高常华

(云南锡业股份有限公司)



无轨采矿技术在云锡低品位矿山规模化开采中的运用

高常华

(云南锡业股份有限公司)

云锡低品位矿山为实现高效率、规模化开采，提高矿山经济效益和采矿技术水平，在所属矿山依托先进高效采矿装备，采用了无轨机械化采矿技术与工艺。经过近5 a的探索与生产实践，无轨机械化采矿技术与工艺在缓倾斜薄矿体、缓倾斜中厚矿体、倾斜及急倾斜中厚矿体得到了成功运用。分别从无轨设备的引进、采矿技术与工艺的研究与实践、运用效果等方面进行了详细分析，并对实践中存在的问题进行了探讨，为类似矿山提供参考。

无轨采矿技术采矿工艺低品位矿山规模化开采

拥有百年开采历史的云锡矿山主要位于个旧东部矿区，其地下资源丰富，主要金属有锡、铜、铅、锌、钨等，矿区内仍具有良好的找矿前景。矿山采掘数十年来一直延用风动手持凿岩机、电动装岩机等传统设备，但随着矿山发展要求的不断提高，传统有轨开采系统和采矿工艺将难以适应矿山发展。一方面采矿效率低、生产成本高，已严重影响矿山的经济效益；另一方面为盘活矿山现有的大量低品位资源，实现规模化开发利用已成为云锡矿山实现可持续发展的关键。2011年云锡矿山与高等院校和研究院所合作开展了采矿技术攻关，采用以铲运机为核心的无轨采矿装备，对矿山主要赋存的低品位矿体的3种类型(缓倾斜薄矿体、缓倾斜中厚矿体、倾斜及急倾斜中厚矿体)采用无轨机械化开采技术与回采工艺。经过近5 a的研究及生产实践，采矿工效、生产成本等技术经济指标显著提高，盘活利用低品位资源近200万t，并形成了一套规模化开发利用低品位资源的采矿关键技术。

1　无轨设备及配置

云锡矿山2011—2015年配置了铲运机、凿岩台车、矿用卡车、锚杆台车及辅助设备共计268台(套)，总投资42 557万元。铲运设备为阿特拉斯ST-2D型2 m3和安徽铜冠TCY-2A型2 m3柴油铲运机，凿岩设备为阿特拉斯K41型和安徽铜冠T-100型环形潜孔钻机，运输设备为阿特拉斯MT2010型20 t矿用卡车和安徽铜冠JZC-12型12 t运矿卡车，辅助设备为澳大利亚捷肯MK5型混凝土湿喷台车(表1)。

表1　云锡矿山2011—2015年无轨设备配置

2　无轨机械化采矿技术及工艺

云锡矿山为锡-铜多金属矿床，以花岗岩接触带矽卡岩矿床、变基性火山岩型铜(金)矿床为主，前者主要产于花岗岩与碳酸盐岩围岩的接触带部位，矿体呈透镜状、似层状与陡倾斜柱状产出；后者主要产于变基性火山岩与大理岩交界面以及变基性火山岩内，矿体呈层状、多层状产出。

2.1缓倾斜薄矿体

缓倾斜薄矿体储量占总量的35%，本研究选择新山矿段大白岩1-9#矿体采用无轨连续采矿全面法进行生产实践(图1)。

图1　无轨连续采矿全面法示意1—有轨运输平巷；2—采场溜井；3—主斜坡道；4—出矿进路；5—回风巷道；6—爆下矿石；7—炮孔；8—回填废石；9—铲运机；10—盘间柱

(1)盘区布置。沿矿体走向设置盘区，盘区长80 m，宽40 m，走向上盘区间预留盘间柱(宽12 m，高为矿体厚度)，倾向上不留间柱。在盘区内沿走向布置4个矿房，矿房长80 m，宽10 m。

(2)工程布置。在盘间柱内沿矿体倾向下盘脉内布置主斜坡道，主斜坡道侧向布置采场溜井与下部有轨运输平巷联通。在首采矿房内沿矿体走向下盘脉内布置出矿进路，其端部沿矿体倾向布置回风巷道与主回风系统连通。

(3)回采工作。①回采顺序，盘区及矿房由中央向两翼沿走向回采，盘区退采顺序由下至上逆倾向推进，矿房内采用前进式开采，在一个回采单元内为确保落矿、搬运、充填等工序各自具有相对独立的作业空间，各工序分别在不同矿房内交替连续进行，落矿与搬运相互错开20～30 m，超前空区充填2个矿房；②凿岩爆破，选用DD210型凿岩台车，孔径43 mm，孔深3.6 m，排间距1.0 m，孔间距0.8 m，由盘间柱开始，工作面呈直线型推进,全高3～5 m一次性回采，矿房间不留矿柱一步骤连续回采。炸药使用φ38 mm 2#岩石销铵炸药，人工装药；非电导爆管毫秒微差雷管、磁电雷管引爆,每次落矿宽度为矿房宽度10 m、高为矿体厚度，炮孔数30～50个，一次崩矿量300～500 t；③矿石搬运，选用TCY-2 型2 m3铲运机在采场铲装，当搬运距离小于150 m 时用铲运机直接搬运，当搬运距离大于150 m时用JZC-12型12 t矿用卡车辅助搬运，矿石卸入采场溜井后，由下部有轨运输平巷运出坑外；④采场通风，新鲜风由中段主平硐进入，经盘区主斜坡道、出矿进路到达采场工作面，实测风速为0.54 m/s，洗刷工作面后的污风经矿房端部回风巷道回入上部回风道，进入主回风系统排出地表；⑤顶板管理，通过废石充填采空区进行采场地压管理，确保空场状态下落矿、搬运、充填过程中的顶板安全，采用JZC-12型12 t矿用卡车运输废石，铲运机辅助充填，但须滞后回采工作面2个矿房，避免落矿和出矿时造成贫化，充填顺序与矿房回采顺序一致[1-2]。

(4)设备配置。按一个回采单元(盘区)进行配置，山特维克DD210型凿岩台车1台，安徽铜冠TCY-2型2 m3铲运机1台、JZC-12型12 t矿用卡车2辆。

(5)经济技术指标。缓倾斜薄矿体的主要采矿技术经济指标(2015年)见表2。

表2　缓倾斜薄矿体主要技术经济指标

2.2缓倾斜中厚矿体

缓倾斜中厚矿体储量占总量的40%，本研究选择白龙井矿段29-4#矿体采用有底部结构分段空场法进行生产实践(图2)。

图2　有底部结构分段空场采矿法示意1—有轨运输平巷；2—采场溜井；3—主出矿进路；4—出矿进路；5—出矿联道；6—分段凿岩联道； 7—分段凿岩巷道；8—回风联道；9—端部回风井；10—切割井；11—切割横巷；12—中深孔；13—爆下矿石

(1)矿房布置。沿矿体走向设置盘区，盘区长65 m，宽48 m，盘区间留连续间柱，宽3 m，下部沿走向留7 m宽连续矿柱。在盘区内沿倾向布置4个矿房，矿房长65 m，宽12 m，底部结构高8 m，漏斗间距9 m，分段高10 m。

(2)工程布置。沿矿体走向在连续矿柱内布置铲运机主出矿进路，其侧向布置采场溜井，向下与有轨运输平巷联通，向上布置分段凿岩联道及分段凿岩巷道，在分段凿岩巷道端部布置切割横巷和切割井；在主出矿进路内沿矿体倾向布置出矿进路，端部岩石中布置盘区回风联道及上向回风井；在矿房底部布置出矿联道和底盘漏斗。

(3)回采工作。①回采顺序，矿体由西至东沿走向退采，矿房内由南至北回采，上分段超前下分段8～10 m同步回采，先回采切割槽，采用切割横巷与切割井联合拉槽，矿房回采完毕后，采用K41型单臂台车及时对底柱以5 m为一个落矿步距由内向外进行回采；②凿岩爆破，矿房选用YGZ-90型钻机施工上向扇形中孔，底柱采用K41型单臂台车施工浅孔,中孔φ90 mm，边孔角5°，排距1.8～2 m，孔底距2.8 m，孔深小于10 m，浅孔φ43 mm，炸药均为2#岩石销铵炸药，中孔采用BQF-100型装药器装药，非电导爆管毫秒雷管、导爆索联合多排分段爆破；③矿石搬运，由于搬运距离较短，出矿选用阿特拉斯ST-2D型2 m3柴油铲运机在底部结构直接铲运卸入采场溜井，由下部有轨运输平巷运出坑外；④采场通风，新鲜风由主出矿进路和各分段凿岩联道进入采场工作面，污风由采场端部回风联道经回风井进入主回风系统排出地表；⑤顶板管理，随着矿房矿柱回采完毕，利用周边掘进工程的废石，用ST-2D型2 m3铲运机铲运废石对采空区进行充填，顺序由南至北逐步推进。

(4)设备配置。按一个回采单元(盘区)进行配置，阿特拉斯K41型电动单臂台车1台，YGZ-90型钻机2台，阿特拉斯ST-2D型2 m3铲运机1台。

(5)经济技术指标。缓倾斜中厚矿体的主要采矿技术经济指标(2015年)见表3。

表3　缓倾斜中厚矿体主要技术经济指标

2.3倾斜、急倾斜中厚矿体

倾斜、急倾斜中厚矿体储量占总量的20%，本研究选择高峰山矿段1-1#矿体中盘区采用采矿环境再造阶段空场连续采矿法进行生产实践(图3)。

(1)矿房布置。矿房沿矿体走向划分、垂直走向布置。结合生产实际，确定暴露面积不大于2 000 m2。矿房宽20 m，长100m，高为矿体厚(20～30 m)；在各盘区中设置人工矿柱以控制顶板暴露面积，宽10 m，高为矿体厚度。

(2)工程布置。沿矿体走向布置中段运输平巷、主出矿联道、切顶联道、充填联道、端部回风联道，中段运输平巷与主出矿联道用溜井连通，垂直于矿体走向布置切顶进路、充填进路，中间用充填井联通。在矿房沿矿体底板长轴方向布置出矿进路、出矿联道、其端部布置切割横巷和切割井。在矿柱沿矿体底板下10 m的高度沿矿房长轴方向布置出矿进路、出矿联道、拉底巷道，其端部布置切割横巷和切割井。

(3)回采工作。①回采顺序，总体顺序由中央向两翼依次退采，先采矿柱后采矿房，将矿柱用块石胶结充填形成人工矿柱，在两矿柱间再进行矿房回采；矿柱的拉底工作在矿体内进行，宽为矿柱宽度、高3 m；矿房的拉底工作在底盘围岩体内进行，采用“V”型堑沟方式进行拉底，高8 m，宽10 m；矿房(柱)均采用普通全面法进行切顶、锚杆护顶，切顶宽度为矿房宽度(3.5～4 m)；②凿岩爆破，采用T-100型潜孔钻机下向施工垂直炮孔，孔深20 m，孔径90 mm，排距2 m，孔间距1.5 m，爆破采用粉状乳化炸药,诺曼特装药台车装药，非电导爆管毫秒雷管、导爆索联合多排分段爆破；③矿石搬运，出矿选用阿特拉斯ST-2D型2 m3柴油铲运机直接铲运卸入采场溜井，由下部有轨运输平巷运出坑外；④采场通风，新鲜风由斜坡道通过沿走向的出矿联道、切顶联道、充填联道，经相应的各条进路进入作业点，清洗工作面后的污风由端部回风联道回到上部回风系统排出地表；⑤顶板管理，矿房回采完毕后，充分利用周边及上部生产区掘进工程的废石，用JZC-12型12 t 矿用卡车运输至矿房上部，对采空区进行废石充填，充填顺序随矿房回采由中央向两翼推进。

(4)设备配置。按一个盘区配置，阿特拉斯ST-2D型2 m3铲运机2台，阿特拉斯MT2010型20 t矿用卡车2辆，T-100型高气压环型潜孔钻机2台，阿特拉斯K41型电动长臂凿岩台车2台，山特维克235锚杆台车1台，诺曼特Charmec605A药装药台车1台。

图3　采矿环境再造阶段空场高效连续采矿法示意1—中段运输平巷；2—溜井；3—主出矿联道；4—出矿进路；5—出矿联道；6—拉底巷道；7—切顶联道；8—切顶进路；9—切割横巷及切割井； 10—端部回风联道；11—充填联道；12—充填进路；13—充填井；14—中深孔；15—崩落矿石；16—护顶锚杆；17—块石胶结充填体

(5)技术经济指标。倾斜、急倾斜中厚矿体的主要经济技术指标(2015年)见表4。

表4　倾斜、急倾斜中厚矿体主要技术经济指标

3　效果分析

云锡无轨机械化采矿技术与工艺以无轨采矿装备的推广应用为基础，于2011年9月在云锡矿山实施以来，历经5 a探索与生产实践，有效推动了云锡采矿技术的发展，矿山采矿效率成倍提升，经济效益显著。

(1)无轨设备的机动灵活性得到了充分发挥，有效简化了矿石搬运及辅助运输环节，减少了矿山辅助作业人员。同时无轨产能得以快速提升，由2011年24万t(占公司开采总量的4%)提高至2015年283万t(占公司开采总量的46%)，无轨开采平均产能达到8 600 t/d。

(2)低品位资源得到了有效开发利用，无轨机械化采矿技术与工艺在不同开采条件的成功运用，由于采矿工效的提高及生产成本的降低，将矿山多年来无开采经济效益的低品位资源盘活利用，仅2015年盘活的低品位锡、铜、钨资源量高达196万t，大幅度提高了资源利用率。

(3)矿山生产布局进一步优化。无轨机械化开采矿房的生产能力由传统60～80 t/d提高至200～250 t/d，单位面积产能的提升使矿山的生产布局彻底摆脱了多中段、多盘区、多矿房同时开采相互影响的被动局面。

(4)经济技术指标显著提升。公司全员实物劳动生产率由2011年635 t/(人·a)提高至2015年1 084 t/(人·a)，提高58%；采矿工效由2011年6.4 t/(工·班)提高至2015年10.9 t/(工·班)，提高71%；损失率由2011年9.4%下降至2015年8.5%，下降10%；千吨采切比下降20%～50%，采矿成本总体下降10%～20%。

(5)无轨采矿装备的使用，促进了采矿工艺的变革，打破了多年来井下采空区废石充填的传统模式，采取重力充填与机械充填相结合的充填方式，提高了采空区的充填质量。5 a累计完成井下采空区废石充填180.3万m3，实现采空区废石利用与地压控制的有机结合。主要经济技术指标(2015年)见表5。

表5　云锡矿山无轨机械化开采主要技术经济指标

4　存在问题及改进方向

(1)随生产区域向深部及外围拓展，提升运输生产系统无法满足无轨规模化开采的需要，矿石提升及矿用卡车重车上坡运输成本偏高、效率低。为此，需构建完善的矿石下行运输系统，减轻矿石提升及矿用卡车的运输压力，有效降低矿石运输成本。

(2)随着大量无轨柴油设备进入坑下，通风系统已严重制约无轨规模化开采的持续推进，为此，一方面应加快生产区域通地表3口回风井的施工建设，争取年底建成投入使用，另一方面与相关环保科技公司合作对井下柴油设备尾气进行净化处理，降低工作面污染。

(3)对于复杂开采技术条件下的无轨开采研究深度欠缺，重点是矿岩均松散的矿体，其底部结构的建立与维护、采场护顶措施及采场地压控制、大断面井巷工程掘进与支护、中深孔施工及护孔措施等问题的存在，导致采矿成本增加，贫化损失指标升高。为此，有必要与科研院校加强技术合作，目前部分研究成果已进入生产试用阶段。

(4)公司无轨设备种类较多、型号复杂，导致设备管理难度大、备品备件供给困难、维修维护工作量大，严重影响了设备的运行效率；部分无轨设备通过生产实践后，无法较好地适应矿山生产需要，造成闲置。为此，应加强无轨设备统型研究及生产实践，推进无轨设备向系列化的高效、节能、安全、环保、自动化及智能化等方向发展；减轻备品、备件供给压力，培养专业维修队伍，提升维修技能，保障无轨设备的高效运行。

[1]古德生,李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[2]罗周全，古德生.地下矿山连续开采技术研究进展[J].湖南有色金属，1995(2)：10-12.

Application of the Trackless Mining Technique in Large-scale Mining of the Low-grade Mines of Yunnan Tin Co.,Ltd.

Gao Changhua

(Yunnan Tin Co.,Ltd.)

In order to achieve the goal of high efficiency and large-scale mining,improving the mine economic benefits and mining technical level of the low-grade mines of Yunnan tin Co.,Ltd.,based on the advanced and efficient mining equipment,the trackless mechanized mining technique and process are adopted of the low-grade mines of Yunnan tin Co.,Ltd.The study results and application production results of nearly 5 years show that the the successful application results of the trackless mechanized mining technique and process in slowly inclined thin ore-bodies,slowly inclined medium thick ore-bodies,inclined and steeply inclined medium thickness ore-bodies are obtained.The introduction of trackless equipment and the study and application of mining technique and process are analyzed in detail,besides that,the application results and the existing problems during the process of mining practice are also discussed,to provide some reference for the similar mines.

Trackless mining technique,Mining process,Low-grade mine,Large-scale mining

2016-06-06)

高常华(1973—)，男，工程师，661000 云南省个旧市金湖东路121号。