平硐溜井開拓-膠帶運輸方案在露天礦山的適用條件及相關的安全措施

陳 棟

(蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

平硐溜井開拓-膠帶運輸方案在露天礦山的適用條件及相關的安全措施

陳 棟

(蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

本文主要分析了相對比高較大、地形復雜、坡度較陡、修路較困難的露天礦山，更適合采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案，相對于公路開拓-汽車運輸方案，更經濟、安全、環保；同時，提出了其適用條件、優缺點及相關的安全措施。

露天礦山；平硐溜井；膠帶運輸；安全措施；機械化

0 引 言

隨著礦業經濟的不斷發展，容易開采的石灰石露天礦山越來越少，復雜的地形地貌條件越來越多，常規的公路開拓-汽車運輸方案已不再是唯一的選擇，平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的采用也越來越廣泛。為了選擇更加適合于礦山的開拓方案，對方案進行比較、分析，選出最合理的方案，并提出相關的安全措施，更好地提升平硐溜井開拓-膠帶運輸方案在露天石灰石礦山開采過程中的技術高效性、經濟合理性、生產安全性，更好地滿足礦山安全生產的實際需要。

本文結合設計實踐中的經驗及問題，針對平硐溜井開拓-膠帶運輸方案在露天礦山尤其是水泥礦山中的適用條件及相關的安全措施，提出見解。

1 基本概念

1.1平硐溜井開拓的概念

平硐溜井開拓-膠帶運輸方案是指將工作面附近的礦巖運輸至溜井口卸載，礦巖沿溜井利用其自重溜放，在溜井底部硐室內破碎，然后經膠帶運輸設備直接運至水泥廠或卸載點的一種聯合開拓方式。

絕大多數平硐溜井開拓系統只用來溜放礦石，只有當采礦場附近無條件設置廢石場時，或廢石場與采礦場高差比較大，才采用溜井系統溜放廢石，但必須另設廢石溜井，分別溜放[1]。

1.2平硐溜井系統的組成

平硐溜井開拓系統由溜井口的卸礦平臺、溜井、溜井底部的礦倉、破碎硐室、硐室至地面卸載點的運輸平硐以及回風平硐等組成。

1)運輸。采場工作面的礦石，由自卸汽車運輸至溜井口的卸礦平臺，然后通過溜井利用礦石的重力溜放至溜井底部的礦倉，在破碎硐室內經過破碎，由運輸平硐內的皮帶輸送機直接運輸至地表的卸載點或水泥廠內的原料庫。

2)通風。新鮮風流從膠帶平硐引入，然后沖洗整個溜井底部的硐室，污風通過風機壓入風井、排出地表，完成通風。

3)供電。在溜井底部破碎硐室內設置電氣室，電氣室設變電所，變壓后供破碎設備和輸送帶使用。

4)排水。平硐及風井均有一定的坡度，且在平硐和風井邊側設置排水溝，匯水由排水溝自然排出地表，經平硐口沉淀池沉淀后供生產使用，或排入地表水系。

1.3平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的優缺點

1.3.1 平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的優點

在我國，平硐溜井開拓-膠帶運輸方案主要在比高較大、規模較大的山坡露天礦中廣泛應用。該方案能克服礦區地形地貌的不利因素，利用溜放礦巖的自重，垂直溜放運輸能縮短礦巖的運距，減少了運輸成本，降低了礦石的生產成本。

該方案有利于降低能耗，低碳高效；礦山產量大，溜井通過能力大；礦山生產強度高，溜井連續生產[2]。

膠帶運輸相比汽車運輸人員更少，便于管理，更易實現程控自動化管理[3]。

該開拓方案由于地表運輸利用了自卸汽車的機動靈活性，溜井溜放利用了礦石的自重，平硐皮帶運輸利用了高效能、低成本的設備，因此即使采場的高度較高，對礦石的運距幾乎沒有影響；并且安全可靠，機械化程度高。

同時，在破碎硐室內破碎礦石，可以減少對地表環境的破壞和對周邊環境的影響，受到外界天氣條件的影響也較小。

因此，在比高較大的礦山，采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案，比單一的公路開拓-汽車運輸方案生產成本更為經濟；而前者具有運距短、運輸設備少、人員少、通過能力大、系統中儲存一定礦量的礦石，有利于礦山與水泥廠的均衡生產等特點。

1.3.2 平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的缺點

平硐溜井開拓-膠帶運輸方案有降低生產成本等方面的優點，也有以下缺點：和公路開拓-汽車運輸比較，前期投入較大，建設期較長，平硐溜井施工較困難，達產較晚些；對礦石質量要求高，生產運輸復雜，對生產管理要求較高，同時礦石溜放受不利天氣的影響等。

2 平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的適用條件

2.1宜采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的條件

1) 礦床埋藏于地形相對孤立的高山地帶，采礦場與水泥廠的相對比高大。一般來說，大型露天礦山的相對高差大于120～180 m[4]。

2)礦區地形復雜、坡度較陡、地表被溝谷切割，修建地表運輸道路較困難且工程量較大的礦山[4]。

3)具有平硐溜井施工的地質條件。溜井穿過的巖層應整體性強，巖石強度系數f≥8；沒有較大的巖層破碎帶和軟弱夾層，節理和裂隙不發育以及地下水不豐富。若受條件限制，又必須在地質條件較差的地段開鑿平硐溜井時，應進行局部或全部加固支護，并采取必要的防排水措施。

4)礦山規模大于100萬t。每個平硐溜井系統一般以年運輸能力200萬～300萬t為宜[5]。

2.2不宜采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的條件

1)礦石黏性大且含泥量較多的礦山，因這類礦石在溜放過程中易發生井壁黏泥、溜井堵塞，且處理堵塞花費時間較長，安全性較差；故不宜采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案。除非經過采取措施(如采取預篩分工藝)，能減少和避免嚴重堵塞時才可以采用。

2)對粉礦率高的礦石，因礦石溜放過程中產生的粉礦從而影響礦石質量、降低礦石價值時不宜采用。若從生產管理和溜井結構上采取必要的措施后，能減少溜井堵塞時，仍可采用溜井放礦。

3) 因粉塵對人體的危害極大，故含硅量大的礦石(如砂巖與頁巖等)不宜采用溜井放礦。

4)節理裂隙發育的礦山不宜采用平硐溜井開拓，因易出現溜井周圍巖石片落堵塞溜井的情況，直接影響整個礦山的生產[4]。

2.3平硐溜井開拓-膠帶運輸方案礦山的設計案例

2.3.1 興義市龍家海子水泥用石灰巖礦

產品方案：水泥用石灰石；生產規模：100萬t/a；開采深度：+1 561.4～+1 352 m。工程地質巖組屬穩定性較強的塊狀中硬巖組，水文地質條件較為簡單。

設計采用汽車-斜溜井開拓-平硐運輸方案。從關興公路引線修建礦山便道至+1 544 m基建水平，再修建支線到達各基建、開采水平，基建最低水平為+1 532 m水平，同時修建70°斜溜井至+1 330 m水平，并與+1 330 m的平硐相通；各開采水平礦石經二次破碎后，由液壓挖掘機裝上場內自卸汽車，運至斜溜井直接溜放至破碎硐室，礦石在平硐內破碎后，由1#皮帶至轉運站，再由2#皮帶運輸至水泥廠預均化堆場。

2.3.2 重慶市涪陵區大堡山水泥用石灰巖礦

產品方案：水泥用石灰石；生產規模：300萬t/a；開采深度：+620～+360 m。礦體圍巖單一，力學強度高，結構面較不發育，穩定性好，無毒、無害、無放射性不良地質作用危害等原生環境地質問題，該礦區開采技術條件屬簡單類型礦床。

設計采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案。根據水泥廠原料堆場標高+320 m，卸礦平臺標高+508 m，確定溜井口標高+490 m，平硐標高+360 m。卸礦平臺以上采用公路開拓、汽車運輸；卸礦平臺以下采用平硐溜井開拓-輸送帶運輸。

2.3.3 華潤水泥(封開)有限公司蓮都鎮大沖石場

產品方案：水泥用石灰石；生產規模：1 000萬t/a；允許開采深度：+596.7～+303 m標高。礦床水文地質條件簡單，工程地質條件簡單，環境地質條件中等，礦區礦床開采技術條件的勘查類型是以環境地質問題為主的中等(Ⅱ-3)類型。

設計采用雙平硐溜井開拓-膠帶運輸方案。從礦區西側簡易公路修建礦山道路(Ⅱ級，單車道)到+360 m標高，然后分別修建礦山道路(Ⅱ級，雙車道)到+360 m卸車平臺、+460 m卸車平臺，再從+360 m卸車平臺分別修建礦山運輸道路(Ⅱ級，雙車道)分別到+483 m基建平臺、+468 m基建平臺，從+460 m卸車平臺修建礦山運輸道路(Ⅱ級，雙車道) 分別到+498 m基建平臺、+483 m基建平臺。同時，在+360 m卸車平臺修建一號直溜井到+170 m水平、并與+125 m的一號平硐相通；在+460 m卸車平臺修建二號直溜井到+170 m水平、并與+125 m的二號平硐相通。各開采水平礦石經二次破碎后，由液壓挖掘機裝上場內自卸汽車，運至溜井直接溜放至破碎硐室，礦石在平硐內破碎后，由1#皮帶至轉運站，再由2#皮帶運輸至水泥廠預均化堆場。

3 平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的安全措施

采用平硐溜井開拓-膠帶運輸方案的露天礦山，除一般露天礦山要采取的安全管理措施(成立安全管理機構、制定安全管理制度、設置專職安全員、安全教育培訓、制定事故應急預案、事故處理等)、安全技術措施(滑坡、坍塌、放炮、火藥爆炸、高處墜落、物體打擊、車輛傷害、機械傷害、容器爆炸、中毒與窒息、淹溺、泥石流、火災及觸電等技術方面的安全措施)和職業衛生防治措施(粉塵、噪聲、高溫、振動、輻射等職業危害的防治措施)之外，還要采取其他特殊的安全措施。

嚴格按照安全設施設計編寫提綱及水泥礦山平硐溜礦系統設計有關規范，并結合《金屬非金屬地下礦山安全避險“六大系統”安裝使用和監督檢查暫行規定》(安監總管—〔2010〕168號)，對溜井系統的選址、施工、運營提出以下具體措施。

3.1選址方面的注意事項

溜井的位置選擇在不存在大的溶洞等存在不良工程地質條件的地段，溜井宜設在礦山開采境界范圍內，但不應設于溝谷之中。溜井、平硐及風井等應避開斷層和軟弱巖層。

平硐口位置的選擇以不影響現有上山道路的運輸為原則，并靠近礦石轉運站和道路，有利于施工，故可布置在采場底部的緩坡地帶，或鄰近水泥廠(加工廠)地段。

風井井口位置選擇以不影響礦山開采、上山道路的運輸為原則、并利于施工，故布置與平硐口同一側，且與平硐口的距離不小于30 m。

3.2平硐、溜井施工的安全對策措施

1)礦山井巷工程施工及驗收，應遵守《礦山井巷工程施工及驗收規范》(GBJ213—90)的規定。

2)井巷工程的施工組織設計，應有由施工單位編制。施工前，應組織施工人員學習施工組織設計；施工中，應按照施工組織設計的規定作業，保證工程的規格質量。

3)溜井打井施工前，要進行工程勘察，摸清溜井所在位置的地質情況、斷層及巖石破碎完整性。溜井必須在穩定的巖性中施工。

4)在平硐和溜井的施工過程中，應邊施工邊探測；必要時要采取支護措施，確保井巷的牢固可靠，防止坍塌等事故的發生。平硐在穿越表土層及破碎帶要及時加固與支護。

5)溜井宜采用圓形截面的垂直溜井或傾角不小于70°的斜溜井。溜井直徑應不小于溜放礦石最大尺寸的5倍，且不應小于3 m。溜井下部宜采用貯礦倉式的底部結構。

6)平硐掘進時，應采用局扇通風和灑水降塵；待破碎硐室完成后，應先施工通達地表的通風巷道以及通風排塵系統。

7)通風井口與工業場地相距大于200 m，盡量避免布置在工業區、辦公區的上風側。

8)定期對平硐溜井系統進行檢查和維護，嚴防出現冒頂片幫事故，若發現問題，應及時進行支護、加固處理等。

9)臨近平硐、溜井、破碎硐室進行爆破作業時，為了保證平硐、溜井穩定安全，對爆破作業要求較高，礦山企業應按專項爆破設計要求進行施工管理。

3.3溜井放礦的安全對策措施

1)溜井口卸礦平臺寬度應不小于42 m，以滿足卸礦要求。

2)溜井卸礦口應設車擋，并設有明顯的標志、良好的照明和安全護攔，及醒目的防跌落的安全警示標志牌，卸礦平臺設穩固的車擋，車擋高度不小于輪胎高度的2/3，以防止人員和卸礦車輛墜入。

3)在礦石溜放時，指派專人在現場指揮卸礦作業。禁止無關人員在溜井口附近逗留，人員遠離卸料平臺。

4)嚴格控制溜放礦石的粒徑，應不大于溜井直徑的1/5。

5)溜礦井不應放空，應保持經常性放礦制度，嚴禁黏土礦物卸入溜井。

6)開采工作面下降時，在溜井口周圍爆破作業前，應有專門設計。

7)溜礦井發生堵塞、跑礦等事故時，應待其穩定后再查明事故的地點和原因，并制定處理措施；事故處理人員嚴禁從溜井礦倉下部進入溜井。

8)應加強平硐溜井系統的生產技術管理，編制管理細則，定期進行維護檢修。

9)雨季應加強水文、工程地質觀察，并減少溜礦儲礦存量。

3.4平硐溜井開拓-破碎運輸系統安全對策措施

1)對人員進行上崗安全教育培訓，所有工作人員必須佩戴安全帽。

2)運輸平硐一側留設2 m寬的人行材料通道；輸送帶與人行通道一側設警示牌。輸送帶運行時，人員遠離輸送帶。

3)保持破碎硐室的密閉完整性。破碎機械的基礎必須牢固，機架穩固性必須良好；每臺破碎系統的每一臺設備應設置總停開關，每一個工作人員位置都應有急停裝置，防止突發事件引發的危險。

4)對機械設備進行維修巡檢、維修保養。接塵作業人員應做好個體防護，佩戴防塵口罩。禁止人員在輸送帶下部進行清礦。破碎、輸送帶設置備用電機、備用電源。

5) 破碎硐室、輸送帶等危險部位加裝防護罩、懸掛安全警示標志，如防跑偏、撕裂、打滑等。

6)懸空高度大于2 m以上的輸送帶必須加封閉罩，防止礦石飛出，且下方嚴禁人員停留。

7)破碎系統等設備在維修過程中，應采取必要的安全防護措施，如懸掛安全帶、佩戴安全帽、斷電等；設備檢修后啟動，必須發出信號，并確認機組內無人員時，方可啟動。

8)破碎硐室內要采取收塵裝置，防止職業病危害的發生。

3.5平硐溜井系統通風安全對策措施

1)合理設計通風系統。建立完善機械通風系統，配置通風設備設施。設置風門、風窗等調節裝置調節平硐風向和風量，避免硐室污風串聯、風流循環、作業地點風量過小，保證工作面有足夠的新鮮風量。配備通風系統備用電源。

2)按設計要求提供風量。配備合理的電機及風機，確保風量能夠滿足要求。

3)平硐溜井施工過程中，獨頭巷道可采用局扇加強通風，并進行噴霧灑水除塵，風量、風質應滿足井下作業要求，局扇應有完善的保護裝置。

4)主通風機裝設有使系統風流在十分鐘內反風的設施，其反風量可達到正常運轉風量的60%以上，其噪聲的測量、振動測試等其它技術指標均合格。

5)通風機工持證上崗。定期檢查、檢測通風機，保證其有效運行。

6)每天生產前，應先開動主風機，待新鮮風流進入平硐、破碎硐室后，人員才可進入破碎硐室工作。

7)礦山選用的通風機為納入安全標志管理目錄的礦用產品，必須取得礦用產品安全標志。

3.6平硐溜井系統排水安全對策措施

1)在溜井口、風井口、平硐口外圍設置截排水溝，防止地表水匯入。

2)在回風巷、運輸平硐邊側設置排水溝，定期清理維護排水溝，確保排水溝順暢，能夠滿足排水需要。

3)回風巷、運輸平硐均設一定的坡度，確保從回風井巷-破碎平硐-運輸平硐-地表的截排水溝坡度順暢，匯水能夠自然排出。

4)在運輸平硐口設置沉淀池，平硐內的匯水經沉淀后排入當地水系，或可用以礦山降塵等生產使用。

5)臺風及暴雨天氣，礦山停止作業。暴雨過后，及時檢查維護礦山的截排水系統。

3.7平硐溜井系統逃生安全對策措施

1)平硐溜井系統至少應有兩個獨立的直達地面的安全出口，安全出口的間距應不小于30 m。井巷的分道口應有路標，注明其所在地點及通往地面出口的方向；所有硐室內的作業人員，均應熟悉安全出口。

2)運輸平硐較長，給工人配置呼吸自救器；壓風自救、供水施救系統，設置三通及閥門；建立地面與井下有線通訊聯絡系統。

3)通風口與平硐口的安全距離不少于30 m。

4)制定合理的逃生線路及應急救援預案，定期進行逃生演練。設置醒目、正確的逃生標志。

5)加強培訓，確保硐室內人員熟悉各種災害情況的避災路線，并能正確使用安全避險設施。

4 結束語

在露天礦山尤其石灰石礦山的開采過程中，根據礦山的地形地質條件等，合理地選擇平硐溜井開拓-膠帶運輸方案，并采取相關的安全措施，能夠進一步降低礦石的生產成本，提高生產效率，減少對周邊環境的污染和影響，促進礦山的安全健康發展。

[1] 王運敏.現代采礦手冊(中冊)[M].北京：冶金工業出版社，2012：51，79.

[2] 郝汝鋌，于寶池，梁剛，等.水泥礦山“溜井-平硐系統”安全運行若干問題的探討[J].中國水泥，2011(4)：79.

[3] 張新.平硐溜井開拓方式的應用及改進[C]//2004年全國礦山信息化建設成果及技術交流會論文集.2004.

[4] 劉繼芊．水泥礦山平硐溜井(槽)開拓的適用條件[J]．水泥工程，2010(6)：47，59.

[5] 張春智.灰巖礦山平硐溜井開拓運輸系統通過能力的確定[J]．中國礦山工程，2015(2)：57-59。

礦業縱橫

Tunnelandorepassdevelopment-thebeltconverscheme’sapplicationsconditionandrelatedsafetymeasuresintheopenpitminedevelopment

CHEN Dong

(Suzhou Sinoma Design and Research Industry of Non-metallic Minerals Institute Co.，Ltd.，Suzhou215004，China)

This artical introduces the belt conver scheme’s application condition and related safety measures in drift ore pass development，and anany its merits and disadvantages.it was more sutiable than Automobile transportation scheme for open mine with large scale，complicated topography，steep slope and difficult road construction as it is more economy，more satety，and more eco-friendly.

open-pit mine；adit sliding；belt transportation；safety measure；mechanization

2017-04-05責任編輯：宋菲

陳棟(1980-)，男，漢族，2004年畢業于安徽理工大學采礦工程專業，現在蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司從事礦山設計工，E-mail:296104722@163@qq.com。

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：1004-4051(2017)09-0126-04