技術研究的越來越多，也日漸涌出了高產高效的礦山企業，對中國鋼鐵企業而言選擇綜合機械化開采工藝技術已是中國礦井發展的必然趨勢，它也代表著中國的礦井通過綜合機械化技術向全球更高層次發展。