云錫礦山斜坡道開(kāi)拓設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張小華，盧泰宏

(云南錫業(yè)研究院有限公司， 云南 個(gè)舊市 661000)

0 前 言

在1970年代，伴隨著無(wú)軌設(shè)備的出現(xiàn)，礦山井下斜坡道開(kāi)拓方式逐漸開(kāi)始應(yīng)用,現(xiàn)今澳大利亞大部分的地下礦山都傾向于選擇斜坡道開(kāi)拓方式[1]。國(guó)內(nèi)斜坡道開(kāi)拓方式從1990年代開(kāi)始也興起與發(fā)展，近幾年，隨著井下無(wú)軌設(shè)備的飛速發(fā)展與技術(shù)的不斷進(jìn)步，斜坡道開(kāi)拓的優(yōu)勢(shì)也越加顯現(xiàn)，特別是在露天轉(zhuǎn)地下的礦床以及埋深較淺的新礦床的開(kāi)拓方式選擇上，其優(yōu)勢(shì)更加突出。因此，這種開(kāi)拓方式在國(guó)內(nèi)也得到了比較廣泛的應(yīng)用。云錫公司作為百年老礦山企業(yè)，礦山開(kāi)采深度不斷加大，上部提升運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)完善，在向深部發(fā)展的時(shí)候，斜坡道開(kāi)拓當(dāng)為首選。

1 礦山概況

云錫是集采選冶為一體的大型聯(lián)合國(guó)有重點(diǎn)企業(yè)，擁有采、選、冶等二級(jí)廠礦近20個(gè)，主要生產(chǎn)錫、銅、鉛等多種有色金屬產(chǎn)品，是我國(guó)主要的錫生產(chǎn)基地，企業(yè)已有120多年的發(fā)展歷史，經(jīng)大規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)，現(xiàn)已建成年產(chǎn)金屬量萬(wàn)噸級(jí)礦山2座和五千噸級(jí)礦山2座。礦區(qū)分布范圍廣，礦體分散、礦體多但規(guī)模小，礦體產(chǎn)狀變化大。

近年來(lái)，隨著地質(zhì)找礦力度的加大 ，地勘工作取得了重大突破。新增資源及遠(yuǎn)景資源量有了可喜的補(bǔ)充，為盡快將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在云錫老廠錫礦、松礦、卡房分礦及采選分公司等礦山全面推廣應(yīng)用無(wú)軌高效開(kāi)采，經(jīng)過(guò)充分論證，選定與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)融合的平硐+盲豎井(盲斜井)+斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓方式和井下有軌與無(wú)軌相結(jié)合的運(yùn)輸方式。本文對(duì)礦山斜坡道開(kāi)拓方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2 斜坡道開(kāi)拓設(shè)計(jì)

2.1 斜坡道開(kāi)拓位置的選擇及布置形式

根據(jù)與礦體的相對(duì)位置，斜坡道分為上盤(pán)斜坡道、下盤(pán)斜坡道、端部斜坡道和脈內(nèi)斜坡道。根據(jù)礦體和圍巖的穩(wěn)定性、斜坡道的用途和使用年限來(lái)選擇斜坡道開(kāi)拓位置。

通常斜坡道應(yīng)布置在礦體下盤(pán)[2]。但當(dāng)?shù)V體受地形(礦體下盤(pán)的地表地形為高山地形)、地質(zhì)構(gòu)造(礦體下盤(pán)極不穩(wěn)固等)、礦體賦存條件(走向不長(zhǎng)的薄礦體)等因素影響時(shí)候也可以選擇其他開(kāi)拓位置。

斜坡道按布置形式可分為：直線式斜坡道、螺旋式斜坡道、折返式斜坡道[1]，各布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。一般情況下斜坡道布置形式不宜采用螺旋式。

表1 斜坡道布置形式優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)云錫礦山的各種影響因素綜合分析，各礦山大多采用布置于下盤(pán)的折返式斜坡道。根據(jù)礦體的賦存條件在適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行折返布置，直線段長(zhǎng)度原則上沒(méi)有限制，但不應(yīng)超過(guò)800 m，以免卡車(chē)長(zhǎng)時(shí)間下坡疲勞損傷或是運(yùn)輸設(shè)備剎車(chē)失靈等事故造成重大傷亡事故。斜坡道設(shè)置緩坡段[3]，間距300～400 m，緩坡段要求坡度不大于3%，長(zhǎng)度不小于20 m并能滿足運(yùn)輸設(shè)備的錯(cuò)車(chē)要求。

2.2 斜坡道斷面的形式及規(guī)格的確定

斜坡道斷面規(guī)格主要根據(jù)最大通行設(shè)備以及巷道用途來(lái)設(shè)定。

有人行道斜坡道寬度B：

B=A+a+b

(1)

式中，A為無(wú)軌設(shè)備最大寬度；a為人行道寬度，不小于1.2 m；b為無(wú)軌設(shè)備至墻壁的最小間距，不小于 0.6 m。

無(wú)人行道斜坡道寬度B為：

B=A+2b

(2)

斜坡道的寬度H為：

H=H0+h

(3)

式中，H0為無(wú)軌設(shè)備最大高度；h為設(shè)備距巷道頂板高度，不小于1.2 m。

云錫公司各個(gè)礦山引用了鏟運(yùn)機(jī)、鑿巖臺(tái)車(chē)、地下礦用卡車(chē)、錨桿臺(tái)車(chē)、地下混凝土運(yùn)輸車(chē)及地下人車(chē)等多種成套無(wú)軌設(shè)備，運(yùn)用較頻繁的是鏟運(yùn)機(jī)和礦用卡車(chē)，而礦用卡車(chē)比鏟運(yùn)機(jī)外形尺寸要大得多，因此，以礦用卡車(chē)的參數(shù)來(lái)計(jì)算斜坡道寬度。經(jīng)過(guò)對(duì)比卡車(chē)性能參數(shù)，不同的礦山最終選用了不同的Minetrcck MT2010(20 t)、JZC-20、TH430(30 t)等地下卡車(chē)，并根據(jù)地下卡車(chē)的技術(shù)參數(shù)，配置設(shè)計(jì)了相應(yīng)的斜坡道斷面。各礦山斜坡道斷面規(guī)格見(jiàn)表2。

2.3 斜坡道參數(shù)控制

2.3.1 斜坡道的坡度

根據(jù)斜坡道用途來(lái)確定，用于礦石運(yùn)輸時(shí)不宜大于12%；用于運(yùn)輸設(shè)備、材料時(shí)不宜大于15%。彎道上應(yīng)盡量放緩坡度至 10%以下。

表2 云錫礦山斜坡道開(kāi)拓參數(shù)

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已建成比較成功的斜坡道坡度基本都在這個(gè)范圍左右。如煎茶嶺金礦12.5%、銅礦峪銅礦13%、美國(guó)Bowers-Campbell鋅礦10%、澳大利亞Agnew鎳銅礦11%等。

雖然大多無(wú)軌設(shè)備最大爬坡能力可以達(dá)到40%的坡度以上。但其車(chē)速也隨之減慢,設(shè)備及輪胎損耗加大，同時(shí)，增大了廢氣排放量，井下空氣質(zhì)量也相應(yīng)受到考驗(yàn)[4]。

2.3.2 彎道半徑

轉(zhuǎn)彎半徑由所選擇的無(wú)軌設(shè)備參數(shù)、斜坡道路面條件來(lái)確定。主運(yùn)輸斜坡道的轉(zhuǎn)彎半徑≥20 m。中段聯(lián)道或采區(qū)斜坡道的轉(zhuǎn)彎半徑≥15 m，采場(chǎng)斜坡道的轉(zhuǎn)半徑≥10 m[5]。云錫公司各礦山根據(jù)所選用的不同設(shè)備(12， 20， 30 t)的最小轉(zhuǎn)彎半徑要求及斜坡道功能定位以及考慮運(yùn)行速度等原因，將轉(zhuǎn)彎半徑定為 20～50 m (見(jiàn)表2)。

2.3.3 豎曲線半徑

為使設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，在斜坡道上下坡時(shí)，應(yīng)采用平滑曲線連接變坡點(diǎn)，豎曲線半徑一般為20 m[1]。

2.4 斜坡道的錯(cuò)車(chē)道及路面鋪設(shè)設(shè)計(jì)

2.4.1 錯(cuò)車(chē)道

單線斜坡道,每隔一定距離要設(shè)置調(diào)車(chē)硐室和錯(cuò)車(chē)道。同時(shí)便于工程掘進(jìn)施工時(shí)出渣裝卸，自卸汽車(chē)、鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備掉頭。

錯(cuò)車(chē)道間距,主斜坡道為150～200 m。錯(cuò)車(chē)道縱坡不大于4%, 長(zhǎng)度不小于20 m[1]。錯(cuò)車(chē)道可作為斜坡道緩坡段使用[3]。錯(cuò)車(chē)道的平面尺寸要求可參考圖1。

圖1錯(cuò)車(chē)道平面圖

2.4.2 斜坡道路面鋪設(shè)

根據(jù)云錫卡房分礦2013年一季度實(shí)際生產(chǎn)中礦用卡車(chē)材料消耗統(tǒng)計(jì)，除柴油消耗外，輪胎為設(shè)備的主要消耗品，約為0.12條/kt。輪胎的消耗和斜坡道路面的鋪設(shè)有直接關(guān)系。路基路面的好壞直接影響設(shè)備的完好率及采出礦石成本。

常用的斜坡道路面有碎石路面、混凝土路面、鋼筋混凝土路面和冷瀝清路面[4],根據(jù)斜坡道實(shí)際用途，輔助斜坡道或是采場(chǎng)、中段聯(lián)絡(luò)斜坡道選擇碎石路面,礦山主運(yùn)輸斜坡道設(shè)計(jì)選擇混凝土路面。

由于混凝土路面具有路面平整、設(shè)備運(yùn)行安全、鋪設(shè)及維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中用的較多。混凝土路面鋪設(shè)厚度根據(jù)運(yùn)行車(chē)輛載荷、運(yùn)輸量、混凝土力學(xué)參數(shù)來(lái)選取，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可按表3選取。

為了保證設(shè)備運(yùn)輸安全，便于排水和清理路面，路面應(yīng)設(shè)計(jì)為圖2 所示的形式[5]，實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中為便于施工，一般采用直線型。路面橫坡度(i)要能滿足路面排水要求，混凝土路面一般取1.0%～2.0%。

圖2路拱形式

3 應(yīng)用實(shí)例

云錫采選分公司斜坡道寬度以20 t運(yùn)礦卡車(chē)寬度計(jì)算，斜坡道高度以3 m3混凝土運(yùn)輸攪拌車(chē)高度計(jì)算，確定巷道凈斷面為4000 mm×4000 mm，設(shè)計(jì)斜坡道中心轉(zhuǎn)彎半徑為20 m。坡度≤14%， 在上下坡時(shí)采用半徑≥20 m的斜坡道變坡線。斜坡道每300～400 m水平長(zhǎng)度時(shí)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度≥30 m,坡度<3%的緩坡段。轉(zhuǎn)彎時(shí)設(shè)計(jì)外側(cè)彎道超高5%，同時(shí)由外側(cè)彎道加寬0.5 m；水溝布置于巷道兩側(cè)，采用半圓形式。

斜坡道路面采用水泥穩(wěn)定碎石底基層進(jìn)行底板的鋪設(shè)，強(qiáng)度等級(jí) C25，板厚 30 cm。

巷道內(nèi)架設(shè)的管線主要有動(dòng)力線、照明線、通信線。動(dòng)力電纜、通信電纜分別懸掛于巷道非人行道側(cè)墻壁，掛高2000 mm，通信電纜懸掛在動(dòng)力電纜上方0.3 m處。在人行道一側(cè)或航道頂板布置照明。風(fēng)筒安裝在巷道人行道一側(cè)，掛高大于2000 mm。在斜坡道兩幫對(duì)稱(chēng)安裝道路梯形雙面輪廓標(biāo)，輪廓標(biāo)距底板1.5 m，間距 5～8 m。

根據(jù)云錫近幾年斜坡道實(shí)際應(yīng)用情況，斜坡道設(shè)計(jì)主要有以下幾方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)：

(1) 在斜坡道兩幫對(duì)稱(chēng)安裝道路梯形雙面輪廓標(biāo)，輪廓標(biāo)距底板1.5 m，間距 5～8 m。以提高行車(chē)安全系數(shù)與效率。

(2) 為減少坑內(nèi)泥漿污染斜坡道，影響設(shè)備通行安全，在坑下設(shè)置設(shè)備沖洗硐室。

(3) 為了減少鋼筋混凝土路面養(yǎng)護(hù)困難對(duì)生產(chǎn)的影響，路面選。

(4) 為方便井下運(yùn)輸設(shè)備調(diào)度，加強(qiáng)了井下信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

近幾年，云錫公司各礦山都在大力推行高效采礦的理念，斜坡道、無(wú)軌運(yùn)輸大巷等高效設(shè)備通道在各大礦山都在有條不紊地建設(shè)。大型無(wú)軌采掘設(shè)備也都陸續(xù)進(jìn)入井下并投入使用。根據(jù)設(shè)備性能、斜坡道功能以及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，規(guī)范斜坡道的設(shè)計(jì)、施工，詳細(xì)比較建設(shè)投資與運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，綜合考慮巷道通風(fēng)問(wèn)題，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)礦山成本的控制，公司的快速發(fā)展都有著極為重要的作用。