国外地下矿山的无轨斜坡道的开拓.pdf

, 61 , .. . . . 甲. . . .. . .., . . . . . .. . . . . , . . .. . . . . . 国外地下矿山的无轨斜坡道开拓 宗海祥 在六十年代柴油无轨设备推广应用的同时 , 很 快就出现了斜 坡道的开拓方式 。 瑞典基鲁那铁矿首 次采用了无轨 斜坡道的开拓方式 。 此后 , 北美 、 澳 大利亚的一些矿山都陆续设计并采用了斜坡道的开 拓方式 。 有些老矿山 , 在引进柴油无轨设备的同时 , 也补充 开凿了斜坡道 。 值得指出 , 尽管矿山生产初期可以用斜坡道来 运输矿 岩 , 但斜坡道并不是专为提 升矿石而设 计的 。 在矿井深度较大时 , 一般都转向普通的竖井提升 , 而斜坡道主要作通风和辅助运输之用 。 因此 , 一般 不采用单 一的斜坡道开拓 , 而是采用竖井斜坡 道联合开拓 。 一 、 无轨针坡道开拓的优缺点 一 矿体开拓快 、 投产早采用斜坡道开拓 系统 , 可以充分发挥无轨设备的优点 , 除斜坡道掘 进出碴本身可以利用斜坡道外 , 其他开拓巷道的出 碴也可以利用斜坡道 。 一旦斜坡道掘进到矿体 , 即 使竖井没 有投入使用 , 也能利用斜坡道出矿 。 所以 加快了矿体的开拓工作 , 提早了矿山的投产时间 。 例如加拿大的基德克里 克矿 , 采用斜坡道开拓后使 井下探矿和矿块采准工作比竖井 开拓提 早了 1 8个 月 。 二 运输设备和材料机动灵活 、 速度快由 于无轨自行设备可以直接从地面到达井下各 中段和 分段以及维修车间 , 这就省去了大直径辅助井 , 也 避免了拆卸设备以及 在狭窄的天井 中搬移时的笨重 体力劳动 , 人 员材料可 由自行设备直接送到井下各 工作面而无需几经转载重复运输 。 尤为重要的是斜 坡道可以随时分担竖井提升矿石的任务 , 起到了调 节运输的作用 。 斜坡道运输系统可以和任何一种采 矿方法相结合 , 具有最大的灵活性 。 同时允许使用 运输机来代替传统的提升系统 。 例 如加拿大达姆巴 尔 顿矿采用坡度为2 7的斜平酮开 拓 , 断面2 . 4城 5 . 5米 2, 除布置运输机外还可通行 无轨 设 备 图 1 。 三 料坡道掘进速度快 , 成本低在各种开 拓系统中 , 竖井掘进成本高 , 速度慢 。 相比之下 , 弓 屯二 \ \ \ \ \ 5 。5 图1 加拿大达姆巴尔顿矿的开拓斜巷的 断面尺寸与布置 1一 井下公路,2一排水沟,3一4时排水管;4一6时压 气管, 5一3时水管,6一照 明和动力电缆,7一 皮带运输机 。 斜坡道掘进既快又省 。 举例来说 , 美国帮 克山铅锌矿为开拓 “ J ” 矿体掘进了一条 2 . 4x2 . 6米 ,, 坡度为1 5 。 的斜坡道 , 二条中 段平巷 , 总长度18 2 4米 。 从时间上说 , 用 一般的开拓方法需要3 0 个 月 , 而用无轨开 拓方法仅需2 0 个月 。 此外无轨开拓每进一 呢的成本可比一般有轨法节省1 0美元 。在 设备投资上 , 无轨开拓仅需装载 机和卡 车 , 总投资费用较一般方法的电机车 、 矿 车和 装岩机要少 , 还省去了提升绞车和辅 助井等的费用 。 在劳动力方面 , 无轨运输 仅需二名司机 , 而一般方法则需三名 电机 车司机 , 一名纹车司机和一名箕斗工 。 四 科坡道运输可用于露天开 采 露天 开采法采用地下运输有许多优点 不 必因开拓措露天矿边坡的运输道路以及考 62 虑边坡稳定而排除大量岩石 。 消除了气候对运输的它的某些缺点也不可忽视 。 首先 , 斜坡道长度较大 , 影响;还消除了露天运输道路 附近边坡的大量片帮设置在斜坡道中的各种管线就长 , 提升速度慢;其 问题 , 并且为将来的地下开采提前作好准备 , 具有次 , 斜坡道的受力状态没有竖井好 , 维修工作 量 极大的灵活性 。 大 , 更主要的是采用柴油运输设备的斜坡道通风条 尽管掘进地下斜坡道的成本要比开挖露天运输件不好 , 坡度越大通风越困难 。 道路稍高 , 但土石方工程量要少得多 , 就 一个20 0 米深的露天矿来说 , 采用斜坡道开拓时所要掘进的 岩石体积为1 . 6 8万米 3, 而采用普通的露天开拓时 , 所要挖掘的岩石体积将是 20 0 万米 3。 这就避免了 1 9 5万米 3 的岩石的外运和环境保 护工作 如 平 整 、 铺土 、 复田 、 种树等等 。 因此 , 总成本还是低 的 , 而且随着露天矿深度的增加 , 总成本还将按比 例下降 。 据估计 , 对于一个5 0 0米深的露 夭矿 , 地 下运输系统的成本只是普通露夭运输系 统 成 本的 2 。8 写 。 露夭矿用斜坡道的形式可以是环绕露天矿的盘 旋道 , 也可以是矿体一侧的螺旋道 。 根据矿体的几 何形状 、 矿石和 围岩的力学性质来选定 。 五 可以开拓裸部琳矿脉 、 盲矿体采用斜 坡道开拓的方案一般都用在厚大矿体 , 但1 97 0 1 971年 , 美国帮克山多金属矿将它用于深部薄矿脉 、 盲矿体的开 拓 , 该矿有 2 0 2 5条薄矿脉和细脉带 , 分 布在走向长约1 . 6公里, 宽0 . 6公里的区域内, 目前 有123的矿石产自远离主井的盲矿体 。 这些矿脉一 般倾斜4 5 。, 宽0 . 96米, 矿量通常小于5 0万吨 。 以 前开发这些盲矿体是在两个或两 个以上主要运输水 平之间掘进人行斜井 , 垂直高12 0 3 0 0米, 装有2 5 50马力电动单筒绞车, 在主 水平之间每隔3 0 米掘中 间水平并铺设轨道 , 中间水平的矿石和废石经溜井 放至最下一层主要运输 水平 , 然后再运 出地表 。 显 然 , 这样的开拓 , 俨然像一个大矿井内有许多小型 矿井 。 这样 , 开 拓费用大 , 总的开拓时间长以及生 产材料和设备的运输量大 、 费用高等问题 , 促使矿 山考虑采用斜坡道无轨运输的开 拓 方 案 。 先 后在 a J ” 矿体和弗朗西斯托尼矿体采用了 这 种设计 图2 。 从2 1 水平的主井附近 , 向弗朗西斯托尼矿 体分别以十1 5 “和一 1 5 “掘进斜坡道 到达 2 0和2 2水 平 , 斜坡道各长40 0 米 , 斜坡道和中间水平巷道规格 为2 . 4x2 . 6米2 。 在掘进斜坡道时 , 曾采用过气腿 凿 岩机和双机台车进行 凿岩 , 艾姆科gn型 0 . 7 6 ”米 和912型 1 . 52米 3 装运机以及Y o 砚ngD R一5 型 自 行矿车等设备进行装运 。 斜坡道开拓的优点是明显的 , 但与竖井相比 , 图2 弗朗西斯托尼矿体的斜坡道开拓系统 二 、 针坡道的形式 根据斜坡道的作用可以将斜坡道分为主斜坡道 和斜坡联络道两种形式 。 主斜坡道像竖井一样是矿 山沟通地表和井下的主要通道 , 担负着运输设备 、 材料和人员以及通风等任务 。 而斜坡联络道则沟通 井下各 中段和分段水平 , 用以调配井下的设备 、 材 料和人员 。 根据斜坡道的形状 , 又可分为螺旋型和 折返式两种 。 斜坡道型式受许多因素影响 , 主要是掘进 、 运 行 条件 、 设备维修 、 矿体几何形状 、 矿石和围岩的 物理力学性质以及环境因素等等 。 从一般使用情况 看 , 主斜坡道通常采用折返式 , 而斜坡联络道通常 采用螺旋式 。 因为折返式斜坡道比较 平直 、 弯 道 少 、 视野好 , 这就提高了安全性 , 有利于道路的维 修 ; 并且最终因车速高 , 正面交会顺利而能改善经 济效果 。 相反 , 螺旋斜 坡道的视野有限 , 道路 自始 至终都处在拐弯状态 , 内外侧坡度不同 。 因而运输 设备的差速器在整个运行时 间内都在工 作 , 不利于 设备和道路的维修保养 。 但采用螺旋型 斜坡道可以 减少掘进工程量 。 如赞比亚鲁卡那地区的明杜拉矿 , 为了克服测量和开 凿上的困难以及 有利于 中间水平 的开口 , 第一条斜坡道就开凿成折返式的 。事实上, 以后开凿螺旋形斜坡道并没有什么 困难 , 可是掘进 工程量却从第一条折返式斜坡道的大约340 0叹减少 到目前这种形式的2500叹左右 。 在运输量大的矿山可以使用双 斜坡 道 , 一条重 载上坡 , 一条空载下坡 , 这样生产力就直接取决于 所使用的卡车数目 。 已经证实 , 开掘第二条平行斜 坡道的费用只相当第一条的6 0 。 采用双斜坡道开 6 3 拓 , 所有的运输向题 , 诸如卡车排 长队 、 正 面交天矿常用的坡度值完全一致 。 实践上 , 由于各个矿 会 、 速度改变频繁等都消除了 , 不但提高了运输效 山实际条件不尽相同 , 所以采用的斜坡道坡度值不 率和安全性 , 也改善了通风 。 扎伊尔共和国的卡蒙见得都在81 0 的范围内 。 表1中列出了一些矿 托铜矿就是采用双斜坡道开拓的一个例子 图3 。 山斜 坡道的坡度值 。 另外 , 主斜坡道和斜坡联络道 该矿的主斜坡道坡度为1 0 , 二条平行的斜坡道由 的坡 度也有所不同 , 一般来说 , 斜坡联络道的坡度 一个1 0米的矿柱隔开 , 隔一定距离用6 . 3米宽 , 4 . 5 值要略大一些 。 米高的巷道贯通 , 底板上铺一层3 0 5 0厘米的混凝 二 断面斜坡道的断面一般由通风 、 生产 土 , 顶板和两帮用喷浆支 护 , 必要的地方用锚杆支力 、 设备 、 岩层条件 、 有无运 输机等因素来决定 。 护 。 如加拿大的达姆巴顿矿 , 由于需要在斜坡道中安置 在埃坦矿体部分 , 由于最 终的年产量只有10 0万运输机 , 采用 了2 . 4米高 , 5 . 5米宽的断面 图1 。 吨 , 所以布置了一条单斜坡道 。 而主矿体和卡蒙托据统计 , 目前常用的斜坡道断面一般在 3 x4 4x 东翼矿体 , 年产量达30 0万吨 , 而且以后还要逐年扩 5 . 5米 2范围内 表1 。 大 , 故采用了双 斜坡道运输 。 目前 , 斜坡道延深到 三 坡道路面道路好坏对运输设 备的效 8 3 6水平 , 等到延深至2 0 3。水平时, 斜坡道的总长率 、 车辆的保养和轮胎磨损影响很大 , 所以多数矿 度大约为17 . 7公里 。 山都爱用混凝土或沥青铺设路面 。 但这两种材料成 本比较昂贵 。 国际镍公司曾对一些路基材料如混凝 图3 扎伊尔共和国卡欲托铜矿的双料 坡道开拓系统 土 、 冷拌沥青 , 带砂炉渣 、 带尾矿的细砂 、 碎 炉 渣 、 热拌沥青以及5/8时粒度的碎石作了试验 。 结 果发现 , 碎石能作最好的路基材料 。 但在放矿巷道 或放矿口 , 尤其是岩堆下 , 还是以采用混凝土为好 , 因为这些地方路面需要结实耐磨 , 以保证出矿设备 的高 效率作业 。 已经发现 , 只要放矿口底板磨蚀超 过 8 时 , 装岩效率就急剧下降 。 筑 路时 , 先用推上机清底 , 待露出坚实的底板 时就铺上路基材料 , 用平 路机铺平 、 由运输卡车滚 压 , 然后用振动式压路机压实 。 为了稳固路面和控 制灰尘 , 可在细的路基材料面上泼洒废油 。 另外 , 在斜 坡道路面上修筑一系列与斜坡道轴线成4 5 。角 的排水沟 , 对于保持路面干燥十分有效 。 三 、 针坡道的规格 四 、 针坡道掘进 一 坡度斜坡道的坡度很重要 。 它 主要由 生产率 、 掘进和运行费来决定 。 坡度 大时 、 运行费 以及取决于车辆数目的通风费就高 , 生产率低 , 但 掘进 工程量少 ; 坡度小时 , 运行费和 通风费就低 , 但掘进工 程量大 。 坡度为 8 时通风费减至最小 。 运行费 、 通风费和生 产率是长期起作用的因素 , 所 以在一般露天矿 , 尽管道路建筑总费用比隧道建筑 总费用更高 , 但露天矿很少用加大坡度的办法来节 省投资 。 每一 条斜坡道都有一个最优坡度 。 根据瑞典P . Wy h o l t等人的计算, 最优坡度为8、1 0 , 这与露 斜坡道掘进一般采用下坡掘进的方式 , 因为上 坡掘进时用铲运机出碴有困难 , 不但必须克服车体 的重量 , 而且铲斗插入岩堆较困难 , 牵引力也差 , 这就造成过分的轮子自转和磨损 。 但也有上坡掘进 的例 子 , 纳斯立登铅锌矿使用卡伏5 5 5台车 和 卡伏 5 1 1装运机向上掘进斜坡道 1 7 。 斜坡道掘进通常采用 “转载短巷 法 ” Cu t o u t me t h o由 。 现主要以加拿大基德克里克 矿的斜坡道 掘进为例加以说明 。 一 斜坡道的位且准备斜坡道口一般 选择 在山坡或露天矿边坡上 , 这就无需井口上 部建 筑 。 64 . 部分矿山的斜坡道规格表 1 国国别别 矿 山山 斜坡道类型型度坡坡断面 米 2 备 注注 加加拿 大大 基 德克里 克克折返式式 1 7 5 。2 X 3 3 3 露天矿转地下 , 主斜坡道道 加加拿 大大 达姆巴顿顿折返式式 2 72 。4 X S 。5 5 5 主斜坡道, 有运输机 机 加加拿 大大马 德林林折返式式 2 0 4 X3 3 3 斜坡联络道道 美美 国国 帮克山山折返式式 15 0 0 0 2 。4 又2 。6 6 6 开拓薄矿脉 ; 盲矿体体 芬芬兰兰皮哈 沙尔密 密 螺旋式式 8 o o o 4 。5 X S S S 主斜坡道道 澳澳 大利亚 亚 马 茂斯斯螺旋式式 11 4X4 4 4 双斜坡道道 扎扎 伊尔尔卡蒙托托折返 式式 1 0 2 。 7 X S 。 5 5 5 有3 6时的运输机 机 南南 非非普 略斯 卡卡折返式式 9另 。。。。 西西南非洲 洲 欧马特斯斯折 返 式式 1 4 0 0 0 0 0 0 0 图4一1 。开 口前 , 先将边坡修整一下 , 然后在斜坡 道口的上部用焊接铁 丝网加固 , 用1 5叹长锚杆按6 x 6叹的间距将铁丝网固定住; 下部用1 0叹长锚杆按6 x 6叹2的网度固定住铁丝网 。 斜坡道也有在平地上 开口的 , 这时就需要有井口上部建筑来保护 图 4一亚 。 不管是在山坡或 是在平地上开口 , 都要在斜 坡 道口有一段1 3 “ 的上坡 , 以防雨雪流进地下巷道 图4 。 图4 斜坡道的位且选择 4一工在山坡或露天矿边坡上布置的 斜坡 道口 , 4一1 1在平地上布置的斜坡道口 。 二 掘进基德克里克矿斜坡道的形式是折 返式斜坡道 。 为了容纳必要的供风 、供水、 排水 、 通 风管道以及使两帮与所用设备之最宽部分保持至少 5呢的间隙, 选择了1 7叹 宽 x 10吸高的断面 。 在调查了其他加拿大矿山的一些斜 坡道后 , 选择了 1 7 的坡度作为运输的最优坡度 。 斜坡道掘进中使 用了一台乔伊Se rP en t三臂胶轮台车 、 二台 瓦格纳 ST一SA铲运机 、 三台瓦格纳MT T一42 0 推卸式卡 车 、 一台四轮驱 动 的K a is e r 吉普车 , 一台 Galio n S O3A型平 路机; 还有一台后面安有平板车的 4400 系列Fo r d牵引车 , 供运送人员和材 料之用 。 工作面凿岩因岩种不同一般需要2 5小时 , 平 均为 3 肠小时 。凿岩参数 眼径 1 州时 、 眼数48个 、 4 个2班时的掏槽眼 , 使用九眼空眼掏槽法 。 掏槽眼 按1 7 的斜度钻凿 。 底 眼按下倾1 2 “ 钻凿 。 一般使用 按油炸药 , 遇到含 水岩层时全部采用A N6 0 硝化甘油 炸药 。 澳大利亚的马茂斯矿在拱顶的周边眼中 , 装以 艾克赛太克斯炸药 , 并最后同时 点火 。 最后爆破的 炮眼组采用分段装药爆破 , 这样可提供极好的顶板 状态 , 撬浮石的工作量减至最小 , 缩短了循环时间 。 有的矿山 , 如加拿大的达姆巴顿矿 , 斜坡道最 终断面为2 . 4 x5 . 5米 2, 分二次钻凿 。 先以 2 . 4x 3 . 6 5米2的断面向前掘进 , 待超前1 0米后再刷帮1 . 8 5 米 , 这 有利于凿岩和装岩连续循环地进行 。 为了保 持斜坡道应有的坡度 , 达姆巴顿矿还应用了激光测 量技术 。 采用双激光 仪工 作制大大减少出现误差的 可能性 。 在掘进斜坡道68 5 米的长度范围内 , 激光仪 只搬动了一次 , 即从斜坡道口搬 到中点 。 三运输斜 坡道的开 始80 0 呢 , 只 用一合 S T一SA铲运机装 载工作面上的破碎岩石 , 并直接 运到地表 。 隔适当的距离 , 掘进一个与主斜坡道成 45 “ 角的 “ 转载短巷 ” Cu t ou t , 以便能使用二台 铲运机 , 一台将岩石从工作面捣运到 “转载短巷” 内 , 另一台从 “转载短巷” 内将岩石运到地表 。 曾 想在 “转 载短巷 ” 中用铲运机从车后端将岩石 装进 MTT一42 0推卸卡车中 , 可是只能装二铲斗 , 而且 上坡倒车很困难 , 既危险又缓慢 。 因此在掘进到 140。叹时, 重新设计了 “转载短巷”, 确定与斜坡 65 , 道成9 0 。 角 , 具有足 够的空间 。 这就能使推 卸 式卡 车开进 “转载短巷” 内 , 还能上下坡倒车 。 此外 , 在装载点挖掘 了一个巧叹高的槽 , 以便于用5码 3 的 铲运机进行侧面装车 。 为了缩短铲运机的运距 , 确 定 “转载短巷” 的间距为 50 0 6 0 0 叹 。 “ 转载短 巷 ” 的尺寸根据每次循环的进叹和所需求的掘进计 划而定 , 但最小的 尺寸应是2 0叹长1 0叹宽 。 也可以 利用连接斜坡道主要水平的横巷 至少 要 掘进4 0 叹来储存掘进岩石 。 这样做尽管造成了二次搬运 岩石 , 但最终能减少掘进的循环时间 , 提高掘进速 度 。 这在深度较大时 , 对于保持满意的掘进效率尤 为重要 。 同时 , 可使铲运机工 作在 最佳运距范围内 , 这对降低铲运机的维修费有一定作用 。 四 通风最初 , 斜坡道采用1 0 0 马力和6 0 马力的二台风 扇在斜坡道口串连安装 , 经 由一对3 0 时直径的包上聚氯乙烯的尼龙风筒将5 。。 。。叹 “/ 分的风量 通到工作面 。 每 隔适当的距离 , 安置 3 4时3 0马力的辅助风扇 , 以便保持 风压 。 在掘进到 30 00水平后 , 从地表钻一个直径5叹的天井 , 到达 30 00水平的斜坡道上 , 然后并联安装6 0时的风扇 , 将10。 , 。 0 0叹”/分 的风量顺斜坡道送下去 , 一 组串联安装 的3 4时3 0马力风扇将所需的5 0 , 叩0 叹 “/ 分风量送 到工作面 , 直到在8 0 0 叹水平和 120 0水平, 通过与竖井相连构成另外的通风回路为 止 。 竖井与斜坡道的通风联络道 , 可以流过1 2 5 , 0 0 0 叹 3 /分的风量 , 这个系统要保持几年 , 直到永 久性通风系统建成 。 冬季 , 在斜坡道口用丙烷加热 器预热空气 。 五 排 水 斜坡道掘进时遇到含水层 , 就用 水泥和硅酸钠进行灌浆 。 尽管灌了浆 , 在 地表和 8 0 0叹水平之间的斜坡道和有关巷道 中仍有 大约3 0 加仑/分的涌水 。 工作面使用薄膜泵 , 由于在工 作面之后3 5 0叹处增添了一个装有雪撬的水 箱以及 一台6 x3x6的灌浆用的双缸泵, 所以薄膜泵的压 头被限制到大约 6 0 叹 。 双缸泵将水沿斜坡道泵到设 置在废弃的 “转载短 巷 ” 内的水槽中 。 为了造成一 个沉淀池 , “转 载短巷” 被掘成下坡 , 然后用一个 钻孔与一个8 x 1 0叹的巷道相连 , 再 往下有一个小 的钢制 水箱和一 台电泵 , 电泵将水逐级 每级20 0 叹或4 0 0叹 排至地表 。 需要时 , 用铲运机清理沉 淀水槽 , 然而 水箱必须手工清理 。 六 支护由于斜坡道一般 都选择在围岩或 矿石比较稳固 的地 方 , 因此一般只需在顶板或两帮 进行喷浆支护 。 个别地点 、 如弯道 、 水平巷道交叉 处 , 遇到断层或跨度较大的地 方才需要锚杆支护 。 七 劳动组织 掘进的劳动组织与采用的设 备有关 , 在采用台车凿岩以及铲运机和卡车运输的 情况下 , 通常每班只需二 、 三人就能完成凿岩爆破 出碴及支 护等工作 , 只有白班才另有二人从事风水 管和 风筒的安装以及养路等工作 。 在运输距离较大 时 , 再增加1 2名卡车司机 。 掘进效 率也与设备有关 , 还取 决于各个矿山的 具 体条件 。 澳大利亚马茂斯矿斜坡道的掘进采用了 G . D 三臂台车 , DH1 23钻机以及ST一8 铲运机和 卡特皮勒98 0 B装 载机 。 主要的掘进技术指标见表 2 o 美 国帮克山矿的斜坡道掘进采用 了气腿凿岩机 和 双臂台车 , G . D凿岩机以及 艾 姆 科装载机和 Y O u n gD R一5 自卸卡车 。 马茂尊矿的技术指标 表 2 每循环平均钻孔量米 每米斜坡道炸药 消耗量公斤 效率米/人班 1 . 凿岩爆破 2 . 装运 3 。 辅助 总效 率米/人班 13 5 48 1 。0 5 2 。 15 2 。4 8 0 。5 5 五 、 结语 斜坡道开拓可以充分发挥柴油无轨设备的优越 性 , 具有开拓快 、 运输机动灵活 、 掘进容易 、 成本 低以及能为露天开采和薄矿体开采所用等优点 。 尽 管矿 . 山投产 初期可以通过斜坡道来运输矿岩 , 但它 最终不是 为提升矿石而 设计的 。 主斜坡道以采用折 返式 为好 , 在产量大的地方应修筑双斜坡道 。 斜 坡 道的最佳坡 度为81 0 , 断面一般在3 x 44 x5 . 5 米 . 2 范围内 , 坡道的路基材料以5/8时的碎石为好 , 但在出矿巷道以及路面磨损严重的地方还是以采用 混凝土为好 。 在斜坡道掘进中 , 利用隔一定距离掘 进的 “转载短巷” 来堆放掘进岩石 , 然后再运至地 表 , 这种措施尽管造成了二次搬运岩石 , 但加快了 掘进循环 , 提高了掘进速度 。