大型综合设备联合开采在金属矿中的应用

2018-02-04李红强

智能城市 2018年5期

李红强

湖南涟邵建设工程（集团）有限责任公司，湖南长沙 410000

我国的金属矿产资源丰富，分布广泛，目前已探明储量的矿产有54种，许多矿产储量居世界前列。我们的金属矿产开采工艺及技术水平仍处于探索发展阶段，需要不断开拓创新，举国家之力攻坚克难。下面将简要概述一下金属矿的开采工艺及技术方法，以此为基础展开大型综合设备联合开采在金属矿中的应用研究。

1 简要概述金属矿的开采工艺及技术方法

金属矿山的开采方式主要有露天开采、地下开采、地下与露天联合开采。露天开采是通过采、装、运设备的综合应用，从事敞露空间的采矿作业，地下开采则是通过地下巷道工程将矿床划分为井田、盘区、矿段来进行采矿作业，地下与露天联合开采则是浅部或上部采用露天开采方式，而深部或下部采用地下开采方式。金属矿山的开采方式需要根据矿体的规模、空间分布、埋藏深度、地形地貌、产状、施工工艺、机械装备等因素进行综合评估。

1.1 陡帮开采

陡帮开采是加陡露天矿剥岩工作帮所采用的工艺方法、技术措施、采剥程序的总称。它具有剥离量小、建设周期短、基建工程量少、最终边坡暴露时间短等优点，主要针对凹陷露天矿初期剥岩量比较大、生产剥采比大于平均剥采比这一特点，能够有效均衡生产周期的剥采比、推迟部分剥岩量，从而节约基础建设投资成本。陡帮开采的作业方式主要有组合台阶开采、工作台阶追尾式采剥、倾斜条带式开采、并段穿爆分段采装等四种。陡帮开采的适用条件主要有：开采倾角大的矿体、开采形状为上小下大的矿体、开采剥离洪峰期和剥离洪峰期尚未到达的矿体。这些矿体类型都有利于发挥陡帮开采的优势，更好地进行开采作业。陡帮开采在相同采矿量的基础上，更加灵活有效。我国已经将陡帮开采列入国家科技攻关项目，并且取得了不错的实践成果，眼前山、紫金山、金堆城等项目均采用了陡帮开采技术工艺[1]。

1.2 松土机-铲运机开采

松土机-铲运机的开采工艺在铝土矿开采上应用较多，运用松土机进行松散和破碎岩石，从而代替凿岩爆破，而铲运机进行装载、运输、卸载工作。它具有工艺简单、一机多用等优点，能够实现分层开采、分层排土，是理想的排土、复垦一体化工艺。现阶段，松土机-铲运机开采技术在孝义铝矿的研究开采实验中取得了不错的效果，目前已经面向全国推广。

1.3 高台阶开采

高台阶开采工艺在国外发展较为成熟，我国的研究应用起步较晚，实际运用缺乏经验。随着金属矿开采的设备大型化和自动化发展，铁矿装备水平有了大幅度的提高，十立方以上大型挖掘设备运用增多，从而为高台阶开采工艺的实践提供了条件。高台阶开采是国家八五科技攻关项目，通过南芬铁矿的开采试验数据表明，18m高台阶开采的单位成本可以降低约6%左右，动态效益每年可以节省一千万元左右，高台阶开采技术的应用对金属矿经济效益的保障是非常可观的[2]。

1.4 陡坡铁路

陡坡铁路的运输方式能更好的解决深凹露天矿的开拓运输问题，通过陡坡铁路的应用，能够保证铁路运输进入更深的地方，从而降低基建和运输成本。据研究数据表明，陡坡铁路可以使矿山基础建设工程减少2.5%，汽车集运量减少1.5%，运输距离缩短30%，采场向上提升矿岩的费用降低20%，同时减少了线路的移道工程量。陡坡铁路技术已列入“十五”国家科技攻关项目，目的是将铁路坡度由30%提升到40%。

1.5 间断-连续开采

20世纪末，我国的齐大山铁矿建成了采场内可移动式矿岩破碎-胶带运输系统，这是我国深凹露天矿开采工艺取得先进水平的重要标志。间断-连续开采工艺充分发挥了汽车和胶带机的优点，通过电铲在工作面装载矿石，然后经汽车运输和破碎机破碎后用胶带运输机将矿石运出。这种采矿工艺已经在我国的东鞍山、大孤山等铁矿和德兴铜矿取得了不错的应用成果。

1.6 地下开采

地下开采是金属矿联合开采的基本组成部分，以地压管理方法为依据划分为自然支护采矿法、人工支护采矿法、崩落采矿法三大类。自然支护采矿法主要依靠围岩本身的稳固性及矿柱的支撑能力维护回采过程中形成的采空区，也可以用支架或者采下矿石作为临时或辅助支护。人工支护采矿法是用充填材料或其他支架进行采空区维护。随着回采工作面的推进，通过向采空区充填碎石、水泥、炉渣等材料进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，从而在充填体上或在其保护下进行回采作业。崩落采矿法是一种有计划地崩落围岩进行填充采空区从而管理地压的方法，比较适用于地表允许塌陷、围岩容易崩落的矿体[3]。

2 浅析大型综合设备在金属矿联合开采中的应用

2.1 钻孔设备应用

钻孔机械分为凿岩机和钻机两类，其中钻机又分为井下钻机和露天钻机。凿岩机主要用于中硬以上的岩石中钻凿直径为20～100mm、深度在20m之内的炮孔，根据动力划分为风动、电力、液压、内燃凿岩机，其中风动凿岩机使用范围较广。露天钻机根据破碎矿岩的工作机构可分为钢绳冲击钻机、潜孔钻机、牙轮钻机、旋转钻机等。

2.1.1 液压顶锤钻机

液压顶锤钻机通过露天钻车和钻机的配合，能够有效提高钻孔直径，从而提高钻孔的效率。目前，液压顶锤钻机被全球几家大型生产企业所垄断，Sandvik公司的Herbert4000钻车与HL4000液压顶锤机能够将钻孔直径提高到275mm。

2.1.2 潜孔钻机

潜孔钻机在凿岩过程中将冲击器潜入孔内，从而减小由于钎杆传递冲击功所造成的能量损失，减少孔深对凿岩效率的影响。我国常用的地下矿山潜孔钻机类型主要有YQ-80、QZ-165、YQ-100等，通过冲击器与潜孔钻机的配合，能够有效提高钻孔直径，从而提升钻孔效果，SmartRig ROC D65潜孔钻机和DI600潜孔钻机是目前比较先进的产品。

2.1.3 牙轮钻机

经过几十年的发展，露天穿孔经历了磕头钻、喷火钻、潜孔钻等设备的更新换代，目前，当属牙轮钻机在大、中型露天矿中应用较为广泛，它具有钻孔孔径大、穿孔效率高等优点，主要用于露天矿山200mm以上的炮孔凿岩作业。牙轮钻机的主要发展趋势有：钻孔直径加大；轴压力、钻机重量、回转功率加大，实行强化钻进；钻机自动化水平不断提高；电力传动采用静态控制驱动交、直流电机；使用高钻架长钻杆；牙轮钻头寿命不断提升；PLC-视屏系统的运用等。我国的牙轮钻机发展起步较晚，美国、俄罗斯、日本已经实现了批量生产，其中美国的设计制造水平最优，59R型牙轮钻机和320XPC牙轮钻机的应用比较普遍，钻孔孔径能够达到559mm[4]。

2.2 挖装设备应用

2.2.1 液压挖掘机

液压挖掘机是一种综合性机械设备，在矿山采掘、电力工程、交通运输、水利工程等方面的施工中有着广泛应用，主要结构有发动机、液压系统、工作装置、行走装置、电气控制等部分构成，具有环境适应能力强、铲斗容量大、挖掘力强、系统监控能力强等优点，大有取代电动挖掘机的趋势。

2.2.2 电动挖掘机

电动挖掘机是目前金属矿山采挖的主流设备，它具有自身装载量大的优点，目前正朝着超容量更大、更稳定的方向发展。

2.2.3 轮式装载机

轮式装载机对矿山、煤炭、国防、水利、铁路、公路、港口码头等场所的铲土运输作业承担着重要作用，主要是对松散物料进行铲装及短距离运输。在金属矿山的作业中，体现出速度快、效率高、自重轻、机动灵活、便于维修、操作简单等优点。

2.3 运输设备应用

运输设备的载重量决定了金属矿物的运输成本，所以运输设备朝着大载重的方向发展。金属矿山的运输分为有轨运输和无轨运输，比如矿井机车运输、钢丝绳运输属于有轨运输，矿用输送机运输、水力运输、架空索道运输属于无轨运输。矿石地下运输是指回采工作面到出矿天井或采区矿仓之间的运输，主要由电动机车或输送机进行运输。矿石提升指的是井底车场至井口间的运输，主要通过钢丝绳、卷扬机、提升容器、皮带运输车、自卸汽车等设备进行提升。矿石地表运输是指运用电机车、架空索道、铁路、汽车等方式进行远程运输[5]。