高寒地区地下矿山生产技术措施探讨

顾明昊，甄东来

(中地寅岗建设集团有限公司黑龙江勘察设计分公司， 黑龙江 哈尔滨 150023)

0 引言

乌兰多金属矿位于蒙古国东方省省会乔巴山市北部125 km处，该矿现有1005 m、945 m、885 m三个中段，其中945 m中段为斜坡道开拓，1005 m中段为平硐开拓。945 m中段以上采用空场法与崩落法相结合的方式采矿，近地表段因围岩不稳存在垮塌风险，对回采工作产生了威胁，故采取对采空区与地表导通方式以降低顶板冒落风险，此方法的实施在一定程度上缓解了I#、II#矿体落矿工作的通风压力，但该地区属于典型的大陆型气候，早晚温差大，每年的11月至来年的4月份为冬季，最低气温可低至-40℃。冬季冷风倒灌，导致风水管线结冰，极大地影响了生产[1-2]。文中介绍的相关措施经实际检验可以有效解决高寒地区地下矿山生产过程中遇到的相关问题，对我国北方高寒地区矿山具有一定的借鉴意义。

1 矿山主要问题

蒙古国冬季气温普遍较低，因乌兰多金属矿山采空区与地表贯通，冬季冷风倒灌，导致井下巷道路面、中深孔炮孔、各类设备及风水管均出现结冰现象，极大地影响生产，同时造成了一定程度的经济损失。

1.1 运输困难

矿山945 m以上I#、II#矿体采用无底柱分段崩落法采矿。分层采场采用 YGZ90型圆盘式回转凿岩机凿上向扇形炮孔，该类钻机需水量大，回水常漫出简易水坝后流至斜坡道处并沿路结冰，冰层越结越厚，甚至超过车辆限高，对行人行车造成极大的困难及安全隐患。常规的机械除冰及撒盐撒砂不仅耗费大量的人力物力，且效率低下，效果不佳。

1.2 钻孔作业环境恶劣

因采准与回采同时进行，导致采准作业面毗邻空区，冬季生产时被迫使用棉被封堵漏风点，但总体效果不佳。极低的气温不仅出现设备管路结冰，更易发生巷道内大范围结冰，使钻工作业环境愈发恶劣。

1.3 爆破困难

采场上一中段的岩石裂隙水沿下中段上向扇形孔下流，由于冬季低温导致炮孔内结冰严重，甚至完全堵塞。乌兰多金属矿采用中深孔爆破的崩落法，炮孔直径为60 mm，使用BQF-100型装药器配备45 mm防静电装药管，装药管直径与炮孔直径相差无几，孔口及孔壁少量结冰使输药管所受阻力增大，从而无法顺利将输药管送至孔底进行装药，若水量较大甚至会形成“瀑布状”冰溜接连底板，不仅爆破效果差，大块率增高，甚至已无法进行正常爆破作业[3]。

1.4 风水管线方面

矿山目前处在采准、回采并行阶段，风水需求量大，管线密集。冬季的严寒导致井上井下各主线、支线的风水管结冰堵塞率高达90%，通常结冰后的风水管很难敲击打通，只能进行拆卸后运至暖房化冻，但这种方法费时费力，且需准备大量的备用物资，形成材料成本的积压，对项目成本控制产生不利影响，同时结冰范围的增大会使生产处于暂时停滞状态。

2 解决方案及安全措施

2.1 解决方案

根据当地气候条件、井下生产条件和过往经验综合分析，产生以上生产难题的主要症结为采区温度过低，任何一项单一措施不仅效率低下，而且耗费成本过高，只有综合治理才能起到 1+1＞2的效果。

（1）措施一。考虑到生产困难的主要原因为采区温度过低，这与采空区与地表贯通造成冷风倒灌有直接关系，故首要方案是将采空区进行封堵。采取方法为大规模落矿方式，并保证各分层采场台阶差宽度为5 m，使上分层采场落矿将下分层口封堵，同时通过控制出矿量，保证采场底部出矿巷空区处于封堵状态，以此方式防止冷风通过采空区下灌[4]。但因气温过低，出矿过程中需时刻观察采场内矿石存量，确保出矿进路不会露出眉线，如不慎过量出矿露出眉线，要立刻停止出矿，并使用棉被、草垛等进行封堵。

（2）措施二。矿区945 m中段采用双斜坡道开拓方式，由于均为进风巷，冬季冷风下灌也会使路面结冰，故在两条斜坡道井口处中间位置设置暖风间，向斜坡道吹热风，形成热风幕起到对冷空气阻隔的效果。在空车行人斜坡道口设置双层风门，此方法旨在减少热量散失及冷风下灌，同时也可作为作业人员的上井缓冲道，人员可在双层风门间简单休息，避免直接上井温差过大造成风寒感冒。同时为缓解单一斜坡道的运输压力，对重车道进行车辆分流，将两条斜坡道的联络道作为轻重车分流道。

（3）措施三。矿区945 m中段各分层均进入回采阶段且进程过半，由采空区经分层凿岩巷道灌入冷风也是导致斜坡道结冰的主要原因，故在各分层联络道出口布置棉布风帘用以阻挡冷风，选择软质棉布风帘的原因在于成本低、易恢复。在每次分层爆破结束后，派专人对风帘进行恢复，对损坏的风帘及时更换，确保减少由分层灌入的冷风量。

（4）措施四。虽采取集中落矿及控制各分层爆破距离的方式[6]对凿岩巷道进行封堵，但实际效果并不理想，且很难确保底部出矿的矿量供应，采场内温度依旧很低，这导致凿岩巷道内的中深孔大量结冰，严重影响爆破效果。故研制出蒸汽洗孔器，其基本原理为将一密闭水箱加热至 100℃，产生的蒸汽通过上方的出气口进入事先连接的 PⅤC管，管头连接一小段装药管，后将该管通入炮孔进行除冰工作。此种方法的优势在于成本低、效率高、无污染。与传统的机械除冰法相比，该方法不仅成本减少，且劳动强度也大大降低。经多次现场试验，此方法除冰后的炮孔对爆破效果无影响。操作的难点在于需与爆破装药工作紧密衔接，预防炮孔二次结冰。

（5）措施五。因冬季气温过低，炸药的性能受到影响。尤其在冬季，蒙古国境内交通不便利，需一次库存两个月以上的炸药量以供使用。爆破工作后，矿石大块率[5]增高。为此积极联系炸药厂商对炸药进行改良，增添防冻剂和敏化剂，在保管环节中，尽量减少库存时间，使其在冬季严寒的气温下依旧能保持稳定爆力。

（6）措施六。针对井下气温过低使风水管时常上冻结冰的现象，传统的喷灯火烧和更换措施效率过低，对此采取保温棉加伴热带方式对风水管全线进行保温，以防上冻。首先将伴热带平行紧贴风水管布置，用电工胶布固定，电源连接至220 Ⅴ变压器上，安装分段开关以便控制；其次在已绑扎伴热带的风水管上套装隔热阻燃保温棉，再用铁丝固定。以此方法来解决风水管频繁上冻结冰问题。该方法的实施一次投入后，维护成本极低，且极大降低了劳动成本，实际效果显著。

2.2 安全措施

（1）车辆安全。对井下车辆进行测速、限速，同时在巷道转弯处安装弯道镜。定时定点对车辆进行点检，每班对刹车、转向、灯光等进行强化检查，对需在采场上山工作的铲运机轮胎安装防滑链。另外，由于蒙古冬季十分干燥，每辆车在原有基础上加配2瓶干粉灭火器，并定期进行检查更换，谨防失效。

（2）通风安全。冬季空区封堵后，井下自然通风不畅，通风系统仅靠1条未封堵的斜坡道与通向地表的北风井，故在北主巷增加2台15 kW的风机，南主巷增加1台30 kW的风机，3台风机24 h运行，以保证井下回采作业区的通风。

（3）防火安全。冬季井下自然通风不畅，气候干燥，为保证井下温度增加了很多大功率设备，冬季防火工作形式严峻，定员定岗定时对井下电气设备进行检查。尤其是风水管的保温棉与伴热带易冒烟起火，更要作为重点检查部位。在各作业地点配备合格有效、数量充足的灭火器，确保防火安全。

（4）加强安全教育。每周末统一组织对现场中方及蒙方的工作人员进行各种形式的安全教育。包括图文、演讲、现场实际相结合等形式，使中蒙双方的员工均能在更深程度上理解安全工作的重要性。

3 结论

蒙古国乌兰多金属矿通过以往多年的经验总结，在2017—2019年度的冬季生产过程中，本着综合治理的思想，将上述方案与安全措施进行有机结合，使矿区从最初的冬季停产到现今照常生产，出矿量年年攀升，从2016年的36万t增长到2019年的90万t，2020年在新冠疫情影响下出矿量更是突破了 100万 t，同时为三级储量的平衡起到了决定性的作用，也为945 m中段以下的开拓采准工程提供了有力支持，达到了提质增效、控制成本的目的。