高寒地區(qū)地下礦山生產(chǎn)技術(shù)措施探討

顧明昊，甄東來(lái)

(中地寅崗建設(shè)集團(tuán)有限公司黑龍江勘察設(shè)計(jì)分公司， 黑龍江 哈爾濱 150023)

0 引言

烏蘭多金屬礦位于蒙古國(guó)東方省省會(huì)喬巴山市北部125 km處，該礦現(xiàn)有1005 m、945 m、885 m三個(gè)中段，其中945 m中段為斜坡道開(kāi)拓，1005 m中段為平硐開(kāi)拓。945 m中段以上采用空?qǐng)龇ㄅc崩落法相結(jié)合的方式采礦，近地表段因圍巖不穩(wěn)存在垮塌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)回采工作產(chǎn)生了威脅，故采取對(duì)采空區(qū)與地表導(dǎo)通方式以降低頂板冒落風(fēng)險(xiǎn)，此方法的實(shí)施在一定程度上緩解了I#、II#礦體落礦工作的通風(fēng)壓力，但該地區(qū)屬于典型的大陸型氣候，早晚溫差大，每年的11月至來(lái)年的4月份為冬季，最低氣溫可低至-40℃。冬季冷風(fēng)倒灌，導(dǎo)致風(fēng)水管線結(jié)冰，極大地影響了生產(chǎn)[1-2]。文中介紹的相關(guān)措施經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)可以有效解決高寒地區(qū)地下礦山生產(chǎn)過(guò)程中遇到的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)我國(guó)北方高寒地區(qū)礦山具有一定的借鑒意義。

1 礦山主要問(wèn)題

蒙古國(guó)冬季氣溫普遍較低，因?yàn)跆m多金屬礦山采空區(qū)與地表貫通，冬季冷風(fēng)倒灌，導(dǎo)致井下巷道路面、中深孔炮孔、各類設(shè)備及風(fēng)水管均出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，極大地影響生產(chǎn)，同時(shí)造成了一定程度的經(jīng)濟(jì)損失。

1.1 運(yùn)輸困難

礦山945 m以上I#、II#礦體采用無(wú)底柱分段崩落法采礦。分層采場(chǎng)采用 YGZ90型圓盤式回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)鑿上向扇形炮孔，該類鉆機(jī)需水量大，回水常漫出簡(jiǎn)易水壩后流至斜坡道處并沿路結(jié)冰，冰層越結(jié)越厚，甚至超過(guò)車輛限高，對(duì)行人行車造成極大的困難及安全隱患。常規(guī)的機(jī)械除冰及撒鹽撒砂不僅耗費(fèi)大量的人力物力，且效率低下，效果不佳。

1.2 鉆孔作業(yè)環(huán)境惡劣

因采準(zhǔn)與回采同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)致采準(zhǔn)作業(yè)面毗鄰空區(qū)，冬季生產(chǎn)時(shí)被迫使用棉被封堵漏風(fēng)點(diǎn)，但總體效果不佳。極低的氣溫不僅出現(xiàn)設(shè)備管路結(jié)冰，更易發(fā)生巷道內(nèi)大范圍結(jié)冰，使鉆工作業(yè)環(huán)境愈發(fā)惡劣。

1.3 爆破困難

采場(chǎng)上一中段的巖石裂隙水沿下中段上向扇形孔下流，由于冬季低溫導(dǎo)致炮孔內(nèi)結(jié)冰嚴(yán)重，甚至完全堵塞。烏蘭多金屬礦采用中深孔爆破的崩落法，炮孔直徑為60 mm，使用BQF-100型裝藥器配備45 mm防靜電裝藥管，裝藥管直徑與炮孔直徑相差無(wú)幾，孔口及孔壁少量結(jié)冰使輸藥管所受阻力增大，從而無(wú)法順利將輸藥管送至孔底進(jìn)行裝藥，若水量較大甚至?xí)纬伞捌俨紶睢北锝舆B底板，不僅爆破效果差，大塊率增高，甚至已無(wú)法進(jìn)行正常爆破作業(yè)[3]。

1.4 風(fēng)水管線方面

礦山目前處在采準(zhǔn)、回采并行階段，風(fēng)水需求量大，管線密集。冬季的嚴(yán)寒導(dǎo)致井上井下各主線、支線的風(fēng)水管結(jié)冰堵塞率高達(dá)90%，通常結(jié)冰后的風(fēng)水管很難敲擊打通，只能進(jìn)行拆卸后運(yùn)至暖房化凍，但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且需準(zhǔn)備大量的備用物資，形成材料成本的積壓，對(duì)項(xiàng)目成本控制產(chǎn)生不利影響，同時(shí)結(jié)冰范圍的增大會(huì)使生產(chǎn)處于暫時(shí)停滯狀態(tài)。

2 解決方案及安全措施

2.1 解決方案

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、井下生產(chǎn)條件和過(guò)往經(jīng)驗(yàn)綜合分析，產(chǎn)生以上生產(chǎn)難題的主要癥結(jié)為采區(qū)溫度過(guò)低，任何一項(xiàng)單一措施不僅效率低下，而且耗費(fèi)成本過(guò)高，只有綜合治理才能起到 1+1＞2的效果。

（1）措施一。考慮到生產(chǎn)困難的主要原因?yàn)椴蓞^(qū)溫度過(guò)低，這與采空區(qū)與地表貫通造成冷風(fēng)倒灌有直接關(guān)系，故首要方案是將采空區(qū)進(jìn)行封堵。采取方法為大規(guī)模落礦方式，并保證各分層采場(chǎng)臺(tái)階差寬度為5 m，使上分層采場(chǎng)落礦將下分層口封堵，同時(shí)通過(guò)控制出礦量，保證采場(chǎng)底部出礦巷空區(qū)處于封堵?tīng)顟B(tài)，以此方式防止冷風(fēng)通過(guò)采空區(qū)下灌[4]。但因氣溫過(guò)低，出礦過(guò)程中需時(shí)刻觀察采場(chǎng)內(nèi)礦石存量，確保出礦進(jìn)路不會(huì)露出眉線，如不慎過(guò)量出礦露出眉線，要立刻停止出礦，并使用棉被、草垛等進(jìn)行封堵。

（2）措施二。礦區(qū)945 m中段采用雙斜坡道開(kāi)拓方式，由于均為進(jìn)風(fēng)巷，冬季冷風(fēng)下灌也會(huì)使路面結(jié)冰，故在兩條斜坡道井口處中間位置設(shè)置暖風(fēng)間，向斜坡道吹熱風(fēng)，形成熱風(fēng)幕起到對(duì)冷空氣阻隔的效果。在空車行人斜坡道口設(shè)置雙層風(fēng)門，此方法旨在減少熱量散失及冷風(fēng)下灌，同時(shí)也可作為作業(yè)人員的上井緩沖道，人員可在雙層風(fēng)門間簡(jiǎn)單休息，避免直接上井溫差過(guò)大造成風(fēng)寒感冒。同時(shí)為緩解單一斜坡道的運(yùn)輸壓力，對(duì)重車道進(jìn)行車輛分流，將兩條斜坡道的聯(lián)絡(luò)道作為輕重車分流道。

（3）措施三。礦區(qū)945 m中段各分層均進(jìn)入回采階段且進(jìn)程過(guò)半，由采空區(qū)經(jīng)分層鑿巖巷道灌入冷風(fēng)也是導(dǎo)致斜坡道結(jié)冰的主要原因，故在各分層聯(lián)絡(luò)道出口布置棉布風(fēng)簾用以阻擋冷風(fēng)，選擇軟質(zhì)棉布風(fēng)簾的原因在于成本低、易恢復(fù)。在每次分層爆破結(jié)束后，派專人對(duì)風(fēng)簾進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)損壞的風(fēng)簾及時(shí)更換，確保減少由分層灌入的冷風(fēng)量。

（4）措施四。雖采取集中落礦及控制各分層爆破距離的方式[6]對(duì)鑿巖巷道進(jìn)行封堵，但實(shí)際效果并不理想，且很難確保底部出礦的礦量供應(yīng)，采場(chǎng)內(nèi)溫度依舊很低，這導(dǎo)致鑿巖巷道內(nèi)的中深孔大量結(jié)冰，嚴(yán)重影響爆破效果。故研制出蒸汽洗孔器，其基本原理為將一密閉水箱加熱至 100℃，產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)上方的出氣口進(jìn)入事先連接的 PⅤC管，管頭連接一小段裝藥管，后將該管通入炮孔進(jìn)行除冰工作。此種方法的優(yōu)勢(shì)在于成本低、效率高、無(wú)污染。與傳統(tǒng)的機(jī)械除冰法相比，該方法不僅成本減少，且勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，此方法除冰后的炮孔對(duì)爆破效果無(wú)影響。操作的難點(diǎn)在于需與爆破裝藥工作緊密銜接，預(yù)防炮孔二次結(jié)冰。

（5）措施五。因冬季氣溫過(guò)低，炸藥的性能受到影響。尤其在冬季，蒙古國(guó)境內(nèi)交通不便利，需一次庫(kù)存兩個(gè)月以上的炸藥量以供使用。爆破工作后，礦石大塊率[5]增高。為此積極聯(lián)系炸藥廠商對(duì)炸藥進(jìn)行改良，增添防凍劑和敏化劑，在保管環(huán)節(jié)中，盡量減少庫(kù)存時(shí)間，使其在冬季嚴(yán)寒的氣溫下依舊能保持穩(wěn)定爆力。

（6）措施六。針對(duì)井下氣溫過(guò)低使風(fēng)水管時(shí)常上凍結(jié)冰的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的噴燈火燒和更換措施效率過(guò)低，對(duì)此采取保溫棉加伴熱帶方式對(duì)風(fēng)水管全線進(jìn)行保溫，以防上凍。首先將伴熱帶平行緊貼風(fēng)水管布置，用電工膠布固定，電源連接至220 Ⅴ變壓器上，安裝分段開(kāi)關(guān)以便控制；其次在已綁扎伴熱帶的風(fēng)水管上套裝隔熱阻燃保溫棉，再用鐵絲固定。以此方法來(lái)解決風(fēng)水管頻繁上凍結(jié)冰問(wèn)題。該方法的實(shí)施一次投入后，維護(hù)成本極低，且極大降低了勞動(dòng)成本，實(shí)際效果顯著。

2.2 安全措施

（1）車輛安全。對(duì)井下車輛進(jìn)行測(cè)速、限速，同時(shí)在巷道轉(zhuǎn)彎處安裝彎道鏡。定時(shí)定點(diǎn)對(duì)車輛進(jìn)行點(diǎn)檢，每班對(duì)剎車、轉(zhuǎn)向、燈光等進(jìn)行強(qiáng)化檢查，對(duì)需在采場(chǎng)上山工作的鏟運(yùn)機(jī)輪胎安裝防滑鏈。另外，由于蒙古冬季十分干燥，每輛車在原有基礎(chǔ)上加配2瓶干粉滅火器，并定期進(jìn)行檢查更換，謹(jǐn)防失效。

（2）通風(fēng)安全。冬季空區(qū)封堵后，井下自然通風(fēng)不暢，通風(fēng)系統(tǒng)僅靠1條未封堵的斜坡道與通向地表的北風(fēng)井，故在北主巷增加2臺(tái)15 kW的風(fēng)機(jī)，南主巷增加1臺(tái)30 kW的風(fēng)機(jī)，3臺(tái)風(fēng)機(jī)24 h運(yùn)行，以保證井下回采作業(yè)區(qū)的通風(fēng)。

（3）防火安全。冬季井下自然通風(fēng)不暢，氣候干燥，為保證井下溫度增加了很多大功率設(shè)備，冬季防火工作形式嚴(yán)峻，定員定崗定時(shí)對(duì)井下電氣設(shè)備進(jìn)行檢查。尤其是風(fēng)水管的保溫棉與伴熱帶易冒煙起火，更要作為重點(diǎn)檢查部位。在各作業(yè)地點(diǎn)配備合格有效、數(shù)量充足的滅火器，確保防火安全。

（4）加強(qiáng)安全教育。每周末統(tǒng)一組織對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中方及蒙方的工作人員進(jìn)行各種形式的安全教育。包括圖文、演講、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合等形式，使中蒙雙方的員工均能在更深程度上理解安全工作的重要性。

3 結(jié)論

蒙古國(guó)烏蘭多金屬礦通過(guò)以往多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在2017—2019年度的冬季生產(chǎn)過(guò)程中，本著綜合治理的思想，將上述方案與安全措施進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使礦區(qū)從最初的冬季停產(chǎn)到現(xiàn)今照常生產(chǎn)，出礦量年年攀升，從2016年的36萬(wàn)t增長(zhǎng)到2019年的90萬(wàn)t，2020年在新冠疫情影響下出礦量更是突破了 100萬(wàn) t，同時(shí)為三級(jí)儲(chǔ)量的平衡起到了決定性的作用，也為945 m中段以下的開(kāi)拓采準(zhǔn)工程提供了有力支持，達(dá)到了提質(zhì)增效、控制成本的目的。