机械采矿技术在开磷集团矿山的应用

吴西富

（贵州开磷集团有限责任公司， 贵州 贵阳 550302）

机械采矿技术在开磷集团矿山的应用

吴西富

（贵州开磷集团有限责任公司， 贵州 贵阳 550302）

随着硬岩矿山逐步进入深部开采，地应力加大，同时随着矿山开采机械设备的发展，利用悬臂式掘进机进行非爆连续开采已成为可能，这种开采工艺不仅可以改善井下作业环境，同时能够使矿山的生产实现连续作业，提高生产能力，有利于进行大规模、高强度的开采，从而达到降低矿石开采成本、提高开采经济效益、实现深部地下矿山安全高效开采等目的。

硬岩矿山；机械破岩；悬臂式掘进机；非爆连续开采

随着硬岩矿山逐步进入深部开采，岩石强度已经降低，同时随着矿山开采机械设备的发展，将煤矿等软岩矿山已经实现的机械化连续开采技术应用于硬岩矿山已成为可行。利用悬臂式掘进机进行非爆连续开采，不仅可以改善井下作业环境，减轻矿山一线工人的工作强度，同时能够使矿山的生产实现连续作业，提高生产能力，还有利于对深部地压进行控制和管理，从而达到降低矿石的开采成本、提高开采的经济效益、实现深部地下矿山的安全高效开采等目的。

1 掘进机开采工艺

随着人类开发自然、改造自然，出现了新的岩石破碎理论及方法。其中应用比较多的有爆破法和机械破岩法，比例在90%以上。同时人们探索了一些非机具破岩方法，如：水射流法、红外线法及化学破碎法等。这些方法具有很好的破岩性能，但成本太高，应用条件不成熟，不能大规模推广。

近年来，机械破岩得到了快速发展，出现了很多采掘机型，广泛地应用于采矿领域。机械破岩具有连续作业，易于实现自动化作业等优点，是一种理想的采掘工艺。悬臂掘进机属于部分断面掘进机，具有破碎煤岩、装载运输、调动行走、喷雾灭尘等功能，移动方便，操作灵活。工作时截割头每次截割工作面岩壁的一部分，经一定的截割路线掘出所要求的断面形状和尺寸。悬臂式掘进机正常工作时截割岩石的过程是利用截割头上的截齿将机械作用力作用在岩石体的表面，使得岩石块从岩石体上剥离下来的过程。

2 掘进机破岩方法

2.1 振动截割机构

振动截割式掘进机以普通悬臂式掘进机为基础，通过在掘进机的掘进头的空腔内加入惯性冲击振动器改造而成。这种惯性冲击振动器是通过行星传动装置由液压马达来驱动的，在行星齿轮轴上装有偏心锤，在惯性冲击振动器工作的情况下，掘进机的截割机构承受由此而产生的附加动态载荷，并通过截齿施加在煤岩体上，使原来的静态恒力截割改为波动变力截割，从而获得更高的破岩效率。

2.2 掘进机机械开采方法

先在矿体中用钻爆法拉一条地压致裂诱导巷道，形成一个自由空间，利用深部地压的能量使靠近临空面的矿体的内部微裂隙扩展，产生岩体内部损伤而变得易掘，掘进机的截割工艺路线如图1所示。

图1 掘进机截割工艺路线的规划

3 掘进机切割破岩的工程应用

目前开磷的掘进机在深部矿岩的独头掘进中应用效果很不理想，主要表现为难开掘、进尺慢、截齿损耗大。若不能有效地利用深部地压，单凭掘进机本身的性能是无法实现磷矿石的经济合理开采的。因此，要实现掘进机对硬岩的经济截割，从目前来看，充分发挥深部地压的作用来诱导致裂硬岩是一个合理途径。

3.1 钻进切割

悬臂式掘进机切割头从高帮底部钻进进刀，切割时机械的震动大，同时发出尖锐的声音及火花，矿体呈颗粒状破碎，此时切割头旁边的粉尘浓度很大，随着钻进深度的进一步增大，截割头受到的阻力越来越大，掘进工作变得较为困难，切割岩石的直径比切割头的直径略大，等到整个截割头全部切进矿石时，进刀的深度为70cm，用时4min。

3.2 底部横切

完成钻进切割工序后，掘进机截割头开始向右摆动切割，切割状况稍好，机械有少量震动，切割矿石产生的声音比较小，矿体呈松散状破碎，与此同时截割头产生的粉尘在除尘装置的作用下极大部分被处理，可以清晰看到掘进机的截齿切削矿石。横切坑道的直径比切割头的直径大，有利于切割头更好地工作。整个巷道底部横切长度为300cm，用时3 min。

3.3 刷帮

当掘进机切割头横切采场的右帮时（如图2所示），由于采场的右帮为自由面，矿体处于四面临空的状态，矿体的三维应力得到释放，切割头只需利用自身旋转时赋予截齿的力量就能把矿体触碰下来。而当切割头横切巷道断面的左帮时，因为左帮在转角的位置，所以左帮矿体内有较大的剪应力集中，此时矿体内的节理裂隙会很发育，只需截齿触碰便垮落下来。切割头进刀深度约70cm，宽约300cm，高为380cm的断面回采完毕。

图2 截割头刷帮切割

3.4 出渣

回采断面形成后，掘进机开始出渣，三爪星轮转动将切割下来的矿石扒入位于铲板中央的第一运输机的从动轮处，然后第一运输机通过圆环刮板链把矿石运送到卡车上，或者直接通过皮带运出地表。

4 结 论

利用悬臂式掘进机进行非爆连续开采，具有连续作业、破岩效率高、生产成本低、作业安全、劳动条件好，易于实现自动化作业等优点，是一种理想的采掘工艺。悬臂掘进机属于部分断面掘进机，具有破碎煤岩、装载运输、调动行走、喷雾灭尘等功能，移动方便，操作灵活。硬岩矿山进入深部后采用掘进机进行开采，能实现深部地下矿山的安全高效开采。

［1］ 龚国昌，王永奇.掘进机在非煤矿山应用中的产尘治理［J］.采矿技术，2009，9（3）：70－71.

［2］ 汪胜陆.悬臂式掘进机的发展状况及趋势［J］.煤矿机械，2007，28（6）：1－4.

［3］ 徐明生，姚金蕊，罗 曼，等.悬臂式巷道掘进机的选型研究［J］.采矿技术，2008，8（2）：62－63.

［4］ 李晓豁，左胜甲.振动式掘进机截割机构工况参数的建模与仿真［J］.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2008，27（4）：579－583.

［5］ 万治昌，沙明元，周雁领.盘形滚刀的使用与研究［J］.现代隧道技术，2002，39（6）：1－12.

［6］ 宋克志，王本福.隧道掘进机盘形滚刀的工作原理分析［J］.建筑机械，2003，24（4）：101－106.

2012－05－25）

吴西富（1966－），男，重庆人，助理工程师，从事矿山设计工作，Email：kaiyanglinkuang＠126.com。