基于复杂系统薄矿体机械化开采的研究与应用

李国清 王奇

摘要：针对某矿山企业新老中段同时开采，生产系统复杂多变，矿体薄，施工单位劳动力结构日趋老化，社会劳动生产成本逐年上升，机械化水平低，生产能力低下，安全形势日益严重等问题，合理选择机械化开采代替以前人力开采出矿方式，在新生产的作业中段采用轨道运输，减少高体力作业人员，降低生产成本，提高了安全本质化水平，在复杂系统薄矿体新老交替开采矿山解决类似问题具有很好地创新应用价值。

关键词：无轨运输;铲运机;溜矿井;复杂系统;薄矿体

1现状及问题

1.1现状

某矿山企业320m标高以上各中段大部分采用无轨运输加人力装运及人力胶轮车运输的方式出矿，这一传统运输系统对高强度劳动力要求极高，核心工种为推车工，年龄普遍在50岁以上。随着电瓶牵引车的引进，解决了运输过程中过度依赖高强度劳动力的问题，但是人员未减少，运输效率扔极低。一直以来都存在采掘运输系统多且复杂，矿体薄，机械化水平低的特点，导致生产效率低下，生产成本高，安全风险大。

针对企业采掘运输系统存在的问题以及上部中段“探边扫盲”的采矿政策以及继续加强机械化水平达到机械化减人降低生产成本的要求， 2018年开始对复杂系统薄矿体机械化开采研究。主要是小型机械化在老中段中的应用、无轨设备与有轨设备加溜井相结合的采掘模式以及小型铲运机在无轨中段的应用，以达到提高采掘机械效率、提高采掘作业安全性以及机械化减人降低生产成本的目的。

1.2问题

企业老系统多，巷道段面小且复杂，市面上大型机械化设备无法使用，新开中段与上部中段，段面不同，机械化水平不同，不能做到统一高效开采，轨道运输及无轨运输同时存在，机械化设备难以选择。

2解决思路

矿体薄、运输距离长、巷道断面窄的中段，为了减少生产成本，降低体力劳动需求，采用无轨蓄电池机车（SD6000/72-QY型）或者直接采用矿用三轮车运输至溜井，装载设备选用小型扒渣机、小型铲运机。

3机械化效率提高研究

3.1无轨运输设备与有轨运输设备通过溜井结合提高生产效率。

该方式主要解决上部中段为老中段，无轨，下部中段为新开中段，有轨，竖井提升方式为矿车提升的生产系统的采掘运输问题。上部生产中段采用小型扒渣机出矿到三轮车上，三轮车运输矿石到系统溜井，通过振动放矿机溜到底部中段。下部中段采用0.5m?矿车及有轨电机车运输，极大提高生产效率。该方式最大限度解决了上部中段采掘、运输人力成本高的问题，解决了上部中段巷道扩帮、拉底及铺设轨道的费用，统一集中到一个中段出矿符合现代矿山出矿方式，提高提升效率。

3.2铲运机在上部无轨中段的高效应用。

铲运机出矿能力计算：

铲运机出矿能力可按下式计算：

式中：Q——铲运机出矿能力，t/h，即每小时出矿能力。

TA——每小时运行时间，min/h，指地下铲运机作业在每小时内，由于生产中各种不可避免的耽误，包括从一个地点移动到另一个地点、定期车辆检修、加燃料和水、或操作着需要休息而停车的等，取TA=40min。

QH——铲斗每一循环有效载重，t。

K——装满系数，取K=0.9。

t——每一循环固定工作时间，min，指停车、调车、装载和卸载时间，取t=2.5min。

Tv——装载点与卸载点间行车所需的总时间，min，Tv=2S╱V，S为单程运输距离，m;V为平均速度，取V=2km/h。

当采场矿石装运方式是铲运机时，其装卸矿路线是经出矿穿装矿后，运至脉外中段运输巷一侧的装车硐室，然后倒入至中段运输巷内的矿车内，经计算，出矿穿到装车硐室的平均运矿距离S=35m。

以单个中段矿废运输总量约5万t，约2年回采时间计算，按班工时利用率约70%，每年300d工作制度，每天平均出矿2班，则一天出矿时间约11h，则要求的铲运机出矿能力Q=10.8t/h，以此反算QH。

QH=10.8×（2.5+2.1）╱（40×0.9）=1.38t。

按矿石密度为3.62t/m3，松散系数1.6，装满系数0.9计算，经计算要求的铲运机斗容是0.6m3，基于此，铲运机标准斗容取0.6m3。因此该中段选择WJD-0.6型电动铲运机，标准斗容是0.6m?。

合理科学选择铲运机，上部中段采掘设备由原来的小型挖掘机、自制矿车改成了铲运机装矿，自卸式三轮车运输，装卸矿效率提高1倍，装卸矿人员由原来的4人/班，降到2人/班，达到机械化减人的目的以及改善了工人的作业环境。

4经济效益及社会效益

4.1经济效益

机械化开采的运用，减少采掘运输人员16人，年机械化减人节约资金=16人×8000元/月×12个月=153.6万元。机械化提高了生产效率，年生产效率提高20%;设备投入资金67万元;经济效益显著。

4.2社会效益

1.该项目的实施，提高了矿山机械化水平，降低了劳动强度，提高了技术人员的技术水平和综合素质;

2.項目的成功应用，不仅可以产生直接的经济效益，更节约了大量的人力、物力和财力、提高了运输效率，降低了运输风险，提高了企业本质化安全水平，带来了良好的社会效益;

3.降低了工人在采场作业的安全风险;

4.该项目的实施，解决了复杂系统、薄矿体窄断面机械化无法实施或者小型机械化应用过程中效率低的难题，小型设备的改造更加满足了复杂多变矿山结构的不确定因素。

5结论

复杂系统薄矿体机械化开采的研究与应用完善，在复杂新老交替生产系统背景下，相较上部中段大面积巷道改造有不可比拟的优势，在井下劳动力日益匮乏，劳动力成本增幅大的社会发展背景下，更有它推广的应用价值。总结发现其解决了（1）解决了企业持续深化改革过程中的机械化水平低问题;（2）解决实行“探边扫盲”过程中的上下部中段机械化衔接问题;（3）解决矿山高效采掘设备在多系统薄矿体老中段的应用问题。降低了出矿成本、提高了企业装备水平、提高了企业经济社会效益。

参考文献：

[1]郑林第.无轨运输在陕西铅硐山铅锌矿井下的应用及推广.科技展望.2014（1）