矿山工程施工中矿用机械开挖工艺及技术应用研究

张海军

（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃 武威 733006）

综合机械化开采大大提高了矿石的出产量，管理各个环节，有效减少了矿产品在运输中的耗费现象，为国家经济的发展奠定了基础的重要经济来源。但由于矿山开发过程相对危险，且目前的矿产品纯度较低，在利用过程中依然面临着不少问题。因此有关人员需要总结历史资料，综合运用机械化利用等科学技术，进一步提高矿产品的利用率，以便于建设绿色生态和可持续发展的新社会。

1 矿山综合机械化开采设备的基本概述和现状

综合化工程以矿山的回采过程的机械制造技术为主要研发对象，实行了统一的机械技术管理与施工方式。以先进计算机技术和电子设备为数据基础，与综合采矿机的液压支撑系统、可伸缩送变站结合，以达到矿井产品智能化目标。在一般情况下，矿山开采时基本都会使用分段型的压碎机械，有很大的产量效能，并能够随着不同矿层的厚度而改变或自行调整高度，以确保采矿利用效益的显著增加。但由于综合生产机械化技术水平提高，矿山员工的环保意识也越来越提高，对整体化的机械设备依赖程度也愈来愈高。迫使更基层的矿山作业技术人员要学会更加综合的机械性采矿技能。由于矿山开采风险较高，要保证较高的产出效益，有关技术人员一定要对机器的运行稳定性开展长期的动态研究。机器运行稳定性是机械化生产的前提条件，只有保证了矿山机器的运行稳定性，才能使矿业着稳步进展，确保了作业人员的安全。

机械化作业在矿山开采中也是十分关键的一环，通过机器装置管理和调度了矿山生产作业中的全部流程，这其中通过计算机进行控制和红外线定位系统来进行矿石的切割和输送等方面的工作，从而大大提高了采矿作业自动化的综合技术水平，在开采安全等方面也能够大大提高，公司的经济性与生产能力也将会有所跨越性提高，而与此同样，由于机器化生产方式在矿山作业过程中许多环节均包括，对人力物力的投资将大大减少，对商品的机械加工作业也更为简单，从而降低了作业的困难系数。我们可以将机械化开采的生产流程和传统的矿井开发相对类比，首先工期将会大大缩短，产量效益提高，同时机械化工作能在第一线的开发作业人员安全性上更有保证。以下均为重要的集中设备：首先是移动变电站，在所有采掘流程中均离不开移动变电站的供水，主要是提供输送设备和采掘机具。而且，变电站也是随着工作台进行而不停的移动。第二类是选矿机械，其用途为选矿和碎矿，基本在运送矿物时才会被用到。第三类是作业面输送机，一般是用刮片输送机构运输工作，其具有巨大的承载力，可同样运用于水平方向的和斜倾方位的运送管理工作。

2 矿井综合机械化采矿设施以及先进开采工艺技术应用的研究优点

在传统的开采流程中，由于不同项目之间被区分隔开，在工作面的布置，以及矿山搬运等环节中耗费了巨大的工作时间，如果进行整合，就会造成巨大资源消耗浪费。而整体化的机械流程以路面的挖掘为先，布置科学而合理，极大的减轻了基础人员的劳力工作强度，而且，整体化的矿山开采设备也节约了成本，减少了对能源的耗费，也增加了信息传输环节中的能量利用率。有关技术人员要进一步提高机器的精度，准确度是判断机器的质量前提，精确的设备能够有效地减少机器误差，从而减少矿业开采中的各种安全隐患。使机器在较小的误差内保持工作的连续性，协调不同工件间的运动，从而提高了机器的总体发展。

3 机械化采矿工艺中的主要设备

矿井综合工业生产机械化开采过程中的机械设备，一般有采掘机、工作面搬运机、液压支撑、伸缩搬运机以及移动变电站等机械设备，采掘机是综合电力液压等机械设备为一身的重要机具，是完成矿井生产作业和智能化整合的最有效手段之中，是综合工业生产工业机械化开采过程的重点装备，在一般条件下，矿井开采生产作业一般都采用压碎法，但目前国家使用较多的采掘机一般是滚轮式可调高度采掘机，已经具备了很大的产量和制造技术水平，并且还能够满足矿层厚度的不同，和传统采掘机比较，滚轮式采掘机制造质量也更高，而且能够自行调整高度。

（1）运输机。在井降煤矿的综合机械化采掘生产过程中，开采机在生产出矿资源后由工作面运输机完成运输，在采矿过程中由于运送距离比较长，对输送机提出很大的需求，为了克服在采矿工作面开采后矿产数量变化很大的问题，就必须选用一个结构刚度比较大且可以转弯的运输机，带式输送机也能够调整宽度，按照回采面宽度的需要调整自身直径，以适应各种长度运输巷道的需要;但是如果在运送过程中出现了故障，就会大大降低回采的工作效率和经济性，所以需要做好对输送机的日常保养工作;在回采综采作业中，带式输送机也能够根据回采面的推移调整，给回采工作面带来更多的保护。有些公司使用刮板式输送机，因为该运输机不但能够进行搬运作业，还能够保证液压支撑的稳固性，和传统的运输机比较，刮板式输送机运力大、搬运距离远，更能够实现在矿业开发过程中对运输机的需求。

（2）液压支架。液压支撑主要是对回采工作面的支护围岩受压提供支承，也是回采作业中的关键，在煤矿的机械化采掘作业中，液压支撑能够更高效的支护在回采工作面的顶部，以完成对采掘区的隔空作业，并防止顶部瓦砾落入搬运机带来损失。其中企业所使用的自动式液压支撑能够实现对整个作业面的支护，自动式液压支撑还能够再高压或液体的加压下实现对整个作业面顶板、搬运机等各环节的管理，部分液压支撑还可以实现对出口机头的输出和保护，以及机尾端口管理等作业。为维护整个作业面的稳定提供了维护，同时也给作业人员创造了安全的作业空间。转载机设备通常布置在矿山作业面下出口的地方，是通过一个桥式刮板物料运送，这个转载机设备可以与带式输送机相连，另一端与矿山开展的搬运以及联系工作，在运动情况下，当矿山回采工作时能够把卸出的矿产转移到可伸缩带式输送机上，在回采时推进通过这个设备可以完成整体前进的移动，达到了转载的目的。

（3）乳化液泵站与移动变电站。随着回采作业的进行与深化，回采面的所有设备都随着变压器的移动位置而移动位置，为了向回采面设备供应足够的电力，变压器也随之移动位置，此时就必须使用的移动变电站作为所有装置的基础环节，为向这些装置供应电力，利用移动变电站所供给的电流就能够转化为矿井中综合机械化采掘设备所要求的电流，为了满足保证向回采面设备供电的连续供给，由矿井回采面中的液压支撑所使用的各类高压液体在设备室通过乳化油泵为之进行助力与支撑，以保证在回采工作面具有足够的压强。所以，乳化泵和移动变动站都是必须随着操作面的移动位置而移动位置的。

4 矿井综合机械化采矿设施及开采工艺技术的应用分析

目前的综合机械化开采矿山企业工艺技术还涉及许多设备，而中国传统的整体综合性机械化开采矿山企业工艺技术还必须扩大其应用范围，在对矿井的整体综合性机械化开采矿山设备特性与技术条件逐步改善的前提下，对矿山企业整体综合性采掘工艺技术进行了更加广泛的研究发展，已经出现了长壁综采模式与短壁矿井整体综合性机械化工艺采掘模式，长壁矿井整体综合性机械化工艺采掘模式还能够根据回采工作面装置特性的差异，不断增加自身的宽度。长壁综合机械化矿井工艺技术的长度参数能够合理的控制作业面的搬家频率，通过提高采掘机械设备的参数也可以将单位生产率发展到最大，合理的控制了影响牵引速率的状况，从而达到了提高矿井回采与选矿量一致性的目的。短壁综合机械化开采工艺实现了对矿井巷道机械化的迅速挖掘，并完成了从端口间的快速作业。

（1）长壁综合机械化采矿技术。目前来看，造成工作面宽度的主要原因有工作面的地质条件、刮板材料输送的距离等，但为了降低作业面搬家的成数次，增加工作面的宽度也是可行的措施;采矿过程中，如果矿井综合机械化采掘工作面的直径设计很大，采矿机械所进行的每一刀就会直接影响到产出效率，所以只有最大程度的减少从作业面端头进到影响的生产时间，才能提高采掘生产率，所以在进行矿井综合机械化采掘工作面的直径设计时要贯彻高成本低产出的原则，以提高矿山机械每刀的生产率。

（2）短壁综合机械化采矿技术。短壁综合机械化开采工艺技术和长壁综合机械化开采工艺技术基本一致，使用了统一的巷道、顶板支护技术以及运输机系统等，利用短壁综合机械化开采操作面的支护技术与运输能够完成设备的快捷的布置与转移，作业面的转载机和输送机为一体，能够进行多样化的布置以及刮板物料运输，短壁综合机械化开采作业面的直径通常在30m～80m左右，运用短壁综合机械化开采工艺技术能够进行高速开挖，以及综采作业面端头的高速操作。该方式机械灵巧、与采掘合一，因而利用了短壁的全面机械化施工开采技术，并能够达到对回采工作面的高度机械化施工开采，一般运用于小型矿山企业或小回采矿层中。

（3）矿用机械开挖工艺的实际应用。在开展的实际矿井开发工作中，综合机械化工艺主要有如下三方面运用：第一，挖掘和开采工作，在实施矿井开发之前，首先就必须进行对工作面和道路的挖掘工作，而矿井开发质量又与挖掘的速度及其质量有关，若在挖掘工作中采用了综合机械化，则能够提高挖掘的质量，同时也可以保证了职工的生命安全。第二，装卸与输送，矿产资源装卸是一种非常费时费力的工种，传统的方法不仅给工人造成了巨大的工作劳动强度，同时工作效率还非常的低下，但如果在此项工作上采用了综合机械，则不仅可以解放了工人的工作劳动强度，同时还可以更高效进行工作，从而提高了效率。其三，大坝安全检测，综合机械化技术的主要部分包括了大坝安全检测部分，在进行实际采矿工作中工作人员必须准确掌握要开发的矿井状况以及出现的问题，采用大坝安全检测系统就可以很好的处理这一问题，提高了矿井开发的安全与可行性。

5 存在的问题及优化改进措施

本次以铝矿为研究对象，经过以上研究初步肯定了我国铝土矿采用综合机械化采矿工艺的有效性，但鉴于铝土矿和煤炭各领域差别很大，初步研究出现一些困难。

①由于土状或零点五土状铝土矿在矿体中的所占比例很大，且黏性也较强，容易粘附于采面(矿)机滚筒或刮板物料的运输、转载等机械内，因此需要对设备构造、材料结构等方面进行个性化研究改造，以降低它对落矿、装矿过程的影响。②矿体的中直接顶部为铝土岩易垮落，且厚薄与矿层厚薄基本一致，冒落后无法全部密实填充整个采空区体积，而之间顶部为栖霞组的白云质灰岩以及生物灰岩，总体结构坚固性能良好，须研究合理的放顶方法以防止之间顶部大规模的骤然坍塌，引起设备破坏和引起地质灾害。③氧化铝陶瓷工艺对矿物含水量的要求较高，在采面(矿)机的采矿过程中切开矿体后，由于设备对降温和喷雾减尘的要求，势必有额外水份流入新采出矿石，因此必须经过专门的优化工艺以降低水份进入。④矿石赔偿率、贫化率是我国铝土矿山开发中的二项重要经济技术指标，当矿体厚薄超过采面(矿)机的允许幅度地段，将引起矿石赔偿率、贫化率的非正常波动，所以在开展综采及三机设备的配套选择工作时，应当充分考虑矿体厚薄的分布状况，并选取适宜的滚筒和采高区间，以保证矿石赔偿率和贫化率在一定合理范围。

6 矿用机械开挖过程中的管理措施及发展前景

机械化开采的智能化程度也较高，融入了许多科学技术，对相关设施的精密度和运输效能也提出了更高的要求。相关技术人员也应该设定出合适的参数来确定挖掘质量，以作业面的土壤特性为基准，选择最大功率的铲斗钻机。另外，机械性的操作技术人员也需要经过持续培训，提高自身的知识储备，进行走访矿地调查，把实际知识和理论基础相结合，以进一步提升整体化挖掘设备的作业效果。

（1）平衡使用各种矿井仪器。在实际矿井开挖过程中，有关技术人员要明确矿产挖掘的流程，再进行采掘前要进行基础道路的检测工作，确保道路无杂物，以确保矿井在挖掘过程中能够综合运用矿井机具，提高挖掘效果，协调装载与搬运机具的效率与工作时间，设计相互配合的方法。

（2）明确机械操作步骤。在矿业生产中，因为各种晃动的宽度长短和矿物品质差异，所以有关技术人员要综合考虑矿井技术参数，运用了长臂矿井的综合机械化采掘与短臂综采结合的方法，以提高了作业面设备的稳定性，有效控制了牵引速度对矿山环境的危害。从而完成了综合机械化的速度转变，从而实现了端口变化的高速度作业环境。但在矿业开采中受外界条件影响较大，主要参数有地质要求，运输板的长短，以及作业面的固定性质。所以有关技术人员在采矿过程中要明确作业面的长短，以降低采矿机械的切割次数，从而很大程度上减少了工作面的作业时间，从而有效改善了矿物品质，再进行长度设计时，也要本着低成本高生产率的原则，切实增加了采矿机械的平均生产率，以确保了作业面的稳定性。因此，相关技术人员就需要综合利用转臂式机械化采矿技术，首先确保高度的统一，高度均匀，同时使用顶板支护和输送机，并进行各设施的快速架设，使作业面的转载机和运输机的主体设备联系在一起，从而进行多样化作业。保持高度在30m～80m左右，迅速的进行高度切换作业，随后再顺序分段开启支架上的矿顶，以确保各个矿洞间的相对位移合理。

（3）综合应用管理措施。管理人员在最后的检验环节必须要安装监控，远程掌握开采的矿山状况，以及出现的主要问题，从而有效调整后期采矿方法。诊断不同功能的各参数，并通过对电子计算机进行大数据分析，利用历史经验，确定了引起故障的主要因素，以确保矿井提升机的安全工作。

因此，公司要分配专人检测设备的基础工作温度，日常水压和震动状况后，再进行日常的综合保养。而有关技术人员则要通过基础温度确定设备是否出现故障，把异常的工作温度和标准的工作温度加以对照，并以此作为基础后续的管理操作，以保使矿井电气设备得以顺利运行。在日常情况中要形成健全的管理体系，落实到工人个人头上，并明确了责任和义务之间的相应关联，以确保设备维修责任制有效履行。提升维护技术人员的专业化水平，并雇佣专业的技师开展现场指导，同时也可指派技术优秀的员工出国培训，以确保矿井技术设备在平时工作中可以长期投入使用。

（4）综采机械化采矿工艺设备的基本要求。综采机械化矿山工艺智能化程度较高，融合了各种科学技术手段，对相应的机械设备也提出了很大的技术需求，而综采机械化矿山工艺设备又需要有效的适应井上井下开采的工作环境，保证采矿产品质量，因此一般在综合机械性的开采工艺进行矿山资源运输时，必须以较长运输作业面为基准，大功率掘进机，以适应大断面巷道高速挖掘的需要。

（5）矿用机械开挖工艺的发展趋势。未来综合机械化的技术发展方向，主要表现在如下方面：①机械稳定性是发展综合机械化科学技术及其应用的根本要求，不管是挖掘机械、挖掘机构或者传输系统、提升装置，机械设备的结构稳定性和机器整体稳定性都是促进采矿等综合机械科学技术迅速发展的根本要求。②机械精度高是一切机器平稳高效正常工作的基本保证，是所有机器平稳作业的前提条件。高精度的机械设备能够有效的减少或者消除因为机器误差而导致的矿山开采中危险隐患，高进度机械设备则保证了挖掘工作的品质与安全。③机械可持续性则是指机器在一定误差区域内平稳、正常、连续工作的时间连续性，以及机械设备间运动协调性。综合矿井机械的持续性，可进一步完成矿山机械的整体发展。

7 小结

综合机械化管理模式下的矿产公司能够做到对原产能资源的合理调度，并运用综合机械化的作业模式改变了传统的生产环节，从而有效的提高了整个公司的产能和作业能力，进一步提升了公司的生产技术能力和水平。在现代科技的带动下，矿井内综合机械化开采设备的发展和完善已是中国矿井开采发展的必然趋势，随着国内对综采工艺技术研究的越来越多，也日渐涌出了高产高效的矿山企业，对中国钢铁企业而言选择综合机械化开采工艺技术已是中国矿井发展的必然趋势，它也代表着中国的矿井通过综合机械化技术向全球更高层次发展。