金属矿地下连续开采技术研究
摘 要：改革以来我国的金属矿开采技术得到了很大的发展，尤其在金属矿地下开采方面生产工艺已经接近世界先进水平。本文系统介绍了金属矿地下连续开采的基本知识及开采工艺。并且例举了新疆金属矿地下连续开采的工程实例，对地下金属矿连续开采的目前状况进行了分析，以供广大矿业工作人员参考。
关键词：地下金属矿；连续开采；技术
一、金属矿地下连续开采的基本情况
采矿是通过矿堆的采准、切割和回采三个工艺流程将矿石从地下矿床开采出的过程。采矿方式分地上开采和地下开采两种。近年来，我国地下开采的金属矿山逐渐增多，地下开采的各个工序基本实现了由机械化操作取代手工作业，开采自动化程度明显提高。地下连续开采技术是我国目前地下采矿的先进技术。地下连续开采有两种主要方式，一是当矿体硬度较小时，开采时各个工序连续平行进行施工。二是当矿体硬度大时，开采时分成若干个施工段，不同施工段的各个工序连续平行进行施工，这需要在开采时做好各个工序间的协调工作。
国外地下采矿装备系列齐全，配套完整，机械化程度也高，从凿岩、装药到转运，全部实现了机械化配套作业，各道工序无需手工体力操作，无繁重体力劳动，装备无轨化、液压化、自动化程度较高。地下无轨采矿工艺是目前国际先进采矿工艺技术的标志。国外目前先进的采矿装备已完全实现了无轨化、液压化。在自动化方面，已成功地应用了无人驾驶、机器人作业等新技术。
二、金属矿地下连续开采工艺
1.在对大块矿岩开采时，为提高开采的效率，连续进行落矿、出矿、运输等工艺的回采施工。回采时采用前进式推进顺序，施工过程中不留矿柱。采用这种连续开采的工艺可提高开采效率，经济适用，方便矿块的控制管理和采矿设备调配，将来发展潜力很大。
2.在对地下矿石进行后处理时，采用专门的运输机连续进行矿石的出矿、转运、提升等工艺的施工。使地下矿石开采、运送达到一体化。采用这种工艺可以加快开采速度，近几年来，该工艺应用较广。
3.如果开采的矿岩硬度较大，开采具有一定的难度，可采用连续采矿机实现掘进、挖掘、落矿、出矿、转运等工艺过程的连续化施工。目前，有关专家对这种采矿工艺的研究取得了很大的进展，使其应用前景更加广阔。
三、金属矿山地下连续开采的问题及处理措施
我国自90年代以后，随着科学技术的不断发展，在地下连续开采技术研究方面取得了重大的突破，多项地下连续开采技术已经应用在矿山中。同世界先进国家相比，仍有一定的差距。目前矿山开采中还存在某些问题急需解决。有的矿山在采矿时，将采矿分为矿石和矿柱两个步骤，将收矿柱放在开采矿石后面。这种采矿方法存在如下不足之处：矿柱质量难以保证，所留矿柱截面形态各异，抗压强度低，易产生破坏。矿柱回收结果不理想，能正常回收的矿柱较少，不但浪费了资源，而且降低了采矿效率，延长了采矿作业时间，对地下采矿的经济效益产生很大影响。并且由于采矿步骤多，在管理上也产生许多困难。为了解决上述问题，有关专家不懈的努力，研究出地下连续开采无矿柱法。这种地下连续采矿施工方法如下：将步骤划分成矿段，不留矿柱，回采单元用矿段表示，采用将切割槽割在矿段中部，并把振动机布置在结构底部出矿的方法。矿石由振动车搬运，连续进行出矿、运矿的作业。崩矿过程中及时进行回填，平行进行采切、回采、充填的作业，使采矿工作连续不间断的施工。地下连续无矿柱采矿的实施，表明我国地下金属矿开采技术进入一个新的层次。使矿柱回收困难的问题得到很好的解决，加快了采矿的时间，避免了国家资源的浪费，提高了地下采矿的经济效益。由于减少了采矿步骤且使采矿各工序衔接紧密，连续不间断的开采，为采矿集中管理带来便利，使劳动效率大幅增长。回采时工序安排合理，连续开采，还解决了深部矿体开采时因为地压较大引起的围岩失稳问题。极大的促进了我国矿山开采的现代化进程。另外，地下连续开采的规范还不够完善，各地区对采矿的标准和要求还不统一，虽然重视开采新技术的研究，但对设备的配套及工艺的优化重视程度还不够，对新型设备的推广还不够完善。必须在有关部门的领导下，完善采矿规范标准，加强连续工艺的优化与设备的合理配套。建立与连续开采相适应的理论体系。在不断开发研制新型设备的同时，注重对新型设备的推广应用。使我国的金属矿地下连续开采进一步向现代化迈进。
四、地下连续采矿技术的应用
新疆某铁矿年产矿石能力20万吨。矿区属丘陵地带，气候干燥，夏季雨水较多，年平均降雨量1732.6毫米，冬季气温较低区域内未有大的河流，矿区地震烈度为6度。经勘察矿区深层土质为岩石，浅层为砂砾层。矿床为缓倾斜矿床，矿体为脉状矿体。地下开采的日产量为3000吨。采用地下连续开采方案，用胶带运输机连续运输，地下开采按由上往下的顺序开采。 将整个矿块划分为一个回采单元，矿块厚度即采场宽，相互采场之间不留矿柱，依次连续的进行采切、回采、充填三大工序，回采不允许在同一分层上进行，要分层进行，不同时进行相邻采场的采切。为避免开采时破坏四周土的应力，出现应力集中现象，影响围岩稳定，产生地面塌陷，设计对采空区采用非胶结充填方式处理，可以消除塌陷的危险。这种充填方式工程量较大，生产效率低，回采操作不便。后经专家研究决定，采用连续帷幕随时充填技术。该充填工艺施工时不留矿柱，开采各工序连接紧密，连续性好，而且作为支护的可压缩金属支座支护能力好。确保了采矿的安全，为出矿、转运和充填提供了方便。能对采空区进行及时迅速的回填。此采矿技术开采时采用将整体矿脉一体推进方式。主要的采切工程有：底盘转运巷道、切割巷、出矿漏斗及切割天井。地下连续采矿技术将回填空区用矿岩分离出的废石回填，采用了先进的矿浆输送方式。将深孔连续采矿技术、矿岩分离技术、矿浆输送技术等工艺与技术综合起来应用，实现了回采的高效率，经验证经济效益和社会效益良好。
五、金属矿地下连续开采未来的发展
我国的金属矿地下开采技术和过去相比虽然有了很大的进步，但要赶上并超过世界先进水平尚需不断发展，地下金属矿开采的大型化、数字化、连续化将是未来发展的主要方向。在采矿技术发展的同时需考虑社会效益和经济效益，研制并应用适合地下金属矿连续开采的技术，使矿山的开采与四周生态环境相谐调。有关部门还需组织专家加大对矿岩应力的研究，增加围岩的稳定性，以提高地下开采的安全性。还要加大对充填采矿法的推广力度，并且坚持朝快速化、环保化的方向发展。
六、结语
随着社会的发展，我国的采矿技术也不断进步。其中金属矿地下连续开采的技术已经接近世界先进水平，基本实现了金属矿地下连续开采的连续化和机械化。如何使我国的金属矿地下连续开采技术取得更大的进步，研究出更先进的金属矿地下连续开采技术，仍是广大矿业技术人员今后的努力目标。
课题1:推力滚子轴承外罩冲压工艺与(某一冲压工序)模具设计
指导教师:刘良瑞
推力滚子轴承外罩的材料:08或10,年产量:6万件.
要求:设计推力滚子轴承外罩的冲压工艺;选某一冲压工序,完成该工序模具的设计计算工作;用AutoCAD绘制冲压工艺卡(绘图比例不作要求,打印在A4图纸上)两张,模具总装图(绘图比例1:1,打印在A3图纸上)一张,凸模,凹模,凸凹模或固定板零件图(绘图比例1:1,打印在A4图纸上)各一张;编写设计说明书(不少于4000字);上交电子文档和打印文档.
课题2:我国模具制造的发展趋势
指导教师:刘良瑞
要求:进行调查研究,查阅中外文献,论点要鲜明,论据要充分,图文并茂;论文不少于5000字;上交电子文档和打印文档.
课题3:冲裁模压力中心计算的快捷方法
指导教师:刘良瑞
要求:查阅中外文献,利用专业知识进行比较,分析,探求新的,快捷的计算方法,论据要充分,图文并茂;论文不少于5000字;上交电子文档和打印文档.
课题4:金属手柄冲裁工艺与模具设计
指导教师:陈坚
工件名称:手柄 生产批量:中批量 材料:Q235-A钢
材料厚度:1.2mm 工件如下图所示:
设计要求:
1,对此工件进行成形工艺设计,包括工艺分析及选择方案,工艺计算,制定冲压工艺方案,确定模具结构尺寸和选择压力机;
2,编写冲压工艺过程卡片;
3,要求绘制冲模总装配图一张和部分主要零件图(包括落料凸模 ,冲孔凸模,凹模,导料板和卸料部件等零件图)各一张;
4,完成设计计算说明书一份(字数不少于5000字);
5,上交电子文档和打印文档.
课题5:金属盖落料拉深工艺与模具设计
指导教师:陈坚
零件名称:盖 生产批量:大批量 材料:镀锌铁皮 厚度:1mm
设计任务:
1,对此工件进行成形工艺设计,包括工艺分析及选择方案,工艺计算,制定冲压工艺方案,确定模具结构尺寸和选择压力机;
2,编写冲压工艺过程卡片;
3,要求绘制冲模总装配图一张和部分主要零件图(包括落料凹模,凸凹模,卸料板和拉深凸模零件图)各一张;
4,完成设计计算说明书一份(字数不少于5000字);
5,上交电子文档和打印文档.
课题6:落料凹模的制造
指导教师:郭胜
落料凹模材料Cr12,硬度60—64HRC.
要求:根据落料凹模的图纸和质量技术要求,拟定合理的工艺方案,并对所拟定的工艺方案进行技术和经济效益的综合分析及评价,编制加工工艺卡(用AutoCAD绘制,打印在A4图纸上);根据拟定的工艺卡,能正确选用机床,刀具,夹具,量具等工艺装备和工艺参数,完成落料凹模的加工(在加工时,允许采用45钢代替,并可以不热处理.); 编写工艺设计说明书(不少于3000字);上交电子文档和打印文档并提供样品.
课题7:转子芯片冲头的制造
指导教师:郭胜
冲头材料DF—2, 60—62HRC(淬火温度800—850℃,油冷,回火温度180—225℃,60—62HRC,用作五金箔片冲压模,各种测规.)
要求:根据转子芯片冲头的图纸和质量技术要求,拟定合理的工艺方案,并对所拟定的工艺方案进行技术和经济效益的综合分析及评价,编制加工工艺卡(用AutoCAD绘制,打印在A4图纸上);根据拟定的工艺卡,能正确选用机床,刀具,夹具,量具等工艺装备和工艺参数,完成导正销的加工(在加工时,允许采用45钢代替,并可以不热处理.); 编写工艺设计说明书(不少于3000字);上交电子文档和打印文档并提供样品.
课题8:塑料盖子注塑模设计
指导教师:黄常翼
材 料:PP-R
收 缩 率:1.5%
技术要求:内表面拔模斜度1.5°,一模四件,零件顶部打标"HGZY+学号".
设计内容及要求:来源：
1)分析零件的成形工艺性,制品的基本参数的计算及注射机选用,模具类型及结构的确定;
2)模具和成型机械关系的校核;
3)模具零件的必要计算;
4)使用AutoCAD绘制模具装配图(绘图比例1:1,打印在A3图纸上)一张,绘制型腔,型芯及重要零部件零件图(绘图比例1:1,打印在A4图纸上)共五张;
5)编写设计说明书(不少于4000字);
6)要上交电子文档和打印文档.
课题9:浅谈激光加工技术在模具制造中的应用
指导教师:黄常翼
要求:进行调查研究,查阅中外文献,论点要鲜明,论据要充分,图文并茂;论文不少于5000字,摘要200-300字,参考资料不少于5篇;上交电子文档和打印文档.
课题10:垫圈冲孔—落料复合模设计
指导教师:舒剑峰
冲件名称:垫圈
冲件材料:10
冲压料厚:1mm
电火花曲面展成加工的研究
来源：福建泉州华侨大学机电及自动化学院 作者：刘石安
【摘 要】研究数控电火花铣削加工工艺，探索大面积曲面铣削加工方法，加工路径直接由通用模具设计软件生成，电极损耗补偿按加工路径均匀递增补偿法计算。
【关键词】电火花加工；电火花铣削加工；电极补偿
电火花成形是模具型腔加工的主要方式，其加工质量关键之一是电极的制造，由于粗、中、精加工时的放电间隙不同，电极尺寸也应不同，因此需制作多个电极才能最终满足加工精度的要求。特别是型腔加工面积较大时，有时还必须使用分割电极加工法，依次完成型腔各个部分的加工。由此使电极制作成本增高。分割电极加工时，型腔表面还会产生接缝以及电极二次装夹重复定位精度问题，这些都会影响电火花成形加工的质量。
随着数控技术的发展，模具型腔加工有了新的工艺方法——数控电火花铣削加工，即用简单电极展成复杂型面。数控电火花铣削加工工艺的关键是加工路径的生成和电极损耗的补偿。对此国内外许多电加工学者做了大量深入细致的研究，如研究等损耗分层加工模型以及基于该模型建立加工路径生成的专用CAM软件，研究电极损耗精密检测技术、在线电极补偿等[1~4]。
数控电火花铣削工艺可进行修尖角加工、窄缝加工及侧面伺服加工等，但本文更关心的是空间直线伺服进给问题，研究的主要内容集中于空间曲线轨迹加工方向、空间曲面展成加工方向，探索型腔型面的数控电火花铣削加工工艺。
本文引用金属切削加工中心的工艺路线，应用通用的模具加工软件UG造型，生成加工路径，并将加工代码编译成具体机床的数控指令。在电极损耗补偿方面，只考虑Z轴方向的补偿，并提出沿电极加工路径、按轨迹路程均匀递增补偿电极损耗的方法。
1 数控电火花铣削加工工艺
加工中心的铣削加工工艺已很成熟，故将其引入数控电火花铣削加工工艺中。经过研究和实验，已证实轮廓加工、挖槽加工、沿曲面加工、修边、去残留等加工问题都能用数控电火花铣削加工方法解决，也就是说数控电火花铣削加工中的加工路径生成问题可以用通用模具加工软件解决。
值得注意的是电火花铣削加工并不等同金属切削加工，由于放电间隙和电极损耗的存在，会对型腔尺寸精度产生影响，因此在给数控电火花铣削加工编程时必须注意如下问题：
(1) 加工余量。该参量的最小值要求大于放电间隙，超精加工时加工余量并不为零，且前一道工序要给后一道工序留下余量。
(2) 加工方式。在轮廓加工或挖槽加工时可以选择生成圆弧段程序。而在沿曲面加工时必须选择直线加工方式，包括切入切出程序，即程序段必须是空间微直线段，这也有利于电极损耗补偿计算。
(3) 加工精度。加工精度越高，弦线对空间曲线的逼近度越高，空间微直线段越多，程序越长。实际加工时，粗加工可以选择低一点的精度，以减少程序段数。
(4) 残余波峰高。该参量指刀具横向进给量，其值越小，加工曲面越光顺。该参量也可以用刀具直径的百分比表示。
(5) 电极尺寸。本文要求每次加工编程时输入电极直径的实测值，这样可让电极损耗补偿计算只须放在Z轴方向。
(6) 电参量和电极长度补偿。电参量的选择要参考加工余量，超精加工时要选择正极性加工方式，要用电子的能量去修平放电痕凸起。电极损耗补偿值依工艺经验而定，它与电参量、电极材料对及工作液等相关。电极损耗补偿值均匀插入每个微直线段端点上。
数控电火花铣削加工编程路线（图1）按上述6个方面要求设置参量，就可生成粗、中、精加工路径及机床数控指令。
加工余量、加工方式、精度、残余波峰高、实际电极尺寸
零件
毛坯
UG-NX
刀具路径补偿软件
电参数
刀具长度补偿值输入
电火花数控铣削加工程序
图1 数控电火花铣削加工编程路线
用模具软件UG设计了一空间曲面，上有“电火花”字样。为体现数控电火花铣削加工能力，将所有工序全部采用数控电火花铣削加工方案。粗加工用ф14mm电极，按挖槽采用分层加工，横向进刀为电极直径的80％；中精加工用ф8mm和ф4mm的端电极，按矢量、沿曲面方式加工，横向进刀分别为电极直径的8％和2.5％。图2为中精加工刀具路径。
电极ф8mm，E293 电极ф4mm，E250
（a）中加工 (b)中精加工
电极ф4mm，E250 电极ф4mm，E200
(c)中精加工 (d)精加工
图2 电火花中、精铣削加工刀具路径
在图2d中左下角有一块粉红色的残留区域（在曲面曲率较大凹处），该区域端刀无法深入，因此在精加工之后还需要再用ф4mm指状R刀电极进行最后的光整和去残留加工。
另外，在同一加工余量条件下，工艺上还要求生成反向刀具路径，进行反向铣削加工，消除前一道工序正向加工时因电极损耗而产生的阶梯波浪面，以提高表面形状精度。
2 电极损耗补偿对策
2.1 电极损耗的影响
在数控电火花铣削加工过程中，放电一般发生在电极端部前沿尖角处，电流密度较大，放电集中度高，存在着较严重的电极损耗现象。在加工的开始阶段，工件材料去除量较大；在加工的末尾阶段，工件材料去除量最小，因此实际加工面是一个“斜坡面”，如图3A表面所示。在A表面与B表面之间是本道工序的未加工区。显而易见，电极损耗影响加工精度。
电极补偿过量面C
无电极损耗理想加工面B
没有补偿的加工面A
h1当前层厚度
h2下一层厚度
图3 电极损耗补偿控制参考面
2.2 电极损耗补偿的目的
一方面可控制每一层铣削加工的尺寸及形状精度，另一方面还可给下一层铣削加工减少加工余量累计负担。电极损耗补偿值的给定应按不过度补偿为原则，即其值应小于本层加工量与下一层加工余量之和。
2.3 电极损耗补偿计算的方法
沿曲面铣削加工时按直线方式生成加工路径，所有程序段都是空间微直线段，假设在加工路径相对较长的条件下，电极损耗沿路程均匀分布，其补偿值沿轨迹，按路程均匀递增补偿到每段空间直线终点上，那么电极损耗补偿值在第i程序段的值为：
△i=(△/∑Lk)·(∑j=0→iLj)
式中：△i为第i程序段的电极损耗补偿值；△为当前层铣削加工电极损耗预估值；∑Lk为当前层总的加工路径长；∑j=0→iLj为电极在第i程序段已走过的加工路径长。
△值与电参数和加工路径长度有关，主要用于电火花中、精加工；超精加工时其值设为零。
△i值用于第i程序段的电极损耗Z轴方向的补偿值，是用离线补偿计算法得到的。
3 电火花曲面铣削加工工艺实验
工艺实验在RobForm30三轴数控电火花成形机上进行，用UG软件造型、生成加工路径文件，选用专家系统生成的加工余量和电参数，再经电极损耗补偿处理，生成数控电火花铣削加工程序代码。
表1 是实验选用的加工参数。在精加工中去除的工件材料厚0.016mm,而预估电极损耗△取值0.05～0.07mm（实验值），实际的加工路径总长约为45000.00mm，如按理论计算，每100mm长得到0.10～0.16μm的补偿，18000条程序平均每条得到0.0025～0.0038μm的补偿，因此，如果按规格化计算，那么只有刀具加工很长一段距离之后，刀具电极才会作出实际意义上的补偿，真正作出实际意义上补偿的程序段比例很低。
表1 电火花铣削加工参 mm
加工类型 加工余量 电参数 电极补偿
粗加工
粗加工
中加工
中精加工
精加工
超精加工
0.800 E383 0.500
0.400 E373 0.250
0.200 E293 0.100
0.150 E250 0.075
0.134 E220 0.050～0.070
0.122 E200 0
注：电参数采用RobForm30电火花成形机规准。
粗加工时电极补偿视具体情况而定，首先选择补偿方式加工，补偿取值一般小于加工余量，如果电极损耗较大，电极端面圆角过大，此时应更换电极，Z轴重新对零位后，再进行加工。超精加工时只需生成正、反向加工刀具路径，来回打光打抛曲面。实验中还加入了轮廓加工、残余加工、修边，并考虑了加工精度设置、最大微直线段长度设置等内容。
电极制作部分是一个比较重要的环节，故自制了机上修磨装置，依据铣床刀具工具磨原理，设计有“电碰”定位基准，可精确定位，可修整电极圆柱面，也可修整电极端部球面。但由于铜电极在机械力作用下容易变形让刀，因此只成功修整了φ5～8mm指状棒电极。
图4是数控电火花铣削加工的实物照片，是一个面积约为100mm×70mm的曲面。 答案补充 也可以去百度去看看！
