平江地区金矿井下机械化开采现状与发展趋势

王金武，陈 俊

（湖南黄金洞矿业有限责任公司，湖南 平江 410400）

机械化开采，顾名思义是通过机械化设备在矿山井下进行矿石开采的一种方法，随着时代的不断进步，机械化开采逐步代替人工开采方法，从而达到增效减员的目的。然而，21世纪的今天，国内矿山的开采水平，仍然处于半人工、半机械化状态，仍然有许多工序依靠人力来完成，这不仅仅对高质量发展的时代带来了安全风险，同时也制约了发展效率。现主要针对平江地区金矿井下机械化开采现状进行研究论述，从而总结金属矿山井下机械化开采的现状及存在的问题，并对未来发展趋势进行展望。

1 金属矿山机械化开采现状

相比煤矿，金属矿山的开采环境和开采条件优越很多，主要因为它不存在可燃气爆炸风险。因此，金属矿山有条件创新开采方法，不受根本安全风险的影响。但金属矿山也有它的弊端，比如矿山开采巷道条件复杂，空间狭窄，移动困难。加之不同矿山状况不一，很难统一标准，导致市场上缺少矿山开采设备的开发商，尤其是小规格巷道开采设备，更是缺乏专业生产商，市场空间极为有限。

我国矿产资源十分丰富，是世界矿山开采大国，而金属矿石产量更是居世界前列。但相比国外，国内的矿石开采水平还远远落后［1］，由于采矿工业科技落后，采矿装备发展水平不高，导致国内金属矿山机械化开采现状仍然较为落后。现从采矿类型上介绍和分析目前国内开采现状。

1.1 露天开采状况

对于资源状况较好或处于开采早期的一些矿山，可能会采取露天开采方法。露天开采过程中更为容易实现机械化操作。但具体情况仍受矿山的发展状况决定，对于一些小型露天矿山，仍然表现出开采设备单一，部分工作仍然依靠体力劳动进行完成。少数大型露天矿山，则会充分发挥它的资源优势，优化开采工艺，引进国外先进开采设备，从而实现机械化开采。金属矿山露天机械化开采，涉及到的设备一般有电铲、潜孔钻机、牙轮钻机、翻斗车、电机车、推土机、装载车等相关重型设备。

目前，国内露天开采矿山少于地下开采矿山，主要因为矿产资源在地表层数量有限，需要深入开采，所以对于地下资源，都需转为地下开采方法。

1.2 地下开采状况

金属矿山地下开采方法，主要包含矿石开采、矿石装运、矿石提升等，而其中最为关键和困难的工序，便是矿石开采。结合国内矿石开采现状分析，当前金属矿山仍然普遍使用穿孔爆破开采法，即通过传统的气动凿岩机和潜孔钻架完成巷道端头钻孔工序，然后再填装炸药，通过爆破实现矿石开采。这种开采方式由于需要使用危险爆炸品，安全风险高，同时采掘进度极为受限，往往采取上一班穿孔放炮，等烟雾消退后，下一班才能装运矿石，开采工艺上限制了采掘进度。目前国外已广泛使用高效液压凿岩机，国内也逐步引进和推广高气压潜孔钻机。

矿石开采后，下道工序为矿石装运，这包含矿石装车和矿石运输，俗称出矿工序［2］。目前国内金属矿山在出矿工序上仍然十分落后，这种采矿局面，主要由于金属矿山资源很难富集，大多分布疏散且复杂，为控制采矿成本，在进行采矿和掘进设计时，尽量做到沿着矿脉开挖，避免无用开挖巷道浪费生产成本。这必然造成金属矿山井下巷道条件艰难，表现为采矿巷道狭窄，夹杂上下山滑坡，同时伴随各种弯道，极大程度影响到机械化开采的使用与推广。

对于部分较为宽敞的采矿面或掘进面，国内金属矿山也广泛使用电耙绞车完成出矿工作，状况更好的也有使用装岩机（有轨设备）和扒渣机（无轨设备）等较大型设备［3］，可以一次性完成出矿工作，直接将矿石通过耙斗耙至电动三轮车或矿车桶内，大大提高出矿效率，减轻劳动强度。在完成矿石装运的前半工序后，后半工序则为矿石运输，因为矿石运输一般到了井下的主要巷道，大都采用有轨设备完成运输工作。对于在地表水平面的宽敞巷道，也有直接采用铲运机和地下卡车配合完成出矿运输工作。

矿石提升则一般通过提升机和提升容器配合完成，目前该工序基本全面机械化，竖井矿山则通过提升机和罐笼完成提升，斜井矿山则通过提升机和普通矿车或箕斗等设备完成提升。

1.3 平江地区金矿开采现状

国有金属矿山企业黄金洞矿业坐落于平江地区，目前，矿石开采全部集中在地下，因此井下机械化开采现状总体与上述1.2类似，但由于从2017年开始加大了创新发展力度，加大了科研投入、技术引进和新设备、新技术试验成本投入。因此在2017年后井下机械化开采状况有了重大突破。

首先，黄金洞矿业首次引进了凿岩台车成套设备，该设备及配套附属设备规格尺寸较大，主要应用于大规格的掘进巷道，凿岩台车主要代替传统气动凿岩机完成钻孔作业，经现场测算，该设备可在2～3 min时间完成一个2.5 m深的钻孔工序，效率几乎达到传统凿岩机的10倍。由于时间上的节约，井下采掘1 d可以增加1个班次，从而提高掘进速度和生产效率。经统计，凿岩台车搭配装载机，液压矿车，1个月可实现150 m的掘进进尺，超过传统掘进速度的两倍。但凿岩台车仅仅是代替了传统的气动凿岩机的凿岩方法，凿岩完成后，仍然需要通过传统的爆破方法进行矿石崩落，这仍然制约了连续性生产的组织安排，并没有达到根本性的突破。

其次，黄金洞首次引进了EBZ160Z型巷道掘进机设备，该设备外形尺寸达到11 m×1.8 m×1.8 m，机重38 t，并配备履带式行走机构，由于尺寸较大，只适用于较大规格的巷道。不同于凿岩台车设备，该掘进机自带切割头、装载部、输送机等系统，因此可以一气呵成完成巷道岩石的搅碎、崩落和转运等工序，它的截割头以62 r／min、运转功率160 kW的强劲力度，可轻松对强度60 MPa以下的岩石进行截割。该设备工作能力达到15～20 t／h，远超人工开采产能（最大约40 t／d），所以它的优势在于出矿效率高，人工强度低，可连续作业，避免频繁爆破造成岩层破坏和时间耽搁。但该设备也存在一定的弊端，设备过于笨重，井下运行不够灵活，设备故障率频繁，检修技术要求高、难度大，设备对配套设施要求严谨，系统性复杂。由于金矿矿脉的厚度往往较低，因此很难投入较高的成本去挖掘大规格巷道，因此大重型机械化设备仍然无法普及到各采矿面。

除黄金洞矿业外，平江地区还汇集了诸多中小型私营矿山企业，但由于企业体制不同，导致私营金矿往往面临更为棘手的系统问题，金属矿山行业在历经了较长的萎靡时期后，大多私营矿山企业为了生存和短期效益，便控制了生产成本投入，限制了系统建设，压缩了井下机械化开采水平。通过对平江地区几大私营金矿进行了解，目前机械化水平仍然停留在提升和运输两个环节，掘进和开采仍然全是以人工凿岩和传统爆破的常规操作模式进行，因此机械化水平较低，系统工艺落后。

2 机械化开采存在的困难

分析国内金属矿山和平江地区金矿企业机械化开采现状，可以看出要全面实现机械化开采，仍存在许多困难。这不仅因为国内机械生产水平落后，限制了各类开采设备的研发与生产，同时也因为金属矿山井下条件艰难，空间狭窄，设备行动困难，同时设备在井下转运与修复同样十分困难，大大制约了机械化开采工作。主要有以下几方面困难：

1.机械化开采设备的研发与生产缺失标准体系。目前，国内金属矿山条件复杂，且状况不一，一定程度上制约了相应设备的研发与生产，而归根究底，仍是因为国内在这方面缺失标准体系，大部分标准还是在计划经济时代制定，与现有状况完成不符，因此采矿设备机械标准现状己较难适应现有的发展水平。而对于金属矿山企业，在无标准体系的情况下，自然开采方式各有千秋，状况不一。

2.国内采矿设备生产技术落后，无强劲的主导品牌。由于国内采矿设备质量差，技术落后，配套件发展滞后；设计、开发能力差，好的设备多是仿制或与国外合作制造；产品结构不合理，管理机制存在弊端。这些实际因素，制约了金属矿山机械化开采的发展。

3.市场机遇表现不够明显，缺乏实力研发商。由于井下条件特殊，大部分开采设备需要单独设计、单独研发，才能生产适用的产品，这一因素导致设备生产商需要完成一段时间的研发和试验阶段，短时间内不能产生经济效益。而正因为如此，导致市场机遇不明显，缺少实力研发商。

3 未来发展趋势

要实现矿山企业机械化开采，在政策方面需要大力支持。首先，国家将借此矿产资源行业发生经济危机之际，逐步调整资源管理模式，制定以“安全生产、以人为本”为前提的方针政策，创新和改进矿产资源开采方式，关闭和整合零星资源点，极力鼓舞企业做强做优。其次，国家也需通过宏观调控，保护资源性企业正常运营，将牵头主导开采创新，开采改造，通过政策扶持，大力推动采矿设备的研发、创新、试验和投产等相关工作。

就机械化开采设备而言，其发展趋势将朝着数字化、自动化、精细化、高效化、人性化方面不断发展。主要在以下几方面实现发展和突破：

1.金属矿山开采端头无轨机械化设备的发展将有所突破。当今国内劳动力非常紧张，随着人口不断老龄化，年轻劳动力比例不断缩减，因此传统的人工采矿模式必然会受到极大阻碍，这种现状也将促进矿山企业转型，朝着机械化开采方向进行调整。而开采端头的设备主要为无轨设备，这其中包含装岩机、耙渣机、铲运机、劈裂机等一些列设备，未来，这些设备将不断优化性能、提高适应能力和可靠性、安全性、舒适性，各方面将突破目前的各种困境。

2.高效连续采矿设备将得到加速发展。目前，金属矿山绝大部分采矿采取钻孔爆破方式，这种一班一炮的开采模式极大程度上限制了开采进度。为此，不少矿山企业逐步引进和使用连续出矿设备，如黄金洞矿业近年引进的掘进机设备，其生产工艺和技术性能已经较为成熟，可以满足井下较大段面的连续开采和掘进需求，在煤矿井下，这种掘进机设备已经使用广泛。未来，针对金属矿山，高效连续采矿设备、出矿设备及运输设备将得到飞速发展。

3.其它新型特效性能采矿设备的发展。随着矿产资源不断紧缺，各种容易开采的富矿床、浅表矿床和高品位矿脉将逐步开采枯竭，接下来各类难采矿和贫矿床资源都将进行攻关开采。为满足资源市场的需求，各类机械设备生产商、技术研发机构以及金属矿山企业本身，都将极尽全力研制出适应当前实际的新型采矿方法、采矿工艺和技术，相信未来各种数字化，自动化、精细化和高效化设备、装备技术都将诞生［4］，促进金属矿山稳步发展。

4 结 论

21世纪的今天，我国金属矿山刚遭受过经济下滑的冲击，这给金属矿山机械化开采的进程带来极大制约，对机械制造行业而言，采矿设备的研发与生产同样遭受严峻的挑战，但同时也带来了新的发展机遇和革新浪潮。

2021年，在国家政策的驱动下，各地矿产资源进行了有效整合，平江地区在湖南省国资委、湖南黄金集团及当地政府的运作下，实现了金属矿山资源的有效整合。目前大多私营金矿实现了化零为整，未来平江地区金矿也将搭建更大的舞台，发挥更强的资源优势。有了这个基础，企业也将从更长远、更高效、更先进的思维角度来谋划未来的发展蓝图，平江地区井下机械化开采状况也将面临前所未有的革新和突破，为建设真正的数字型、智慧型、绿色型矿山企业不断前行。