三山島金礦西山礦區深部運輸系統優化改造工程實踐

李文光　鄧堯增　李宇凱

摘要：為實現降本增效，對三山島金礦西山礦區深部開拓的運輸系統進行改造，改變原來無軌運輸至地表（或-243 m水平）的運輸系統，設計并施工-537 m轉運系統。使生產、基建的礦（廢）石全部轉運至新立礦區-600 m水平，由14 t電機車牽引11輛6 m3礦車進行有軌運輸，通過新立主混合井提至地表。優化改造后的運輸系統平均運距減少2 950 m，掘進量運費減少9.18元/m3，每年可節約運輸費用317.08萬元，經濟效益顯著，可供同類型礦山參考借鑒。

關鍵詞：深部開采;運輸系統;降本增效;轉運系統;無軌運輸;有軌運輸

中圖分類號：TD52文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2022）01-0059-05doi：10.11792/hj20220110

引言

山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦（下稱“三山島金礦”）是中國重要的黃金生產基地之一，井下采用無軌設備開采，其機械化開采程度較高。三山島金礦8 000 t/d采選工程，主要是針對新立礦區和西山礦區資源進行設計。新立礦區采用新立主混合井、斜坡道聯合開拓;西山礦區采用盲豎井、輔助斜坡道聯合開拓。-600 m中段為2個礦區的有軌運輸連接中段。其中，西山礦區盲豎井為混合井，井深640 m（-1 240～-600 m），井筒凈直徑5.5 m。混合井采用塔式多繩摩擦提升機，提升機硐室標高為-537.3 m。采用箕斗罐籠互為平衡提升系統。輔助斜坡道從-600 m中段掘進到-960 m中段，長度3 600 m。斜坡道坡度為10 %，輔助斜坡道主要負責無軌設備的進出和部分材料的運輸。

由于西山礦區-600 m以下的永久提升系統還未形成，斜坡道、中段開拓已經施工至-615 m水平。開拓基建廢石只能通過斜坡道系統運輸至地表（或-243 m水平）卸載，運輸距離長、成本高，且尾氣排放影響了空氣質量。為解決該問題，亟需設計并施工經濟、合理、安全、高效的運輸系統。

1 工程概況

西山礦區主要的開拓系統如下：

-60～-240 m采用下盤中央豎井、輔助斜坡道聯合開拓，井下礦石運輸采用有軌運輸方式。盲豎井為混合井，凈直徑5.0 m，井深348.5 m（15.0～-333.5 m）。10.5 t底側卸式箕斗與3 600 mm×1 600 mm雙層罐籠互為平衡提升。破碎硐室設于-280 m水平。廢石用卡車運輸到-280 m水平。從地表到-250 m水平設斜坡道，用于人員、材料的輔助運輸及進風。斜坡道斷面為4.8 m×3.5 m。

-240～-420 m采用主斜坡道與兩翼風井聯合開拓，35 t電動卡車運輸。主斜坡道斷面5.1 m×4.1 m，平均坡度10 %。礦石由35 t電動卡車運至-243 m水平一期工程豎井主溜井內。廢石由12 t柴油坑內卡車運輸到-280 m水平廢石溜井內。與主斜坡道配套的輔助工程有服務斜井和南、北風井。服務斜井深185 m（-250～-435 m），服務斜井內布置供水管、排水管、排泥管、充填管、供風管、泄水管等。

-420～-600 m采用主斜坡道—南北兩翼風井聯合開拓方式，主斜坡道自-435 m水平延伸至-600 m水平。主斜坡道斷面5.1 m×4.1 m，電動卡車服務到-600 m水平。三期工程礦石由電動卡車運輸到-243 m水平卸入一期工程主溜井內，經粗碎后由主豎井提升到地表。三期工程的廢石原則上不出坑，就近回填到生產采場中，高峰期用柴油卡車經斜坡道運到-280 m水平廢石卸載站，由主豎井提升到地表。與主斜坡道配套的輔助工程有服務斜井和南、北風井。南風井位于1420勘探線上，北風井位于1980勘探線上，服務斜井位于1720勘探線附近。服務斜井深165 m（-435～-600 m），井下所有管道和動力電纜敷設在服務斜井中。

西山礦區生產開拓的礦（廢）石都由卡車運輸至-243 m水平卸載，平均運距3 500 m，運輸成本45.50元/t;西山礦區深部開拓工程，原來由施工隊用卡車運輸至地表，平均運距7 150 m，運輸成本30.60元/t。為了降低運輸成本，減少運輸車輛尾氣排放對斜坡道通風質量的影響，減少運距，對現有的運輸系統進行改造。

2 運輸系統改造方案

從目前井巷工程發展來看，隨著開拓深度的加深，長距離的巷道越來越多，有軌運輸方式越來越被人們優先選用。有軌運輸是長距離巷道環保節約型運輸方式，采用電機車牽引減輕對環境的污染，節約資源，提高井下的通風質量，并能有效降低運輸成本[1-5]。2022年第1期/第43卷采礦工程采礦工程黃金

為了解決-600 m以下開拓廢石長距離運輸問題，實現降本增效，結合8 000 t/d采選工程的-600 m永久運輸系統，對西山礦區深部開拓運輸系統進行改造，改變原來無軌運輸至地表（或-243 m水平）的運輸系統，設計-537 m轉運系統，使生產、基建的礦（廢）石全部轉運至新立礦區-600 m水平，然后由14 t電機車牽引11輛6 m3礦車進行有軌運輸，通過新立主混合井提升至地表。通過轉運系統的設計與實施，減少運輸距離，降低運輸成本，達到降本增效的目的，具體表現在以下幾個方面：

1）改變了以前的運輸系統。西山礦區-240～-600 m為斜坡道開拓，通過設計并施工的轉運系統由斜坡道長距離無軌運輸轉變為短距離有軌運輸。

2）減少運距。-600 m以下開拓的廢石不再運輸至地表，而直接通過-537 m轉運系統轉運至新立礦區主溜井系統，平均縮短運距4 500 m。

3）通過-537 m轉運系統的設計與應用，減少轉運環節，改善了斜坡道-550 m以上的進風質量，大大改善井下工作面的作業環境。

3有軌運輸系統工程施工及應用

3.1規劃論證階段

根據無軌運輸與有軌運輸實際發生成本的測算，二者相差懸殊。為了降低生產成本，改善斜坡道的通風環境，進行無軌與有軌的無縫銜接是十分必要的。

基于新立礦區的-600 m有軌運輸電機車主巷道系統已經建成，如果西山礦區至新立礦區的轉運系統能夠順利實施，西山礦區的礦（廢）石均通過-600 m有軌運輸中段轉運到新立主混合井卸載站，然后通過新立主混合井提升至地表，將大大縮減運輸距離，改善斜坡道的通風質量，降低生產成本。

3.2施工方案選擇

針對無軌卸載與有軌裝載，須結合現場實際，綜合考慮與已有工程的銜接、不影響現有的生產、滿足與永久工程的無縫對接等問題，進行了-600 m上盤運輸巷開拓方案與-600 m下盤運輸巷開拓方案的比較。

3.2.1-600 m上盤運輸巷開拓方案

-600 m上盤運輸巷開拓方案（見圖1）為：無軌卸載與有軌裝載巷道均布置在盲豎井上盤位置，無軌卸載通過-555 m斜聯巷及南巷與主斜坡道實現對接，利用現有的-555 m無軌生產巷道，-600 m有軌運輸巷道通過合適的轉彎巷道實現與主運輸巷道的對接。方案的優缺點主要有以下幾方面：

1）原巷道斷面不能滿足大型車輛運輸的安全距離。上部-555 m卸載平巷利用201 m舊巷道時需要擴刷。

2）原巷道裝備需要拆除，對生產造成影響。

3）-600 m裝載平巷，考慮今后永久工程，2個彎道間的最小間距為52 m，不能滿足一列車的儲車要求，易發生列車脫軌事故。

3.2.2-600 m下盤運輸巷開拓方案

-600 m下盤運輸巷開拓方案（見圖2）為：無軌卸載與有軌裝載均布置在盲豎井的下盤位置，無軌卸載在主斜坡道的轉彎處與其對接。新設計-555 m無軌生產巷道，-600 m有軌運輸巷道通過延長主運輸巷道的方式實現對接。該方案的優缺點主要有以下幾個方面：

1）上部卸載平巷需要掘進135 m巷道，掘進工程量大。

2）與生產沖突較少。

3）-600 m裝載平巷與永久設計巷道只需延長主運輸巷道便可順利實現對接，列車運行比較平穩。

通過技術、經濟比較，最終確定-600 m下盤運輸巷開拓方案，即下盤運輸巷與-600 m主運輸巷道對接開拓的方案，實現無軌系統至有軌系統的轉變（見圖3）。

3.3運輸系統施工

首先選擇合適的轉運中段，西山礦區開拓工程集中在-600 m以下，-600～-960 m運距長達3 600 m。鑒于新立礦區-600 m主運輸巷道已經完成，只能在確保轉載礦倉容積的前提下，在-555 m布置無軌運輸巷道、卸載站及破碎硐室（見圖4），對應無軌卸載系統，在不影響永久性工程布置的前提下，在已建成的-600 m有軌運輸中段下盤位置，延長并布置有軌裝載系統，與永久系統形成配套。

3.3.1斷面尺寸選擇及運輸卸載方式布置

兼顧原-555 m以上的運輸系統還存在的卡車車型，根據井下運行設備的最大尺寸（見表1）選擇，-555 m主要運輸設備的最大尺寸為3 100 mm×3 416 mm，卸載平巷斷面尺寸（寬×高）為4 900 mm×4 200 mm，設備運行時，設備與支護之間的距離大于600 mm，人行道寬度大于1 200 mm，以滿足《金屬與非金屬礦山安全規程》中關于其行人側寬度不小于1.2 m的要求。卸載硐室高度為7 200 mm，大于設備的最大舉升高度600 mm。

井下運行的無軌車輛均隨車配備手提式干粉滅火器。井下運行的主要無軌設備有20 t坑內卡車、6 t柴油鏟運機、材料運輸車等，選用的無軌柴油設備要求配備先進的廢氣凈化裝置，尾氣排放達到國Ⅲ標準。

-600 m有軌運輸中段下盤運輸巷道見圖5，采用14 t電機車的型號為CJY14/7GB550，功率2×52 kW，列車總長約62.4 m，采用斬波調速控制，具有通過4G網絡信號實現信、集、閉遠程自動、遠程操控駕駛功能，可實現自動裝、卸礦。架線高度為2.2 m，電壓為550 V。運輸線路均采用38 kg/m鋼軌，762 mm軌距。道岔采用738-8-50型道岔。線路最小轉彎半徑40 m。列車制動距離約34 m，小于80 m。完成運輸任務共需要2列電機車同時運行。

在-600 m中段每個裝礦溜井下安裝1臺振動放礦機或反扇形閘門，振動放礦機放礦能力為1 000 t/h，功率11 kW（見圖6）。-600 m中段設單軌運輸巷道，單軌運輸巷道凈斷面尺寸（寬×高）為3.30 m×3.30 m，有軌運輸巷道設置人行道，有軌設備與支護之間的間隙不小于300 mm，人行道寬度不小于1 000 mm，凈高不小于2 000 mm。人行道一側設有水溝，水溝凈斷面尺寸為350 mm（上底）×250 mm（下底）×250 mm（深），水溝為梯形，溝底坡度設置滿足巷道排水需求，一般為3 ‰，水溝均采用水溝蓋板[6-7]。

3.3.2有軌運輸調度系統

3.3.2.1功能

1）監控礦井機車運輸狀況，并在計算機終端和圖形設備上以漢字文字、模擬圖形和表格的形式顯示出井下運輸狀況。

2）調度車輛實現安全、高效運輸，也可以按調度員的指令實現自動調度。

3）記錄運行數據，生成各種生產管理報表。

4）配有故障診斷系統，能隨時反映系統內設備和傳感器的工作狀態，能自動診斷并完成報警、處理或報警后由值班人員處理。

5）具有重演功能，能隨時監測主控機的操作和運行狀態，并在需要時隨時調出以往任意時間的運行和操作記錄。

6）方便進行計算機聯網，納入礦山的計算機管理系統中。

7）系統所有井下設備均為本質安全型或隔爆兼本質安全型，符合國家有關電氣防爆標準要求。

3.3.2.2系統組成

KJ293（A）系統是以集散式計算機工控網絡為核心的有軌運輸調度系統，它依靠安裝在軌道沿線的傳感設備檢測車輛狀況，由就近的分站通過計算機網絡傳送到運輸調度中心，并通過文字和圖形設備顯示，供調度人員掌握。由人工或計算機自動對系統進行控制。其設備組成為：控制分站（分機，由單片計算機構成）、電動轉轍機、信號燈、軌道計軸器、車號發送機（電機車上）、車號接收機、電源箱。

3.3.3溜井設置與通風

鑒于溜井易堵塞，處理難度大、危險性高等特點，溜井系統的設置應注意以下2個方面：一是在溜井上口設置格篩;二是溜井底部預留高20 m、直徑6 m的礦倉，有效防止了溜井的堵塞。

為防止粉塵的影響，設計并施工了專用回風巷，以解決揚塵問題。裝卸礦（廢）石產生的粉塵經卸礦硐室回風天井排至南翼回風系統。

3.3.4掘進工程實施、卸載系統安裝階段

工程內容為-550 m轉載平巷、-550 m卸載硐室掘進與安裝，轉運溜井及礦倉、裝載硐室掘進與安裝、裝載巷道等，總工程量為644.515 m、10 824.914 m3，現在每天轉運礦（廢）石3 400 t。

3.4應用及效果

原來西山礦區生產的礦（廢）石都由卡車運輸至-243 m水平卸載，平均運距3 500 m，運輸成本45.50元/t;現在轉運至-537 m水平卸載，減少運距1 500 m，運輸成本為31.20元/t;卸載后-600 m水平運輸巷道的運輸成本為5.10元/t;實際節約9.20元/t。西山礦區按年采掘總量28.49萬m3計算，每年節約費用262.11萬元。

西山礦區深部開拓工程，原來由施工隊采用卡車運輸至地表，平均運距7 150 m，運輸成本30.60元/t;卸載后-600 m水平運輸巷道運輸、主混合井的提升成本10.29元/t;地表的運輸成本為11.20元/t;實際節約9.11元/t。深部開拓按年采掘總量6.05萬m計算，每年節約費用55.11萬元。

轉運系統的設計與實施，達到了降本增效的目的，掘進量運費平均節約9.18元/m，按西山礦區深部采掘總量34.54萬m3計算，每年節約運輸費用317.08萬元;單次運輸時間平均減少15 min，提高了運輸效率。

4結論

1）改變了以前的運輸模式，由斜坡道長距離無軌運輸轉變為以集散式計算機工控網絡為核心的有軌運輸，實現了深部運輸系統由無軌至有軌運輸系統的轉變。

2）轉運系統的設計與應用，減少了轉運環節，達到降本增效的目的，降低了掘進、采礦成本。

3）目前很多金屬礦山面臨負千米以下開拓，針對高應力、高地溫、高滲透壓等特殊工程條件與突水、巖爆、失穩等工程難題，選擇清潔環保的有軌運輸，既可以減少掘進斷面，利于巷道支護;又可減少無軌運輸尾氣污染，改善井下工作面的作業環境，實現長距離無人有軌駕駛，為運輸系統配套工程建設積累了豐富的經驗。

[參 考 文 獻]

[1]建勝，呂京雷，石建強.礦建工程中后期運輸系統設計優化[J].內蒙古煤炭經濟，2020（5）：71.

[2]李延飛，王耀凱.某鐵礦開拓運輸系統優化研究[J].現代礦業，2020，36（1）：137-138.

[3]張重霄.復雜條件下掘進巷道運輸系統優化[J].山東煤炭科技，2019（9）：21-22，28.

[4]李少寅.井下輔助運輸系統優化提效探究[J].能源與節能，2019（9）：101-102.

[5]王宇馳.弓長嶺露天鐵礦獨木采區排巖運輸系統優化研究[J].露天采礦技術，2018，33（6）：24-26.

[6]趙興國.井下運輸系統主要設備的合理選擇與配置[J].礦山機械，1999（6）：27-28.

[7]衛建清，白麥營.強化管理保證井下運輸安全[J].中國煤炭，1996（9）：34-36.

作者簡介：李文光（1973—），男，山東萊州人，高級工程師，從事開拓設計、井建技術管理工作;山東省萊州市三山島街道，山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦，261442;E-mail：liwg@sd-gold.com

李文光，鄧堯增，李宇凱（1.山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦; 2.青島理工大學機械與汽車工程學院）

Optimization practice of deep part transportation system

in Xishan mining area，Sanshandao Gold MineLi Wenguang，Deng Yaozeng，Li Yukai

（1.Sanshandao Gold Mine，Shandong Gold Mining Industry（Laizhou）Co.，Ltd.;

2.School of Mechanical and Automotive Engineering，Qingdao University of Technology）

Abstract：The deep part development and transportation system? in Xishan mining area of Sanshandao Gold Mine are renovated to be costeffective，changing the previous transportation system with trackless transport to the surface（or -243 m level） and designing as well as constructing the transfer system at -537 m? level.Based on that，the ores and waste rocks from production and infrastructure are all transferred to the -600 m level at Xinli mining area and transported on track with 11 6 m3 carts pulled by 14 t electric locomotive，and lifted to the surface through the Xinli main combination shaft.The average transportation distance is shortened by 2 950 m，transportation cost saved excavation is 9.18 yuan/m3，transportation cost saved annually is 3.170 8 million yuan for the optimized transportation system.The optimization creates significant economic profits and can be referred to by similar mines.

Keywords：deep mining;transportation system;costeffective;transfer system;trackless transportation;track transportation