金屬地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道設(shè)置創(chuàng)新研究與工程實(shí)現(xiàn)

羅業(yè)民 吳永強(qiáng) 蔣文利 孫艷秋

(河鋼集團(tuán)灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 灤州 063700)

0 引言

金屬地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道的布置是礦床開拓的一部分，其功能是以解決礦石運(yùn)輸為主，并滿足人行、通風(fēng)、排水等要求。階段運(yùn)輸水平巷道布置是否合理，直接影響到地下工作人員的安全和工作條件、開拓工作量的大小、運(yùn)輸能力及礦塊的生產(chǎn)能力等。因此，正確的選擇和設(shè)計階段運(yùn)輸水平巷道十分重要[1]。金屬地下礦山井下礦石運(yùn)輸大多采用有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，根據(jù)礦體的產(chǎn)狀不同，一座金屬地下礦山礦石有軌階段運(yùn)輸水平沿垂高方向一般間隔50～100 m設(shè)置一個，即一個階段運(yùn)輸水平負(fù)責(zé)礦體垂高50～100 m范圍內(nèi)的礦石運(yùn)輸任務(wù)[2]。該設(shè)計方法對于礦體傾角小、垂深小的礦山是經(jīng)濟(jì)合理的，但是對于礦體相對集中、傾角大、垂深大的礦山是不經(jīng)濟(jì)的，因為需要設(shè)置多個階段運(yùn)輸巷道才能滿足整個礦山的礦石運(yùn)輸任務(wù)?；诮鉀Q上述設(shè)置多個階段運(yùn)輸水平巷道不經(jīng)濟(jì)、不合理的問題，對階段運(yùn)輸巷道的設(shè)置進(jìn)行了研究創(chuàng)新，為金屬地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道的設(shè)置方案或設(shè)計提供了新的思路和發(fā)展方向。

1 階段運(yùn)輸水平巷道設(shè)置影響因素

1)階段運(yùn)輸能力。階段運(yùn)輸水平巷道的布置，首先要滿足階段生產(chǎn)能力的要求，保證能將礦石運(yùn)輸?shù)骄缕扑橄到y(tǒng)。其次，階段運(yùn)輸能力應(yīng)留有余量，以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。

2)礦體厚度和礦巖的穩(wěn)定性。礦體厚度小于4～15 m，一般采用一條沿脈巷道；厚度在15～30 m，一般采用一條下盤沿脈巷道加穿脈巷道，或兩條下盤沿脈加聯(lián)絡(luò)巷道；極厚礦體多采用環(huán)形運(yùn)輸。階段運(yùn)輸巷道應(yīng)布置在穩(wěn)固的圍巖中。

3)采礦方法。例如崩落法一般需要布置脈外運(yùn)輸巷道，并且要布置在下階段的移動界線之外，以保證下階段開采時作為回風(fēng)巷道不被破壞，有些采礦方法不一定要布置脈外運(yùn)輸巷道。

4)通風(fēng)要求。階段運(yùn)輸水平巷道的布置應(yīng)有明確的進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)路線，盡量減少拐彎，避免巷道斷面突然變化，以減少通風(fēng)阻力。

5)工程量。要盡量使系統(tǒng)簡單合理，工程量小，基建時間短。這就要求巷道布置緊湊，集中，盡量一巷多用，減少工程量。

2 階段運(yùn)輸水平巷道設(shè)置現(xiàn)狀

根據(jù)不同條件和要求，在平面上，金屬地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道有多種布置形式，分別為單一沿脈巷道布置、下盤雙巷加聯(lián)絡(luò)道布置、脈外平巷加穿脈布置、上下盤沿脈巷道加穿脈的環(huán)形布置等[3]。但根據(jù)階段運(yùn)輸能力、礦體厚度及礦巖的穩(wěn)固性、采礦方法、通風(fēng)要求等，不管平面上階段運(yùn)輸水平巷道是何種布置形式，在垂深方向上階段運(yùn)輸水平巷道現(xiàn)行普遍的設(shè)置或設(shè)計是每50～100 m設(shè)置一個階段運(yùn)輸水平，即一個階段運(yùn)輸水平負(fù)責(zé)礦體垂高50～100 m范圍內(nèi)的礦石運(yùn)輸任務(wù)，垂深方向上階段運(yùn)輸水平的設(shè)置數(shù)量根據(jù)礦體產(chǎn)狀和礦井生產(chǎn)能力確定，一般中大型地下礦山階段運(yùn)輸水平的數(shù)量均在兩個或兩個以上[2]。現(xiàn)階段金屬地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道設(shè)置縱投影圖見圖1。

3 階段運(yùn)輸巷道的創(chuàng)新設(shè)置

3.1 技術(shù)背景

從地下礦山階段運(yùn)輸巷道布置或設(shè)計的現(xiàn)狀可看出，普遍情況是一座地下礦山沿礦體垂深方向50～100 m設(shè)置一個階段運(yùn)輸巷道，即一個運(yùn)輸階段負(fù)責(zé)礦體垂深50～100 m范圍內(nèi)的礦石運(yùn)輸任務(wù)。對于一部分礦山來說，這種設(shè)計只考慮了階段運(yùn)輸巷道的功能性，而并沒有從礦體產(chǎn)狀、傾角、垂深等要素去分析考慮階段運(yùn)輸巷道設(shè)置的經(jīng)濟(jì)合理性，沒能將功能性和經(jīng)濟(jì)合理性有機(jī)地統(tǒng)一起來，不利于降低礦山建設(shè)投資和運(yùn)行效率?；诮鉀Q上述問題，研究提出了地下礦山階段運(yùn)輸巷道的創(chuàng)新設(shè)置或設(shè)計。

3.2 創(chuàng)新技術(shù)方案

對于礦體相對集中、傾角大、垂深大的地下礦山各階段運(yùn)輸水平上下基本對應(yīng)，主要通過溜井實(shí)現(xiàn)彼此相連通，最后各階段運(yùn)輸水平都是通過同一條或多條主溜井與井下溜破系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)礦石的重力運(yùn)輸與集中[4]。根據(jù)地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道與溜破系統(tǒng)的這種關(guān)系，可以對地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道的布置進(jìn)行調(diào)整與創(chuàng)新，即對應(yīng)適合條件的地下礦山，將整個礦山服務(wù)期內(nèi)的階段運(yùn)輸水平巷道集中統(tǒng)一設(shè)置在最低采礦水平的下部，且整個礦山只設(shè)置一個運(yùn)輸水平，礦山采出的全部礦石均通過采區(qū)溜井集中溜放到設(shè)置在最低采礦水平下部的唯一一個運(yùn)輸水平巷道進(jìn)行集中運(yùn)輸。此創(chuàng)新技術(shù)方案很好的解決了多個運(yùn)輸階段的不經(jīng)濟(jì)不合理的問題，減去了一個或多個階段運(yùn)輸水平，各運(yùn)輸水平的通風(fēng)、供電、排水及安全子系統(tǒng)相應(yīng)減去，極大地簡化了地下礦山開拓系統(tǒng)，減少了工程量及工程投資，提升了運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低了生產(chǎn)成本，方便了生產(chǎn)管理。金屬地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道集中統(tǒng)一設(shè)置縱投影圖見圖2。

4 創(chuàng)新技術(shù)方案效果分析

4.1 技術(shù)可行性

1)階段運(yùn)輸水平巷道創(chuàng)新設(shè)置或設(shè)計適用于礦體集中、傾角大、垂深大的地下礦山運(yùn)輸水平集中統(tǒng)一設(shè)置。

2)采區(qū)溜井底部生產(chǎn)期間始終保留有一定高度的緩沖礦石，溜井中緩沖礦石的高度根據(jù)實(shí)際情況確定，不得放空采區(qū)溜井，保證了采區(qū)溜井放礦設(shè)備及溜井本身的安全[5]。

3)采區(qū)溜井施工采用各采礦水平分段施工的方式，不會因為采區(qū)溜井增長而增加施工難度。

因此，綜合考慮各方面因素，階段運(yùn)輸水平巷道的集中統(tǒng)一設(shè)置技術(shù)可行。

4.2 經(jīng)濟(jì)合理性

階段運(yùn)輸巷道的集中統(tǒng)一設(shè)置技術(shù)方案可為地下礦山減少如下工程量或工程投資：

1)礦山集中統(tǒng)一設(shè)置階段運(yùn)輸水平巷道可減少一個或多個階段運(yùn)輸水平，減少的工程量和工程投資是非常大的。以一個生產(chǎn)能力500萬t/a的礦山為例，可減少工程掘進(jìn)量15萬m3以上，節(jié)省工程投資上億元，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

2)減少主溜井長度，減少工程量，節(jié)省工程投資。

3)節(jié)省一個或多個階段運(yùn)輸水平的鋪設(shè)架線工作量和投資。

4)節(jié)省部分階段運(yùn)輸水平之間的軌道移裝費(fèi)用。

因此，階段運(yùn)輸水平巷道的創(chuàng)新設(shè)置技術(shù)方案是經(jīng)濟(jì)合理的。

5 工程實(shí)例

司家營常峪鐵礦位于河北省灤州市城區(qū)東南6 km處的響嘡鎮(zhèn)境內(nèi)，礦區(qū)位于司家營鐵礦主廠區(qū)北側(cè)，資源儲量1.25億t，全區(qū)全鐵平均品位為29.26%。設(shè)計采用地下開采，年產(chǎn)鐵礦石500萬t，精礦產(chǎn)量156.25萬t/年，生產(chǎn)服務(wù)年限29年。礦山首采水平為-400 m，井下采用有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，原設(shè)計在-425 m水平、-325 m水平、-225 m水平設(shè)置3個階段運(yùn)輸水平，負(fù)責(zé)礦山生產(chǎn)期內(nèi)井下礦石的運(yùn)輸。在實(shí)施應(yīng)用階段運(yùn)輸水平巷道的集中統(tǒng)一設(shè)置技術(shù)方案后，該礦山有軌運(yùn)輸水平設(shè)置在最低采礦水平的下部，且只設(shè)置一個有軌階段運(yùn)輸水平，礦山采出的全部礦石均通過采區(qū)溜井集中溜放到設(shè)置在最低采礦水平下部的唯一一個有軌運(yùn)輸水平進(jìn)行集中運(yùn)輸，即將運(yùn)輸水平集中布置在首采采礦水平-400 m以下的-425 m水平，相比原設(shè)計方案，取消了-225 m、-325 m兩個運(yùn)輸水平，通過采區(qū)溜井將首采水平及以上各采礦水平與-425 m集中運(yùn)輸水平連接起來，實(shí)現(xiàn)全礦全生命周期礦石的集中運(yùn)輸。常峪鐵礦階段運(yùn)輸水平巷道設(shè)置創(chuàng)新技術(shù)方案實(shí)施后，與原設(shè)計方案相比，其應(yīng)用效益情況見表1。

表1 常峪鐵礦階段運(yùn)輸巷道設(shè)置創(chuàng)新技術(shù)方案效益表

從表1可看出，司家營常峪鐵礦階段運(yùn)輸巷道設(shè)置創(chuàng)新技術(shù)方案實(shí)施后，可減少開拓工程量160 354 m3，節(jié)省工程投資11 779萬元，效益顯著。

6 結(jié)語

1)根據(jù)礦體賦存條件，研究構(gòu)建了全生產(chǎn)期只設(shè)置一個階段運(yùn)輸水平的井下集中統(tǒng)一運(yùn)輸系統(tǒng)。該研究創(chuàng)新和豐富了地下礦山階段運(yùn)輸水平巷道的設(shè)置形式，為地下礦山階段運(yùn)輸水平設(shè)置提供了新的設(shè)計思路和發(fā)展方向。

2)分散設(shè)置的多階段運(yùn)輸水平巷道通過一條或多條主溜井與井下破碎系統(tǒng)連接起來，而階段運(yùn)輸巷道的集中統(tǒng)一設(shè)置技術(shù)方案大量減少了主溜井長度，降低了工程施工難度，減少了安全隱患。

3)分散設(shè)置的多階段運(yùn)輸水平巷道根據(jù)礦山生產(chǎn)的推進(jìn)需要依次鋪設(shè)軌道和架線或依次拆移軌道和架線，而階段運(yùn)輸巷道的集中統(tǒng)一設(shè)置技術(shù)方案避免了多運(yùn)輸中段鋪軌架線的重復(fù)工程量。

4)階段運(yùn)輸巷道的集中統(tǒng)一設(shè)置技術(shù)方案減去了一個或多個階段運(yùn)輸水平，各運(yùn)輸水平的通風(fēng)、供電、排水及安全子系統(tǒng)相應(yīng)減去，簡化了地下礦山開拓系統(tǒng)，增強(qiáng)了礦山市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展。