地下矿山采矿方法设计思维(1).pdf

世界有色金属 2019年 3月下60 采矿工程 Mining engineering 地下矿山采矿方法设计思维 张平发 （赤峰中色白音诺尔矿业有限公司， 内蒙古 赤峰 0 2 5 4 7 3 ） 摘 要 长期以来， 大多数地下矿山采矿方法较为单一， 造成矿石资源的大量损耗， 资源回收率较低， 导致无法安全生 产， 无法保证生产的有序进行。 本文对当前矿山采场主要采矿技术原理、 设计原则、 设计要素等进行了系统的分析， 对 矿山采矿技术设计理念进行了总结， 希望更好的促进采矿技术的开发。 关键词 地下矿山 ； 采矿方法 ； 设计思维 中图分类号 T D 8 0 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 1 9 ） 0 6 - 0 0 6 0 - 2 Design Thought of Mining in Underground Mines ZHANG Ping-fa C h i f e n g Z h o n g s e B a i y i n n u o e r Mi n i n g C o . , L t d . , C h i f e n g 0 2 5 4 7 3 , C h i n a Abstract F o r a l o n g t i me , mo s t u n d e r g r o u n d mi n i n g me t h o d s a r e r e l a t i v e l y s i n g l e , r e s u l t i n g i n a l a r g e a mo u n t o f o r e r e s o u r c e s l o s s , l o w r e c o v e r y r a t e o f r e s o u r c e s , r e s u l t i n g i n u n s a f e p r o d u c t i o n , u n a b l e t o e n s u r e o r d e r l y p r o d u c t i o n . I n t h i s p a p e r , t h e ma i n mi n i n g t e c h n o l o g y p r i n c i p l e s , d e s i g n p r i n c i p l e s a n d d e s i g n e l e me n t s o f t h e c u r r e n t mi n e s t o p e a r e s y s t e ma t i c a l l y a n a l y z e d , a n d t h e mi n i n g t e c h n o l o g y d e s i g n c o n c e p t s a r e s u mma r i z e d , h o p i n g t o b e t t e r p r o mo t e t h e d e v e l o p me n t o f mi n i n g t e c h n o l o g y . Keywords u n d e r g r o u n d mi n e ; mi n i n g me t h o d ; d e s i g n t h i n k i n g 我国矿山企业应用最多的开采方法是填充法、 崩落法、 空 场法等， 这些技术过于单一， 在结构复杂、 松软的矿体开采中， 经常因巷道、 采场垮冒， 造成矿石资源的大量损耗， 资源回收 率较低， 导致无法安全生产， 无法保证生产的有序进行。 因此， 笔者对当前的采矿技术开发理念进行了全面的总结和分析。 1 矿山采矿方法原理分析 矿山采矿方法可根据回采时地压管理方式， 将其划分为 充填采矿法、 空场采矿法以及崩落采矿法， 本文以下部分是 对这三种采矿方法以及其主要特点的介绍 [1]。 充填采矿法， 通过这两个步骤进行回采操作， 在进行回 采操作时， 应当对采空区进行材料填充。 其原理为通过填充 体进行地压调控， 从而更好的应对围岩塌落、 地表沉陷等问 题， 保证回采的有序进行。 通过该方法选择矿石时， 可在充 填体作用下取代矿柱的作用， 对矿岩稳定性有一定要求。 空场采矿法， 要求通过将矿块划分为矿柱、 矿房两个部 分， 并分别进行回采操作， 其中矿柱不用进行回采。 矿房回 采操作中， 采空区稳定性和矿石、 围岩、 矿柱的稳定性有较 大关系。 矿房回采时， 应及时对采空区进行处理， 并制定严 密的回采计划， 同时在回采时， 应当注意保护围岩、 矿体稳 定性， 从而保证回采的有序进行。 崩落采矿法， 要求通过崩落的围岩， 实现对地压的管理， 也即通过自然或者人为崩落的方式， 促进矿石崩落， 实现对 采空区的填充， 实现地压调控。 该技术对环境、 条件有较大 要求， 如地面适合崩落， 围岩的稳定性、 矿床的自然性等。 2 采矿方法的设计 2.1 采矿方法设计原则 采矿技术设计应当在科学性、安全性、高效性、经济性 的原则上进行。 首先， 安全性是开发采矿技术的基本原则， 矿山企业应 当为施工人员提供安全生产的环境以及设施的完善， 加强防 火、 防水等防灾工作， 从而保证施工人员的生命安全和健康 安全 [2]。其次，科学性原则，矿产资源开发过程中，必须坚 持科学性的原则， 避免过度开采， 保证矿山企业的可持续发 展。 矿床应进行分期开采， 并做好矿岩保护工作， 提升矿产 资源的使用效率。 高效性原则， 要求在采矿过程中， 选择科 学的采矿方法， 集中矿山企业所有资源， 提升开采效率。 经 济性原则， 在确定采矿方法时， 应当对采矿成本、 回采成本 进行科学预算，加强成本管理，将成本控制在一定范围内， 从而扩大矿山企业经济收益。 2.2 采矿方法设计要素 采准工程主要设计要素可以将采准巷道划分为穿棉运 输巷道、采场填充井以及电耙道等类型。切割工程设计要 素， 进行回采工作面、 补偿空间的设计， 可通过掘进方式进 行， 如切割天井等 [3]。 回采顺序可根据地压进行确定，包括后退、前进、梯次 等顺序要求。凿岩爆破主要用于金属、非金属矿山的爆破 中， 孔类型包括深孔、 潜孔， 可布置为扇形孔、 垂直孔。 地压 管理设计要求， 包括矿房、 采切管理， 地压管理可通过崩落 顶板、 调整回采顺序等方式实现。 2.3 采矿方案设计方法 采矿施工方案设计方法主要有选择性、 创造性等。 通过 创造性设计方法， 要求对当前的采矿方法， 进行系统的分析， 找出其不足之处， 并制定科学、 有效的改进方案， 坚持根据 矿场特点， 制定符合矿场发展所需的采矿技术方案， 该技术 多用于较难开发的矿体开发技术方案的设计中 [4]。 通过选择 性设计方式进行开采方法设计时， 应当充分考虑到施工现场 环境特点， 结合矿山企业现有的技术条件进行设计， 该类技 术多用于容易施工的矿体开发方案设计中。 收稿日期 2 0 1 9 - 0 3 作者简介 张平发， 男， 生于1 9 7 5 年， 汉族， 内蒙古赤峰人， 本科， 高级 工程师， 研究方向 采矿工程。 2019年 3月下 世界有色金属61 采矿工程 Mining engineering 3 地下矿山采矿方法设计思维方法 矿山采矿方法设计思维包括地质环境、 经济技术、 间隔 和连续、分别和合并、顺势和逆势、单一和组合、监测和经 验实验、 顺势和逆势等多种思维方式。 经济技术思维，在设计、选择采矿技术时，应当将施工 企业财务力量、施工设备、施工技术水平、管理能力、组织 能力等因素都充分考虑在内。同时，还应当对地表陷落情 况，进行科学的调查，掌握施工过程中所需的技术、材料、 设备要求， 从而更好的提升矿山管理效率水平 [5]。 地质环境思维， 采矿技术设计过程中， 施工企业管理人 员应充分发挥现有资源、 设备的作用， 对矿床环境进行系统 的勘测，确定矿山、围岩的力学特点，并从厚度、倾角等角 度入手分析矿山矿体特点， 了解矿体、 矿石的分布特点， 并 在这些基础上， 进行矿山开采技术开发工作 [6]。 沿走向与垂直走向设计思维， 采矿工程可分为沿走向和 垂直走向布置。 一是根据矿体的厚度沿走向或垂直走向布置 矿房 ；二是依据采用的采矿方法沿走向或垂直走向布置采 准切割巷道。 机械化轻重设计思维， 矿山开采设备包括轻型、 重型两 种设备， 且有着不同使用要求和使用范围。 在大规模矿产资 源开采中， 应用重型机械设备 ； 薄矿开采需要采用轻型机械 设备， 厚矿采用重型机械设备。 施工人员在矿房内进行作业 时， 尤其是回采工作上， 应选用轻型机械设备， 矿房外作业 时， 应采用重型机械设备。 [1] 辛洪波．冶金矿山难采矿体采矿技术[M].北京 冶金工业出版社， 1994， 4 1-244． [2] 周君才． 难采矿体新型采矿法[M].北京 冶金工业出版社， 1997， 12 1-618． [3] 中南矿冶学院采矿方法教研组著．脉状矿床开采[M].北京 冶金工业 出版社， 1960 1-559． [4] 古德生．现代金属矿床开采科学技术[M].北京 冶金工业出版社， 2006， 12 35-86． [5] 王运敏．现代采矿手册中[M].北京 冶金工业出版社， 2011， 5 1087-1100． [6] 李红春，吴仲雄．我国金属矿山采矿技术发展趋[J].有色金属矿山部 分， 2009， 611 8-10． 4 结语 采矿技术设计应当在科学性、安全性、高效性、经济性 的原则上进行， 通过创造性设计方法， 要求对当前的采矿方 法，进行系统的分析，找出其不足之处，并制定科学、有效 的改进方案， 制定符合矿场发展所需的采矿技术方案， 该技 术多用于较难开发的矿体开发技术方案的设计中。 采矿施工 人员要熟知多种采矿法的基本原理， 了解关于采矿法的多种 设计思维方法并能够对其进行灵活运用， 提高施工人员本身 的创造性， 施工人员要积极培养自身的创新能力， 不断对采 矿方法进行探究并对其进行改进或变革， 要设计出有创新点 的施工方案， 探索新的设计思路， 面对采掘难度、 复杂性较 高的矿体时要坚持安全、科学、高效、经济等原则，选择最 优化的采矿方法， 促进采矿活动顺利进行。 （上接59页） （2） 关于冶金机械齿轮失效的具体表现和原因。 ①正常 磨损造成的失效。 这种磨损类型发生的原因在于， 齿轮面上 的金属表面之间会以一定的速率， 一点点的发生摩擦耗损。 设计人员针对这个磨损问题， 会在计算齿轮期间依照设备使 用寿命计算。 齿轮发生的正常磨损并不会对设备的正常使用 带来不利影响， 然而其磨损量却绝不允许超出维修规定的标 准范围， 针对设备上的齿轮， 需要定期做出更换或者修理。 ② 破坏性磨损造成的失效。 这种失效属于齿轮面的硬性损伤。 齿廓的形状出现严重的变形， 影响到齿轮间传动过程的平稳 性， 这边降低了使用期间的周期寿命。 ③干涉磨损造成的失 效。 安装设备期间， 如果出现齿轮选择安装位置不当问题， 或 者齿轮之间间隙过小等问题， 常常造成齿轮运转期间难以正 常的啮合， 轮齿出现不合理接触的时候， 很大一部分应力都 会集中在小齿轮的位置， 设备长时间运行期间， 可能造成齿 轮里面轮齿破坏问题越发严重， 甚至影响整个主动轮的轮齿 的完整性。 另外， 相配齿轮的齿顶极有可能出现严重变形现 象， 引发齿轮啮合遭到破坏的问题发生。 发生干涉磨损问题 的主要原因包括， 冶金设备里面更多都是回转窑或者球磨机 等类型的大型设备， 设计制作期间的精度相对较低， 安装过 程中常常因为工作现场的局限性受到影响， 造成齿轮之间的 间隙达不到要求， 所以引发冶金机械齿轮发生干涉磨损。 3 针对机械齿轮失效问题的相关探讨 （1） 设计方面的探讨。 设计冶金机械器件， 需要针对冶金 机械具有的特点做出充分的考虑， 如果冶金机械工作期间的 荷载过大， 工作处在酸碱腐蚀状态等。 设计期间， 安全系数和 荷载参数尽可能加大一些， 设计齿轮的时候还要针对失效的 原因做出充分的考虑， 保证所选材质的正确性与合理性。 （2） 关于制造方面的探讨。 制造齿轮期间要针对齿轮设 计要求提供保障， 避免出现加工精度降低的问题， 热处理环 境一定要严格依照标准来实施。 （3） 关于安装方面的探讨。安装齿轮期间，一定要保证 安装环节的精度， 还要保证齿轮啮合的间隙具有合理性。 （4） 关于设备维护方面的探讨。 针对冶金机械设备的维 护力度需要强化，保证齿轮润滑严格的依照相关规程进行。 充分考虑冶金设备正常运行期间能够带给企业的经济效益， 保证设备运行期间的良好性， 针对设备失效的问题已经要选 出有效的解决方法， 还要解决轴承齿轮和轴承失效等问题。 实际维护运行期间， 日常维护期间， 针对这两种失效问题一 定编制出有效的解决方法， 避免设备运行的正常行受到影响。 4 结语 本文简要分析了冶金机械设备运行期间， 常常发生的齿 轮和轴承失效两种故障类型， 分别总结和齿轮失效和轴承失 效的常见原因， 针对这两种失效问题， 提出了从人为设计和 安装方面的应对方法， 提出日常运维期间需要编制出应对这 两种问题的有效策略， 旨在由此可以强化冶金机械设备运行 期间的稳定性， 为阅读本文的业内同仁提供一些经验层面的 参考， 进而推动我国冶金事业安全性和平稳性的提高。 [1] 袁双喜.煤矿机械轴承失效分析方法及预防措施[J].机械管理开 发,2018,3301182-183. [2] 康 贵 . 煤 矿 机 械 轴 承 失 效 分 析 方 法 及 预 防 措 施 [J]. 机 械 管 理 开 发,2017,321145-46.