新工艺、新技术、新装备在固体钾盐开采中的应用*

周茂普，石　亮

(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司　山西太原　030006)



新工艺、新技术、新装备在固体钾盐开采中的应用*

周茂普，石亮

(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006)

介绍了以连续采矿机、悬臂式掘进机为龙头的新工艺、新技术、新装备的应用情况，为固体钾盐矿床开采开辟了新途径。现已开展固体钾盐矿开采技术与装备标准体系的研究及相关重要标准的制定工作，该项目完成后将填补钾盐行业没有技术标准的空白，能推动我国连续采矿机开采技术、悬臂式掘进机巷道掘进技术的开发及推广应用，为钾矿开采企业的机械化、规模化、集约化提供技术支撑。

固体钾盐开采连续采矿机悬臂式掘进机

由于我国钾资源严重缺乏，国内企业“走出去”开发钾资源成为中国钾盐工业发展的必由之路，老挝、泰国等地区大型钾镁盐矿床的开发，为保证我国钾肥供应安全提供了有效途径。本文立足于老挝万象盆地钾盐矿床，重点论述了固体钾盐矿床地下开采成套技术与装备，并针对开采过程中出现的问题，提出了合理化建议，为固体钾资源的高效、安全开采奠定基础。

现阶段开采的钾盐资源主要分为固体矿床开采、地下卤水开采和现代盐湖开采。国内主要以开采富钾卤水为主，老挝地区主要开采固体钾盐矿床。固体钾盐矿床开采方法主要分为旱采和水采，由于矿体赋存条件的特殊性及矿山建设政策的限制性，一般采用水采。水采方法虽然技术较为简单，但是回收率较低，而且地下采空区无法控制，对地表沉陷影响较大，因此，固体钾盐资源采用旱采技术已在行业内达成共识[1-3]。以前的固体钾盐矿床开采存在着巷道布置不合理、开采工艺落后等一系列问题，极大影响了固体钾盐矿井的机械化水平和生产效率，已无法满足钾肥生产的需求，而以连续采矿机、悬臂式掘进机为龙头的新工艺、新技术、新装备的应用，为固体钾盐矿床开采开辟了新途径。随着开采技术和装备的发展，必将促进钾盐工业走向机械化、规模化、自动化和智能化。

1　连续采矿机开采技术

针对固体钾盐矿床的特点和顶板控制的要求，在采场布置方面，可分为短壁开采和条带开采2种形式(图1)。针对不同连续采矿机型及其配套设备适应不同矿层赋存条件、地质条件，分析连采设备与采场条件的最佳结合点，连续采矿机械化开采工作面一般配备连续采矿机+梭车、连续采矿机+连续运输2种比较典型的工艺系统，前者属于间断式运输，后者属于连续式运输[4]。结合工作面开采技术方案及地质状况，确定工作面采、落、装、运、支生产工序选用的连续采矿机及其配套设备。

a. 短壁开采　 　b. 条带开采图1　采场布置形式

在实际应用方面，间断式运输工艺系统(连续采矿机+梭车)以其设备配套简单、适应性强、投资成本较低等优点成为钾盐开采企业的首选，但单面产量较低。随着盐矿床开采强度的加大，大功率、强截割能力的采矿机将不断得到应用，以梭车为代表的间断式运输工艺将不能满足出矿需要，连续式运输工艺将占据重要地位。

采用间断运输工艺时，在保证连续采矿机截割效率的情况下，要提高原矿的运输效率，应在以下方面进行改进：①提高后续配套设备的运输能力，即在使用间断式运输工艺条件下增加梭车数量；②缩短后续配套运输设备的运行距离，即缩短梭车在连续采矿机与转载破碎机之间的距离。

2　悬臂式掘进机巷道掘进技术

悬臂式掘进机是集切割、装载、运输、行走于一体的掘进装备。掘进机系统主要由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机(或刮板输送机)、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成[5-6]。它是综合机械化掘进的关键设备，掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。综合机械化掘进作业线如图2所示。

图2　综合机械化掘进作业线

悬臂式掘进机在截割前，需选择、确定掘进机的截割方式。选择截割方式应遵循以下原则：①有利于顶板的控制与维护；②以较小的截割阻力钻进和开切；③尽量增加钻进深度，减少截割头的空行程；④不出大块盐，以有利于装载和运输。

一般情况下，当截割较软的矿体时，采用左右循环向上的截割方法，即掘进机由下部进刀，采用横向往复式截割，逐步上升至顶部；当截割稍硬岩石时，可采用由上而下左右截割的方法。不管采用何种方法，应尽可能从下而上截割。

3　钾盐矿巷道支护技术

钾盐含强腐蚀性介质，巷道围岩中的钾盐腐蚀性介质对钢锚杆及其附件腐蚀严重，进而引起锚杆支护的失效。最新研制出的新型高强度、耐腐蚀玻璃钢锚网支护材料，解决了金属支护材料易腐蚀的问题，实现了安全、高效支护。

新型玻璃钢锚网支护特点：①玻璃钢锚杆轻质高强。玻璃钢的相对质量只有铁锚杆的1/4，而强度却能接近钢材的水平，抗拉强度在300～1 000 MPa，可与20MnSi螺纹钢锚杆的抗拉强度相媲美。②优良的耐腐蚀性。高性能玻璃钢采用复合树脂原理、新型固化剂、新型防锈颜料、无溶剂配方工艺、硅烷偶联剂等技术，使该产品在防腐性能上具有很大优势。根据复合树脂原理，2种树脂混合后，其成品性能将互为改性，用环氧树脂和呋喃树脂共聚合，产物兼有环氧树脂和呋喃树脂的优点，耐腐蚀性能强，锚网支护较其他配套零件(如锚网、托盘、钢带等)都具有优良的防腐蚀性能。

4　固体钾盐矿山技术与装备标准制定

连续采矿机机械化开采技术、悬臂式掘进机巷道掘进技术在固体钾盐矿开采中取得良好应用，不仅提升了机械化水平，而且提高了资源回收率，降低了劳动强度，为固体钾盐矿开采开辟了新途径，但是机械化开采未形成规模化、集约化、规范化，还缺乏关于开采技术与设备应用的标准规范。因此，当前亟需一套固体钾盐矿开采技术标准，以实现钾盐矿山高效、集约化生产，重点解决好钾盐矿井生产的开采技术、掘进技术、成套设备配套选型、通风、支护等关键技术。

中国煤炭科工集团太原研究院有限公司已开展固体钾盐矿开采技术与装备标准体系的研究及相关重要标准的制定工作，该项目完成后将填补钾盐行业没有技术标准的空白，该系列标准制定后能够推动我国连续采矿机开采技术、悬臂式掘进机掘进技术的开发及推广应用，为钾矿开采企业的机械化、规模化、集约化提供技术支撑，确保钾盐矿井高效、安全生产。

5　问题与建议

(1)开采工艺方面。固体钾盐矿山地下开采、开拓方式、采准布置以及工作面的设计均采用非煤矿山设计方法，由于采矿技术及设备的限制，钾盐矿床目前开采效率低下，无法满足钾肥生产的需求。悬臂式掘进机、连续采矿机短壁机械化开采装备与工艺在煤矿应用已经成熟，因此，在钾盐固体矿床的开采工艺设计中应充分考虑新设备、新工艺的结合和应用，加大对开采工艺和设备配套技术方面的研究。

(2)设备研发方面。悬臂式掘进机及连续采矿机在钾盐矿山中的成功应用，标志着煤矿开采装备在非煤矿山中的应用是可行的。由于设备是根据煤矿条件进行设计的，在未来的研发中，根据钾盐矿开采条件，可设计出适合于钾盐矿床开采的机型。

(3)设备应用方面。由于固体钾盐矿主要成分为钾石盐和光卤石，对设备具有腐蚀性，导致金属材料整个表面或局部厚度减薄，从而影响其强度、刚度和机械物理性能。因此，先进装备在钾盐矿中的应用需采取相关的防腐蚀措施。

(4)设备大修方面。未来几年内，老挝钾盐开采矿井将不断投入生产，设备数量将不断增加，设备维护、维修、保养将成为重点。

[1]朱延浙.老挝万象平原钾盐矿床[J].地质与资源，2008(1)：45-49.

[2]续培信.老挝万象钾盐矿开采方法的探讨[J].中国井矿盐，2005(4)：28-31.

[3]任明忠.老挝万象平原钾镁盐矿区开采技术条件研究[J].云南地质，2004(2)：179-187.

[4]石亮，郝万东，江小军，等.固体钾盐地下开采工艺与设备配套技术研究[J]. 金属矿山，2015(12)：46-49.

[5]张常青.悬臂式掘进机在钾盐矿开采中的应用[J].煤矿机械，2013(4)：214-216.

[6]肖柏林，杨志强，高谦.悬臂式硬岩掘进机在老挝某钾盐矿的应用[J].矿业装备，2014(10)：116.

Use of New Process, New Technology and New Equipment in Solid Potash Mining

ZHOU Maopu, SHI Liang

(CCTEG Taiyuan Research InstituteShanxi Taiyuan030006)

An introduction is given to the application situation of new process, new technology and new equipment, which take continuous mining machine and cantilever excavator as their lead, and new approach is opened up for mining of solid potash deposits. At present the study of mining technology and equipment standards system of solid potash mining and establishment of relevant important standards are carried out, the completion of the project will fill the void that potash salt industry has no technical standard, promoting development and popularization and application of mining technology with continuous mining machine, and roadway tunneling technology with catilever excavator in China, providing technical support for potassium ore mining enterprises engaged in mechanization, scale operation and intensification.

solid potash minecontinuous mining machinecantilever excavator

中国煤炭科工集团太原研究院自立项目(M2016-01)。

周茂普(1962—)，男，研究员，主要从事固体钾盐机械化开采技术与装备研究；13994214836@126.com。

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1006-7779(2016)03-0069-03

2016-04-08)