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探究煤矿采矿工程中的采矿工艺技术

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摘要:采矿业已成为经济支柱性产业之一,采矿工艺技术的发展也越来越多地引起人们的关注。随着煤矿产业的发展,煤矿采矿工程越来越多,并且在采矿工程中需要更多的先进技术作为支撑,这样才能减少问题的出现。在现代化采矿业中,对采矿工艺进行了更多的分析,让采矿工艺和采矿技术有效地结合,以此引导煤矿产业进入新的发展阶段。煤矿产业中采矿工艺技术发挥着十分巨大的作用,是否合理选用了采矿工艺技术、采矿工艺技术的高低,将会对采矿企业的整体效益产生直接影响。基于此,本论述对采矿工程中的凿岩技术、爆破技术、回采技术等采矿工艺的主要技术进行分析,以期给同类工程提供参考。

关键词:采矿工程;凿岩技术;爆破技术;回采技术

目前,现代科学技术和工程技术快速发展,中国由产煤大国向产煤强国迈进,采矿工程中的新思想、新方法、新技术不断涌现。但是,对采矿生产实践及其相应技术的应用研究并不多,提高矿山技术人员和科研人员的水平十分必要。本论述的研究重点是凿岩技术、爆破技术、回采技术等采矿工艺的主要技术,以求为矿山生产技术人员提供借鉴。

1凿岩技术

1.1岩石分级

1.1.1按岩石坚固性分级

苏联学者普洛吉亚柯夫提出,按岩石坚固性分类,可以将岩石类型分为最坚固(普氏坚固性系ƒ=20)、很坚固(ƒ=15)、坚固(ƒ=10)、坚固(ƒ=8)、较坚固(ƒ=6)、较坚固(ƒ=5)、中等(ƒ=4)、中等(ƒ=3)、较软弱(ƒ=2)、较软弱(ƒ=1.5)、软弱(ƒ=1)、软弱(ƒ=0.8)、土质岩石(ƒ=0.6)、松散性岩石(ƒ=0.5)、流沙性岩石(ƒ=0.3)等15类。

1.1.2矿山工程岩石分级法

综合考虑爆破材料、工艺、参数等标准,将岩石类型分为极易爆、易爆、中等、难爆、极难爆五个等级[1]。1.1.3隧道工程分级法在总结中国隧道围岩分类的基础上,提出隧道工程分级法,将岩石分级为五级。

1.2岩石破碎技术

1.2.1岩石可钻性

岩石可钻性取决于岩石的抗压及抗剪强度,常用公益性指标来表示。可钻性指标包括两项,(1)凿碎比功,(2)钎刃磨钝宽,在衡量岩石掘进难易程度时,应根据凿碎比功与钎刃磨钝宽成正相关关系的规律来计算岩石的可钻性[2]。

1.2.2凿岩破岩工艺

按凿岩工具破碎岩石的机理,可将凿岩破岩分为冲击式凿岩和旋转式凿岩。冲击式凿岩主要利用钎子的冲击作用(见图1),在冲击力作用下钎头钎刃切入岩石中,形成凿沟A—A,转角再次冲击形成凿沟B—B,两沟间形成扇形岩体,反复如此后饱孔就可逐渐加深。但是钻机机构简单,能耗大、噪声也大。

2爆破技术

2.1电力起爆法

设计合理的爆破网络,要求电源可靠、网络简单、每个雷管都能够获得足够多的起爆电流。确保雷管质量符合标准,将其脚线调整至短路状态,短路接头用工业胶布包好。悬挂标记牌,放入专用箱,按运输要求稳定送至爆破施工场地,按照场地布置情况依次放置于炮孔处。在装药的过程中,严禁捣断雷管脚线,便于准确、安全、可靠起爆,脚线要沿孔壁顺直。

2.2非电起爆法

2.2.1导火索起爆法导火索、火雷管和点火材料构成导火索起爆法主要应用的材料,其原理是用点火材料引燃导火索(芯药燃烧),导火索再引燃火雷管,主要操作流程是:制作起爆雷管、制作起爆药包、装填炮孔、导火索点火[3-4]。

2.2.2导爆索起爆法导爆索起爆法主要是通过导爆索爆炸过程中发出的能力来引爆炸药,由于是在爆破前引爆导爆索的雷管,除此过程以外的其他过程(装药、堵塞、连接线等)都不用雷管,所以安全性较高,且操作简单,抗雷电、杂电能力强,应用较广。主要操作流程是:导爆索连接(可连接的方式有搭接、水手结和T形结等,详见图3)、导爆索起爆网路连接(包括串联网络、并簇联网络和分段并联网络)、导思索网路微差起爆。在铵油炸药的药卷中对导爆索进行利用的过程中,务必用塑料布进行包裹,使其与油源分开,以免被炸药中的柴油侵蚀而削弱或丧失爆轰能力。

3回采技术

3.1采矿生产工艺

3.1.1采准工程采准方法

主要采用脉内采准与脉外采准,阶段运输平巷的布置务必要跟矿块、阶段的生产水平和采矿方式的标准保持一致。对于中、小型矿山,可采用沿脉单线有错车道布置。布置方法分为脉内布置、脉外布置和脉内外联合布置(见图4),根据不同的情况选择不同布置的方式。岩石稳固性不佳时,可将巷道布置于较稳固的岩石中。

3.1.2切割工程

(1)拉底空间。采用掘进拉底巷道及拉底横巷方式,开凿水平平行孔来产生拉底空间。(2)扩漏。扩漏应在待产生漏斗的空间先完成漏斗颈开掘,然后将漏斗颈作为自由面打密集的束状炮孔。(3)切割槽。切割槽的目的是创造初始回采的自由面,其是在切割天井、切割横巷等工序结束后形成的。

3.2空场采矿法

3.2.1留矿采矿法

矿块构成要素为:阶段高度为30~60m,矿块长度为40~60m,间住的宽度为6~8m,顶柱高度为4~6m,漏斗放矿底部结构为5~6m。采准切割时,根据矿体的薄厚程度分别选择脉内沿脉巷道或矿体下盘接触线上作为阶段运输巷道,普通留矿法切割工作为拉底和扩漏。矿房回采自下而上依次按层实施,依次做好凿岩、爆破、通风、局部放矿等工作,凿岩在矿房内的留矿堆上实施,爆破建议通过微差导爆管起爆,通风时外部风流建议自上风向天井进入,局部放矿时务必放出当次爆破矿石体积1/3左右矿石量,矿堆内没有空洞后即可实施撬毛乎场作业[6]。

3.2.2房柱采矿法

矿块构成要素为:矿房长度小于60m,矿房宽度一般为8~20m,采区矿柱宽度一般为4~6m,直径或边长为3~7m。采准切割的过程中,在下盘脉外距矿体底板处5~8m开采挖掘阶段运输巷道1,从各矿房中心线处掘进矿石溜井2至矿体,在阶段矿柱中开采挖掘电耙绞车硐室4,沿矿房中心线并邻接矿体底板掘进矿房上山5,贯通联络平巷6。矿房上山5以及联络平巷6用于通行、通风及运搬材料设备(见图8:3-切割平巷,7-矿柱,8-炮礼)。

3.2.3全面采矿法

矿体厚度不超过4m,沿走向长度50~100m,矿块沿走向布置的长度为50m以上,矿块沿倾斜方向的长度为40~60m,阶段矿柱宽度2~3m,采区矿柱宽度6~8m,矿石榴子间距5~7m。采切工程中矿石溜子间距为5~7m,电耙闲室的位置与矿石溜子相对应。回采工作工作面可布置成阶梯状,阶梯数常为2~3,使用气腿式凿岩机凿岩,采场使用电耙运搬矿石,将贫矿、夹石、无矿带留作不规则的矿(岩)柱,采场回采完毕可部分回收矿柱。

4结束语

采矿工程是一项复杂的系统工程,涉及到凿岩、爆破、回采等各个环节,除此以外,还包括井项施工、通风、提升运输等技术,由于篇幅所限未详细展开。近年来,随着计算机网络技术的不断发展,采矿工程正在朝着智能化、无人化发展,“无人开采模式”是未来一段时间的发展趋势。此外,采矿工业对于环境的污染是不容忽视的,要在研究采矿技术的同时,深入开展对废水、废气、废矿渣的处理技术的研究和应用,确保实现生态化的矿产开采,促进经济与环境的可持续协同发展。

参考文献:

[1]陈国山.采矿技术[M].北京:冶金工业出版社,2011(2).

[2]薛涛.谈谈煤矿采矿作业中的采矿工艺与技术分析[J].科技与创新,2014(17):45-46.

[3]李季.对采矿作业中采矿工艺技术的应用探究[J].黑龙江科学,2014,5(7):214.

[4]温雪峰,王彦强.采煤方法和工艺技术探究[J].化工设计通讯,2016,42(7):8.

[5]原敦龙.综采作业旋转开采技术探究[J].能源与节能,2017(4):176-177.

[6]蒲浩,贾栋栋.复杂地质条件下采煤掘进支护技术探究[J].南方农机,2017,48(12):163.

作者:张其堂 单位:甘肃省兰州市窑街煤电集团有限公司

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