無軌設(shè)備運輸在大西溝金礦的適用性研究

蒙紅榮，馮浩男，高碩，劉洲

(1.豐寧金龍黃金工業(yè)有限公司， 河北 承德市 068350； 2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

0 引言

常見的礦山井下運輸方式包括有軌運輸和無軌運輸[1]。我國無軌運輸?shù)陌l(fā)展起步于1980年代[2]。隨著技術(shù)的突破與發(fā)展，各種無軌機械設(shè)備也不斷面世，這極大地促進了采礦技術(shù)的進步，提高了礦石企業(yè)的飛速發(fā)展。國內(nèi)外的多種無軌運輸設(shè)備逐漸在各類礦山推廣應(yīng)用[3-5]，特別是近年來，礦床開采條件越來越惡化，很多采掘工作根本無法靠人工完成，機械化無軌采掘設(shè)備的應(yīng)用是未來礦山企業(yè)發(fā)展的趨勢。我國的地下開采設(shè)備也在向大型、高效、無軌方向發(fā)展，大量的無軌設(shè)備應(yīng)用于常規(guī)的生產(chǎn)和運輸中。由于無軌運輸具有操作簡便、效率高、成本低、安全性高[2,6-8]的優(yōu)勢，在各類礦山中展開無軌運輸適用性研究具有一定的科研和經(jīng)濟意義。本文基于豐寧金龍公司大西溝金礦的有軌運輸現(xiàn)狀和地質(zhì)條件，對機械化無軌設(shè)備運輸方式的適用性進行研究。

1 研究背景

豐寧金龍黃金工業(yè)有限公司（以下簡稱豐寧金龍）大西溝金礦位于河北省東北部，北北東向上黃旗-烏龍溝深大斷裂帶的南東上盤，北東向川辛店—大西溝—小西溝張剪性斷裂帶內(nèi)，礦體走向30°～60°，傾向南東，傾角40°～50°；走向長10～274 m；礦體形態(tài)復(fù)雜多變，呈不規(guī)則狀、脈狀、短小透鏡狀、小扁豆狀、分支復(fù)合狀等等；沿走向、傾向上均出現(xiàn)分支、復(fù)合、膨脹、夾縮、平行排列及雁行排列，沿上盤（個別為下盤）發(fā)育斷層面等特點；總體向北東方向側(cè)伏，側(cè)伏角60°～70°；礦體數(shù)量多達55個，規(guī)模較小，多為平行礦體及盲礦體，礦體間無礦間隔20～46 m，最小間距為10.2 m，最大間距為115 m；礦體厚度1～7 m不等，平均厚度為3.5 m，最大厚度為12.7 m。構(gòu)成礦體的巖石類型有石英脈、蝕變礦化碎裂巖等，不穩(wěn)固至穩(wěn)固，礦體上盤圍巖為蝕變斑狀花崗巖，較穩(wěn)固至穩(wěn)固，下盤圍巖為碎裂蝕變斑狀花崗巖，較穩(wěn)固至不穩(wěn)固。

豐寧金龍現(xiàn)井下輔助運輸方式為軌道運輸，以機車牽引多輛礦車運行，因此，受坡度、運輸物料的限制，軌道運輸很難實現(xiàn)直達運輸，運輸環(huán)節(jié)多維護量大、用工多、效率低。豐寧金龍利用老采場反探找礦、零散地質(zhì)資料分析等地質(zhì)探礦方法于五礦區(qū)+1370 m標高探獲一條高品位礦體，礦體走向20°～40°，傾向南東，傾角為40°～50°；走向長70～100 m，礦體平均厚度為4～6 m，平均礦石品位為2.3 g/t，現(xiàn)已施工盲斜井至+1410 m盲中段進行探礦，探礦初具成效。由于+1370 m為老中段，中段水平內(nèi)原有道軌及輔助設(shè)施均已拆除，此高品位礦體于+1370 m開采，若采用有軌道運輸方式運輸+1370 m中段礦石，恢復(fù)軌道、架線等輔助設(shè)施的時間較長，制約采場正?；夭杉胺刺介_拓工程施 工。豐寧金龍根據(jù)五礦區(qū)+1370 m中段礦體賦存情況及后續(xù)就礦找礦規(guī)劃，決定于五礦區(qū)+1370 m中段進行無軌運輸試驗。

2 無軌運輸試驗

2.1 計算依據(jù)

為滿足井下運輸工作的正常生產(chǎn)與安全要求，總循環(huán)爆破礦石量與運輸設(shè)備的運載能力需求應(yīng)滿足式（1）的關(guān)系。

式中，Q為掘進巷道或采場循環(huán)爆破礦石量，t；n為運輸次數(shù)；k為運輸設(shè)備滿載系數(shù)，取k=0.75；q為設(shè)備運載能力，t。

而運輸作業(yè)的總時間根據(jù)式（2）來計算。

式中，T為運輸作業(yè)總時間，min；t為單次循環(huán)時間，min。

2.2 掘進巷道廢石運輸時間計算

五礦區(qū)+1370 m中段運輸巷道規(guī)格為2.4 m× 2.3 m，預(yù)計爆破效果見表1，循環(huán)爆破總量為 33.7 t。

表1 運輸巷道預(yù)期爆破效果

根據(jù)該區(qū)域巷道規(guī)格及相關(guān)安全規(guī)程，擬引進2 t純電動礦石搬運機，技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 2 t純電動礦石搬運機技術(shù)參數(shù)

按照單次運輸距離200 m計算，運行速度為4 m/s，采用挖掘式扒渣機進行扒裝，扒裝時間為60 s，電動礦石搬運機單次卸載時間為20 s，取滿載系數(shù)為0.75。可得單次總循環(huán)時間t=180 s，單次載重為kq=1.5 t。代入式（1）及式（2）可得總作業(yè)時間T=69 min。

2.3 采場礦石運輸時間計算

根據(jù)采礦工藝，五礦區(qū)采場爆破炮眼布置如圖1所示，相關(guān)參數(shù)見表3，采場循環(huán)爆破量為67.5 t。

圖1 炮孔布置

表3 采場預(yù)期爆破效果

按照單次運輸距離200 m計算，運行速度為4 m/s，采場采用WJD-1鏟運機進行出礦至溜礦井，裝礦時間（無需措車）為60 s，電動礦石搬運機單次卸載時間為20 s。單次總循環(huán)時間為t=180 s，單次載重為kq=1.5 t，代入式（1）和式（2），可得總作業(yè)時間T=135 min。

3 有軌道運輸計算

3.1 掘進巷道廢石運輸時間計算

豐寧金龍原采用CJY3/6架線式礦用電機車牽引YFC0.7翻斗式礦車運輸。按照單次運輸距離 200 m計算，運行速度為2 m/s，單次牽引8輛，采用挖掘式扒渣機進行扒裝，單車扒裝時間（包含措車時間）為120 s，卸載時間為80 s/輛。單次運輸時間t1=200 s，總扒裝時間t2=960 s，總卸載時間t3=640 s，可得單次總循環(huán)時間t=t1+t2+t3=1800 s。有軌運輸單次載重kq=8×1.1 t=8.8 t。代入式（1）和式（2）可得總作業(yè)時間T=120 min。

3.3 采場礦石運輸時間計算

采場礦石運輸按照單次運輸距離200 m計算，運行速度為2 m/s，采場采用WJD-1鏟運機進行出礦至溜礦井，單車裝礦時間（包含措車時間）90 s，卸載時間80 s/輛。單次運輸時間t1=200 s，總扒裝時間t2=720 s，總卸載時間t3=640 s，單次總循環(huán)時間t=t1+t2+t3=1560 s，單次載重kq=8×1.1 t=8.8 t。代入式（1）、式（2），可得總作業(yè)時間T=208 min。

4 結(jié)果分析

4.1 運輸效率對比

通過試驗無軌運輸，即電動礦石搬運機運輸，所得的數(shù)據(jù)與原有軌道運輸即電機車牽引礦車運輸數(shù)據(jù)相比，可以得到同等作業(yè)條件下的運輸時間，見表4。

表4 同等作業(yè)條件下兩種運輸方式的運輸時間/min

由表4可知：η1=(120-69)/120×100%=42.5%，同等作業(yè)條件下，運輸巷道掘進廢石時，電動礦石搬運機出渣效率提高42.5%；η2=(208-135)/208× 100%=35.1%，同等作業(yè)條件下，運輸采場礦石時，電動礦石搬運機出礦效率提高35.1%。

4.2 經(jīng)濟效益對比

電動礦石搬運機和電機車運輸?shù)脑O(shè)備投資概算見表5。

由表5可知，電動礦石搬運機運輸時需投入 18 820元（設(shè)備費及輔助設(shè)施費），電機車運輸時需投入116 020元（設(shè)備費、輔助材料費），通過對比可知使用電動礦石搬運機運輸時可節(jié)省設(shè)備及材料費用97 200元。

4.3 安全效益對比

由試驗可知，采用電動礦石搬運機代替電機車牽引礦車運輸，可大幅提高出礦（毛）運輸效率，同等作業(yè)條件下，減少出礦（毛）時間，對于五礦區(qū)盲中段（無貫通風流，通風較差）來說，每班可增加通風時間124 min，可優(yōu)化作業(yè)人員工作環(huán)境，實現(xiàn)本質(zhì)安全，減輕了安全生產(chǎn)壓力，同時還減少了作業(yè)人員的人工措車時間，降低作業(yè)人員的勞動 強度。

表5 運輸方式投資明概算

5 結(jié)論

依據(jù)無軌運輸在五礦區(qū)盲中段的試驗，通過分析及技術(shù)經(jīng)濟比較，得出以下結(jié)論。

（1）同等作業(yè)條件下，運輸巷道掘進廢石時，電動礦石搬運機運輸較電機車牽引礦車運輸，出渣運輸效率提高42.5%；運輸采場礦石時，電動礦石搬運機運輸較電機車牽引礦車運輸，出礦運輸效率提高35.1%，效率提高顯著。

（2）采用電動礦石搬運機代替電機車牽引礦車運輸后，可增加作業(yè)面通風時間，優(yōu)化作業(yè)人員工作環(huán)境，實現(xiàn)本質(zhì)安全。

（3）使用電動礦石搬運機運輸，省去了原有電機車牽引礦車運輸中的一系列材料費用（道軌、枕木、架線等），僅需投入相關(guān)設(shè)備費用及輔助充電設(shè)施費用，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

（4）豐寧金龍經(jīng)過五礦區(qū)盲中段無軌運輸試驗后，成效顯著，決定于2022年在全礦推廣應(yīng)用無軌運輸，同時于2022年1月開始取消相關(guān)道軌及電機車架線等有軌運輸材料的物資計劃。全力推進井下采場機械化應(yīng)用及無軌運輸設(shè)備應(yīng)用。