Boomer 281掘进台车在高海拔矿山开采中的应用实践
１ 公司概况
１．１ 企业概况
西藏华泰龙矿业开发有限公司（以下简称“华泰龙公司”）隶属于中国黄金集团公司控股的境外上市公司——中国黄金国际资源有限公司（以下简称“中金国际”），２００７年１２月９日在西藏自治区注册成立，是集地质勘探、矿山开采、选矿、环保与科研于一体的综合性大型矿业公司，华泰龙公司开发建设的甲玛矿是我国最大的铜金多金属矿之一，被誉为中央企业开发西藏矿业的标杆。
１．２ 地理自然条件
华泰龙公司位于拉萨市墨竹工卡县甲玛乡境内。东西长８～１１ｋｍ，南北宽６～１１ｋｍ，面积约１０６ｋｍ²。距拉萨市区６８ｋｍ，距墨竹工卡县城７ｋｍ。交通较为方便，海拔４０００～５４０７ｍ，矿权面积１４４ｋｍ²。
矿区坡度大、海拔高、相对高差大是矿区地形的３大特点。矿区内第四系松散堆积物广泛发育，分布面积占８５％以上。一半山坡密灌丛生，一半山坡或为腐植土覆盖。植被以高山草甸为主，有少量高山耐寒苔藓，植被相对简单。
１．３ 气候条件
区内气候属典型的大陆高原性气候。雨季潮湿寒冷，冬季酷寒干燥，昼夜温差较大。水系较发育，以大气降水和冰雪融水供给。年降雨量在５００ｍｍ左右，多集中在６～９月。矿区无多年气象资料，与矿区相距７ｋｍ的墨竹工卡县城（海拔３９００ｍ左右）多年（１９７８～２００８年）平均气温６.０℃，极端最高气温为２８.３℃，极端最低气温为－２３.１℃；６～８月平均气温较高；１１月至翌年４月温度较低，１月最低，空气密度为０.８０ｋｇ／ｍ³。与本矿区相邻的驱龙矿区简易气象观测资料显示：矿区２００７年５～１２月平均气温２.０℃，极端最高气温为１４.２℃（７月２日），同比墨竹工卡县最热月（７～８月）平均气温低１０.９℃，极端最低气温为－２０.０℃（１２月８日），甲玛矿区与驱龙矿区的地理位置相差不大，其观测资料可作为参考。
１．４ 工程地质条件
矿区主要构造由推覆构造系和滑覆构造系组成。其中推覆构造分为红－塔背斜、牛马塘背斜和夏工普向斜３部分；滑覆构造分为滑覆体断裂和滑覆体褶皱。由于受地表水的溶蚀和冻融作用，从地表依次往下，岩体的破碎、发育和氧化程度依次递减，岩体稳固程度相应地提高。由于井下工程深埋于地表之下，围岩相对稳固，但也存在不同程度的氧化带，受断裂构造控制局部岩体较破碎，巷道岩体受褶皱作用易挤压变形，维护难度大，灰岩长期受裂隙水溶蚀形成大小不同的溶洞，增加了施工难度。
２ 工程概况
华泰龙公司一期工程投产后，通过进一步地质探矿，矿区资源储量有大幅度增加，为充分利用矿产资源并提高企业经济效益，决定进行二期工程建设。２０１１年５月至２０１２年１２月２５日委托设计研究院先后完成开发利用可行性研究报告和《西藏华泰龙矿业开发有限公司甲玛铜多金属矿二期扩建工程初步设计》，并通过中国黄金集团公司的审查。目前甲玛矿区正在紧张有���的进行二期基建，完成后将达到采选４万ｔ／ｄ，年产铜可达５万ｔ，金１.２ｔ，银５０ｔ，届时甲玛铜多金属矿将成为目前我国有色金属井下日处理矿石能力最大的矿山。
２．１ 设计工程量
二期扩建井下工程分南、北两区，分别为：４５００ｍ、４４５０ｍ、４４００ｍ、４３５０ｍ、４３００ｍ五个中段。基建内容主要包括主平窿系统延长改造工程、胶带斜井工程、竖井工程、风井工程、溜破系统、辅助斜坡道工程、４５００ｍ回风中段，４４５０ｍ中段部分开拓、探矿、采切工程，４４００ｍ中段部分开拓、探矿、采切工程等。
２．２ 工程布置平面图及断面图
由于矿体走向和宽度较大，各中段、分层采切工程量较大且较集中，以４４６０ｍ水平采切工程布置平面图为例，每条出矿进路长１１６ｍ，间距１５ｍ，详见图１。
３ Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车的应用
由于矿体走向长２３００ｍ，宽１４００ｍ，采切工程较集中，基建工程量较大，其中４４６０ｍ水平采切工程量为５５７１ｍ。根据矿区高原缺氧、空气稀薄的气候特点，为早日投产实现企业规模化效益，实现企业先进、高效、安全、可靠地生产运营，实现机械化施工成为必然。２０１５年６月在４４５０ｍ中段北平硐４４６０ｍ水平采切工程掘进施工中，首先应用Ｂｏｏｍｅｒ２８１型单臂液压掘进台车进行巷道掘进凿岩，配ＬＷＬＸ－１２０／５５Ｌ型扒渣机出渣，用ＣＮＪ３０４０ＺＦＰ３３Ｍ型汽车进行转运。与ＹＴ－２７气腿式凿岩机相比，凿岩效率有了大幅度提高，降低了劳动强度，提高了劳动效率，加快了施工进度，提高了施工人员的安全系数。
３．１ Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车性能参数
１）掘进台车单循环凿岩速度快，钻孔进尺最深３.４ｍ，根据不同岩性，通过调节液压凿岩控制系统参数，来获取最佳推进力、扭矩、转速等参数，达到理想掘进效率。
２）掘进台车相比人工作业较安全，掘进台车有安全棚而且可以升降，人在安全棚下操作，离掘进面有５ｍ的安全距离，光线较好，可以观察顶板和边帮围岩变化情况，能保证施工人员的安全。
３）凿岩时，４根液压立柱支撑地面，使台车处于平稳状态，进行凿岩时，电动机驱动液压泵提供工作时所需的动力，具有输出功率大、能量利用率高、空气污染少、噪音低、凿岩效率高等优点；作业面凿岩结束后，使用柴油马达驱动，使台车行驶至附近作业面。Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车具有凿岩效率高且炮孔精度高，巷道成型好，减少因超、欠挖对巷道围岩的扰动，减少巷道维护难度和费用。Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车主要参数情况见表１。
３．２ 巷道炮孔设计
１）掏槽方式。巷道掘进使用掘进台车凿岩，采用平行孔桶形掏槽，炮孔垂直掌子面，用６个－７６ｍｍ大孔径的不装药炮孔作为补偿孔，中心孔、崩落孔和周边孔均采用φ４５ｍｍ的装药孔，中心孔离巷道底板１.２ｍ，此种掏槽方式具有炮孔利用率高、破碎块度均匀、施工作业方便、使用范围广等特点。
２）巷道炮孔布置。炮孔的布置数目、形式和凿岩设备、巷道断面、岩石性质、炮孔直径、炮孔深度和炸药种类等因素有关。炮孔数目的确定，要在保证炮孔的利用率和巷道成型的前提条件下尽可能降低炸药单耗，节约施工成本，降低劳动强度，周边孔采用不耦合装药，减少对围岩的扰动。巷道断面炮孔布置情况如图２所示。
炮孔数目根据式（１）确定。
式中：Ｎ为炮孔数目，个；ｆ为岩石坚固性系数，取１０；ｓ为巷道断面，取１５.１３ｍ²。计算结果为４３.５个炮孔，为保证爆破效果设计４４个炮孔。凿岩效率单孔需要１２０～１６０ｓ（３.３ｍ），炸药单耗为２.４９ｋｇ／ｍ³。
３）凿岩爆破。设计掘进断面较大为４.２ｍ×３.９ｍ（断面积为１５.１３ｍ²），Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车施工地点位于高原地区海拔４４５０ｍ左右，处于缺氧环境，人工凿岩效率低于平均水平，因此采用掘进台车更能发挥其作业效率，达到事半功倍的效果。Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车作业情况如图３所示。
巷道掘进完成后起爆采用非电起爆系统，雷管采用毫秒延期导爆管雷管起爆，起爆方式采用反向起爆；炸药采用２＃岩石乳化炸药，药卷直径φ３２ｍｍ，长度２００ｍｍ，２００ｇ／卷；炮孔采用不耦合装药结构，孔口采用２０～３０ｃｍ长炮泥堵孔，每排炮孔装药量为１１０～１２０ｋｇ，起爆顺序见表２，炮孔参数及装药量见表３，巷道成型效果如图４所示。
３．３ 施工组织
为了充分发挥Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车的效率，结合４４６０ｍ水平采切工程布置的特点、掘进台车的性能和岩石的性质，采用１台掘进台车掘进４个作业面的方式，采用ＬＷＬＸ－１２０／５５Ｌ型扒渣机装车，运输采用ＣＮＪ３０４０ＺＦＰ３３Ｍ型汽车运输，一般完成掘进１２ｍ／ｄ。根据统计，单孔凿岩３.３ｍ需要１２０～１６０ｓ，掘进面共计５０个孔，岩石ｆ值为８～１０时，凿岩时间为３.５ｈ，遇矿体岩石ｆ值为１２时，凿岩时间延长至５ｈ。
３．４ 人工和掘进台车施工对比
在同等岩石条件下，掘进台车凿岩时间为３.５～５.０ｈ，３人使用ＹＴ－２７气腿式凿岩时间为８～１５ｈ，是人工凿岩时间的８～１０倍，每天可完成４个作业面１２ｍ掘进；掘进台车操作人员需要４人，分别为１个操作手、１个辅助操作人员和２个装药工，月工资总额为４.４万元，凿岩工月工资１.５万元／月，３人月工资４.５万元；掘进台车月（按２５ｄ计算）进尺３００ｍ，平均人工工资１４６.６元／ｍ；人工月（按２５ｄ计算）进尺８０ｍ，平均人工工资５６２.５元／ｍ；人工凿岩的工资是掘进台车的３.８倍，在相邻作业面满足的条件下，掘进台车月进尺是人工凿岩的３.７５倍。掘进台车和人工凿岩相比具有显著优势，但是需经常保养维护，且后期维护费用较高。
４ Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车和机械化设备的推广
通过４４６０ｍ水平Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车的应用，已在二期工程其他区域巷道掘进施工中逐步推广，用于替换ＹＴ－２７型气腿式凿岩机，实现机械化快速、高效作业。为了推进全面机械化作业，采取了逐步淘汰机械化程度低、施工组织能力和管理水平差的施工单位。对于新招标的施工单位要求必须配备机械化施工设备，并且具备机械化施工作业的能力。２０１５年１１月２４日中标井下二期采矿某标段工程的某矿建集团，根据承包合同要求，已采购６台Ｂｏｏｍｅｒ２８１型单臂液压掘进台车，４台阿特拉斯·柯普柯公司（ＡｔｌａｓＣｏｐｃｏ）生产的ＳｉｍｂａＨ１３５４采矿凿岩台车，４台山特维克公司生产的Ｔｏｒｏ１４００Ｅ电动铲运机，斗容４ｍ³，分别在４４００ｍ中段、４４２０ｍ、４４４０ｍ、４４６５ｍ水平进行采切和采矿作业。届时可实现每台凿岩机掘进１２ｍ／ｄ的速度，截至３月１０日进场设备有：３台Ｔｏｒｏ１４００Ｅ电动铲运机、６台同力井下运输车、１台ＳＤＭ１５０环形潜孔钻机、３台Ｂｏｏｍｅｒ２８１掘进台车和１台ＳＴ１０３０铲运机。目前设备已投入井下生产。
５ 结语
甲玛铜多金属矿二期工程总规模为１６５００ｋｔ／ａ（５００００ｔ／ｄ），目前基建工程已基本施工完成。华泰龙公司引进Ｂｏｏｍｅｒ２８１型单臂液压掘进台车等国内、外先进节能生产设备，采取多种措施，以点带面，逐步推广，推动企业生产机械化，使矿山装备水平达到同行业领先水平，实现了企业先进、高效、安全、可靠地生产运营。为在雪域高原建成一座技术领先、设备先进、高效低耗、环境优雅、安全生产、管理科学、效益显著的新型现代化矿山，奠定了坚实基础。