第72卷第6期!#属（矿山部分）2020年11月Doi：10.3969/j.iisn.1671-4172.2020.06.006
范纯超〔，孙扬1，黄 丹23，郑志杰23，徐静静4
（1.山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿，山东烟台261442；
2.矿冶科技集团有限公司，北京102628；
3.国家金属矿绿开采国际联合研究中心，北京102628；
4.山东黄金矿业股份有限公司新城金矿，山东烟台261438）
摘要：针对极破碎矿体开采遇到的成本高、效率低、安全风险大等问题，提出了悬臂式掘进机落矿代替传统钻爆法落矿的技术方案，并对该技术开展了现场工业试验$试验期间对悬臂式掘进机采矿效率、生产能力、技术指标及经济指标进行详细测试与分析$试验结果证明，该技术可以有效解决极破碎矿体开采过程中遇到的生产难题，并为未来深地资源提供有效的解决方案和技术支撑。研究成果具有重要的实用价值和意义$关键词：极破碎矿体；悬臂式掘进机；机械开采
中图分类号：TD853；TD421.5文献标志码:A文章编号：1671-4172（2020）06-0025-05
Mechanical mining test of cantilever roadheader for extremely
brokenandun+tableorebody
FAN Chunchao1,SUN Yang1,HUANG Dan2'3,ZHENG Zhijie23,XU Jingjing4
(1.Sanshandao Gold Mine,Shandong Gold Mining(Laizhou)Co.?Ltd.,Yantai Shandong261442,China;
2.BGRIMM TechnologyGroup#Beijing102628#China；
3.NationalCenterforInternationalJointResearchon Green MetalMining#Beijing102628#China;
4.XinchengGold Mine Shandong Gold MiningCo.#Ltd.#YantaiShandong261438#China)
Abstract:Aiming at the problems of high cost,low efficiency,and high safety risk in the mining of extremely brokenorebody#atechnicalschemeof mechanical miningofcantileverroadheaderinsteadoftraditionalblasting mining was proposed#andthetechnicalscheme wastestedinindustry.During thetest#the mining e f iciency# produc
tioncapacity technicalindexandeconomicindex ofthecantileverroadheader weretestedandanalyzedin detail.Theexperimentalresultsshowedthatthistechnologycane f ectivelysolvetheproduction problemsinthe miningofextremely broken ore body#and providee f ectivesolutionsandtechnicalsupportforthefuture deep resources.Theresearchresultshaveimportantpracticalvalueandsignificance.
Key words：extremely broken ore body；cantilever roadheader；mechanical mining
极破碎不稳固难采矿体存在开采技术难度大、安全隐患大、生产效率低等技术难题，针对该类型矿体，目前主要采用传统人工凿岩爆破方式进路采矿。该方式机械化程度低、人员劳动强度大，同时凿岩爆破振动大，对破碎矿岩形成冲击破
作者筒介：范纯超（1986—），男，工程师，采矿工程专业，主要从事采矿工艺与项目管理方向的研究$坏的同时还造成了爆破的能量损耗，增大了冒顶、片帮等安全隐患，增加了超挖量、矿石贫化和支护作业时间，延长了支护时间：12]$随着矿体开采向深部延伸，破碎矿体在高地应力环境中，以上开采技术问题将更加突出，严重制约了矿山生产能力和发展潜力$
悬臂式掘进机是煤矿常用的掘进巷道施工设备，目前我国自主研发制造的主流成熟机型的设备
26
骨质瓷
! # 属(矿山部分)第72卷
性能已达到国外领先水平，悬臂式掘进机及连采机
矿、钾盐矿的
技术已成熟矿 :
高 力
延伸，不良
续高应力 中劣化,
碎裂体或松散体的流变
体,
落矿方
的 ，但这却是
掘进机机械落矿的有利条件$
1 开采技术条件
某地下黄金矿山矿产丰富，以金矿为主，银矿次
之。矿 断裂构 特征，走向主要有
北东向和北西向，构成了区内的基本构造$工程地 质条件复杂，总 定，局部稳定性差，深部存在高
地压、岩爆等工程地质问题$矿体异性较大，岩体质 量为$级，坑道 孔所取岩样非常破碎，无法加工
标准试验试件，区域范围内矿体饱和 强度
平均仅为26〜33 MPa $
目前矿山针对该类矿体主要采用上向水平进路充 填法开采，采矿方法见图1$单进路采场(3mX3m)回 采效率低，采场出矿能力不足50 t/d ；破碎矿体爆破
动大,
高，进路落矿随掘
情况下会岀现局部塌方； 垮塌
充填体
垮落影响，矿
率较高；该方式机械化程度低，
该类矿 未 部资源，原采矿工艺已不能
满足矿山可持续
的需要$m-m
1卡准斜坡道
2— 阶段运输平巷3— 层出矿进路4 一充填回风井
20 . 20
n-n
"
\r\ '
审核员f ///\ 0
—8
3*~ 6
5— 分段运输平巷
6— 溜井7— 装矿平巷8仔矿进路
图1上向水平进路充填采矿法(单位：m )
Fig. 1 Upward horizontal drift stoping and backfilling method)Unit ：m)
在当前生产条件下改为下向进路充填采矿，采矿 工艺与生产组 生较大的改变，直接生产成本提高; 同时，在一510 m 北巷区域探索应用蜂窝状中深孔高效 矿法和优化结构参数等方式，经过现场初步试验，对 该
碎矿体的
适应性较差。由此可见，传
统采矿方法和采矿技术较难适应极破碎矿体的开采, 不能适应未 和安全管理要求，所
碎不 难采矿 矿技术重点
6
$
2 悬臂式掘进机机械回采方案
2. 1截割破岩可行性分析
巷道掘 的主要
，
掘 机
在煤矿取得了较高的成就。近几年悬臂式掘进机推 岀新，设备的截割功率、稳定性、截割
硬度较均有大幅度的提高，设备的稳定性和可靠性在 矿山生产中得到了 $专
设备的
和应
，解决了岩巷掘进面临的粉
，
掘进机在
巷道掘
的可 提高$
掘
机以机
方
了 优势和重要技术价值，
金 金 矿山 了
和 续 $
掘 机可
2012湖北高考一分一段表割 是机 落矿的基 ，年 矿山试
掘 机 的分析，
碎(岩体质量％级
下)石
硬度低(/$8)
都是判断掘进机具备良好截割性的
第6期范纯超等：极破碎不稳固难采矿体悬臂式掘进机机械落矿试验研究
27
条件$矿山岩体质量为$级，坑道钻钻孔所取岩样 非常破碎，无法加工标准试验试件，区域范围内矿体
饱和 强度平均仅为26-33 MPa ，由此判断矿
良好截割 的可行性。
2.2采准工程布置数码电视机
机型的 最重要的是匹配，截割功率过大则
存
拉小车的情况，不仅设
pfoa
无效损耗增加；设备的重 方面匹配截割落矿
的能力，避免设 动，另一方面重量过大会增加打
滑陷机的
$结合金属矿山生 整体设备
的需要，为满足基本的 件，为降低 1、
、减少失误，综合考虑
成熟机型
EBZ160进行试验$ EBZ160型
掘进机设备整机最大尺寸为 9. 8 m （长）X 3. 02 m （宽）X2.1 m （S ）， 中装载机构即铲板宽度3. 02 m，截割机构拐点 高 2. 1 m $
掘进机接电后，经脉外大巷、脉外联络巷
整机行走 场。为保证 掘进机顺利进入试 ，依据矿 存现状和
掘进机技术参数
布 碎矿 方案，机 布置方案见
图2$设
顶棚后整机通过要求巷道宽度不小
于3. 2 m，高度不小于2. 3 m，爬坡过程中坡度不超过
10°$断面尺寸设计为3.5mX3m，实际截割过程中， 边角处为圆角，圆角半径0.435 m $整
：进
刀、左右横切/上下竖切、刷邦、扫底$断面形状有圆 顶和平顶两种，从截割
言，圆顶
难度大，掘进机司机水平要求高，本次设
平顶断面$
掘进机
脉后
割落矿，为保证操
员
，每循环作业长度不超过5 m （炮
操
作台距离）$
Fig. 2 Mechanical preparation engineering
2.3 现场作业效果
现 场 实
， 方， 成 矿 的 $ 掘 机 割
方 3.5 mX3 m ， 断 面 成 形 质 ，
开挖3 mX3 m 进路，其断面不规整且围岩稳定围 动 效 低 ， 方 即 可
性非常差，围岩损伤较大，必须采用工字钢支护 才能实现回采，部分垮塌严重地段甚至无法回保证回采进路的稳定性。回采巷道断面质量效
果图见图3$
（1）掌子面"涌出”式破坏（2）顶板”坍塌”式破坏图3回采巷道质量Fig. 3 The quality of roadway
⑶断面归整
3技术经济指标分析
共计37次。作业时间内，纯掘进作业82. 9 h ，共计
完成85.8 m 掘进$ 每次作业纯截割效率得
3. 1落矿效率与能力
出，单次作业，其纯截割效率在9.47-19.2 m 3/h ，落矿效率试验过程中，悬臂式掘进机掘进作业
试验采场单进路设备纯截割效率平均13. 69 m 3/h
；
28!#属（矿山部分）第72卷
纯进尺效率在0.8〜16m/h，平均纯进尺效率为1.03m/h$掘进机落矿效率结果如图4所示$
证悬臂式掘进机回采极破碎矿体的生力，按照三班作业制期48h落矿工业试验$生产班与支护班交替进行，其中生产班共24h和班共24h$试验期
掘进机实割作业时间，24h生产班中正常掘生产14h，风水管设1h，设部分下5h，矿车故障3h，风机停机1h$
25
20
15
10
5
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637
试验序号欣
图4纯落矿效率统计结果
Fig.4Statiticalre+ult ofpureminingeficiency
掘进机能力验证试验结果显示2d内三个生产班开机掘进14h，共计掘进14.6m，总落矿量约19&56m3$平均每小时掘进1.04m，平均每班掘进4.87m$按照掘进机现场能力验证排班的形式，支护作业和设备维业同班，极破碎矿件下悬掘进机2d掘进10〜12m的能力，正常作业情况下10d可掘进50〜60m，进路回采完毕即可充填，极大缩短采场暴露时间$
3.2落矿成本分析
掘进机机械落矿方式每班实际截割时间对吨矿直接落矿成本影响巨大$基于工业试验统计结果，对其成本算。试按照每班截割落矿4h测算，每天落矿量228t，月落矿量6840t，其矿落矿成本约24.50元；若提高截割落矿作业时间，截割落矿5h，月落矿量8550t，每天落矿量285t，其吨矿直接落矿成本约21.35元$生产系统组织完善，掘进机作业时间达到每班截割落矿6h，月落矿量10260t，每天落矿量342t，其吨矿直接落矿成本约19.24元。对成本算，测算结果见表1$
表1悬臂式掘进机落矿技术经济指标
Table1Mining technical and economic indexes of cantilever roadheader 技术指每班截割4h每班截割5h每班截割6h 设备折旧/（万元•月】） 2.94 2.94 2.94费/（万元/月】）0.930.930.93
费/（万元/月】） 4.52 5.35 6.18
费/（万元/月】）555
燃料动力费/（万元/月】） 3.31 4.0 4.6
安拆场外运费/（万元/月】）0.060.060.06总成本/（万元/月】）16.7618.1919.68月落矿量/t6840855010260出矿体积/m32460.43075.53690.6落矿量/t228285342吨矿落矿成本/元24.5021.3519.24
4结论
DEBZ160型悬臂式掘进机落矿效率试验结果显示，进路回采断面大于3.5mX3m的情况下，悬臂式掘进机平均纯截割效率为13.69m3/h，平均纯
尺效率 1.03m/h$掘机碎矿体条件下具备2d掘进10〜12m的能力$
2）工业试技术经济指算结果表面，每班实割时矿落矿成本巨$试每班截割落矿4h,
吨矿直接落矿成本约
第6期范纯超等：极破碎不稳固难采矿体悬臂式掘进机机械落矿试验研究29
24.50元；每班截割落矿5h，吨矿直接落矿成本约
2135元。生产系统组织完善，掘进机作业时间达到每班截割落矿6h，其吨矿直接落矿成本可降低至19.24元。
3)悬臂式掘进机机械落矿从根本上变革了传统凿岩爆破落矿方式，该方式对围岩扰动小，断面规则，降低采场暴露时间和支护难度，大幅提高生产作业的安全性。工业试验结果证明，悬臂式掘进机机械落矿方式可高效安全回采极破碎不稳固难采矿体$
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