無軌設備在黃金礦山地下開采中的應用

楊佳 任斌 張娣

摘要：錦豐金礦地質條件復雜、圍巖及礦體破碎、構造發育、穩定性差及硬度低，采用大斷面全支護巷道，并成功應用國外大型無軌設備進行機械化開采。按照施工工藝詳細介紹了錦豐金礦地下開采無軌采礦設備、出礦設備和輔助設備的相關參數、現場應用情況等。采用無軌設備實現了機械化開采，一期工程生產能力達75萬t/a，二期工程生產能力達120萬t/a，取得了較好的經濟效益和社會效益，為地下金屬礦山領域推廣應用無軌設備提供一定的借鑒。

關鍵詞：地質條件;無軌設備;斜坡道;黃金礦山;機械化

中圖分類號：TD42文獻標志碼：A

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

引?言

近些年來，隨著國內礦山無軌采掘設備的技術發展，斜坡道開拓越來越被廣泛應用在地下開采中。斜坡道開拓工藝簡單，無軌機械化施工程度高，可提高礦山的建設速度，降低礦山建設投資費用，提高礦山生產能力，在真正意義上實現安全可靠、經濟合理的辦礦理念。自20世紀70年代開始，隨著無軌設備的出現，礦山井下斜坡道開拓方式逐漸開始應用，目前澳大利亞大部分地下礦山都傾向于選擇斜坡道開拓方式[1]。國內斜坡道開拓方式從20世紀90年代開始興起并發展，近幾年，隨著井下無軌設備的飛速發展與技術的不斷進步，斜坡道開拓的優勢也越加顯現，特別是在露天轉地下的礦床及埋深較淺的新礦床開拓方式的選擇上，其優勢更加突出。

目前，國內地下金屬礦山正處于地下無軌設備代替傳統地下金屬礦山生產，以及作業勞動強度高，生產效率低，安全和作業條件差，施工周期長的勞動密集型[2]和有軌采礦設備階段，而國際大型礦山已開始由無軌采礦運輸設備機械化礦山向無人智能化礦山過渡。因此，國內礦山無軌設備的普及應用是中國礦業面臨且必須盡早解決的問題之一。貴州錦豐礦業有限公司（下稱“錦豐金礦”）地質條件復雜，礦體和圍巖較破碎，采用主斜坡道無軌開拓運輸系統，介紹了無軌設備在該礦山的應用情況，為地下開采金屬礦山推廣應用無軌設備提供參考。

1?工程概況

1.1?工程地質條件

錦豐金礦地質條件復雜，褶皺和逆沖斷層的構造組合，斷裂構造發育，礦體主要賦存在斷裂破碎帶或裂隙中，圍巖主要為邊陽組和許滿組的細碎屑巖類砂巖、黏土巖及其過渡巖石（黏土巖夾砂巖、砂巖夾黏土巖）。工程地質數據分析：黏土巖、過渡巖石十分松軟破碎，RMR值50，Q值0.79～2.82，巖體質量為Ⅳ—Ⅴ類，質量屬壞—差，硬度小于37 MPa;砂巖則相對較好，RMR值30～35，Q值9.18，巖體質量為Ⅲ—Ⅳ類，質量屬差—中等，穩定性一般，硬度小于60 MPa。

根據礦山圍巖及礦體復雜破碎的工程地質條件，礦山地下井巷工程均采用管縫錨桿-樹脂錨桿-鋼網-50 mm噴漿全支護，構造發育且十分破碎的巷道采用錨索-樹脂錨桿-鋼網-50 mm噴漿全支護。

1.2?開拓系統

錦豐金礦采用主斜坡道無軌開拓運輸系統。礦山井下采用斜坡道開拓，無軌礦卡運輸系統。主要開拓工程有斜坡道、進風井和東風井、西風井。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個中段。中段采用無軌礦卡運輸，各采場內采下礦石通過無軌鏟運機運至各中段或分段裝礦硐室，再由礦卡直接運至地表原礦堆場。掘進廢石通過無軌鏟運機運至各中段或分段裝礦硐室，再由礦卡運至空區充填或直接運至地表廢石場。

1）斜坡道。斜坡道口位于礦體下盤中部560 m標高處，按1∶7的坡度折返式向下延深，垂直方向上每下降20 m設一聯絡道與各中段或分段巷道相連，現已開拓至205 m標高。斜坡道內每隔300 m設置20 m的緩坡段，每隔150 m設置一個轉運硐室，用于施工時的廢石裝運或生產時錯車。直線段掘進斷面面積27.52 m2，凈斷面面積25.73 m2，轉彎半徑25 m。 主要擔負井下礦石、廢石、人員、材料和設備的運輸，并擔負井下的輔助進風。

2）進風井。進風井布置在礦體下盤中部，距斜坡道約100 m，通過進風斜井聯系地表，硐口標高595 m，現在開拓至205 m。其中：595～390 m標高為進風斜井，長度410 m，傾角30°，掘進斷面面積27.52 m2，凈斷面面積25.73 m2;390～205 m標高為盲豎井，長度185 m，井筒凈直徑5.5 m，掘進斷面面積30.19 m2，凈斷面面積23.76 m2。

3）東風井。東風井布置在礦體上盤東部，井口標高730 m，井底標高205 m，其中282～205 m標高為盲豎井。井筒凈直徑5.5 m，長度525 m，掘進斷面面積30.19 m2，凈斷面面積23.76 m2。擔負井下全部回風。

4）西風井。西風井布置于露天出入溝口附近580 m標高處，580～480 m標高為明豎井，下部采用接力盲豎井。井筒直徑5.5 m，掘進斷面面積30.19 m2，凈斷面面積23.76 m2，西風井擔負風量較小。

采用Surpac三維軟件繪制的礦山三維立體開拓系統見圖1。

1.3?開?采

錦豐金礦為露天-地下聯合開采大型黃金礦山，露天礦開采范圍為450 m標高以上礦段，采用無軌礦卡運輸系統，露天采礦已于2015年結束。地下礦山開采范圍為露天坑外525 m至深部所有可采礦產資源區域。地下開采設置490 m、430 m、370 m、310 m、250 m、205 m 6個中段。開拓方案采用主斜坡道無軌開拓方式，坑內運輸為地下礦卡運輸系統。采礦方法為上向水平分層進路式膠結充填采礦法。采用Boomer282液壓式鑿巖臺車鉆孔，7.3 m3或8.4 m3鏟運機出礦、出渣。礦石最終通過45 tAD45B型礦卡裝運經主斜坡道運至地面。地表已建有充填站，采用分級尾砂（或加入人工灰巖砂）膠結充填，充填能力能滿足礦山120×104 t/a生產規模的要求。

2?無軌設備

2.1?設備主要參數

無軌設備按施工工藝依次分為回采設備、出礦設備、巷道掘進設備、其他輔助設備等。無軌設備主要參數見表1。

2.2?回?采

1）鑿巖。Boomer282液壓式鑿巖臺車，孔徑45 mm，孔深3 m，掘進斷面面積22.03 m2，平均鉆孔效率500 m/臺班，平均掘進效率5～6 m/臺班，每天2班計算，每米崩礦量約59 t，1臺Boomer282液壓式鑿巖臺車采礦量約705 t/d，5～6臺Boomer282液壓式鑿巖臺車擔負全礦120×104 t/a的采礦量。

2）支護。CabletecLC型錨索臺車，孔徑45 mm，孔深15～35 m，錨索安裝速度100～150 m/臺班。Boomer282液壓式鑿巖臺車，孔徑45 mm，孔深3 m，安裝錨桿和鋼網片。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型柴油鏟運機，平均出礦距離300 m、平均臺班效率400～500 t/臺班，2班（每班12 h）作業，2臺R1700G型鏟運機擔負1 515 t/d的廢石運量，4臺R1700G型鏟運機擔負全礦120×104 t/a的礦石運量。

4）裝藥。Normet公司的MC605型裝藥車，ANFO裝藥管直徑30×38 mm，裝藥管長度30 m，配置2個360 L不銹鋼ANFO炸藥罐，總容量720 L，配備6 m3/min、0.7 MPa的機載空壓機，帶動ANFO炸藥運輸空間和工作臺及ANFO炸藥添加系統。

2.3?出?礦

1）設備及其工作參數。礦（廢）石的鏟、裝、運是采礦工序中的重要環節，合理的出礦和運輸能力對提高采礦生產能力和發揮其他相關設備的效率有很大的促進作用[3]。鏟裝設備選用R1700G型鏟運機（其中2臺遙控鏟運機）和R2900G型鏟運機，運輸設備選用AD45B礦卡。鏟運機工作參數見表2。

2）設備出礦能力。通過礦卡的作業地點、到達和離開的時間、循環時間、運行距離、等待時間和故障時間來考察礦卡的運輸能力。礦卡作業地點由掘進和采礦地點決定，礦山生產和掘進主要集中在390 m分段、370 m中段、310 m中段、290 m分段、270 m分段和主下斜。從調查結果來看，運礦主要集中在310 m中段和370 m中段。礦卡到達和離開轉載硐室的時間之差即為裝礦和等待時間。此外，礦卡每天白班運礦時間段為6：50—11：50和12：50—17：50，共10 h。各轉載硐室運輸距離見表3，礦卡各工序時間調查結果[3]見表4，根據各工序時間繪制的礦卡運輸循環時間見圖2。

從圖2可以看出：礦卡的平均循環時間雖然各不相同，除個別變化較大外，整體上較為穩定，最長為51 min，最短為20 min，除去幾個極值后計算得出平均循環時間為33 min。循環時間受多種因素的影響，包括等待時間、運輸距離、故障時間、主下斜交通情況等。平均運距2 500 m時礦卡每日平均拉運量為1 636 t。 礦卡平均服務8 a，設備明顯老化，礦卡出勤率為3臺，其他礦卡保養維修，地下開采每日平均拉運總量為4 800 t;其中，礦石3 600 t，廢石1 200 t。

2.4?巷道掘進

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

巷道掘進一個循環需要的時間：①支護工作包括支護前的準備工作20 min，撬頂20～30 min，Boomer282液壓式鑿巖臺車安裝錨桿及掛網150～180 min;②Boomer282 液壓式鑿巖臺車鑿巖工作包括鑿巖前的準備工作25 min，鑿巖耗時120～150 min，掌子面炮孔布置見圖3;③MC605型裝藥車裝藥及爆破工序耗時70～90 min;④通風時間50 min左右;⑤每循環出渣耗時100～240 min[4]。巷道掘進平均循環見圖4。

從圖4可以看出：巷道掘進平均循環時間12 h，則單工作面每日可完成2個循環。地下工作面平均循環進尺為2.8 m，則每日平均進尺5.6 m。地下每日掘進總工作面8個，每日平均掘進45 m。其中，礦石掘進33 m，廢石掘進12 m。

2.5?其他輔助工藝

地下無軌輔助設備主要包括芬蘭Normet公司的1臺MultimecMU-1000型多功能服務車和1臺MF100型多功能服務車，1臺灑水車，1臺三一重工平地車，2臺炸藥皮卡，10臺皮卡車。多功能服務車用于油料運輸，地下線路安裝、維修維護，運輸地下施工材料，地下排水泵吊裝轉移等輔助工作;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;炸藥皮卡運輸地下爆破炸藥及其他爆破器材;皮卡車為地下技術員、安全員、其他工作人員交通工具。無軌輔助設備服務地下生產，沒有固定工作時間，根據地下生產需要下井工作。

2.6?應用效果

礦山生產引進國外進口地下無軌設備，配合國際化智能采礦管理軟件Surpac、MineSchedule、Mine2-4D & EPS、Rocscience、Ventsim等，實現了網絡數字化采礦生產管理，地下采礦工作機械化施工，每日采礦施工進度三維可視化更新，保證了井下工作人員最少，工作環境最安全;施工過程全程三維可視化監控管理，保證了在巖石條件極其復雜的條件下礦山運營10年零死亡事故;實現一期工程生產能力75萬t/a，二期工程生產能力120萬t/a，已累計生產黃金約45 t;實現銷售收入約110億元，上繳各項稅費近13億元;取得了極高的經濟效益和社會效益。

3?結?語

近幾年，斜坡道、無軌運輸大巷等高效設備通道在各大礦山有條不紊地建設，大型無軌采掘設備也都陸續投入地下金屬礦山使用。根據無軌設備性能、斜坡道功能及經驗參數，規范斜坡道的設計、施工，詳細比較地下礦山不同開拓系統建設投資與運營費用，綜合考慮巷道通風問題，尋求最優的設計方案，對礦山成本的控制，礦山企業的快速發展都有著極為重要的作用。

介紹了錦豐金礦無軌設備的成功應用經驗，為國內機械化水平較低的地下開采礦山提供了可以借鑒的先進采礦技術、機械化采礦工藝、網絡化生產管理經驗、生命無價的礦山運營理念，促進了中國礦山的機械化、智能化綠色和諧礦山的發展。近年來，隨著國際礦業設備公司進入中國市場，中國礦業設備制造業高速發展，中國礦業公司與國際礦業公司的兼并合作越來越多。綠色智能數字礦山是中國大型礦業公司走向國際大舞臺的有利保障，地下礦山機械化采礦是綠色智能數字礦山的基礎。因此，中國礦業必須在大型機械化采礦設備成功普及應用的基礎上發展中國綠色智能數字礦山。

[參 考 文 獻]

[1]?馬俊生，朱瑞軍.斜坡道開拓的應用現狀及其新進展[J].金屬礦山，2009（增刊1）：204-206.

[2]?余南中，譚銳.無軌采礦設備在大紅山鐵礦的應用[J].現代礦業，2010（1）：12-15.

[3]?錦豐礦山一部.錦豐地下礦鏟車與卡車出礦（渣）能力調查報告[R].貞豐：貴州錦豐礦業有限公司，2009.

[4]?韓斌，郜熙棟，張建剛，等.錦豐金礦主斜坡道掘進現場調查報告[R].北京：北京科技大學，2008.