中钨高新某矿开采机械化实践

顾春宏，陈 功

中钨高新某矿开采机械化实践

顾春宏，陈 功

(中钨高新材料股份有限公司，海南 海口 570100)

针对中钨高新某矿开采技术现状，优化选择了阶段深孔侧向崩矿嗣后充填法对矿体进行回采，进行机械化设备选型及配套方案研究，并应用研究成果进行开采机械化实践，实践结果表明：所选用的采矿方法和机械化选型及配套方案能够有效提高矿山生产效率，降低工人劳动强度，实现矿山安全高效回采。

采矿方法;机械化选型;经济效益分析

机械化作业在矿山开采中是非常重要的一环，机械装置控制和调节采矿生产作业的整个过程，采用机械化开采能有效提高开采作业自动化的综合水平，最大程度保障开采安全性，提升矿山生产效率和经济效益[1-2]。与此同时，机械化生产在采矿作业流程中多个环节都涉及，人力物力的投入减少，生产的操作将更加便捷，大大降低了操作的难度系数[3-5]。

中钨高新某矿采用地下开采方式，主要回采III矿带中部315 m×313 m范围内的富矿体，采矿方法主要为分段空场法，生产能力为6500 t/d。矿山采矿装备水平比较落后，仍采用7655手持式风动凿岩机和YGZ-90中深孔钻机凿岩，设备效率低，作业人员多。炸药装填、巷道支护、进路悬拱、大块二次破碎仍采用人工操作，井下出矿虽已形成了一定的机械化，但与国内同类矿山装备水平有一定的差距。因此急需进行开采机械化实践，对矿山开采技术与装备进行革新，提高矿山生产效率，为矿山大规模安全、高效、机械化开采提供技术储备和 支撑。

1 矿山开采技术条件与开采现状

1.1 矿床开采技术条件

中钨高新某矿矿床矿体厚大集中且出露地表，是一个开采条件较好的大型露天矿床。根据矿体产出特征及矿石特征分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个矿带，南北最大长度约1140 m，东西最大宽度1100 m。矿体赋存于上泥盆统灰岩、接触带附近矽卡岩、花岗岩、大理岩中，矿石松散系数1.63，平均自然安息角37°，矿石体积质量约为3.14 t/m3，围岩体积质量：大理岩2.18 t/m3，花岗岩2.9 t/m3，矿石普氏硬度系数为6~14。矿体主要有益组分为W，有用组分平均品位WO30.297%、Sn 0.143%、Mo 0.053%、Bi 0.108%[6]。

矿区范围内无大的地表水体，区内地表水能够自排，而地下水的补给来自大气降水，对矿床开采不会造成太大影响，矿区开采水文地质条件较简单。矿区的工程地质条件简单，环境地质条件中 等[7]。

1.2 开采现状

矿山原采用盘区开采，由西向东划分为4个盘区，每个盘区由北到南分成9个矿块，共36个矿块。矿房长64 m，宽20 m，高68 m，矿房之间和盘区之间均留15 m的连续矿柱，原设计采用分段凿岩阶段崩矿，嗣后一次充填采矿法开采，矿房矿体回采率约为42%，矿房采完后留下了大量矿柱，矿山采用联系阶段崩落法对留下的矿柱进行了回采，目前矿柱已基本回采完毕，为确保矿山可持续安全高新开采，需要对III矿带中部315 m×313 m范围外部矿体进行采矿，目前矿山已开始了此部分矿体的采矿工艺研究及现场采矿试验。

2 采矿方法选择

2.1 采矿方法选择原则

矿体回采应与矿山生产相互关联，采矿方法选择应遵守以下原则：

（1）采矿方法选择应以安全生产为首要前提条件；

（2）采矿方法选择应充分考虑矿山现有设备情况，充分利用现有工程，设备，减少投资；

（3）尽量降低矿石损失率和贫化率；

（4）针对不同矿体类型，选择合理、安全、高效的采矿方法[8-10]。

2.2 采矿方法选择

针对急倾斜厚大矿体的回采，对国内外类似矿山的采矿方法使用情况进行了调查分析，调查结果显示：该类矿体通常采用阶段崩落法、分段矿房法和阶段矿房法三类方法回采。根据该矿矿体的开采技术条件，可选出分段凿岩分段空场嗣后充填采矿法（方案1）、分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法（方案2）、阶段深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法（方案3）三种采矿方法作为矿体开采的初选方案。对三种采矿方法进行技术分析，各回采方案工艺及技术方面的主要优缺点、技术经济比较如表1、表2所示。

表1 采矿方法方案优缺点比较

表2 各方案技术经济比较表

通过上述3种回采方法的比较，由于阶段深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法生产效率高、开采成本低、安全性高、损失贫化小，且易于实现机械化回采，相较于其他两种采矿方法有很大的优势。因此综合考虑，选用阶段深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法作为该矿山矿体回采方法。

2.3 采矿方法方案

（1）采区布置和采场结构。为充分利用矿山现有开拓采准工程，总体矿房矿柱按“田”字布置，隔一采一，间隔矿柱宽24 m，盘区间柱宽20 m。

（2）采准切割。采准工程有盘区巷、凿岩硐室、出矿平巷、装矿进路、拉底平巷等；切割工程有拉底平巷、切割井、切割横巷等。根据不同的采场条件可选取不同的切割方式：一种是以切割天井为自由面阶段全孔爆破形成切割槽，形成切割槽宽度为7.5 m，设计采用天井钻机施工的方式形成切割天井，切割天井位于采场端部靠北侧位置，天井直径1.2 m；另一种方式是直接利用大直径深孔爆破形成切割槽。采场布置见图1。

（3）回采工艺。单一采场内，分两部分回采，首先采用中深孔落矿回采采场底部，形成受矿堑沟与底部结构；然后再采用大直径深孔侧向崩矿回采采场上部矿石，在上部硐室施工下向大直径深孔，以切割槽和底部受矿空间为补偿空间侧向崩矿，回采整个采场矿石。矿块内，分两步骤回采，第一步骤先采矿房，矿房回采完成后须及时充填；待胶结充填体达到规定的设计强度要求后，方可进行第二步骤回采本中段相邻的矿柱（或上、下中段对应的矿房）。

（4）采场通风。爆破后掘进面通风时间≥30 min，采矿场通风时间≥2 h，经检查确定安全后方可进入爆破区作业。

（5）采场支护与充填。采场中的凿岩硐室、出矿底部结构，对于局部不稳固地段采用锚杆或喷锚网支护。待单个矿房（或矿柱）回采完后，采用全尾砂胶结充填处理采空区。

3 机械化设备选型及配套方案

集中强化开采是大型矿山发展的趋势，与之相对应的生产设备机械化、大型化才能充分发挥采矿方法的生产能力，因此，基于选定的采矿方法，如何实现机械化设备合理选型与配套，方能实现矿山生产能力的大幅提高，达到降低生产成本的目的。考虑到矿山现有的采掘设备及未来采矿方法变革和开采工艺规划设备配置要求，本次规划准备分阶段对矿山主要采掘设备进行升级改造。

图1 采场布置

3.1 凿岩设备

考虑到新的回采工艺，需要选择对应的中深孔凿岩设备和潜孔凿岩设备。矿山引进Simba1354凿岩台车钻凿上向扇形中深孔，取代了YGZ90中深孔钻机，凿岩效率大幅提升，凿岩成本稳定可控；引进KQG-150高风压潜孔钻机施工大直径深孔，能够有效保障大直径深孔质量；引进Boomer k111、志高UJ21、开山KJ311掘进台车(试用)上部凿岩硐室和采切巷道施工，取代了原来的气腿式凿岩机，巷道掘进速度提高50%以上。

矿山引进新型机械化凿岩设备后，东部及北部矿体完全实现机械化开采，中部315 m×313 m范围及西部采用无底柱分段崩落法回采的矿体也大部分可以实现机械化凿岩开采。矿山引进新型设备 3 a，80%以上的采场可以实现机械化开采，但受矿体开采技术条件、矿山已有的工程巷道布置形式的限制，且考虑到现有凿岩设备仍有利用价值，3 a内矿山仍有10%～20%的采场需采用YGZ90中深孔钻机进行凿岩[11]。

3.2 装药设备

考虑到原有的BQF-100装药器装药效率低、工人劳动强度大、装药高度受限制，矿山引进了井下乳化炸药混装车，匹配Simba1354凿岩台车，用于中深孔装药爆破，装药效率大幅度提高，现场实践统计，净装药速度可以达到50 kg/min以上，其综合装药效率是人工装药的1.5～2倍，且装药台车可实现多方位的高速和高密度装药，安全方面更是大幅优于人工装药作业。

3.3 运输设备

为了满足规模化生产的需要，矿山对出矿设备进行了更新换代，引进6 m3铲运机和4 m3的遥控铲运机，逐步淘汰了原有的2 m3的铲运机，铲运机的出矿能力大幅提高。

根据矿山储量报告，矿石储量超2亿t，根据矿山生产计划，未来几年的生产能力将会在300万t/a以上，如果全部采用2 m3的普通铲运机出矿，则至少需要采用25台铲运机正常生产才能满足生产能力。如果采用6 m3的普通铲运机和4 m3遥控铲运机出矿，则只需要4～5台6 m3的普通铲运机，再配上1～2台4 m3的遥控铲运机就满足生产能力，这样井下可大幅减少铲车司机，节约采矿吨矿 成本。

3.4 天井钻机

矿山引进自行式天井钻机，用于掘进溜井和切割天井，改变传统方法施工天井和溜井，降低工人劳动强度，解决普通法施工天井安全隐患问题。为了解决传统天井钻机不能自行、转场困难、需要拆机转运、浇注基础、井下组装，占用大部分工期，影响综合作业效率的问题，矿山引进了CY-R120V型移动式天井钻机，搭载RCS2.0程控操作系统，可以实现机械化全自动作业，天井掘进效率大幅 提高。

4 开采机械化经济效益分析

根据所选择的采矿方法和机械化设备，在315 m×313 m采区北部进行开采机械化工业试验。该区矿体属主矿体的一个分支，向下延伸至445 m分段后尖灭；470 m至490 m间，矿体走向NE42°，长258 m，宽127 m，倾角90°；自490 m至630 m分段与主矿体连成一体；品位自下而上依次降低，514 m分段以上品位下降明显。所选采场为该区域北部N5采场，可采矿量为32.84万t，其中470 m分段中深孔拉底采矿量为3.87万t，514 m分段大直径深孔采矿量为28.96万t。副产矿量为5.75万t，副产矿石率为17.51%；采切比为50.96 m³/kt。采出矿量为31.20万t，贫化率约为0.3%，损失率为5%。采场生产能力为1000～1200 t/d，出矿效率为460 t/台班，凿岩效率为40 m/台班，崩矿量约为27.35 t/m，炸药单耗约为0.38 kg/t。采用中深孔凿岩台车和KQG-150高风压潜孔钻机可减少工时52人∙班，采用装药车可减少操作工工时10人∙班，采用大型铲运机可减少工时80人∙班，采用天井钻机可减少工时15人∙班。工艺改进前后技术经济指标对比如表3所示。

表3 工艺改进前后成本指标对比/(元∙t−1)

5 结 论

从中钨高新某矿山所进行开采机械化实践，取得了如下的结论：

（1）合理的采矿方法方案和与之相匹配的机械化设备选型是矿体高效安全开采的重要保障，能在提高工作效率的同时实现井下生产作业的连续，并保证机械化设备具有充分的使用频率，避免了人员、材料、设备的浪费；

（2）使用机械化设备配套生产能够实现自动化减人、机械化换人的目标，降低企业成本、减少安全事故的发生、提高生产效率。

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国家自然科学基金资助项目(50774011).