無(wú)軌設(shè)備在黃金礦山地下開(kāi)采中的應(yīng)用

楊佳 任斌 張娣

摘要：錦豐金礦地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖及礦體破碎、構(gòu)造發(fā)育、穩(wěn)定性差及硬度低，采用大斷面全支護(hù)巷道，并成功應(yīng)用國(guó)外大型無(wú)軌設(shè)備進(jìn)行機(jī)械化開(kāi)采。按照施工工藝詳細(xì)介紹了錦豐金礦地下開(kāi)采無(wú)軌采礦設(shè)備、出礦設(shè)備和輔助設(shè)備的相關(guān)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況等。采用無(wú)軌設(shè)備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化開(kāi)采，一期工程生產(chǎn)能力達(dá)75萬(wàn)t/a，二期工程生產(chǎn)能力達(dá)120萬(wàn)t/a，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為地下金屬礦山領(lǐng)域推廣應(yīng)用無(wú)軌設(shè)備提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件;無(wú)軌設(shè)備;斜坡道;黃金礦山;機(jī)械化

中圖分類號(hào)：TD42文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-1277（2020）07-0049-05?doi：10.11792/hj20200710

引?言

近些年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)礦山無(wú)軌采掘設(shè)備的技術(shù)發(fā)展，斜坡道開(kāi)拓越來(lái)越被廣泛應(yīng)用在地下開(kāi)采中。斜坡道開(kāi)拓工藝簡(jiǎn)單，無(wú)軌機(jī)械化施工程度高，可提高礦山的建設(shè)速度，降低礦山建設(shè)投資費(fèi)用，提高礦山生產(chǎn)能力，在真正意義上實(shí)現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的辦礦理念。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，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，目前澳大利亞大部分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20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起并發(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)地下的礦床及埋深較淺的新礦床開(kāi)拓方式的選擇上，其優(yōu)勢(shì)更加突出。

目前，國(guó)內(nèi)地下金屬礦山正處于地下無(wú)軌設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)地下金屬礦山生產(chǎn)，以及作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低，安全和作業(yè)條件差，施工周期長(zhǎng)的勞動(dòng)密集型[2]和有軌采礦設(shè)備階段，而國(guó)際大型礦山已開(kāi)始由無(wú)軌采礦運(yùn)輸設(shè)備機(jī)械化礦山向無(wú)人智能化礦山過(guò)渡。因此，國(guó)內(nèi)礦山無(wú)軌設(shè)備的普及應(yīng)用是中國(guó)礦業(yè)面臨且必須盡早解決的問(wèn)題之一。貴州錦豐礦業(yè)有限公司（下稱“錦豐金礦”）地質(zhì)條件復(fù)雜，礦體和圍巖較破碎，采用主斜坡道無(wú)軌開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)，介紹了無(wú)軌設(shè)備在該礦山的應(yīng)用情況，為地下開(kāi)采金屬礦山推廣應(yīng)用無(wú)軌設(shè)備提供參考。

1?工程概況

1.1?工程地質(zhì)條件

錦豐金礦地質(zhì)條件復(fù)雜，褶皺和逆沖斷層的構(gòu)造組合，斷裂構(gòu)造發(fā)育，礦體主要賦存在斷裂破碎帶或裂隙中，圍巖主要為邊陽(yáng)組和許滿組的細(xì)碎屑巖類砂巖、黏土巖及其過(guò)渡巖石（黏土巖夾砂巖、砂巖夾黏土巖）。工程地質(zhì)數(shù)據(jù)分析：黏土巖、過(guò)渡巖石十分松軟破碎，RMR值50，Q值0.79～2.82，巖體質(zhì)量為Ⅳ—Ⅴ類，質(zhì)量屬壞—差，硬度小于37 MPa;砂巖則相對(duì)較好，RMR值30～35，Q值9.18，巖體質(zhì)量為Ⅲ—Ⅳ類，質(zhì)量屬差—中等，穩(wěn)定性一般，硬度小于60 MPa。

根據(jù)礦山圍巖及礦體復(fù)雜破碎的工程地質(zhì)條件，礦山地下井巷工程均采用管縫錨桿-樹(shù)脂錨桿-鋼網(wǎng)-50 mm噴漿全支護(hù)，構(gòu)造發(fā)育且十分破碎的巷道采用錨索-樹(shù)脂錨桿-鋼網(wǎng)-50 mm噴漿全支護(hù)。

1.2?開(kāi)拓系統(tǒng)

錦豐金礦采用主斜坡道無(wú)軌開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)。礦山井下采用斜坡道開(kāi)拓，無(wú)軌礦卡運(yùn)輸系統(tǒng)。主要開(kāi)拓工程有斜坡道、進(jìn)風(fēng)井和東風(fēng)井、西風(fēng)井。中段高度為60 m，已形成490 m、430 m、370 m、310 m、250 m和205 m等6個(gè)中段。中段采用無(wú)軌礦卡運(yùn)輸，各采場(chǎng)內(nèi)采下礦石通過(guò)無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至各中段或分段裝礦硐室，再由礦卡直接運(yùn)至地表原礦堆場(chǎng)。掘進(jìn)廢石通過(guò)無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至各中段或分段裝礦硐室，再由礦卡運(yùn)至空區(qū)充填或直接運(yùn)至地表廢石場(chǎng)。

1）斜坡道。斜坡道口位于礦體下盤(pán)中部560 m標(biāo)高處，按1∶7的坡度折返式向下延深，垂直方向上每下降20 m設(shè)一聯(lián)絡(luò)道與各中段或分段巷道相連，現(xiàn)已開(kāi)拓至205 m標(biāo)高。斜坡道內(nèi)每隔300 m設(shè)置20 m的緩坡段，每隔150 m設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)硐室，用于施工時(shí)的廢石裝運(yùn)或生產(chǎn)時(shí)錯(cuò)車。直線段掘進(jìn)斷面面積27.52 m2，凈斷面面積25.73 m2，轉(zhuǎn)彎半徑25 m。 主要擔(dān)負(fù)井下礦石、廢石、人員、材料和設(shè)備的運(yùn)輸，并擔(dān)負(fù)井下的輔助進(jìn)風(fēng)。

2）進(jìn)風(fēng)井。進(jìn)風(fēng)井布置在礦體下盤(pán)中部，距斜坡道約100 m，通過(guò)進(jìn)風(fēng)斜井聯(lián)系地表，硐口標(biāo)高595 m，現(xiàn)在開(kāi)拓至205 m。其中：595～390 m標(biāo)高為進(jìn)風(fēng)斜井，長(zhǎng)度410 m，傾角30°，掘進(jìn)斷面面積27.52 m2，凈斷面面積25.73 m2;390～205 m標(biāo)高為盲豎井，長(zhǎng)度185 m，井筒凈直徑5.5 m，掘進(jìn)斷面面積30.19 m2，凈斷面面積23.76 m2。

3）東風(fēng)井。東風(fēng)井布置在礦體上盤(pán)東部，井口標(biāo)高730 m，井底標(biāo)高205 m，其中282～205 m標(biāo)高為盲豎井。井筒凈直徑5.5 m，長(zhǎng)度525 m，掘進(jìn)斷面面積30.19 m2，凈斷面面積23.76 m2。擔(dān)負(fù)井下全部回風(fēng)。

4）西風(fēng)井。西風(fēng)井布置于露天出入溝口附近580 m標(biāo)高處，580～480 m標(biāo)高為明豎井，下部采用接力盲豎井。井筒直徑5.5 m，掘進(jìn)斷面面積30.19 m2，凈斷面面積23.76 m2，西風(fēng)井擔(dān)負(fù)風(fēng)量較小。

采用Surpac三維軟件繪制的礦山三維立體開(kāi)拓系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

1.3?開(kāi)?采

錦豐金礦為露天-地下聯(lián)合開(kāi)采大型黃金礦山，露天礦開(kāi)采范圍為450 m標(biāo)高以上礦段，采用無(wú)軌礦卡運(yùn)輸系統(tǒng)，露天采礦已于2015年結(jié)束。地下礦山開(kāi)采范圍為露天坑外525 m至深部所有可采礦產(chǎn)資源區(qū)域。地下開(kāi)采設(shè)置490 m、430 m、370 m、310 m、250 m、205 m 6個(gè)中段。開(kāi)拓方案采用主斜坡道無(wú)軌開(kāi)拓方式，坑內(nèi)運(yùn)輸為地下礦卡運(yùn)輸系統(tǒng)。采礦方法為上向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法。采用Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車鉆孔，7.3 m3或8.4 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦、出渣。礦石最終通過(guò)45 tAD45B型礦卡裝運(yùn)經(jīng)主斜坡道運(yùn)至地面。地表已建有充填站，采用分級(jí)尾砂（或加入人工灰?guī)r砂）膠結(jié)充填，充填能力能滿足礦山120×104 t/a生產(chǎn)規(guī)模的要求。

2?無(wú)軌設(shè)備

2.1?設(shè)備主要參數(shù)

無(wú)軌設(shè)備按施工工藝依次分為回采設(shè)備、出礦設(shè)備、巷道掘進(jìn)設(shè)備、其他輔助設(shè)備等。無(wú)軌設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2?回?采

1）鑿巖。Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車，孔徑45 mm，孔深3 m，掘進(jìn)斷面面積22.03 m2，平均鉆孔效率500 m/臺(tái)班，平均掘進(jìn)效率5～6 m/臺(tái)班，每天2班計(jì)算，每米崩礦量約59 t，1臺(tái)Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車采礦量約705 t/d，5～6臺(tái)Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車擔(dān)負(fù)全礦120×104 t/a的采礦量。

2）支護(hù)。CabletecLC型錨索臺(tái)車，孔徑45 mm，孔深15～35 m，錨索安裝速度100～150 m/臺(tái)班。Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車，孔徑45 mm，孔深3 m，安裝錨桿和鋼網(wǎng)片。Spraymec 1050WPC型噴漿車，噴漿速度30～33 m3/h，噴射混凝土加入鋼纖維，噴射混凝土分層施工，兩次噴射時(shí)間間隔15～20 min，初噴厚度15～20 mm，總噴層厚度50～60 mm，噴射工作范圍水平方向16 m，垂直方向11 m，覆蓋半徑8～16 m。

3）鏟裝。R1700G型柴油鏟運(yùn)機(jī)，平均出礦距離300 m、平均臺(tái)班效率400～500 t/臺(tái)班，2班（每班12 h）作業(yè)，2臺(tái)R1700G型鏟運(yùn)機(jī)擔(dān)負(fù)1 515 t/d的廢石運(yùn)量，4臺(tái)R1700G型鏟運(yùn)機(jī)擔(dān)負(fù)全礦120×104 t/a的礦石運(yùn)量。

4）裝藥。Normet公司的MC605型裝藥車，ANFO裝藥管直徑30×38 mm，裝藥管長(zhǎng)度30 m，配置2個(gè)360 L不銹鋼ANFO炸藥罐，總?cè)萘?20 L，配備6 m3/min、0.7 MPa的機(jī)載空壓機(jī)，帶動(dòng)ANFO炸藥運(yùn)輸空間和工作臺(tái)及ANFO炸藥添加系統(tǒng)。

2.3?出?礦

1）設(shè)備及其工作參數(shù)。礦（廢）石的鏟、裝、運(yùn)是采礦工序中的重要環(huán)節(jié)，合理的出礦和運(yùn)輸能力對(duì)提高采礦生產(chǎn)能力和發(fā)揮其他相關(guān)設(shè)備的效率有很大的促進(jìn)作用[3]。鏟裝設(shè)備選用R1700G型鏟運(yùn)機(jī)（其中2臺(tái)遙控鏟運(yùn)機(jī)）和R2900G型鏟運(yùn)機(jī)，運(yùn)輸設(shè)備選用AD45B礦卡。鏟運(yùn)機(jī)工作參數(shù)見(jiàn)表2。

2）設(shè)備出礦能力。通過(guò)礦卡的作業(yè)地點(diǎn)、到達(dá)和離開(kāi)的時(shí)間、循環(huán)時(shí)間、運(yùn)行距離、等待時(shí)間和故障時(shí)間來(lái)考察礦卡的運(yùn)輸能力。礦卡作業(yè)地點(diǎn)由掘進(jìn)和采礦地點(diǎn)決定，礦山生產(chǎn)和掘進(jìn)主要集中在390 m分段、370 m中段、310 m中段、290 m分段、270 m分段和主下斜。從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，運(yùn)礦主要集中在310 m中段和370 m中段。礦卡到達(dá)和離開(kāi)轉(zhuǎn)載硐室的時(shí)間之差即為裝礦和等待時(shí)間。此外，礦卡每天白班運(yùn)礦時(shí)間段為6：50—11：50和12：50—17：50，共10 h。各轉(zhuǎn)載硐室運(yùn)輸距離見(jiàn)表3，礦卡各工序時(shí)間調(diào)查結(jié)果[3]見(jiàn)表4，根據(jù)各工序時(shí)間繪制的礦卡運(yùn)輸循環(huán)時(shí)間見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出：礦卡的平均循環(huán)時(shí)間雖然各不相同，除個(gè)別變化較大外，整體上較為穩(wěn)定，最長(zhǎng)為51 min，最短為20 min，除去幾個(gè)極值后計(jì)算得出平均循環(huán)時(shí)間為33 min。循環(huán)時(shí)間受多種因素的影響，包括等待時(shí)間、運(yùn)輸距離、故障時(shí)間、主下斜交通情況等。平均運(yùn)距2 500 m時(shí)礦卡每日平均拉運(yùn)量為1 636 t。 礦卡平均服務(wù)8 a，設(shè)備明顯老化，礦卡出勤率為3臺(tái)，其他礦卡保養(yǎng)維修，地下開(kāi)采每日平均拉運(yùn)總量為4 800 t;其中，礦石3 600 t，廢石1 200 t。

2.4?巷道掘進(jìn)

巷道掘進(jìn)工藝依次為支護(hù)、鑿巖、裝藥及爆破、通風(fēng)、出渣。①巷道支護(hù)：采用管縫錨桿-樹(shù)脂錨桿-鋼網(wǎng)-50 mm噴漿全支護(hù)或錨索-樹(shù)脂錨桿-鋼網(wǎng)-50 mm噴漿全支護(hù)。支護(hù)參數(shù)：噴射厚50～100 mm混凝土，錨桿間距1.2 m×1.2 m，菱形布置，采用管縫錨桿和樹(shù)脂錨桿，錨桿長(zhǎng)2～3 m，外直徑分別為47 mm和25 mm，管縫錨桿管壁厚3 mm。Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車安裝錨桿和網(wǎng)片，Spraymec 1050WPC型噴漿車噴射鋼纖維混凝土至50 mm。鋼絲網(wǎng)條采用冷拔鋼絲，網(wǎng)條直徑5 mm，材質(zhì)Q235，網(wǎng)孔尺寸100 mm×100 mm。②鑿巖：選用6臺(tái)Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車，孔徑45 mm，孔深3 m，每日總掘進(jìn)約33 m。③裝藥及爆破：MC605型裝藥車裝藥，裝藥速度4 m3/min，ANFO炸藥添加系統(tǒng)自動(dòng)加藥，采用導(dǎo)爆管起爆。④通風(fēng)：采用局扇凈化工作面，排出有毒氣體及粉塵。⑤出渣：2臺(tái)R1700G型鏟運(yùn)機(jī)出渣。

巷道掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)需要的時(shí)間：①支護(hù)工作包括支護(hù)前的準(zhǔn)備工作20 min，撬頂20～30 min，Boomer282液壓式鑿巖臺(tái)車安裝錨桿及掛網(wǎng)150～180 min;②Boomer282 液壓式鑿巖臺(tái)車鑿巖工作包括鑿巖前的準(zhǔn)備工作25 min，鑿巖耗時(shí)120～150 min，掌子面炮孔布置見(jiàn)圖3;③MC605型裝藥車裝藥及爆破工序耗時(shí)70～90 min;④通風(fēng)時(shí)間50 min左右;⑤每循環(huán)出渣耗時(shí)100～240 min[4]。巷道掘進(jìn)平均循環(huán)見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出：巷道掘進(jìn)平均循環(huán)時(shí)間12 h，則單工作面每日可完成2個(gè)循環(huán)。地下工作面平均循環(huán)進(jìn)尺為2.8 m，則每日平均進(jìn)尺5.6 m。地下每日掘進(jìn)總工作面8個(gè)，每日平均掘進(jìn)45 m。其中，礦石掘進(jìn)33 m，廢石掘進(jìn)12 m。

2.5?其他輔助工藝

地下無(wú)軌輔助設(shè)備主要包括芬蘭Normet公司的1臺(tái)MultimecMU-1000型多功能服務(wù)車和1臺(tái)MF100型多功能服務(wù)車，1臺(tái)灑水車，1臺(tái)三一重工平地車，2臺(tái)炸藥皮卡，10臺(tái)皮卡車。多功能服務(wù)車用于油料運(yùn)輸，地下線路安裝、維修維護(hù)，運(yùn)輸?shù)叵率┕げ牧希叵屡潘玫跹b轉(zhuǎn)移等輔助工作;灑水車用于地下主斜坡道灑水降塵;平地車平整地下巷道路面;炸藥皮卡運(yùn)輸?shù)叵卤普ㄋ幖捌渌破鞑?皮卡車為地下技術(shù)員、安全員、其他工作人員交通工具。無(wú)軌輔助設(shè)備服務(wù)地下生產(chǎn)，沒(méi)有固定工作時(shí)間，根據(jù)地下生產(chǎn)需要下井工作。

2.6?應(yīng)用效果

礦山生產(chǎn)引進(jìn)國(guó)外進(jìn)口地下無(wú)軌設(shè)備，配合國(guó)際化智能采礦管理軟件Surpac、MineSchedule、Mine2-4D & EPS、Rocscience、Ventsim等，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化采礦生產(chǎn)管理，地下采礦工作機(jī)械化施工，每日采礦施工進(jìn)度三維可視化更新，保證了井下工作人員最少，工作環(huán)境最安全;施工過(guò)程全程三維可視化監(jiān)控管理，保證了在巖石條件極其復(fù)雜的條件下礦山運(yùn)營(yíng)10年零死亡事故;實(shí)現(xiàn)一期工程生產(chǎn)能力75萬(wàn)t/a，二期工程生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/a，已累計(jì)生產(chǎn)黃金約45 t;實(shí)現(xiàn)銷售收入約110億元，上繳各項(xiàng)稅費(fèi)近13億元;取得了極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3?結(jié)?語(yǔ)

近幾年，斜坡道、無(wú)軌運(yùn)輸大巷等高效設(shè)備通道在各大礦山有條不紊地建設(shè)，大型無(wú)軌采掘設(shè)備也都陸續(xù)投入地下金屬礦山使用。根據(jù)無(wú)軌設(shè)備性能、斜坡道功能及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，規(guī)范斜坡道的設(shè)計(jì)、施工，詳細(xì)比較地下礦山不同開(kāi)拓系統(tǒng)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，礦山企業(yè)的快速發(fā)展都有著極為重要的作用。

介紹了錦豐金礦無(wú)軌設(shè)備的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)機(jī)械化水平較低的地下開(kāi)采礦山提供了可以借鑒的先進(jìn)采礦技術(shù)、機(jī)械化采礦工藝、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)、生命無(wú)價(jià)的礦山運(yùn)營(yíng)理念，促進(jìn)了中國(guó)礦山的機(jī)械化、智能化綠色和諧礦山的發(fā)展。近年來(lái)，隨著國(guó)際礦業(yè)設(shè)備公司進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)礦業(yè)設(shè)備制造業(yè)高速發(fā)展，中國(guó)礦業(yè)公司與國(guó)際礦業(yè)公司的兼并合作越來(lái)越多。綠色智能數(shù)字礦山是中國(guó)大型礦業(yè)公司走向國(guó)際大舞臺(tái)的有利保障，地下礦山機(jī)械化采礦是綠色智能數(shù)字礦山的基礎(chǔ)。因此，中國(guó)礦業(yè)必須在大型機(jī)械化采礦設(shè)備成功普及應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展中國(guó)綠色智能數(shù)字礦山。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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