小型地下矿山井巷掘进与回采机械化建设存在问题及对策

李富伟++李广++陈淼

【摘 要】通过对我国地下矿山及国内外矿山装备制造企业的调研，重点研究分析了机械化程度较低的井巷掘进和回采等关键生产工序，提出了以安全高效、机动灵活为原则，优先采用无轨机械化采矿装备，开展小型金属非金属地下矿山机械化建设。

【Abstract】Through the investigation of underground mine and mine equipment manufacturing enterprises at home and abroad， the key production processes such as shaft and drift excavation and recovery with lower mechanization degree are emphatically studied and analyzed. Based on the principle of safety， efficiency， flexibility and flexibility， the trackless mechanized mining equipment is adopted to carry out mechanized construction of small metal and nonmetal underground mines.

【关键词】机械化；井巷掘进；回采

【Keywords】mechanization； shaft and drift excavation； recovery

【中图分类号】TD 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0162-04

1 引言

截止到2016年，金属非金属地下矿山持证总数为5748座，其中：小型地下矿山数量为4927座，占总数的85.7%，由此可见，小型地下矿山占地下矿山总数的比重大。因此在小型地下矿山推广机械化建设，能整体提升地下矿山机械化程度和安全生产水平。

为全面了解我国小型金属非金属地下矿山的机械化建设水平，调研和分析了我国地下矿山以及国内外矿山装备制造企业的现状，重点研究分析了机械化水平低、人员集中作业、安全隐患大的井巷掘进、回采等生产工序，结合大中型地下矿山的成功应用案例，分别提出了小型地下矿山机械化建设对策。

2 井巷掘进

2.1 竖井掘进

2.1.1 现状分析

目前，小型地下矿山竖井掘进基本采用手持式凿岩机钻孔，钻孔深度在2m以内，其每循环凿岩时间长，作业效率低。部分中型地下礦山选用伞形钻架，配备气动凿岩机或液压凿岩机，实现钻孔机械化，工人只需操纵各种控制阀即可。如：内蒙古某铜矿 3号主井使用FJD-6型伞型钻架配备YT28凿岩机，凿岩效率高。

小型地下矿山竖井掘进装岩大多采用人工手持铁锹装岩方式，装岩效率低，劳动强度大。为提高效率，大中型地下矿山的竖井掘进基本采用抓岩机装岩。当岩层稳定时，一般采用HK型靠壁式抓岩机装岩；当岩层较破碎时，一般采用HZ型中心回转式或HH型环形轨道式抓岩机。

2.1.2 机械化建设对策

为提高小型地下矿山普通法竖井掘进的机械化水平，依据大中型地下矿山的普通法竖井掘进的技术方案，采用多臂式伞形钻架、抓岩机机械化装备，并配套自动排渣设备，实现竖井掘进机械化作业。其中，稳定岩层采用靠壁式抓岩机；破碎岩层采用中心回转式或环形轨道式抓岩机。当条件受限时，可采用基于环形钻架的支腿式凿岩机。

2.2 斜井（斜坡道）及平巷掘进

2.2.1 现状分析

小型地下矿山斜井（斜坡道）及平巷掘进一般采用气腿凿岩机进行凿岩，人工炮棍装药爆破，矿用挖掘式装载机、耙斗装岩机或铲斗装岩机出渣，斜井出渣采用提升机（提升绞车）牵引矿车，平巷出渣采用电机车牵引矿车。所调研的大部分矿山采用上述方法进行斜井及平巷掘进，如：湖南某矿斜井掘进选用YT24型凿岩机凿岩，P-30B型耙斗装岩机装矿，提升绞车牵引0.75m3矿车出渣；平巷掘进选用Z-30型装岩机装岩，3t电机车牵引矿车出渣。

少数地下矿山采用轮胎式装载机和“地下运矿车”，实现了掘进出渣的无轨化，但其选用的设备均为非井下专用无轨设备，制动及安全防护不符合要求，存在较大的安全隐患。

2.2.2 机械化建设对策

为提高其掘进效率和安全水平，建议采用安全高效、机动灵活的无轨掘进方式：采用矿山井下专用的轮胎式、履带式、轨轮式等掘进台车进行凿岩，井下装药台车进行装药，地下铲运机、矿用轮胎式装载机出渣，或矿用挖掘式装载机、铲斗装岩机、耙斗装岩机等装载设备与矿车等其它运输设备配套出渣，实现斜井（斜坡道）及平巷掘进的连续机械化作业。

2.3 天井（溜井）掘进

2.3.1 现状分析

天井（溜井）掘进主要方法有普通法、吊罐法、爬罐法、深孔分段爆破法、天井钻机钻井法。目前，国内小型地下矿山主要采用传统的普通法、吊罐法进行天（溜）井掘进，不仅作业条件差、劳动强度大，而且掘进速度慢、效率低等问题，具有较大的安全隐患；爬罐法和深孔爆破法在我国地下矿山的应用较少。

吊罐法是在上水平安装提升绞车，钢绳穿过中心孔与吊罐挂接，在吊罐上完成凿岩装药作业后，下放吊罐，再进行爆破；下水平采用装岩机出渣。吊罐法掘进天井设备简单，但其安全性较差，工作面条件差，钻孔偏斜较难控制，适用于中等稳固以上的岩层，掘进高度不大于60m的天井。

我国部分中型地下矿山选用爬罐法掘进天井，如：甘肃某矿采用瑞典阿利马克公司生产的STH-5型天井爬罐，一般每班掘进一个循环，进尺1m～1.5m，但其设备较复杂、初期投资大，辅助时间长，操作技术要求较高。endprint

深孔爆破法是用深孔钻机在天井断面内钻凿一组平行炮孔，从上水平装药，自下而上分段（2 m～5m）爆破，其优点是工人不进入工作面，作业条件相对好，缺点是钻孔偏斜难以控制，仅适用于无破碎带较稳定岩层。如：湖南某矿的天井掘进采用深孔爆破法。

近年来，我国成功研制出的天井钻机，可实现天井（溜井）的机械化掘进。

2.3.2 机械化建设对策

建议优先采用天井钻机进行天（溜）井掘进，实现全深、全断面无爆破钻井，作业人员无需进入天（溜）井，具有掘进速度快、作业条件和安全性好等特点，可替代传统的普通法和吊罐法。

3 回采

3.1 回采凿岩

3.1.1 现状分析

目前，小型地下矿山的浅孔凿岩设备主要包括手持式凿岩机、气腿式凿岩机、向上式凿岩机，其凿岩孔深≤5m，孔径为30～46mm。

手持式凿岩机用于小直径、向下或近于水平的凿岩作业；同时由于部分非金属矿具有爆炸性气体，其选用的凿岩设备具有防爆功能，湖南某石墨矿选用ZM型防爆型手持式凿岩设备。目前，我国手持式凿岩机主要有Y型、YP5型、Y19A型、ZM型。小型地下矿山大多选用气腿式凿岩机，用于水平或带有一定倾角的浅孔凿岩作业，其主要型号规格为YT28，YT23，YT24，YT27，YT29A。向上式凿岩机用于钻凿60°～90°向上浅孔，其主要型号为YSP45。

目前，国内生产的采矿钻车或高气压潜孔钻车主要应用于大中型地下矿山，如：江西某公司生产DWE1-24凿岩钻车用于最大断面2.5 m×2.5 m的回采和掘进凿岩。

3.1.2 机械化建设对策

为提高凿岩效率，建议优先采用小型化轮胎式、履带式采矿台车进行回采凿岩作业；条件受限时，也可采用钻架式或立柱式凿岩机进行回采凿岩。对于孔深≤4m的浅孔凿岩，机械化凿岩设备无法进入凿岩工作面时，可采用支腿式凿岩机、向上式凿岩机，但在凿岩作业前应进行浮石处理，且应配备专用安全防护措施。

3.2 装药与爆破

3.2.1 现状分析

小型地下矿山一般选用药卷炸药，采用炮棍人工装药。少数矿山采用的风动装药器，具有装药效率高（一般是人工装药的3倍以上）、装药密度大、爆破效果好等优点，主要有BQF-100Ⅱ 型、BQF-50型、BQ-100 型等装药器。

当人工装药和风动装药器无法满足装药要求时，一般采用装药台车，现主要用于大中型地下矿山，如：北京某公司等生产的BCJ系列地下装药车，并已用于我国地下矿山。

3.2.2 机械化建设对策

结合我国小型地下矿山装药作业的现状，对于孔深≤4m浅孔装药作业，可采用人工药卷装药；同时，为提高小型地下矿山的中深孔、深孔装药效率和安全水平，建议优先采用井下装药台车装药，如：井下现场混装粒状炸药车、井下现场混装重铵油炸药车、井下现场混装乳化炸药车。当条件受限，可采用BQ型、BQF型等风动装药器装药。同时，为提高地下矿山爆破的安全性和可靠性，建议采用电子雷管（电子数码雷管）。

3.3 井下二次破碎

3.3.1 现状分析

目前，小型地下矿山的井下二次破碎主要包括爆破破碎法、人工破碎法、机械破碎法。

小型地下矿山大多采用外敷炸药爆破法对大块进行二次破碎。外敷炸药爆破法是将药包外敷在大块的表面，直接采用起爆器材进行爆破破碎，具有适用范围广、爆破效率高等特点，但存在能量不集中、能量损失较大、使用药量大、产生的空气冲击波和噪音也较大等缺点。

部分矿山采用人工破碎法进行二次辅助破碎，作业人员直接手持铁锤或手持式风锤对大块进行二次破碎，劳动强度大，破碎效率低，且作业人员直接站立在格筛或采场工作面进行作业，存在较大的安全隐患。

目前，机械二次破碎法使用的设备主要有固定式碎石机和移动式碎石机。固定式碎石机是将机械化破碎装备直接安装在井下溜井口格筛旁，对大块矿石进行二次破碎，安徽某公司生产的GTP固定式破碎机（破碎机械手）已在河南某矿应用。移动式破碎机是将液压破碎锤及其工作臂安装在轮胎式或履带式运输设备上，实现对矿山井下大块的移动破碎，如：安徽某公司生产的GTP系列移动式破碎机（破碎机器人）主要用于河南、甘肃等大中型地下矿山使用。

3.3.2 机械化建设对策

为提高小型地下矿山的井下二次破碎的效率和安全水平，建议在井下溜井口格筛处等，优先采用矿山井下专用的固定式碎石机；在井下回采或巷道的无轨作业面等，优先采用履带式或轮胎式等液压碎石机。

3.4 出矿及放矿

3.4.1 现状分析

目前，地下矿山的出矿与放矿方式主要包括无轨设备出矿、轨道设备出矿、电耙出矿、漏斗放矿、振动放矿机放矿结构等。

①无轨设备出矿

目前，小型地下矿山选用的无轨化装矿与出矿设备主要有矿用轮胎式装载機、地下铲运机、矿用挖掘式装载机。其中，矿用轮胎式装载机、地下铲运机可实现地下矿山的无轨化装矿与出矿，矿用挖掘式装载机需配套其他运输设备，实现地下矿山的机械化出矿。

用于矿岩铲装及短距离运输作业的小型地下矿山一般选用轮胎式装载机。轮胎式装载机是一种高效的装矿与出矿设备，适用于工作面巷道较高的小型地下矿山，其主要型号规格ZWY-60、ZL-20等。

少量小型地下矿山选用地下铲运机进行出矿。地下铲运机主要用于巷道断面较小的矿岩装矿与出矿，与轮胎式装载机相比，更能适用断面较小的巷道，其中，地下电动铲运机经济运距一般在100m以内，地下内燃铲运机经济运距一般在100～200m。主要型号规格包括WJD型电动铲运机、WJ型内燃铲运机，最小容积的铲运机为0.6m3。

矿用挖掘式装载机主要用于地下矿山的装矿作业，挖掘式装载机具有扒取范围广、全断面装岩、不留死角、不需人工辅助清理工作面等优点；但需配套矿车与动力机车等其他运输设备，才能实现地下矿山的装矿与出矿，其主要型号规格为ZWY-15/15L（C）、ZWY-60/30L等。endprint

但国内研制的无轨出矿设备，主要面向大中型地下矿山，适用的工作断面较大，不能完全满足小型地下矿山的使用要求。

②轨道设备出矿

轨道装岩设备主要有铲斗装岩机和耙斗装岩机，与矿用挖掘式装载机相似，需配套其他运输设备，实现地下矿山的机械化出矿。

铲斗装岩机将矿石反倒于机身后面的矿车内，其结构紧凑，适应性强，操作维修简便；但其铲斗只能沿轨道方向作业，轨道两边的矿岩无法自行装载；而且受制于前铲后卸的方式，直接站立于铲斗装岩机旁边的作业人员危险性较大，其主要型号规格为Z-20、ZQ-26等。

耙斗装岩机装岩是目前小型地下矿山最主要的装矿设备。耙斗装岩机是通过装岩机绞车的两个滚筒分别牵引主绳与尾绳，使耙斗做往复运动，将矿石扒进料槽，至卸料槽的卸料口卸入矿车内，从而实现装岩作业。耙斗装岩机结构简单、操作方便，一般适用于平巷或30°以内斜巷，但需要通过钢丝绳固定后方能工作，机动灵活性较差。目前，耙斗装岩机主要型号规格为P15B、P30B等。

③电耙出矿

大多数小型地下矿山选用电耙绞车出矿。电耙的耙运距离一般在40～60m（水平耙运距离一般在40m以内，斜坡耙运距离在60m以内），其结构简单、运行成本低、移动方便，但一般仅用于直线耙运，机动灵活性较差，其主要型号规格为2JPB-7.5、2JPB-15、2JPB-30等。

④漏斗放矿

漏斗放矿是小型地下矿山的主要放矿方式之一。漏斗放矿是将溜井内矿石通过漏斗放至矿车内，一般适用于矿石粘度较小或遇水不膨胀的矿石；但当矿石块度较大时，卡斗的概率较高。如：贵州遵义湘江锰矿等选用漏斗放矿。

⑤振动放矿机放矿

部分小型地下矿山溜井采用振动放矿机放矿。振动放矿机是一种以振动电机为激振源的颠振型惯性振动放矿设备，主要用于溜井、漏斗等机械化放矿，具有放矿效率高、放矿均匀且易控制等优点。

3.4.2 机械化建设对策

建议优先采用地下电动铲运机、地下内燃铲运机、矿用轮胎式装载机等无轨设备出矿。当有轨设备出矿时，可采用矿用挖掘式装载机、铲斗装岩机、耙斗装岩机等装载设备，与矿车等其它运输设备配套出矿。对于溜井放矿，建议采用振动放矿机。同时，建议相关政府部门引导国内相关矿山装备生产企业，加强自主创新，加大机动灵活的小型无轨出矿装备的研制。

3.5 撬毛

3.5.1 现状分析

目前，小型地下矿山中的撬毛作业大多数采用人工撬毛方式，人工手持撬棍、鋼钎或镐等工具敲击井巷、工作面顶板及侧帮的浮石，易发生冒顶、碎石的飞溅等危险，严重危害作业人员的生命安全。

近年来，随着撬毛台车国产化步伐加快，湖北天腾重型机械股份有限公司专门针对小型地下矿山研制了撬毛台车，并在贵州某矿等矿山使用。

3.5.2 机械化建设对策

为提高撬毛作业的作业效率和安全水平，优先采用轮胎式、履带式撬毛台车进行撬毛作业，代替人工撬毛作业。

4 总结

通过对我国地下矿山企业及国内外矿山装备制造企业的调研，研究分析我国小型地下矿山的掘进、回采等生产工序的机械化水平现状和存在的问题，根据我国小型地下矿山品种多、规模小，地质结构复杂多变，采矿工艺使用灵活的实际情况，本着以安全高效、机动灵活为原则，推进小型金属非金属地下矿山机械化建设，优先采用无轨机械化采矿装备，实现小型金属非金属地下矿山全盘无轨机械化开采。

【参考文献】

【1】何正忠.我国中小型有色金属地下矿山机械化现状及未来对策[J].矿业研究与开发，1992（1）：64-68.

【2】何正忠.我国中小型有色金属地下矿山机械化现状及未来对策[J].矿山机械，2000（7）：8-10.

【3】GB 50830—2013冶金矿山采矿设计规范[S].endprint