机械采矿技术在新城金矿倾斜厚重矿体开采中的运用

张国胜

（山东黄金集团股份有限公司新城金矿，山东 烟台 261438）

新城金矿作为我国金矿的富集区，近年来受到相关部门的高度重视。新城金矿的表现形式为倾斜厚重矿体，对于新城金矿倾斜厚重矿体开采提供了极高的要求[1]。以往，针对新城金矿倾斜厚重矿体开采中，常年采取大规模粗放式开采方式，开采的金矿层主要以特厚金矿层为主，使用的采矿技术主要以长壁开采技术，长壁开采技术虽然开采效率较高，但是在开采过程中会造成大量的金矿体损失，导致矿体损失率高，这也是造成金矿资源浪费的主要原因之一。金矿作为我国稀缺的矿产资源，在开采过程中一定要最大程度上避免金矿的浪费。因此，针对新城金矿倾斜厚重矿体开采中，降低矿体损失率成为新城金矿倾斜厚重矿体开采的主流发展方向[2]。机械采矿技术主要是通过机械的大量运行，以自动化的形式进行采矿，基于机械化的高精度优势，降低开采中不必要的消耗。为此，有理由将机械采矿技术应用在新城金矿倾斜厚重矿体开采中，致力于最大限度上降低新城金矿倾斜厚重矿体开采的矿体损失率。

1 基于机械采矿技术的新城金矿倾斜厚重矿体开采方法

本次开采试验区为新城金矿区域，该区域矿产特点为倾斜厚重矿体。使用机械采矿技术，开采新城金矿倾斜厚重矿体流程，如图1所示。

图1 基于机械采矿技术新城金矿倾斜厚重矿体开采流程

结合图1所示，以下将分三部分对该开采方法进行详细说明。

1.1 布置新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道

新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道布置方式对新城金矿倾斜厚重矿体损失率具有较大的影响，此次利用机械采矿技术理论，结合新城金矿倾斜厚重矿体特征以及相互配套开采机械的特点，提出新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道布置方案，新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道布置图，如图2所示。

图2 新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道布置图

如图2所示，主巷在工作面正中心，主巷最大跨度在10m～12m之间，具体数据计算主巷岩梁所受荷载，设其目标函数为dz，则有公式（1）。

公式（1）中，e指的是新城金矿顶板各岩层的弹性模量；h指的是新城金矿顶板各岩层的厚度；w指的是新城金矿顶板岩层的质量密度；J指的是新城金矿主巷岩梁所受荷载。根据上述公式，计算得出主巷岩梁所受荷载，以此为约束，布置巷道主巷。与此同时，设置顶柱，顶柱的作用是支撑顶板岩层的压力，为了增加顶柱的承载力，将其形状切割成长方形，根据《机械采矿技术规范》要求，采矿工作面的矿柱平均荷载不得超过4.65MPa[3]。结合矿柱的平均荷载计算公式，计算顶柱的长度和宽度，其计算公式如下：

公式（2）中，L指的是顶柱的长度；K指的是顶柱的宽度；

指的是顶柱平均荷载；K f指的是分层联络道的宽度；Lf指的是分层联络道的长度。按照以上设置的参数对新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道布置，为后续机械采矿技术施工奠定基础。

1.2 线性支护新城金矿倾斜厚重矿体

布置完新城金矿倾斜厚重矿体开采巷道之后，为了保证主巷内能够正常通风，并且在后续开采过程中不会出现坍塌事故，需要在新城金矿倾斜厚重矿体开采工作面采取支护措施，此次采用线性支架支护方式，其过程如下。

首先清理巷道内主巷表面，将表面上的松散矿体清理干净，采用支架对工作面支护。由于新城金矿倾斜厚重矿体结构比较脆弱，对其工作面支护效果取决于支架的尺寸范围，通常情况下支架钻孔的直径范围在200mm～300mm之间，因此采用的支架直径介于200mm～300mm之间，而在新城金矿倾斜厚重矿体开采工作面支护中，支架的轴向张拉荷载不得超过支架预应力钢筋强度标准值的0.65倍，因此在该前提条件下可以计算出支架的截面面积，其计算公式如下：

公式（3）中，A指的是支架截面面积；N指的是支架设计轴向拉应力；η指的是支架的抗力分项系数；f指的是支架钢筋与钢绞线的强度标准值。除此之外还需要计算出支架的长度，其公式如下：

公式（4）中，L指的是支架长度；D指的是新城金矿倾斜厚重矿体工作面支架体直径；q指的是土体与支架之间的粘结强度。根据以上支架参数进行新城金矿倾斜厚重矿体开采工作面支护施工。而后布置一层钢筋网，用于固定支架，钢筋网安装时需要尽量与地面贴近。最后利用钻机钻孔，钻孔间距在3.5m～5.5m之间，可根据新城金矿倾斜厚重矿体工作面实际条件确定钻孔间距。然后采用径向注浆方式向钻孔内注浆，注浆材料选用GKO69的水泥净浆，从而形成支架，在注浆过程中，必须保证注浆管埋设位置的牢固性，以便取得良好的止浆效果，以此完成新城金矿倾斜厚重矿体开采工作面线性支架支护。

1.3 实现基于机械采矿技术开采新城金矿倾斜厚重矿体

完成工作面支架支护后，利用机械采矿技术对新城金矿倾斜厚重矿体工作面进行开采施工，机械采矿技术是一种连续式开采模式，这种开采模式主要以机械施工为主，在施工过程中需要应用到连续采煤机、连续给料破碎机以及梭车等机械设备，基于机械采矿技术的开采施工过程为：首先将连续采煤机置于线性支架之间，调用连续采煤机对两个支架间的金矿回采，回采按照先采左翼，再采右翼的开采顺序，回采过程中需要利用人工对采煤机的钻头定时喷水，减少回采中的烟雾。然后利用连续给料破碎机将矿体破碎，破碎的目的是为了更好的将金矿运输出去。利用梭车将矿体运输到工作面以外，当两个支架之间的金矿开采完毕后，对下一个工作面回采，采取这种平行交替连续作业方式，直至所有开采完毕；最后当所有金矿资源开采完毕之后，避免金矿资源浪费，以此完成基于机械采矿技术的新城金矿倾斜厚重矿体开采。

2 实例分析

2.1 前期设计

实验以新城金矿为实验对象，新城金矿基础信息表，如表1所示。

表1 新城金矿基础信息表

结合表1所示，本次实验内容为开采新城金矿倾斜厚重矿体。首先，使用本文设计开采方法，运用机械采矿技术，开采新城金矿倾斜厚重矿体，通过将开采数据导入matalb软件，得出开采矿体损失率，设为实验组。再使用传统开采方法，开采新城金矿倾斜厚重矿体，同样通过将开采数据导入matalb软件，得出开采矿体损失率，设为对照组。本次实验对比指标为两种开采方法的开采矿体损失率，开采矿体损失率越低，证明该开采方法效果越好。设置测试次数为8次，记录实验结果。

2.2 实验结果分析

根据实验过程记录的开采数据，得出两种开采方法矿体损失率，将其作为实验结果对两种方法进行对比，实验结果，如下表2所示。

表2 两种开采方法矿体损失率对比（%）

从表2中可以看出，本文设计开采方法矿体损失率明显低于对照组，能够在开采的同时，避免新城金矿倾斜厚重矿体产生过多损失。由此可见，本文设计开采方法是具有实际意义的，具有现实推广价值。

3 结语

本文通过实例分析的方式，证明了设计开采方法在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次优化设计的必要性。因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统新城金矿倾斜厚重矿体开采中存在的矿体损失率高的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次两种开采方法矿体损失率测定结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高两种开采方法矿体损失率测定结果的可信度。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。与此同时，还需要对基于机械采矿技术的新城金矿倾斜厚重矿体开采回填方法的优化设计提出深入研究，以此为提高新城金矿倾斜厚重矿体开采工作的质量提供建议。