大頂山礦區(qū)中段運(yùn)輸有軌改無軌的研究

馬相松，張正明，魏建海

大頂山礦區(qū)中段運(yùn)輸有軌改無軌的研究

馬相松，張正明，魏建海

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

為滿足四川錦寧礦業(yè)大頂山礦區(qū)改擴(kuò)建的需要，結(jié)合國內(nèi)外無軌運(yùn)輸發(fā)展的現(xiàn)狀，對大頂山礦區(qū)生產(chǎn)接替中段2 390 m中段運(yùn)輸方案，從技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行了有軌運(yùn)輸方案與無軌運(yùn)輸方案的詳細(xì)對比和分析。經(jīng)過比較，無軌運(yùn)輸設(shè)備更具高效能、多用途、機(jī)動(dòng)靈活和技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)。

大頂山礦區(qū);中段運(yùn)輸;有軌運(yùn)輸;無軌運(yùn)輸

0 引言

四川錦寧礦業(yè)大頂山礦區(qū)井下采礦工程于1992年底建成投入試生產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模50萬t/a。采礦方法為無底柱分段崩落法，WJ－1.5D電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，中段高度45 m，分段高度15 m，進(jìn)路間距10 m。中段運(yùn)輸為有軌運(yùn)輸，礦石采用10 t架線式電機(jī)車牽引1.2 m3固定式礦車運(yùn)輸，廢石采用7 t架線式電機(jī)車牽引0.55 m3翻轉(zhuǎn)式礦車運(yùn)輸。

礦山目前已轉(zhuǎn)入2 450 m中段的生產(chǎn)，為維持礦山持續(xù)發(fā)展，2 450m中段以下的設(shè)計(jì)、建設(shè)任務(wù)十分緊迫。根據(jù)企業(yè)自身發(fā)展及地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，該礦迫切需要進(jìn)行改擴(kuò)建、提升產(chǎn)能。

經(jīng)過深入調(diào)查和分析，如果該礦通過引進(jìn)先進(jìn)的采掘設(shè)備(Simbar H1 254深孔液壓鑿巖臺(tái)車、Boomer 281液壓掘進(jìn)臺(tái)車和2 m3級電動(dòng)或柴油鏟運(yùn)機(jī))，擴(kuò)大采礦參數(shù)(進(jìn)路間距由10m擴(kuò)至12.5 m，中段高度擴(kuò)至60 m)，進(jìn)一步擴(kuò)大采礦規(guī)模是有可能的。但礦山生產(chǎn)持續(xù)到有軌中段時(shí)，存在將有軌中段巷道轉(zhuǎn)化為無軌回采分段巷道的問題，這個(gè)轉(zhuǎn)化過程包括拆除軌道及架線，擴(kuò)刷斷面，設(shè)置調(diào)頭硐室等，整個(gè)過程需要6個(gè)月以上的時(shí)間才能完成，但還需要兼顧上部未采完采場的出礦任務(wù)不受影響，在如此長的時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸作業(yè)與回采井巷工程建設(shè)同步進(jìn)行、相互干擾和制約，將會(huì)嚴(yán)重影響礦山產(chǎn)能的均衡性和持續(xù)性，同時(shí)也成為制約大頂山礦區(qū)擴(kuò)大產(chǎn)能的瓶頸。為了解決這一矛盾，是否可以借鑒近年國內(nèi)外無軌運(yùn)輸?shù)南冗M(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將大頂山礦區(qū)中段運(yùn)輸方案由有軌運(yùn)輸改為無軌運(yùn)輸呢?

1 井下無軌運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展

國外在20世紀(jì)50年代就已開始廣泛使用井下無軌運(yùn)輸技術(shù)。國內(nèi)井下無軌運(yùn)輸方式在煤礦井下已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用，在金屬礦山正逐漸得到推廣使用。近年來，我國一些現(xiàn)代化大型礦井和改擴(kuò)建礦山在無軌運(yùn)輸技術(shù)方面進(jìn)行了積極的實(shí)踐和推廣，如內(nèi)蒙古神華集團(tuán)的大柳塔礦、山東兗礦集團(tuán)的濟(jì)三煤礦等。2009年，大紅山鐵礦擴(kuò)產(chǎn)工程III、IV號礦體80萬t/a工程采用了無軌運(yùn)輸方案，中段采用20 t井下礦用卡車將鐵礦石直接從采場溜井運(yùn)輸至原400萬t/a工程破碎硐室進(jìn)入主溜破及膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)提升至地表選廠原礦倉，該項(xiàng)目已經(jīng)建成并初步取得較好的經(jīng)濟(jì)效果，體現(xiàn)出無軌運(yùn)輸?shù)母咝?、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。

與有軌運(yùn)輸相比較，無軌運(yùn)輸主要有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)可實(shí)現(xiàn)一次裝載后從采場溜井至主溜井、或至地表原料堆場的直達(dá)運(yùn)輸，無需中間轉(zhuǎn)載，從而大大簡化了輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，顯著減少了從事輔助運(yùn)輸?shù)木鹿ぷ魅藛T數(shù)量。

(2)可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，可以靈活用于礦石和廢石的運(yùn)輸，便于井下調(diào)度，同時(shí)也有利于裝、卸設(shè)備規(guī)格的統(tǒng)一，減少井巷工程的開掘量。一般地下金屬礦山的有軌運(yùn)輸，由于運(yùn)礦車輛規(guī)格較大而運(yùn)廢車輛規(guī)格較小，導(dǎo)致溜井振機(jī)裝礦設(shè)備型號不一，進(jìn)而導(dǎo)致礦石和廢石溜井的功能單一而不能根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行功能互換;同時(shí)還導(dǎo)致卸礦設(shè)施的不一致，需要增加部分井巷工程來滿足礦、廢分運(yùn)的要求。

(3)機(jī)動(dòng)靈活、操作簡單、安全性好，特別適合于沿礦體開采的多分支巷道輔助運(yùn)輸。一般運(yùn)輸巷道沿礦體開拓，線路分支多、坡度多變。若采用有軌運(yùn)輸，由于中間多次摘掛鉤、倒車甚至人推肩扛等，最容易發(fā)生事故造成傷亡。而采用無軌運(yùn)輸則車輛長度和轉(zhuǎn)彎半徑等明顯優(yōu)于有軌運(yùn)輸，同時(shí)單輛車有專職駕駛?cè)藛T可以更安全地滿足運(yùn)輸任務(wù)。

綜上所述，無軌運(yùn)輸是比較先進(jìn)的運(yùn)輸方式，它克服了傳統(tǒng)有軌運(yùn)輸方式所存在的用人多、占用設(shè)備多、效率低、安全保障性差等弊端，同時(shí)又能為礦山的持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供強(qiáng)有力的運(yùn)輸保障。

2 大頂山礦區(qū)有軌運(yùn)輸與無軌運(yùn)輸方案的對比

2.1 方案簡述

2.1.1 中段有軌運(yùn)輸方案

根據(jù)產(chǎn)能及采場出礦的要求，各運(yùn)輸中段為環(huán)形運(yùn)輸、穿脈裝車，環(huán)形運(yùn)輸系統(tǒng)巷道總長約3 500 m。各回采分段崩落礦石用鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)至溜井，經(jīng)溜井下放至有軌運(yùn)輸中段，經(jīng)振動(dòng)放礦機(jī)裝入2 m3礦車，用14 t電機(jī)車牽引至主溜井下放至2 270 m主運(yùn)輸中段，再經(jīng)振動(dòng)放礦機(jī)裝入2 m3礦車，用14 t電機(jī)車牽引至地表選廠原礦倉。各回采分段掘進(jìn)廢石先經(jīng)溜井下放至有軌中段裝入0.55 m3礦車，用7 t電機(jī)車運(yùn)輸至地表廢石倉后，再用汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至大頂山支溝廢石場，見圖1。

圖1 有軌運(yùn)輸方案2 390 m中段平面圖Fig.1 Layout Plan of 2 390 m Sublevel for Rail Haulage Scheme

2.1.2 中段無軌運(yùn)輸方案

根據(jù)產(chǎn)能及采場出礦的要求，各運(yùn)輸中段改為穿脈裝礦、沿脈運(yùn)輸方案，沿脈和穿脈巷道總長約1 800 m。各回采分段崩落礦石用鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)至溜井，在無軌運(yùn)輸中段采用振動(dòng)放礦機(jī)裝入20 t礦用卡車運(yùn)輸至主溜井下放至2 270 m主運(yùn)輸中段，再振動(dòng)放礦機(jī)裝入20 t礦用卡車直接運(yùn)輸至地表選礦廠原礦倉。各回采分段掘進(jìn)廢石先經(jīng)溜井下放至無軌運(yùn)輸中段裝入20 t礦用卡車直接運(yùn)輸至大頂山支溝廢石場，見圖2。

圖2 無軌運(yùn)輸方案2 390 m中段平面圖Fig.2 Layout Plan of 2 390 m Sublevel for Trackless Haulage Scheme

2.2 方案對比

根據(jù)投資及經(jīng)濟(jì)比較，兩個(gè)運(yùn)輸方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

(1)中段有軌運(yùn)輸方案。優(yōu)點(diǎn):基建2 390 m中段的設(shè)備投資小，本中段基建投資相對較小，中段及綜合運(yùn)輸成本相對較低，費(fèi)用現(xiàn)值較低。缺點(diǎn):后期逐漸投入較大，且機(jī)動(dòng)靈活性差，當(dāng)回采至中段運(yùn)輸水平時(shí)，需要提前撤出軌道及架線，若斷面不夠，還需要刷幫擴(kuò)大斷面，耽誤時(shí)間較長，生產(chǎn)組織困難，極大地影響生產(chǎn)，且每個(gè)中段均需鋪軌架線，二次投資，同時(shí)對將來的產(chǎn)能穩(wěn)定產(chǎn)生限制。

(2)中段無軌運(yùn)輸方案。優(yōu)點(diǎn):井巷工程量較小，持續(xù)生產(chǎn)順利過渡，機(jī)動(dòng)靈活性好，方便快捷調(diào)度。缺點(diǎn):本方案初期設(shè)備投資大，基建投資相對較大，主要是運(yùn)輸設(shè)備一次投資較大，運(yùn)輸成本及綜合運(yùn)輸成本略高，裝礦點(diǎn)產(chǎn)塵大，尾氣產(chǎn)生空氣污染，影響通風(fēng)質(zhì)量，生產(chǎn)中可采用局扇局部加強(qiáng)通風(fēng)，改善通風(fēng)條件，見表1。

表1 中段運(yùn)輸方案有軌與無軌比較(可比部分)Tab.1 Comparison of Rail and Trackless Sublevel Haulage Scheme(Com parable Part)

2.3 對比結(jié)果

通過以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從經(jīng)濟(jì)上看有軌運(yùn)輸方案比無軌運(yùn)輸方案略有優(yōu)勢;但從技術(shù)上看本礦山礦體走向較短，要滿足100萬t/a生產(chǎn)規(guī)模的前提下，當(dāng)回采至中段運(yùn)輸水平時(shí)，需要提前撤出有軌運(yùn)輸?shù)能壍兰凹芫€，刷幫擴(kuò)大斷面滿足無軌設(shè)備運(yùn)行需求，耽誤時(shí)間較長，生產(chǎn)組織極為困難;從采場生產(chǎn)能力驗(yàn)證情況看，礦山完全可以達(dá)到80～ 100萬t/a的生產(chǎn)能力，礦山原有45 m中段高度及有軌運(yùn)輸系統(tǒng)在生產(chǎn)中已經(jīng)嚴(yán)重制約了礦山的產(chǎn)能。為此，如果能夠?qū)⒅卸胃叨扔?5 m改為60 m，并采用無軌運(yùn)輸方案，礦山的綜合產(chǎn)能完全可以從目前的50萬t/a提升到80～100萬t/a。因此，推薦將中段運(yùn)輸方式從有軌運(yùn)輸方式改為無軌運(yùn)輸方式。

3 無軌運(yùn)輸存在的問題和應(yīng)對措施

3.1 尾氣污染

目前降低尾氣污染的主要方法仍然是加大井下通風(fēng)量，稀釋尾氣濃度，駕駛員佩戴防毒面具防范井下尾氣污染。其次對井下卡車進(jìn)行改造，加裝尾氣凈化裝置，也可以明顯改善尾氣污染狀況。

國內(nèi)外大型超大型露天礦山普遍采用電動(dòng)輪礦用卡車運(yùn)輸，該技術(shù)已經(jīng)成熟，未來的井下礦用卡車如果能夠朝著電動(dòng)(充電)型發(fā)展，就可以從根本上解決無軌運(yùn)輸?shù)奈矚馕廴締栴}。

3.2 防火

在無軌運(yùn)輸水平設(shè)置系統(tǒng)的防火設(shè)施，并定期進(jìn)行井下防火演練。

4 結(jié)語

綜上所述，無軌運(yùn)輸具備明顯的優(yōu)點(diǎn)，隨著高產(chǎn)、高效現(xiàn)代化礦山的大規(guī)模建設(shè)，無軌運(yùn)輸?shù)膹V泛應(yīng)用必將會(huì)受到包括煤炭和金屬行業(yè)在內(nèi)的廣大礦山企業(yè)越來越大的關(guān)注。

［1］關(guān)谷勇，李玉姬.采用無軌運(yùn)輸開采傾斜礦體［J］.采礦技術(shù)，1984(1):12－14.

［2］朱力行.關(guān)于我國地下開采無軌機(jī)械化的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景［J］.冶金設(shè)備，1989(5):25－28.

［3］安愛華，余南中.對井下無軌設(shè)備維修制度的探討［M］.有色金屬設(shè)計(jì)，2002(2):68－72.

［4］戰(zhàn)凱.地下金屬礦山無軌采礦裝備發(fā)展趨勢［J］.采礦技術(shù)，2006(3):34－38.

［5］張廣篇，王天野.全無軌化開采技術(shù)在巖金礦山的應(yīng)用及設(shè)計(jì)實(shí)踐［J］.黃金，2010(7):21－24.

Research on Sublevel Haulage from Rail to Track less in Dadingshan Mining Area

MA Xiang－song，ZHANG Zheng－ming，WEI Jian－h(huán)ai
(Kunming Engineering＆Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd.，Kunming 650051，China)

To meet requirements for reconstruction and expansion project of Dadingshan Mining Area in Jinning，

Sichuan，and combined with current situation of trackless haulage development at home and abroad，comparison and analysis on sublevel haulage schemes with rail and non－rail for 2 390 m production taking over sublevel in Dadingshan Mining Area were carried out from technological and economic perspective in detail.Through comparing，trackless transportation equipment has the features of high performance，multipurpose，flexible，advanced technology and so on.

Dadingshan mining area;sublevel haulage;rail haulage;trackless haulage

TD524

A

1004－2660(2012)02－0001－04

2012－04－10.

馬相松(1977－)，男，貴州人，工程師.主要研究方向:金屬礦山工程設(shè)計(jì).