姚望1 吉豫庆2
1.云南省地质工程勘察总公司；2.昆明坤泽矿业技术有限责任公司
摘要：传统的留间柱的采矿工艺存在许多无法解决的问题，严重影响了矿山的经济效益。而地下金属矿山无间柱连续采矿工艺因为其优越的经济性和便利性逐渐得到了广泛的应用。本文首先对无间柱连续采矿工艺的优势进行分析然后对无间柱连续采矿的试验方法和工艺技术进行了研究，为推动采矿工艺的发展做出指导。
关键词：地下金属矿山；无间柱连续采矿；工艺技术
无间柱连续采矿工艺即为以矿段为单元进行回采的连续性采矿。它对传统采矿工艺中出现的弊端进行改善，有效地提高了采矿的效率，为采矿业带来更多效益。有利于无间柱连续采矿工艺技术的研究，更有利于矿山开采向连续化、规模化、自动化和现代化发展。
一、连续采矿工艺的发展历程
自我国“六五”规划将采矿工艺的课题列为国家重点科技项目以来，我国对于地下金属矿山的采矿工艺研究一直从未间断过，不仅对于研究工作投入了大量的精力和财力，而且发展培养了大批优秀的采矿业专业技术和学术人员。而地下金属矿山的采矿技术也在此条件下得到了不断发展和创新，其发展历程主要经过了四个阶段：“六五”规划中，我国进行了采场振动出矿的试验研究并成功应用到工矿企业中，并在实际采矿作业中产生了巨大经济效益，使我国的采矿业开始了迅猛发展；在“七五”到“八五”两个五年规划中，我国对理论、设施以及采矿工艺技术进行了大量的试验和研究，并首次创造出连续采矿作业线，也就是所谓的组合式振动出矿机-移动分节列车-振动条筛-溜井。研制成功了振动连续出矿机组，真正实现了连续采矿，使我国连续采矿工艺进入了一个新的发展阶段。在"九五"期间，我国矿业科研人员对区域内连续采矿技术进行了深刻的研究探索，从而提出了以不留间柱为目标、矿段为单位的工艺技术即无间柱连续采矿工艺。这项工艺技术使我国的采矿工艺研究取得了重大突破，其在工业生产中的成功应用，为企业和社会带来更大的经济效益，极大的促进了采矿业的发展。之后的一段时间，我国对于全矿场整体的连续采矿工艺又进行了新的研究和尝试，并取得了重大的成果[1]。
二、无间柱连续采矿工艺技术的优势
传统的采矿方法，其最大弊端就是留有大量间柱。由于其所留间柱形状不一，无规则性，期间又要承受来自地表的压力从而导致变形，甚至遭到损坏，这对回收间柱的工作增加了很大难度。回收间柱工作需要拥有较强技术性的工作人员和设施，采矿成本随之上升，又因间柱内环境复杂多变、安全性降低，从而致使间柱的回收率低下，工作人员甚至无法对有的间柱进行回收工作，严重造成资源浪费。因回收间柱工作滞后，造成此阶段工作在短时间内无法完成，地下采矿进程耽搁，而其他阶段工作继续运行，直接对矿山的经济利益造成严重影响。
为了采矿业的发展，地下金属矿山无间柱连续采矿工艺技术根据上述弊端进行了改进。采矿工作在阶段上连续进行，无间断，故叫做连续采矿。其连续采矿的主要特征是回采单位用矿段表示，矿段不留间柱，因此称为无间柱连续采矿。运用无间柱连续采矿工艺，在根本上解决了传统工艺的不足，是地下金属矿山技术的一次重大变革，使国家资源、矿山经济利益得到正常消耗运转。进行回采工作时的连续推进性，使工人在井下的采矿工作变得更加集中，在一定程度上提高了采矿工人的劳动生产率。综上所述，无间柱连续采矿工艺大大促进了采矿业的连续化、机械化、集中化和现代化的发展。
三、对无间柱连续采矿工艺的探究
（一）无间柱连续采矿的试验方案
根据无间柱连续采矿的特点制定合理的实验方案：首先采用平行向下的方式打孔并向两侧崩矿，进行矿石的搬运工作时采用分节式的振动列车进行运输。完成这一步骤后继续向前推进崩矿，然后迅速对出现的空区进充填。通过这种方式对相邻的矿段同时进行采切，回采和填充工作，使采矿工作不断向前推进，节省了间柱的设立和回收的步骤，加大了采矿效率，节约了采矿成本。
一般情况下，要根据矿场的结构将矿段分成宽度不同的采矿作业区进行。在不同分区进行不同的作业方式。如在长和宽分别为45米、48米的试验矿中划分作业区，一分区宽度为15米，在进行崩矿采矿后进行充填工作；进行二分区采矿工作，两区域之间留出宽度为5.5米的临时矿壁。同时不同的作业区所采用的采场结构、工艺设备以及回填材料不同。试验矿采矿方案如下图一所示。
（二）回采工艺步骤
回采工艺步骤主要包括四个方面：首先要凿岩，然后对岩石进行爆破，再将矿运出，其次进行采场的充填，最后要对地压进行监测。
进行凿岩爆破时，一般采用深孔柱状的药包进行侧向挤压的方式进行崩矿，以切割天井为自由面，以分次进行扩槽的方式制作分割槽，一般采用深孔爆破的方式扩槽。完成分割槽后继续以分割槽为自由面再次对矿石采用侧向崩矿的方式进行崩落。通常情况下，一分区在进行充填的同时要对二分区进行崩矿出矿的作业。
在进行出矿、运矿的工作时，不同的分区采用的矿场结构不同：一分区底部为漏斗形的结构，同时采用T4G（一种出矿工艺）进行出矿作业。而二分区采用的底部结构为无二次破碎水平的振动出矿，使用的设备为连续振动机组[2]。
进行采场充填时不同的分区采用不同的充填材料：对一分区进行充填时宜采用复合型的高水速凝材料如高水尾砂充填。而二分区采用全尾砂进行充填。需要注意的是，充填工作应迅速并使填充后的充填体有效固结并且能够达到一定的强度。
充填完毕后为了保证充填的强度以及测定爆破时的冲击强度还要对地压进行监测，以保证采矿工作的安全进行。地压监测的方式一般是对岩音进行监测以及对充填体、围岩和矿壁的监测。通过地压监测，有效地推动了采场采矿的稳定有效进行[2]。
（三）无间柱连续采矿的创新成果
（1）将回采工艺进行了变革。在矿段内首次创造了回采的新技术，既符合连续采矿工艺的规定与要求，为快速充填创造了基本条件，又将采切、出矿、充填三者的关系充分协调。使地下金属采场综合生产力达到845t/d，出矿能力达到554t/h。
（2）突破了传统采矿工艺模式。试验创新研究中的回采方案是将矿段作为回采单元，将不留间柱作为其工艺目标，在根本上减少了传统模式中回收矿柱所造成的资源损失；防止出现传统模式回采中作业线逐渐加强，造成多中段作业，在生产管理中带来不便的局面。这项研究成果既突破了传统的工艺模式，又将其结构要素进行了变革。
（3）创新了施爆工艺。对定向致裂技术进行了深入研究，对大直径深孔工艺进行了创新，大大提高了崩矿的质量，即崩落的矿石大小适中，块度均匀，使大块产出率大大降低。其创新的施爆工艺，为提高回采率和降低矿石损失提供了基本的技术支持。
（4）成功研究出连续出矿的系统与设备。对出矿的工艺过程进行了变革，将底柱的高度大幅度的降低。在采矿过程中，使用振动连续出矿机，由于其以机械振动为原理，设备构成简单，易操作，容易让大块通过，能量消耗低，将连续强化的特点充分体现了出来。降低了回采作业的成本，可以达到4.55元/t，而矿石的损失率减小至9.15%。
四、对于采矿工艺装备的探究
对于连续采矿技术，其设备装备起着尤其重要的作用。因此对于采矿工艺装备的探究也是尤为重要的。通常情况下，采场出矿建议采用组合式振动出矿机，其优点在于其电机方便拆装和维护，能使大块矿石通过，出矿机的动力均匀分布，从而对设备的要求降低，电机座和台板的电源相互独立，使用时可同时工作，也可单独工作，互不影响[3]。与传统的组合式结构相比，振动机的侧板参与振动，不仅克服了传统焊接工艺存在差异和激振力太过集中，易出现台板断裂的情况；而且克服了安装不便和螺栓易脱落的缺点。
采用分节组合式的运输机列车，为提高其性能，应将槽体改为矩形断面，与原本的梯形断面的槽体相比，不仅增大了槽体的刚度，而且大大增加了其强度；弹性原件最好使用金属与橡胶的复合型弹簧，使布置形式改变了，还使弹性的系统结构大大简化了，在根本上消除了过共振在横向上的摆动，从而减少了所需时间与所产生的噪音；为简化定位结构，方便列车的安装定位，其机架应由固定式安装代替行走轮卡轨器结构；应将安装于槽体下的激振电机安装于槽体两侧，从而大大降低了它的高度[3]。
结语
通过本文对地下金属矿山无间柱连续采矿技术工艺的分析和研究，可以总结出无间柱连续采矿技术的发展历程以及其存在的明显优势，无间柱连续采矿技术为采矿业提供了更加经济有效的方式，通过对于其工艺过程的分析和探讨，为以后采矿业中采取的技术方法提供了借鉴，也为采矿技术的发展提供了经验。
参考文献：
[1]杨小聪，杨志强，解联库，卫明.地下金属矿山新型无矿柱连续开采方法试验研究[J].金属矿山，2013，07：35-37.
[2]王满堂，孔风茂，王亚辉.地下金属矿山无间柱连续采矿工艺技术探讨[J].河南科技，2013，10：33+62.
[3]吴爱祥，胡华.地下金属矿山无间柱连续采矿工艺技术研究[J].金属矿山，2001，10：9-12.
论文作者:姚望1,吉豫庆2
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/30
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