无轨采矿、采矿方法及运输设备论文.doc

无轨开拓系统和采矿方法方案及使用设备 作者：白玉兵 学号：研 2000202011 授课教师：郭忠林教授等一 前言1 目前矿山存在的主要问题 近几年来，我国矿山基本保持较为稳定的发展，取得了令人瞩目的成绩，为我国实现 1 亿多吨钢成为世界钢铁大国并逐渐成为世界钢铁强国的目标作出了巨大贡献。但是这个成绩的取得十分不易，是矿山企业在重重困难中，通过深化体制改革，加强企业管理，依靠科技进步，加速技术改造，提高产品质量，降低生产成本，用汗水和心血换来的。目前矿山的外部环境并没有明显改善，历史包袱过大，税赋负担沉重，矿山资源条件也越来越差，开采条件逐年恶化，工艺落后，设备改造更新困难，生产成本普遍较高。这些都严重制约了矿山健康持续的发展，主要表现在以下几个方面。11 露天矿采场逐渐进入深凹，开采条件日趋恶化 我国重点矿山 28 个露天矿大都进入凹陷或深凹开采，采场空间逐渐缩小，使本来就具有短而窄特点的我国露天矿采场作业空间更加狭窄，线路展线非常困难，造成了线路曲线半径小、回头曲线多。尤其是铁路运输的采场困难更大，铁路运输的露天矿每下延一个水平均需设置一折返站，这样一来，行车运行周期大幅度增加，运输能力大幅度下降。汽车运输的露天矿，情况虽没有铁路运输的情况那么严重，但随着采场的延深，运距增加。运输周期增长的情况都是相同的，另外进入凹陷开采后，变成重车上坡使得牵引量减少。这些因素导致矿山运输成本大幅度提高，使本来就占作业成本很高的运输作业成本进一步攀升。尤其是汽车状况不好的矿山，运输成本更大。目前，大多数矿山的运输成本占作业成本 40左右，有的竟高达 70。矿山运输已成为当今深凹露天矿山突出矛盾，也是制约矿山降低成本、提高经济效益的关键所在。12 地下矿山采矿强度小，劳动生产率低 以我国的地下铁矿山为例，我国地下铁矿山生产规模都比较小，全国重点铁矿山 17 座，超过 200 万 ta 的地下矿山仅 2 座，超 400 万 t a 只一座；地方中小骨干铁矿近 20 座，年产量100 万 t 左右的仅 2 座，平均年产量仅 35 万 t 左右。采矿强度低是这些矿山普遍存在的问题，重点地下铁矿采矿强度平均为 2952 t（m2a） ，最高的为 4509 t（m2a） 。我国地下铁矿山 80以上都是采用无底柱分段崩落法，重点地下铁矿几乎全部采用单一的崩落采矿法。这一点同瑞典的基律纳铁矿一样，但基律纳铁矿的采矿强度却已达 70t（m2a）以上。相比之下我们的差距很大。同样此种情况也存在于我国的其他种类矿山。13 资源综合利用总体水平低 还是以铁矿为例，铁矿资源共伴生组份大约 30 余种，总的回收利用率仅为 30左右。攀枝花钒钛磁铁矿伴生有铜、镍、钻等 10 余种有益组份，至今尚不能很好回收；包头地区铁矿共含金属铌 80 万 t，由于各方面的原因一直未能得到很好利用。 另外，我国冶金矿山已建成尾矿库 400余座，尾矿堆存达十几亿吨以上。现每年仍以上亿吨的数量排放，其成份与有色、建材、轻工及无机化工所需原料成分相同或相近，其潜在价值数百亿元。每年尾矿及其尾矿库的运行与管理费用也高达 75 亿元，其价值与费用非常可观，而目前我国尾矿利用率仅为 74，远低于全国工业固体废弃物综合利用率 43的平均水平。其利用前景非常广阔，利用价值非常巨大。同样其他矿山如锡矿也伴随有不少的其他矿物，同时其尾矿库的经济效益也是不错。14 矿山安全隐患增多 随着采场的延深，露天矿山边坡暴露面积越来越大，地下矿山的地压状况亦更趋复杂，露天边坡的不稳定因素愈来愈大，深部地下采场巷道发生“岩爆”现象的可能性亦愈来愈大，井巷工程的维护将需要更加有效和先进的技术保证，另外，冶金矿山每年排出废石 3 亿多吨，尾矿近亿 采矿专论读书报告 共 16 页第 2 页吨，排土场、尾矿库都在不断加高，不稳定的因素亦随之不断增大，排土场滑坡和尾矿库溃坝事故的隐患也在增加。我国矿山排土场已发生多次大规模滑坡，有的造成停产竟达半年，给矿山生产造成了很大损失。建国以来我国金属矿山尾矿库也已发生大小不同的事故数十次，其中 7 次造成重大人身伤亡，死亡人数达 300 人。15 技术装备水平落后，自动化程度低 我国矿山除少数矿山外，大多数矿山的主要采选设备水平都较落后，大部分还处于 7080年代的水平，能耗高、效率低、自动化水平低、生产成本高、经济效益差。有的矿山还在使用 50年代和 60 年代的机车和矿车。汽车载重量偏小，如重点露天铁矿汽车的平均载重仅为 3040 t，还不到美、澳、加等国汽车载重量的三分之一。地下矿山气腿式凿岩机或风动单机台车凿岩机、风动装运机仍占很大比重，重点地下矿山的主要运输水平几乎全是 720 t 架线式电机车。16 精矿品质有待进一步提高 不少矿山精矿的 S、P、SiO2、N2O、K2O 等有害杂质含量较高，缺乏市场竞争力。2 小结 总结以上各方面的原因，其主要的原因在于技术装备水平落后，自动化程度低，导致开拓系统及采矿方法不能进行有效的改进来提高劳动生产效率。通过本人学习采矿专论这门课及查阅国内国外的矿山采矿的有关资料，现将能提高生产效率的无轨开拓系统、采矿方法及使用设备进行一下总结如下，同时谈一些自己的心得，以期能够提高自己的采矿理论水平并同时为国内矿山提供一些借鉴。二 国内国外矿山无轨采矿所使用设备情况概况 没有先进的采掘设备，什么无轨开拓系统，什么无轨采矿方法就没有谈的必要，这是由于只有拥有了这些先进的采掘设备，才能通过运用这些设备来研究开发一些相应的无轨开拓系统及无轨采矿方法。所以我要首先谈一谈无轨采矿所使用的设备。1 国外井下无轨采掘设备的现状与发展11 现状 70 年代后期，国外井下采掘设备已趋于无轨化、液压化、连续化、动力源多样化、辅助作业综合机械化和生产设备局部自动化。80 年代电子计算机逐步应用于凿岩、装载和运输设备。由于井下无轨采掘设备具有机动灵活和效率高的特点，因此发展迅速。近年来，又有许多设备公司研制了一系列微型采掘设备，使薄窄矿脉的开采机械化也达到一个新的高度。 国外许多矿山全面使用了无轨采掘设备，如葡萄牙的内维什科尔武铜矿（Neves Corvomine） 1988 年建成，投资 34 3 亿美元，其开采方法是在考虑使贫化减到最小情况下尽可能 ，提高回采率，采用高度机械化的巷道充填法，其井下采掘设备的组成为： （1） 凿岩设备 由 4 台芬兰 Tamrock 公司产的 Minimatics 型和 5 台瑞典 Atlas CoPco 公司生产的 Boomer H127s 型凿岩设备；斜坡道掘进使用 4 台 Atlas Copco 公司生产的 Boomer H155s 型凿岩设备；主平巷和主运输巷道使用 Tamrock 公司生产的 SSeries Minimatics 型凿岩设备，每月可掘进 265 m。 （2）装药爆破 使用 6 台 Normet 公司生产的装药器注入铵油炸药进行爆破。 （3）铲运设备 用 5 台 92m3Toro500Ds 型柴油铲运机和 4 台 MANGHH 公司生产的LF12s 型设备把矿石运到溜井中。 （4） 顶板支护 使用 3 台 Tamrock 公司的 Robolt 型凿岩台车和 2 台 Atlas Copco 公司的 BoltecH322 型凿岩台车于顶板锚杆支护，还有 1 台 Svedengineers 公司产的钢绳插入器和灌浆机，l 台Aliva 公司产的喷射混凝土设备，l 台移动式 Trixer 喷射混凝土设备，l 台 Brokk 3000 液压破碎机和 1 台 Tamrock 公司产的撬毛机用于撬毛和二次破碎进行类似作业。 内维什科尔武矿山的大部分作业都使用计算机，井下操作、地质模拟试验、岩石力学、矿山 采矿专论读书报告 共 16 页第 3 页计划和测绘图表等工作都按一定的程序控制网络进行。12 发展趋势 （l）采掘作业设备成套配置地下开采设备应成套使用，方能充分发挥各自的先进性能，降低能耗，从而获得较高的经济效益。近年来，在井下采掘作业中，无论是主要还是辅助作业工序都研制出了相应的胶轮行驶成套设备。这些设备包括掘进和采矿用的全液压凿岩台车、内燃和电动的铲运机以及自卸式运矿车等主系列。与其配套的辅助系列有：机械手、胶轮自行式装药车、撬毛车；带作业平台的锚杆钻装车；安装管道、缆线及金属顶网的作业车；混凝土喷浆系统作业车；加油润滑车、维修车；运送人员及材料车等多品种、多功能的配套设备。 （2）采掘设备的系列更完善、技术更先进、生产能力更强 各类采掘设备均已形成系列。近年来，通过不断研制新产品，其规格品种更趋完善；通过不断采用新技术、新工艺，使产品性能日益提高，满足和适应了不同矿山对设备生产能力、性能和规格等的要求。如美国 Caterpillar 公司早期有 4 种型号的井下铲运机：R1500、R1700、R2800和 R2900。在其新的系列中增加了 R 1300 （图 1） R1600 和 R2900Supa20， 、 去掉了 R1500、R2800。新的 R1300 与 R1600 替代 R1500，主要是扩大品种范围，适用性更强，并可用干窄脉黄金矿、小型高品位金属矿及有防火要求的煤矿等。原型号 R1500 载重量为 9t，斗容为 3853m3，而新型号 R1300 载重量为 65t，斗容为 28 m3，R1600 载重量为 10t，斗容为 48m3。 图 1 Caterpillar 公司 R1300 铲运机 又如芬兰 Tamrock 公司在 90 年代就拥有世界著名的 3 家公司：芬兰 TORO、加拿大 EJC 和法国 EM 公司，分别生产世界上有名的 TORO、加拿大 EJC 与 CTX 三大系列地下铲运机，在我国有很大影响。这 3 个系列产品从小到大，从电动到柴油，产品重叠。但最近，Tamrock 公司对 3 家公司产品进行调整，EM 公司不再生产 C TX 系列产品（老用户仍可在 Tamrock 公司订上 CTX 系列产品） ，只生产 Microscoop 100 新型微型铲运机（原 C TXl 型） J C 公司只生 ，E 3 3产 46m 以下的铲运机，而 TORO 公司则生产从 l310m 铲运机，其中 TORO007（图 2）和TORO0010 为最新机型， 具有卓越的舒适性能和安全性能， 并能保证快速一次装满， 生产效率高。Tamrock 公司通过开发新机型?脑炖匣停笫视梅段炕羧夜镜募际跤攀疲銮苛瞬返木赫?改进后，同一斗容的产品，载重量增加了， 生产效率提高了。 Microscoop-100 如 3 3型与 CTX-1 型相比， 8t 载重量由 0 增大到 1t， 斗容由 04m 增大到 054m 。 铲取力由 3 ， 25t增大到 38t，柴油机由 DEU2（33kw，2500rmin）改用 Listerpetter（30KW，3000rmin） （前者仅作选择件），改进后的生产率比原型提高 30。此外，其它无轨设备，如凿岩台车的规格既有车宽仅 lm 的单臂微型台车，也有能开凿断面为 130m3 隧道的四臂重型钻车；有钻孔深度 23m的浅孔和孔深达 100m 的深孔采矿台车等。就其产品产量看，一般中等规格的产量较大，但大型和微型设备也有增多的趋势，以满足一些矿山高效采矿法和窄薄矿脉开采的需要。 采矿专论读书报告 共 16 页第 4 页 图 2 Tamrock 公司 TORO007 铲运机 （3）不断提高辅助机械设备工作效率，适用性更广 近年来，国外辅助采掘设备实现了标准化、通用化，其各工作装置采用模块组合。如：艾姆柯公司研制的快速拆卸系统，提供 40 多件附属装置，使铲运机既可作装载机，又可用于运输材料、人员及工作面凿岩、安装锚杆和其它用途，所有附属装置均可由司机从司机室装配。此外，同一种机型铲运机配备了除标准斗容之外其他若干种斗容，最多的配备了 810 种斗容的铲斗。 （4）水冷柴油机逐步替代风冷柴油机，且电力驱动成为新的发展方向 近年来，井下动力更多地采用水冷式柴油机，如德国 Deutz 公司生产的 Detroit 柴油机，其设计特点是短气道布置，冷却效率好，顶置凸轮轴，提高了喷射压力；反向旋转平衡轴，减少了振动；陶瓷零件，耐磨性能好；电子泵喷嘴，定时、计量喷；空空进气冷却，大大降低进气温度。特别采用了电子控制系统（DDEC） ，它能提供快速有效的维修和故障诊断，从而缩短了维修时间，综合保护了发动机，改善了燃油经济性，降低了烟度与排放，减少调节，性能提高，噪声低，振动小，可靠性高且适应性强，因而越来越被广泛使用。此外，为彻底改善井下空气与噪声污染，GHH 公司和 ARA 公司已研制成功并应用了架线输电技术，使电力驱动的无轨采矿设备可以丢掉拖电供应的电缆，从而解决了电缆式铲运机受到运距限制和机动灵活不足的缺陷，使电力驱动的发展具有很大前景。 （5）井下采掘设备的自动化 现代化的液压凿岩台车都装有微电脑控制装置和自动换杆机构，同时配有通用钻臂和多种工作制度凿岩机。微机控制的地下铲运机，由遥控系统、电视摄像机与监控遥测系统、数据测定与存储系统组成自动化控制系统。如 TORO2500E 铲运机，在机上装有 2 套导航系统，一套是惯性导航系统，用来确定车辆加速度、减速度和运行距离；另一套是在机上的前、后都装有激光扫描仪，连续监视隧道外形，识别工作区每一个零件。该系统与计算机连接，能记录所有的信息，并能反馈到控制室内的中心计算机，使中心控制器知道每台机器的位置并控制它们的运行与工作循环。操作人员可在地面进行遥控，从中心控制室控制铲运机和其它设备，如锚杆机、撬毛机和地下汽车等，一般 1 个中心控制室可以同时控制 3 台铲运机。 （6）人机工程日益受到重视 近年来，井下无轨设备越来越重视人机工程的应用，对大型井下设备，如 TORO007 铲运机采用全封闭隔音抗振空调驾驶室，室内空间增大 14，配备弧形玻璃铝合金门，视野好，且具有防倾翻、防落石性能，使用更安全、更高效，设计内部最小反光，防止司机目眩。对小型的井下设备，利用较新的细长管路和体积很小的液压元件，为司机提供较大的空间。此外，力求简化操作，提高自动化程度，从而减轻司机疲劳。2 国内井下无轨采掘设备的现状与发展21 现状 我国在“八五”期间研制出一批国产采掘机械，如 922D 型柴油地下铲运机、922E 型电动铲运机、DQ18 型地下汽车及 AT 系列天井钻机等。90 年代，我国已有了自己的系列产品，并且 采矿专论读书报告 共 16 页第 5 页在完善设备品种规格方面取得了很大进步。目前，国产铲运机斗容范围为 04610m3，基本可满足国内地下中小矿山的需要。此外，对于凿岩设备、地下辅助作业设备也研制开发出了许多新产品，并通过了技术鉴定。我国凿浅孔气腿式凿岩机，具有 80 年代国际先进水平，不仅完全满足国内市场，还出口第三世界国家。气腿式凿岩机是我国目前地下矿山开采的主要凿岩设备。 但就目前的情况来看，许多国产机还没有形成规模化生产，一些厂家对产品备件的生产也不够重视，且主要元、部件多为进口件，所以许多产品配件不能及时供应。如凡口铅锌矿的国产CY35B 型铲运机， 其主要传动和液压元件均为进口件，就由于随机备品备件原因而无法下井使用。通过技术引进，吸收消化，一些国产设备的性能基本接近进口机，但可靠性差，实际运转时间严重不足，导致生产无法正常进行。如梅山铁矿试用 CTCY5 型液压采矿台车，配用 YYG250B型液压凿岩机，纯凿岩速度达 7001000mmmin，平均 565m台班，最高达 1655m台班；但该机应用中事故多，维修量大，整机质量不能满足生产要求，实际效率比风动型 CTC141台车仅提高不足 10，其性价比并不理想。 我国地下矿山与国外矿山相比，在单体机械设备的技术先进性方面，尤其是机械设备的成套使用方面有很大差距。国内矿山的采掘设备多采用国产机和进口机搭配使用，以降低投资，同时又基本满足提高生产率的需要。就铲运机使用情况看，广东凡口铅锌矿共 61 台（其中进口机 54 ，金川二矿区共 39 台（进口机 33 台，国产机 6 台）台，国产材 7 台） 。在使用中进口机因性能优越、可靠及生产率高而普遍受到工人欢迎。22 发展 目前我国地下矿山开采设备的技术发展，主要是加速已引进技术的消化吸收，大力发展新产品，提高井下采掘设备的制造质量、技术水平和使用可靠性，加快进口机国产化率步伐。具体为： （l）发展大型成套技术设备以适应矿山开采大型化的要求； 发展微型采掘设备以满足开采薄窄矿脉的需要。 （2）发展高效、节能型产品，加快大容量液压式采掘设备的研制。 （3）发展高技术产品 应用微机、微处理机和遥控技术，研制机电一体化产品，努力提高矿山采掘设备的综合技术水平。 （4）发展辅助车辆和采场配套设备 辅助配套设备的发展，要与主采设备的发展同步，尤其要为设备配备足够数量和品种的辅助设备，以减少大型设备的停机时间，提高作业率，增加矿山产量。例如：在我国的煤矿就已经运用了井下无轨辅助系统，在 1998 年，山东兖矿集团济三煤矿在注重重型支架搬运车选择、注重车辆多功能性和多用途选择的思想指导下，确定引进以柴油机为动力的无轨辅助运输设备，并且第一批 4 种车型（技术性能见表 1）共 15 台车辆于当年年底到货。其中有：（a）英国产 EIMCO912X 支架搬运车； （b）英国产 EIMCO800D-60 运输车； （c）澳大利亚产 MK3S 多用途车； （d）澳大利亚产 DOMINO 多功能铲运车。在现场，EIMCO912X支架搬运车用于搬运 25t 重型液压支架或其他大型设备，重点为采煤工作面安装、拆除服务。MK3S 多用途车在交接班是作为人车运送上下班工人，交接班后更换不同用途车厢为机电、掘进、通房等单位提供运输服务， 换上自卸车箱后还可用于矸石运输。 880D-60 运输车由于外型尺寸小，可直接进出副井罐笼，所以可以实现一次装载后自井上至工作面或工作面至井上的直达运输，重点为综掘服务，运送非集中时间的人员及材料、小型设备等。DOMINO 多功能铲运车主要用于道路整修，装、运、卸以及协助综采工作面安装与搬迁等。 （e）发展基础件、配套件和新型材料采掘设备中使用的液压、电气和气动系统元、器件的制造质量、技术水平是薄弱环节，是影响采掘设备性能、提高设备作业的关键，应认真解决好。此外还应研制适合井下的新型材料。 （f）发展环保型采掘设备。3 井下无轨采掘设备的配套优化 面对竞争日益激烈的市场环境，保持成功的关键是效率。改进开采方法，采用先进的采掘成套设备是途径之一。先进的开采方法建立在具有先进采掘机械的基础上。换言之，只有在采掘设 采矿专论读书报告 共 16 页第 6 页备整体机械化和自动化水平卓越后，才可能使先进的开采方法得以充分体现。地下矿山实现无轨化开采，发展采掘成套设备，重点是采用技术先进的无轨设备，并进行优化配置，使成套设备中各单体设备均能充分发挥其技术性能，实现最高的效率，取得最佳效益。这就是井下无轨采掘设备配套优化的意义。 优化后的结果应体现以下内容：（1）采用了先进、可靠的大型井下无轨采掘主体设备和相应 （2）的辅助设备组成成套设备； （3） 各单体设备的参数达到最佳匹配以获得最大效率和最低成本；根据现有设备的性能及工作条件确定合理的开采方法； （4）优化组织管理。 显然，采用优化方法对井下无轨采掘成套设备进行选型配置，对提高矿山生产率、产生最大经济效益和使矿山整体生产管理水平上档次具有十分重大的意义。三 国内国外矿山无轨采矿开拓及开拓系统情况 有了先进的采掘设备（无轨设备），随之就产生了如何发挥这些先进设备的作用的问题，也就是选择何样的开拓系统、何样的采矿方法来最大限度的使用这些设备去提高劳动生产效率。以下就介绍一下无轨开拓及开拓系统的情况。1 国内无轨开拓及开拓系统的现状及发展 无轨开拓主要是巷道的掘进技术以及与无轨运输所用的斜坡道的设计。但在国内巷道的掘进，据我所查资料统计在地下金属矿山巷道的采准掘进基本上还是采用钻爆的方式，然后采用电机车出废石；由于经费的问题，没有采用巷道掘进机进巷道掘进，然后用铲运机或装载机出废石。这就导致了在开拓过程中效率的低下，而无法适应高效率的采矿方法。而我国有些矿山实行了无轨采矿方法，所以积累了一些合理设计斜坡道的方法。现简介如下： 斜坡道的分类：按照斜坡道连通方式的不同可将其分为连通地表的主斜坡道和中段间辅助 采矿专论读书报告 共 16 页第 7 页斜坡道；按线路布置方式的不同可分为折返式斜坡道和螺旋式斜坡道；按斜坡道与矿体的相对位置的不同可分为下盘斜坡道、上盘斜坡道、端部斜坡道和内部斜坡道；按其作用的不同可分为起主井作用的斜坡道和起副井作用的斜坡道。中段间的辅助斜坡道对用无轨设备开采的地下矿山是必不可少的，它不仅能起到转移无轨设备的作用，同时也是井下作业的通风道，而且还可用于矿岩运.