广西大新锰矿急倾斜中厚矿体机械化开采技术探索

潘承武，段志伟，覃亲喜，欧阳宇明，张丽云

(中信大锰矿矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新　532315)

地下矿山无轨设备经过多年的发展和技术改进，技术条件日益成熟，在提高生产效率和改善矿山安全环卫条件等方面有着显著的效果。随着科学技术的快速发展和人口结构的改变，从事地下开采作业人员的减少、人工成本逐年递增，传统的人海战术、手工作业已经严重制约矿山的技术水平和经营效益的提高[1-2]。在大新锰矿南翼矿段急倾斜中厚矿体进行机械化开采技术探索，对提高矿山的机械化开采程度、减少人工劳动强度、提高井下作业效率、扩大生产规模等具有重大的现实意义。

1　矿山基本情况及开采技术条件

大新锰矿是中信大锰矿业有限责任公司的直属矿山，锰系产品的主要生产基地，位于广西大新县下雷镇。矿山自1959年开始露天开采，1999年进行地下矿山建设，2018年露天开采结束，全部转为地下开采。矿山现拥有碳酸锰资源7 000万t，其中倾斜中厚矿体主要分布在南翼矿段140 m水平以上，资源储量约有2 600万t。

大新锰矿是大型浅海相沉积型锰矿床，整个矿床为近东西走向的向斜构造，西高东低，东西长9 km，南北宽2～2.5 km。矿体自下而上形成三层矿脉，层位稳定，期间有二层夹层。南翼矿段140 m水平以上矿体主要以陡立和急倾斜矿层为主，倾角为60(°)～80(°)。各矿层(急倾斜矿体)矿体平均厚度：Ⅰ矿层1.77 m、Ⅱ矿层2.49 m、Ⅲ矿层1.77 m、夹Ⅰ平均厚2.58 m、夹Ⅱ厚0.5～1.0 m。Ⅲ矿层的直接顶板为硅质岩，Ⅰ矿层的直接底板为泥质灰岩、夹泥质岩。

碳酸锰矿石密度3.13 t/m3，f系数为8～15，岩石密度2.7 t/m3，f系数为6～10，矿岩松散系数均为1.5，自然安息角为50(°)。矿区以裂隙含水层为主要充水层，水文地质条件属简单类型，但13a～15线的布康漥地D3l2含水层岩溶发育范围，可属中等复杂类型。

2　开采现状

大新锰矿南翼矿段采用胶带斜井+中央副井(竖井)联合开拓，中段高60 m，自1999年开始建设，经过多次改造扩建，矿石生产综合能力达80～100万t/年。矿体南翼0～32线区段内矿体变化平稳，地质构造简单、围岩中等稳固、完整性较好。由于夹Ⅰ、夹Ⅱ厚度较小，宜三层矿合采。主要采矿方法为有底柱中深孔分段凿岩阶段集中出矿留矿法。

井下掘进施工主要采用YT-28型凿岩机，掘进出碴采用LW-80装岩机配合0.75 m3翻斗式矿车，运输采用CJZP-3/7/10架线式电机车。

采矿作业主要采用YT-28型凿岩机施工采切工程，YGZ-90型钻机施工中深孔，人工装药爆破，2DPJ-30型电耙结合短溜井并安装FZC2.3/1.2-4型振动放矿机出矿，运输采用ZK10-7/250-3架线式电机车牵引2 m3侧卸式矿车或0.75 m3翻斗式矿车，采用斜井提升矿石。 经过多年的生产实践，现有系统存在以下问题：

1)矿山主要采用手工作业的方式，人工作业劳动强度大，效率低，严重制约系统产能的提升。

2)中深孔使用YGZ-90钻机施工精度低，工效低，灵活性较差，搬运安装不便利。

3)电耙搬运矿石的有效距离短，耙矿效率较低，限制矿块生产能力。

4)矿房主要以电耙配合短溜井出矿，溜井的储矿量少，不利于连续出矿。

5)作业环境差，作业人员多，危险系数大。

6)井下作业人工成本高，从事井下作业的人员逐渐减少，井下用工压力日益增加。

3　急倾斜中厚矿体机械化开采方案

随着矿山露采结束全面转为地下开采，现有开拓系统的产能已达到最大值。如何在现有的开拓系统上挖掘产能潜力，实现产能的衔接；同时，在确保现有产能的基础上，加快深部各中段的开拓，尽可能地避免深部开拓工程影响生产系统。需要在现有系统上进行技术改造，提升机械化程度，尽可能地提高生产能力。

3.1　开拓方式

根据矿山的生产规划、按照尽可能较少深部开拓对现有系统的生产影响、避免设备的多次拆装、方便设备出入个生产分段以及便于设备的维修保养的原则，结合矿山的地质地形条件，对南翼矿段急倾斜矿体重新圈定移动带和崩落带，调整矿房的采切布置，选择在勘探线6～9线区域从地表(标高约为340 m)增开斜坡道至各分段水平。斜坡道坡度12%，净断面为3.9 m×3.5 m，分段联络道净断面为3.3 m×3.3 m，斜坡道长约为1 680 m。

3.2　开采方案

从斜坡道进入各中段，采用Rocket Boomer 281全液压凿岩台车掘进，出碴采用LW-80装岩机配合矿用汽车，从斜坡道运出地表。

根据矿体赋存条件和开拓布置，采用无底柱中深孔分段凿岩阶段出矿空场法回采急倾斜中厚矿体。

3.2.1工程布置

采场沿矿体走向布置，长度60 m，矿房宽度为矿体全厚，一般为8～10 m，矿房高度与中段高一致(一般为60 m)，分段高度15 m，间柱6 m，顶柱4 m；中段运输巷道沿脉外布置，每隔60 m掘进一条垂直矿脉走向的穿脉巷道；在采场两侧沿脉内采用天井钻机反掘天井，规格为Φ1.8 m。

无轨设备从斜坡道联络道进入各分层水平，采用Rocket Boomer 281全液压凿岩台车掘进分段联络道、分段凿岩道和切割巷道。用WJ(D)-1.5(电动)铲运机出渣或副产矿石，天井作为临时出碴或出矿溜井。

在阶段运输巷道的上一分段沿无轨设备分段联络道每隔8～10 m掘进出矿进路；在无轨设备联络道另侧每隔60 m施工1个矿石溜井，每隔120 m施工1个废石溜井，满足每个矿块1个矿石溜井，2个矿块共用1个废石溜井。采场结构布置见图1。

1 阶段运输巷道(下阶段开采作为凿岩台车联络道)；1′ 阶段运输平巷单轨；1" 穿脉运输巷道；2 分段平巷；3 分段凿岩巷道；4 堑沟巷道；5 矿石溜井；6 废石溜井；7 进风井；8 装矿横巷；9 切割横巷；10 凿岩联络道；11 切割天井；12 阶段斜坡道

3.2.2回采作业

凿岩爆破：利用天井形成切割槽，用Simba K102中深孔凿岩台车在分段凿岩平巷内钻凿垂直扇形中深孔，孔径65 mm，排距1.8～2.0 m，孔底距1.8～2.0 m。采场的回采顺序自上而下，从中间向两侧或者从一侧向另一侧推进，每次爆破3～6排，上分段超前下分段2～3个爆破步距。采用BQ100装药器装药、导爆管雷管起爆的毫秒延期挤压爆破。

出矿：每次中深孔爆破后用WJD-1.5型电动铲运机大量出矿，出矿量达一次崩矿量的50%左右，便可进行下次爆破作业。矿石通过本阶段的上一分段矿石溜井卸载至本阶段运输水平，通过振动放矿机装矿至矿车，运输采用14 t电机车牵引4 m3侧卸式矿车运输，以便提高出矿、运输效率。溜井高度15 m保证放矿连续，能够满足1列车的矿量而溜井有剩余矿量。本阶段的最下一个分段的15 m留作下阶段开采。

采场通风：新鲜风流由阶段运输巷道，经联络道、天井、联络道进入采场各工作面，污风从采场另一侧的天井，回至上阶段运输平巷，经主扇排出地表。

3.2.3优劣性分析

相对原来的开采方式，采用无轨设备机械化开采具有以下优势：

1)该方案在原有开拓系统上增开明斜坡道，为无轨设备、材料、人员的出入提供通道，有效地解决了深部各中段的施工与废石运输问题，极大地减少了深部开拓与生产之间的影响，确保了现有的生产能力。

2)实现从凿岩装药到装运全部机械化配套作业，各工序无手工体力操作少，人工劳动强度较低，机械化程度高，为矿山后续的产能扩大提供了条件。

3)无轨自行设备机动灵活一机多能，可相应减少采装设备总数；设备操作实现机电液一体化控制，提高设备利用率。

4)实现采掘作业面机械化，效率高，减少了井下作业人员，安全环卫条件好，风险低。

5)无轨设备施工精度高，工效较高。

6)长溜井储矿，集中出矿、利于连续作业，提高矿块的生产能力。

但是，在现有的开拓系统上进行技术改造，采用无轨设备机械化开采也存在以下不足：

1)在现有的生产系统上增加了系列无轨设备、斜坡道和相关工程，且工程量较大，增加项目投资，造成了吨矿折旧成本增高。

2)无轨机械化开采对于复杂矿体或矿脉倾向变化大的矿体适用性较差，导致采切工程量增大，不利于控制矿石的损失和贫化；采场回采单向退采，单点回采，不利于生产配矿和控制矿石质量。

3)对矿脉前期地质工作、生产探矿要求高；同时，各分段凿岩巷道和切割凿岩道必须先全部施工好才能回采作业，前期采切工程量大。

4)无轨设备的作业场所要求高，井巷断面工程量大，矿房采切工程量较大，并对设备维护保养要求高。

5)对设备的维护人员要求高，需要重新配备和培养管理维修人员，不然会给使用维护保养和管理带来很大的困难。

4　结　语

随着世界无轨设备在提高效率降低成本向大型化自动化方向的发展，以及先进计算机技术在无轨设备操作、管理上的应用。机械化开采及无轨设备的使用将是今后地下矿山开采的主流方向，是降低井下作业人员、改善从业人员作业环境和提高生产效率的重要手段。在大新锰矿露天开采全面转为地下开采之际，探索符合矿山特点的无轨设备机械化开采，提高生产效率，以满足矿山产能的需求。