地下开采无轨斜坡道的设计与施工.pdf

地下开采无轨斜坡道的设计与施工 兰州有色 冶金 设计研究院 是洪 年 陈予 辉 本文对L世下无 轨设备的主要通道无轨斜坡道， 包括斜坡道的位置选择、 断面规格、 弯道参数、 坡度 的确定、 路基与路面的处理、 斜坡道的施工等有关问题的设计与施工作 了论述， 对新设计或进行技术改造 的矿 山有一定 参考 价 值。 地下开采使用无轨设备是 5 0年 代 末 开 始 的，目前 已在瑞典 加拿大 美 国、澳大利亚、法 国等 国家得到更广泛的应用， 形成 了采 装、 运， 卸的高度机械化无轨设备系列 。苏鞋 西德、日 本等 国家也在 推广应 用无轨设备。无轨设备的 应用 进一步促进 了采矿工艺的改进和开拓运 输 系统 的变 革， 形成了新的无轨开采技术， 这是 地下矿 山开 采技术发展 中的重大成 果。 现 在， 无轨开 采不仅广泛用于新矿 山， 而且在老矿山 的技术改造 中推 广应 用，从而提 高了劳动 生产 率和生产能力，促使矿山获得 显 著 的经 济效 益 。 我 国 6 O年代引进 了无轨风动装运机， 对无 底柱分段崩落法的推广应用起了很大 作用。近 十几年来，又先 后引进 了柴油铲运机和 电动铲 运机。最近几年，又引进 了凿岩 台车、锚杆 台 车． 喷浆 台车， 砂浆输送车及 材牲 人员运送车 安装服务车等设备。在引进、 吸收， 消化的基础 上， 内也开始 自行试制各种用途的无轨车辆， 从而使我 国地下开 采技术的发 展 有 了 一 个 飞 跃 。 各种无轨设备在矿山的应用，使无轨设备 运行的主要 通道一 一 斜坡道随之得到运用 它 不仅 以作为 主要 回采巷道 的联络道，而且可 以作为开拓耨矿休的主要巷道 。本文仅就地下 开采无轨斜 坡道的设计与施工有关 问题进行探 讨。 盘黛矿山 1 2 l g 钾 一 、位 置 的 选 择 根据无轨斜坡道 的作用， 它可以直通地表， 也可 以不直通地表，仅在井下备 主要阶段或备 分段间互相连通。 有的作为主要运输斜坡道 运 送矿石 有的作为辅助 运输斜 坡道 通行 无轨 车辆或运送材料，人员 。一般情 况下 斜 坡道 应布置在矿体 下盘 ， 距矿体 3 0 5 0 m。但 由子 其承担 的任务不 同，具体布置可根据岩体稳 固 状 况、 地表 地形特征及工业 场地位置 等固素综 合 考虑。若它用于主要运输， 服务 年限较长 则 应布置在矿体开采的崩落带 以外，并 尽可能布 置在距矿体 3 0 5 0 m 的下盘 。 体中； 若 它不直 接通地表 而仅 作为采区 或采 场 的联络道 刚 可根据具体情况布置在矿体底 板 或 顶 板 或 侧 翼 甚至可以布置在 矿体 中。 日本 中龙铅锌矿矿 床 东 西 长 3 k n 1 ，延 深 6 o o m， 倾角 4 0 6 0 。 ； 矿山规模 4 1万吨／ 年， 主 要 采用水平分层充填采矿法 回采， 中段高 4 O m； 从地表开凿的斜坡道作为永久性工程布置在矿 床下盘， 其主要用途是 运送废石、 人 员， 材 料 并 从主斜坡 道再 分岔开掘进入各采 场的分支斜坡 遭。 西德梅根铅锌矿 在技术改造时，从地表下 掘了一条斜坡道用 以开采西部新 区 又在矿体 西部、中部，东部分别下掘了三条脉 内斜坡遭 ， 并遥过脉 内主要运输平巷连接这些斜坡道，其 维普资讯 a0● 圈 1 西德梅根铅锌矿开拓系统 图 2白银小铁 山铅锌矿斜坡道开拓工程 3 r r L 卷扬 J 』 ／充 填 拌站 I 5 9 0 ． 3 十 只用 I 0 9 6 m 于 充 填 { 节 千 供 求 511 3 卷协 ． 二 7 0『】 ] ，∞ m 1 ． i o f I 1 4 4 0 I／_ r 水平 I 5 0‘ 一 0 0 1 十 ⋯ 于觅 fi t x 十月 1 拍 。 F 供水 ／ 麓拜 并 圈 8金川 公 司一 采 场露天 转地 下开采 开拓 系统 金属矿山 l o s g 维普资讯 坡度 1 8至 1 6 。 由于斜坡遭开掘在脉 内，随 着矿休 的变化而使其变 得弯弯 曲曲 图 1 。 我 国白银小铁山铅锌矿 自I 9 8 1年在 采 场 中逐步使用 1 5 0 0 型柴 油铲 运机， EHS T- IA 型 电动铲运机 以后，不仅在两个 回采中段之间 的矿体下盘 开掘 了坡度 1 ． 0 ，断面 2． 8 x 2． 8 m。 的采 区斜坡道， 而 且在 矿体 东翼， 原先开采过的 一 个铜 矿体小露天坑底 I 8 0 0D J ． 水平 处 开 口掘 进 了一条坡度 1 8 ． 5 、 断面 33 m。 、 直 通二 中段 1 7 8 8 i 3 2水平 的斜坡道 。但因其出 口距工业 场较 远 管理不便 ，露天边坡及道路需维护，蛔 口开 凿在露天坑底不安全等因素而放弃。 在 1 9 8 5年 的技术改造 中另在矿体 中部 的下盘，距工 业场 地较近处开掘 了斜 坡遭新峒 口，从这 个峒 口进 入所开掘的斜坡道一 直 到 1 6 0 6 m 水 平 ，垒 长 1 9 2 0m。 除 其 中一段 利用了矿 山原有 的斜坡 道 以外， 其余均按坡度 I 7 ， 断面 3 ． 6 53． 6 5 m。 折 返式来进行设计和掘进施 工 图 2 。 金川 公司一 采场露天转 地下 开采所开 掘的 斜坡道坡度 1 1 O 垒长 2 3 0 0多米， 开 口在露天 坑 1 5 7 4 m 水平 的矿体上盘， 从而 利用 了露天采 场内的公路 2 k m， 减少 了井巷 工程量和投资 图 3 。 二 、断面 规格、 弯道 参数及 坡度 的确定 无轨斜 坡道 断面规格 的确 定主要 与所通 过 的无轨设备的规格有关，也与车速及 有无行人 等要求有关 根 据冶金部有色司 以 8 i 冶色矿 字第 4 3号文 关于 印发 的通知 中规定 1 无 轨巷道的道 路应 综合考虑使 用各种无轨设备 的 可能性； 窖 铲运 机运行 的巷道宽度 以铲运机的 最宽处每侧加宽不得小于 0． 8 2 2 3 ．,转弯处外 侧 再加宽 0． 3 m 以上，巷遭高度按铲运机最高处 司机室棚顶 或司机帽顶 距巷道顶 板轨挂物不 小于 0 ． 6 3 作 为主运 输道 或通 地表 的主斜 坡道规格巷道 宽度 应按设备的最大宽度 每 侧加宽不 得小 于 1． 0 m， 巷 道高度按 使用设备 的 最大 高度加高不得 小于 0 ． 8 m。1 9 8 ,2年冶金部 颁布 的 冶金矿山安垒规 程 中 第 2 6 、 条 规 定无 轨运输 的巷道人行道 的有效宽度不z i “ -] 1 ． 0m，运输设备与支护之 间不应小 于 0 ． 6m。 而 国外一般将设备宽度 加 上 0 ． 9 ～1． 2m 即 为 巷道宽度，将设备高度加上 0 ． 6 ～O． 7 5I n即为 附表瑞典有色矿 山无轨斜坡道有关参数 无轨 享 辆运 行 趟度 k m 无 轨 斜 技 道 类 别 o～ 5 5 ～ 1 0 lo ～ 2 0 204．4o 4 0～ 6 0 车 辆顶距 找 顶最 小黔 离 m 0． 3 0 3 o O j 0 6 无行时车辆距巷道两帮问鼯 o 4 o ． 6 o 8 1 0 1 2 蕈 车逆 键 { ‰ j 、 ． O 1 0 9 O． 3 o ． 4 0 ． 5 有行时虽距巷道 帮的距离 璺 常有 o 3 o． 4 0 5 o ． 6 0 ． 7 无 行人时 车辆 距巷道 两 帮 距 o ． 9 1 2 1 5 1 ． 8 21 双 车道 幅 然有行 o ． 1 0 2 0 3 o． 4 0 5 有行 时员 距巷道 帮的 距离 m、 经 有行 0 ． 3 o 4 o． 5 0 6 0 7 盒属矿山 1 2 1 9 8 9 维普资讯 巷道高度。 在斜坡遭转弯处一般还要加宽 0 ． 3～ 0 ． 5 m， 丽时在弯道上要限就车速。附表列出了 瑞典有色矿山无轨斜坡道的有关参数。 无轨车辆在实际运行过程 中，车速是变化 的。对于某些设备 铭牌上标明的最高车速， 而 在 实际运行 中并不能 常时达到，所 以建议在设 计中对于辅助运输的车 速按 照 1 0 1 2 k m／ h ， 以此确定斜坡道 的规格 比较适 中。 在斜坡道的转 弯处， 与有 轨运输一 样 要 根 据弯道曲率半径和设备 的外形 尺寸，必 须将斜 坡 道加宽 0 ． 3 ～O ． 8 m。也可根 据下式求得 A b 一 丑 一曰 稍 一且 式 中勘 弯道加宽值， m 马 设备转弯的外半径 m 且4 设备转弯 的内半径， m 设备宽度， m 无轨斜坡道处的 曲率半径 及线路 的 坡 度， 缘则上参 照露天公路设计 的规范要求。但 由于 井下使用的无轨设备底盘低 重心低， 因此它 与 露天公路设计 的具体要求还有不 同之处。弯道 的曲率半径一般根据所选择 的无轨设 备 要 求、 线 路型式及斜坡道用途米确定。 目前 ， 根据设 备 的性能和在井下使用的特点，无轨设备 的转 弯半径 内径或外径 均 、 于 l O m， 因此斜坡遭 的转弯半径一般可取 I 5 m。 若采用螺旋型的斜 坡道 或用于 运矿 的主斜坡道，其转弯半径 可取 尢些。如小寺沟铜矿 的螺旋型斜坡道转弯半径 为 2 0 m。曲率半 径过大会 增加斜 坡道 长度积工 程量； 曲率半 径过小又会影 响行车 的速度、 效率 和安全作业。 斜坡遭 的坡度应根 据其服务年限， 用途、 运 输量 ，设备 类型和 爬坡能力等来确定。 无轨设 备 的爬坡坡度一般可达到 2 5 茄 左右， 但 这仅 仅 是在短程坡道上为克服高差而 允 许 的最 大 坡 度，而较长距离的运行坡度则不宜太 走 如果 接 露天公路运输设计规程，则要求各级道路 的 莲 续纵坡不太子 1 5 ％ 且对坡长有一 定 限 制， 纵坡大于 5 时就要设置缓和坡段，缓 和坡段 的坡度 不得大于 3 ％，长度不宜小于 8 o m。但 在井下由于设备的特点与地面运行的设备不一 样， 具体设计时缓和坡度积坡段 的设置 ， 要视 辱 } f 坡道 的线路设 计而 定。 井下斜坡道，无论是输 进矿石 的主斜坡道还是运送设备、 人员， 材料的 辅助斜 坡遭， 其 坡度都不宜超 过 1 7 。 坡度太 大， 不 但使 无轨设备运行速度减慢， 影 响车 速和 效 率， 而且托 胎及机器磨损犬， 排 出的废气量也 大大 增加 ， 增大 了矿井的污染程度。 井 下无 轨斜 坡避亦有最 隹的坡度 ，它是根据开 拓费 用和 生 产 成本来决 定的， 当增大 坡度时 上述缺 点所 造 成的效率降低、成 本提 高往往梭 减少 的开 掘费 用所掩盖。掇 据国外有 关资料， 西欧、 东欧 国家 中除个别国家的吵 数矿山 如爱尔兰、法国 的 斜坡 道高达 2 0 以上， 其 余的多数矿 山斜坡道 坡 度基本小 于 1 5 弯道 处的坡度 一般 为 1 O 茄 左右。瑞典矿山对 斜坡道的坡度 与矿石成本 之 间的关系怍过 曲线 比较 图 4 。 从 图4中看 出， 坡度越大， 由于长度短 而使 掘进 支护费 用减 少， 但 运输 费用却增高。 蒜 嚣 } 键 2． 25 0 0m 1 2 5 0 m 8 { O m距 图 l 斜 坡 道坡 度与矿 石成 本的 关系 我 国由于建设矿山的投资来 源较困难 ，往 往为减少投资而增大斜坡道 的坡度。 冶 金 安 全规程 中规 定“ 螺旋 或折 返 斜坡道，用于 运 输矿石的，其坡度不太子 1 O ，用暑 运输材 料 设备的，其坡度不大于 1 5 蜀。 服务年 限短 的， 在确保安全 的条件下， 可适当加大 。 笔者认 童 属矿 山 L 2 j 1 9 8 9 维普资讯 为 ， 应全面理解 规程 的规定 ， 坡 度一般不 得超 过 1 5 ， 弯道部位不 超过 1 O 笳。 仅是服务年限短 舳 采场短 段联络道， 可 适当加大坡 度， 但 一般也 不 要超过 2 0 届。 三、路 基与路 面的处 理 若斜坡道路况不好，首先反映 出 的 问题 是轮 胎磨 损快 ，其 次是 机件 损坏快。在井 下出 矿 和 运输 的费用 中，轮胎费 占 4 o 黟 左右， 甚至 高达 5 5 ％。 因为井 下作业条件恶 劣，潮 湿 多 水 ， 巷遭狭 窄， 坚 硬矿岩酒 在路 上而 使无 轨车辆 轮 胎易于 割裂，缩短其寿命。尽管 目前 国内外 正在 研制耐磨、 耐切割，防腐蚀 的光 面轮 胎，但 仍应重视路基、 路 面的设计、 施工及 日常维 护。 目前，井下无轨斜坡道道路常用混凝土路 面或碎石砼、 碎石沥青、 沥青砼路面。碎石路面 构筑 简单， 造价低 ， 构筑 时最好先垫上一层 厚度 20 o m 、粒径小于 7 5 ram 的碎石做路基， 其 上再 铺 上一层 厚 t 0 2 0 c m、粒径 2 5 ram的碎石 ， 若 能用压路机压实压平更好。 砼 或钢 筋路面一般用于运矿，且运量大 的 主斜坡道， 提高车速， 减少对轮胎的磨损。对于 运距不长、 运量不 大的斜坡道， 可不 必建 筑砼甚 至钢 筋砼路面。因为这种路面投资很高，根 据 国外有关资料介绍，建 I m。 砼路 面 的 造 价 约 8 o 一1 0 0法郎，每公里道路的维护费每年为 6 O 万法郎，平均每采一吨矿石 的维护费 为 0 ． 1法 郎。对于辅助运输的斜坡道，笔者认为无需设 计施工砼路面， 只铺设碎石路面 即可。至于一 般的采场联 络道及采 场内的道路更无必要设计 施工砼路面。根据有蓑资料 ，厚度为 1 2 o m 的 碎 石道路 ，每米 道 路 的 平 均 成 本 为 3 ． 2 2美 元 。 为了提高道路的有 效使 用时间和 效果 ，设 计 时应考虑养护措施和养护维修 机精 具 包括 适合．亍 井下作业 用的小型 筑路机， 平 踏机、 压路 机 等等， 并配备一 定数量 的养路工人， 从而确保 道辨的 良好 状况。 童属矿山 1 叠 l 9 8 拿 四、掘进施工方法 无轨斜坡道掘进的施工方法有多 种，可 以 根据斜坡道的布置形式、 断面形状 与规 格． 长度 等有关情况来选择。 国外无轨斜 坡道一般采用无轨设备 进行掘 进 与支护。凿岩 用双机或三机液压 凿 岩 台 车， 出碴用柴油 装运机或蟹爪 式、 立爪式装载机 。 当 运距 大于 2 0 0 2 5 0 m 时， 再 采用 自卸 汽车 装运 出斜 坡道 。采用 自上而 下的掘进方式 ，掘进速 度可达 1 5 0 2 0 0米／ 月 。 国内无轨斜 坡遭 的施 工方 法有 高度机械化 掘进 即全部用无轨设备进行掘进和支护 、一 般机械化掘进 主要采用常规设备． 手持式凿岩 机． 电耙、 装岩 机等 、 以及上述两种方法 的结 合。其方法可 以 自上往 下掘进，也可 从下往上 掘 进； 还 可分段旅工， 也可不分段施工。 例 如， 广 东凡 口铅锌矿 采用常规设备掘进， 在 主斜坡道 尚未开掘 的情况下，为了先进行盘 区开 采，在盘 区开掘 了辅助斜坡道。该斜坡逋 采甩折 返布置 ，折返距离最大 为 2 0 5 m 垂 高 4 o ；折 返距离最小 为 4 Om 垂高 8m。坡度 2 0 2 5 ％，断面形状为三心拱 3 ． 4 3 ． 2 m 宽 高 ， 曲率半径 8 1 2 m。 施工时先开掘斜坡 道折返段端 部的垂直溜井，然后从 溜井 处进行 第一段斜坡道 的施工。先 自下而上掘进， 甩 2 3台 YT 3 O型手持式凿岩 机凿岩，先打 下部炮 眼， 爆破 后在碴堆上钻凿上部炮眼， 上部炮 眼打 完后，用 2 P K- 1 4型或 2 I P J 一 2 8型 电耙出碴， 碴 出完再打下部炮眼， 然后上下部一次爆 破， 出 一 部分碴 后继续在碴 堆上打上部炮眼。如此循 环作业。碴石用 电耙耙到溜井 中，但 电耙出碴 容易使底板耙成凹槽，而底部和两帮的碴石留 存而不 易 出尽，尚须依靠 人工 辅助。当耙运距 离大于 4 0 m时要用电耙分段出碴 图 5 。 河北小寺沟锕矿的辅助斜坡道采用螺旋形 布置， 坡度 1 O 一1 5 茄， 规格为 4 5 x3． 8m， 施 【 方 法用 电耙、 溜井及分段掘进。 维普资讯 电耙嗣 室 症 井 1 臣 5 凡口铅锌矿普通机械掘进 坡道示意 三 山岛金矿的斜坡道除了开 口的一段采 用 有轨卷扬提碴的掘进方法以外， 其余段 主要采 用一般机械化方法掘 进。凿 岩 用 4台 7 6 5 5型 气 腿式 凿岩机， 出碴用美 国 瓦 格 纳 S P - 5 B型 3． 8m。 铲运 机 及 M 1 3型 1 3 坑 内 自卸 汽 车。每 隔一定距离设一调车点，一般设在 与分 段巷道的交 岔点处， 其距 离为 1 2 0 1 5 0 m 。 河 北寿 王坟铜矿采用了主要由我 国 自行研 制 的大 型无轨设备组成的整套无 轨机械化施工 作业线， 进行独头 大断面斜坡道掘进的配套的 大型无 轨设备， 包括 履带式六机液压凿岩台车， 蟹爪式装载机， 自行皮带转载机 以及引进 的1 5 t 自卸式汽车。该斜坡道全 长 2 500 m， 三心拱形 断 面 4 5 m， 坡度 1 4 ％，穿 过变质灰岩和花 岗 岩 ， 岩层致密坚 硬， 除局部断层处进行喷浆支护 外， 一般不 支护 。在从上 向下掘进时， 由于距离 长 ， 断面大 通风 比 较 困 难 因 此 果 用 一 台 1 1 k W 对旋轴流风机、 6 o o mm风筒进行压入 式 通风， 随工作 面的延深而接长风筒。 白银小铁山铅锌 矿的 无 轨 斜 坡 遭 全 长 1 6 50 m，折 返 式 布 置，坡 度 1 7 曲 率 半 径 1 5 2 0 m， 每隔 1 0 0 1 50 m 有会 车道和避 车 硐 室 半 圆拱形断面 3． 73 ． 7m，大 部分为喷 锚支护。 掘 进 采 用 YT - 2 4和 YT- 3 0 型 凿 岩 机， 出碴采用美国瓦格 纳 EHS T - 1 A型 0 ． 7 6 ma 斗容 的电动铲 运机 和东 风 白卸汽 车。 在 顺 利的情况下， 掘进速度月进 达 50 m， 平均 3 0m。 从 1 9 8 6年 6月正式开 口掘进至 1 9 8 8年 3月共 掘进 了 7 7 2 m。 目前仍在继 续下掘 部分并将 进 行路面的铺设。 随着斜坡道掘进的延深， 在斜 坡 道 口 安 装 了 2台 1 1 k W 的 GKJ 6 7 一 z 4 50 I I 型 局扇进行压 入式 通风 。 除此 以外， 还 利用了由斜 坡 道至地表 的一个 1 2 5 mm 排永钻孔 生产 规 将安设排水管 进行通风， 有一定效果。 五、 几 个问 题 从 7 0年代开始到 8 o年代 的二十 余 年 中， 我国有色矿山已设计和建设了 1 0 余条无 轨 斜 坡道， 积累了一定 的设计与施 工经验， 与 国外的 斜坡道设计与施 工情况相 比，有我 国自己的特 点。斜 坡道的采 用对我 国矿 山推广应用无轨设 备， 进一步实现机械 化， 提 高劳动生产率和提高 生产能力， 都有一定积极 意义 。 在设计与施工无轨斜坡道时，还有几个问 题值得进一步探讨和研究。 1 ．目前我国用重型 的无 轨设 备施 工 斜 坡 道的矿 山尚少， 因为无轨斜坡道的断面规 格一 般不很大，而坡度比较大。个别矿山斜坡遭转 弯半径 较小，这对行车是不利的。究 其原 因主 要是受 到资金来源和经挤 条件的制约。 2 ．对于斜坡道竖曲线． 曲线段加宽，外侧 超 高，超 高段缓坡长度等的设计尚没有 比较统 一 的规定 有待补充 与完善。 3．斜 坡道施工 时的通风仍 比较难 解决， 一 般采用局部或辅助通风，也有采用大直径钻孔 通风。但钻 孔钻进费用也很 高，一般 每米孔为 3 o 0 , -． - 4 0 0元，因此对斜 坡遭施工时的通风仍需 继续关注和研究。 参考文献 略 上接第 2 4页 [ t] 长沙矿山研究院t关于 “ 七 五 间如何发展我唇大型 金属矿装备的建议， 1 9 8 5 ． 1 1 [ 5 长沙矿山研究院， 我国有色盍属矿 山机械化发展规划 纲要 ， 1 9 8 5 ． 7 [ 6 ] 冶盘部设备科技情报网矿山设备组． 国外大型金属矿山 设备现状与发晨趋势，国外矿山设备发展水平交蔬 会 材料 之一 ， i 9 7 8 盒羼矿山 1 2 1 0 8 维普资讯