新工藝、新技術(shù)、新裝備在固體鉀鹽開采中的應(yīng)用*

周茂普，石　亮

(中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司　山西太原　030006)

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新工藝、新技術(shù)、新裝備在固體鉀鹽開采中的應(yīng)用*

周茂普，石亮

(中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司山西太原030006)

介紹了以連續(xù)采礦機(jī)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)為龍頭的新工藝、新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用情況，為固體鉀鹽礦床開采開辟了新途徑。現(xiàn)已開展固體鉀鹽礦開采技術(shù)與裝備標(biāo)準(zhǔn)體系的研究及相關(guān)重要標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，該項(xiàng)目完成后將填補(bǔ)鉀鹽行業(yè)沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白，能推動我國連續(xù)采礦機(jī)開采技術(shù)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)巷道掘進(jìn)技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，為鉀礦開采企業(yè)的機(jī)械化、規(guī)?；⒓s化提供技術(shù)支撐。

固體鉀鹽開采連續(xù)采礦機(jī)懸臂式掘進(jìn)機(jī)

由于我國鉀資源嚴(yán)重缺乏，國內(nèi)企業(yè)“走出去”開發(fā)鉀資源成為中國鉀鹽工業(yè)發(fā)展的必由之路，老撾、泰國等地區(qū)大型鉀鎂鹽礦床的開發(fā)，為保證我國鉀肥供應(yīng)安全提供了有效途徑。本文立足于老撾萬象盆地鉀鹽礦床，重點(diǎn)論述了固體鉀鹽礦床地下開采成套技術(shù)與裝備，并針對開采過程中出現(xiàn)的問題，提出了合理化建議，為固體鉀資源的高效、安全開采奠定基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段開采的鉀鹽資源主要分為固體礦床開采、地下鹵水開采和現(xiàn)代鹽湖開采。國內(nèi)主要以開采富鉀鹵水為主，老撾地區(qū)主要開采固體鉀鹽礦床。固體鉀鹽礦床開采方法主要分為旱采和水采，由于礦體賦存條件的特殊性及礦山建設(shè)政策的限制性，一般采用水采。水采方法雖然技術(shù)較為簡單，但是回收率較低，而且地下采空區(qū)無法控制，對地表沉陷影響較大，因此，固體鉀鹽資源采用旱采技術(shù)已在行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識[1-3]。以前的固體鉀鹽礦床開采存在著巷道布置不合理、開采工藝落后等一系列問題，極大影響了固體鉀鹽礦井的機(jī)械化水平和生產(chǎn)效率，已無法滿足鉀肥生產(chǎn)的需求，而以連續(xù)采礦機(jī)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)為龍頭的新工藝、新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用，為固體鉀鹽礦床開采開辟了新途徑。隨著開采技術(shù)和裝備的發(fā)展，必將促進(jìn)鉀鹽工業(yè)走向機(jī)械化、規(guī)?；?、自動化和智能化。

1　連續(xù)采礦機(jī)開采技術(shù)

針對固體鉀鹽礦床的特點(diǎn)和頂板控制的要求，在采場布置方面，可分為短壁開采和條帶開采2種形式(圖1)。針對不同連續(xù)采礦機(jī)型及其配套設(shè)備適應(yīng)不同礦層賦存條件、地質(zhì)條件，分析連采設(shè)備與采場條件的最佳結(jié)合點(diǎn)，連續(xù)采礦機(jī)械化開采工作面一般配備連續(xù)采礦機(jī)+梭車、連續(xù)采礦機(jī)+連續(xù)運(yùn)輸2種比較典型的工藝系統(tǒng)，前者屬于間斷式運(yùn)輸，后者屬于連續(xù)式運(yùn)輸[4]。結(jié)合工作面開采技術(shù)方案及地質(zhì)狀況，確定工作面采、落、裝、運(yùn)、支生產(chǎn)工序選用的連續(xù)采礦機(jī)及其配套設(shè)備。

a. 短壁開采　 　b. 條帶開采圖1　采場布置形式

在實(shí)際應(yīng)用方面，間斷式運(yùn)輸工藝系統(tǒng)(連續(xù)采礦機(jī)+梭車)以其設(shè)備配套簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、投資成本較低等優(yōu)點(diǎn)成為鉀鹽開采企業(yè)的首選，但單面產(chǎn)量較低。隨著鹽礦床開采強(qiáng)度的加大，大功率、強(qiáng)截割能力的采礦機(jī)將不斷得到應(yīng)用，以梭車為代表的間斷式運(yùn)輸工藝將不能滿足出礦需要，連續(xù)式運(yùn)輸工藝將占據(jù)重要地位。

采用間斷運(yùn)輸工藝時，在保證連續(xù)采礦機(jī)截割效率的情況下，要提高原礦的運(yùn)輸效率，應(yīng)在以下方面進(jìn)行改進(jìn)：①提高后續(xù)配套設(shè)備的運(yùn)輸能力，即在使用間斷式運(yùn)輸工藝條件下增加梭車數(shù)量；②縮短后續(xù)配套運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行距離，即縮短梭車在連續(xù)采礦機(jī)與轉(zhuǎn)載破碎機(jī)之間的距離。

2　懸臂式掘進(jìn)機(jī)巷道掘進(jìn)技術(shù)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是集切割、裝載、運(yùn)輸、行走于一體的掘進(jìn)裝備。掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)主要由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)(或刮板輸送機(jī))、單體錨桿鉆機(jī)、通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等設(shè)備組成[5-6]。它是綜合機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備，掘進(jìn)機(jī)的性能對于提高掘進(jìn)工效和掘進(jìn)進(jìn)尺具有重要作用。綜合機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線如圖2所示。

圖2　綜合機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在截割前，需選擇、確定掘進(jìn)機(jī)的截割方式。選擇截割方式應(yīng)遵循以下原則：①有利于頂板的控制與維護(hù)；②以較小的截割阻力鉆進(jìn)和開切；③盡量增加鉆進(jìn)深度，減少截割頭的空行程；④不出大塊鹽，以有利于裝載和運(yùn)輸。

一般情況下，當(dāng)截割較軟的礦體時，采用左右循環(huán)向上的截割方法，即掘進(jìn)機(jī)由下部進(jìn)刀，采用橫向往復(fù)式截割，逐步上升至頂部；當(dāng)截割稍硬巖石時，可采用由上而下左右截割的方法。不管采用何種方法，應(yīng)盡可能從下而上截割。

3　鉀鹽礦巷道支護(hù)技術(shù)

鉀鹽含強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，巷道圍巖中的鉀鹽腐蝕性介質(zhì)對鋼錨桿及其附件腐蝕嚴(yán)重，進(jìn)而引起錨桿支護(hù)的失效。最新研制出的新型高強(qiáng)度、耐腐蝕玻璃鋼錨網(wǎng)支護(hù)材料，解決了金屬支護(hù)材料易腐蝕的問題，實(shí)現(xiàn)了安全、高效支護(hù)。

新型玻璃鋼錨網(wǎng)支護(hù)特點(diǎn)：①玻璃鋼錨桿輕質(zhì)高強(qiáng)。玻璃鋼的相對質(zhì)量只有鐵錨桿的1/4，而強(qiáng)度卻能接近鋼材的水平，抗拉強(qiáng)度在300～1 000 MPa，可與20MnSi螺紋鋼錨桿的抗拉強(qiáng)度相媲美。②優(yōu)良的耐腐蝕性。高性能玻璃鋼采用復(fù)合樹脂原理、新型固化劑、新型防銹顏料、無溶劑配方工藝、硅烷偶聯(lián)劑等技術(shù)，使該產(chǎn)品在防腐性能上具有很大優(yōu)勢。根據(jù)復(fù)合樹脂原理，2種樹脂混合后，其成品性能將互為改性，用環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂共聚合，產(chǎn)物兼有環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂的優(yōu)點(diǎn)，耐腐蝕性能強(qiáng)，錨網(wǎng)支護(hù)較其他配套零件(如錨網(wǎng)、托盤、鋼帶等)都具有優(yōu)良的防腐蝕性能。

4　固體鉀鹽礦山技術(shù)與裝備標(biāo)準(zhǔn)制定

連續(xù)采礦機(jī)機(jī)械化開采技術(shù)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)巷道掘進(jìn)技術(shù)在固體鉀鹽礦開采中取得良好應(yīng)用，不僅提升了機(jī)械化水平，而且提高了資源回收率，降低了勞動強(qiáng)度，為固體鉀鹽礦開采開辟了新途徑，但是機(jī)械化開采未形成規(guī)?；?、集約化、規(guī)范化，還缺乏關(guān)于開采技術(shù)與設(shè)備應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，當(dāng)前亟需一套固體鉀鹽礦開采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)鉀鹽礦山高效、集約化生產(chǎn)，重點(diǎn)解決好鉀鹽礦井生產(chǎn)的開采技術(shù)、掘進(jìn)技術(shù)、成套設(shè)備配套選型、通風(fēng)、支護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)。

中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司已開展固體鉀鹽礦開采技術(shù)與裝備標(biāo)準(zhǔn)體系的研究及相關(guān)重要標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，該項(xiàng)目完成后將填補(bǔ)鉀鹽行業(yè)沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白，該系列標(biāo)準(zhǔn)制定后能夠推動我國連續(xù)采礦機(jī)開采技術(shù)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，為鉀礦開采企業(yè)的機(jī)械化、規(guī)?；?、集約化提供技術(shù)支撐，確保鉀鹽礦井高效、安全生產(chǎn)。

5　問題與建議

(1)開采工藝方面。固體鉀鹽礦山地下開采、開拓方式、采準(zhǔn)布置以及工作面的設(shè)計均采用非煤礦山設(shè)計方法，由于采礦技術(shù)及設(shè)備的限制，鉀鹽礦床目前開采效率低下，無法滿足鉀肥生產(chǎn)的需求。懸臂式掘進(jìn)機(jī)、連續(xù)采礦機(jī)短壁機(jī)械化開采裝備與工藝在煤礦應(yīng)用已經(jīng)成熟，因此，在鉀鹽固體礦床的開采工藝設(shè)計中應(yīng)充分考慮新設(shè)備、新工藝的結(jié)合和應(yīng)用，加大對開采工藝和設(shè)備配套技術(shù)方面的研究。

(2)設(shè)備研發(fā)方面。懸臂式掘進(jìn)機(jī)及連續(xù)采礦機(jī)在鉀鹽礦山中的成功應(yīng)用，標(biāo)志著煤礦開采裝備在非煤礦山中的應(yīng)用是可行的。由于設(shè)備是根據(jù)煤礦條件進(jìn)行設(shè)計的，在未來的研發(fā)中，根據(jù)鉀鹽礦開采條件，可設(shè)計出適合于鉀鹽礦床開采的機(jī)型。

(3)設(shè)備應(yīng)用方面。由于固體鉀鹽礦主要成分為鉀石鹽和光鹵石，對設(shè)備具有腐蝕性，導(dǎo)致金屬材料整個表面或局部厚度減薄，從而影響其強(qiáng)度、剛度和機(jī)械物理性能。因此，先進(jìn)裝備在鉀鹽礦中的應(yīng)用需采取相關(guān)的防腐蝕措施。

(4)設(shè)備大修方面。未來幾年內(nèi)，老撾鉀鹽開采礦井將不斷投入生產(chǎn)，設(shè)備數(shù)量將不斷增加，設(shè)備維護(hù)、維修、保養(yǎng)將成為重點(diǎn)。

[1]朱延浙.老撾萬象平原鉀鹽礦床[J].地質(zhì)與資源，2008(1)：45-49.

[2]續(xù)培信.老撾萬象鉀鹽礦開采方法的探討[J].中國井礦鹽，2005(4)：28-31.

[3]任明忠.老撾萬象平原鉀鎂鹽礦區(qū)開采技術(shù)條件研究[J].云南地質(zhì)，2004(2)：179-187.

[4]石亮，郝萬東，江小軍，等.固體鉀鹽地下開采工藝與設(shè)備配套技術(shù)研究[J]. 金屬礦山，2015(12)：46-49.

[5]張常青.懸臂式掘進(jìn)機(jī)在鉀鹽礦開采中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2013(4)：214-216.

[6]肖柏林，楊志強(qiáng)，高謙.懸臂式硬巖掘進(jìn)機(jī)在老撾某鉀鹽礦的應(yīng)用[J].礦業(yè)裝備，2014(10)：116.

Use of New Process, New Technology and New Equipment in Solid Potash Mining

ZHOU Maopu, SHI Liang

(CCTEG Taiyuan Research InstituteShanxi Taiyuan030006)

An introduction is given to the application situation of new process, new technology and new equipment, which take continuous mining machine and cantilever excavator as their lead, and new approach is opened up for mining of solid potash deposits. At present the study of mining technology and equipment standards system of solid potash mining and establishment of relevant important standards are carried out, the completion of the project will fill the void that potash salt industry has no technical standard, promoting development and popularization and application of mining technology with continuous mining machine, and roadway tunneling technology with catilever excavator in China, providing technical support for potassium ore mining enterprises engaged in mechanization, scale operation and intensification.

solid potash minecontinuous mining machinecantilever excavator

中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院自立項(xiàng)目(M2016-01)。

周茂普(1962—)，男，研究員，主要從事固體鉀鹽機(jī)械化開采技術(shù)與裝備研究；13994214836@126.com。

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1006-7779(2016)03-0069-03

2016-04-08)