云锡矿山斜坡道开拓设计及应用

张小华，卢泰宏

(云南锡业研究院有限公司， 云南 个旧市 661000)

0 前 言

在1970年代，伴随着无轨设备的出现，矿山井下斜坡道开拓方式逐渐开始应用,现今澳大利亚大部分的地下矿山都倾向于选择斜坡道开拓方式[1]。国内斜坡道开拓方式从1990年代开始也兴起与发展，近几年，随着井下无轨设备的飞速发展与技术的不断进步，斜坡道开拓的优势也越加显现，特别是在露天转地下的矿床以及埋深较浅的新矿床的开拓方式选择上，其优势更加突出。因此，这种开拓方式在国内也得到了比较广泛的应用。云锡公司作为百年老矿山企业，矿山开采深度不断加大，上部提升运输系统已经相当完善，在向深部发展的时候，斜坡道开拓当为首选。

1 矿山概况

云锡是集采选冶为一体的大型联合国有重点企业，拥有采、选、冶等二级厂矿近20个，主要生产锡、铜、铅等多种有色金属产品，是我国主要的锡生产基地，企业已有120多年的发展历史，经大规模的生产建设，现已建成年产金属量万吨级矿山2座和五千吨级矿山2座。矿区分布范围广，矿体分散、矿体多但规模小，矿体产状变化大。

近年来，随着地质找矿力度的加大 ，地勘工作取得了重大突破。新增资源及远景资源量有了可喜的补充，为尽快将资源优势转变为经济优势，在云锡老厂锡矿、松矿、卡房分矿及采选分公司等矿山全面推广应用无轨高效开采，经过充分论证，选定与现有生产系统融合的平硐+盲竖井(盲斜井)+斜坡道联合开拓方式和井下有轨与无轨相结合的运输方式。本文对矿山斜坡道开拓方式进行了设计。

2 斜坡道开拓设计

2.1 斜坡道开拓位置的选择及布置形式

根据与矿体的相对位置，斜坡道分为上盘斜坡道、下盘斜坡道、端部斜坡道和脉内斜坡道。根据矿体和围岩的稳定性、斜坡道的用途和使用年限来选择斜坡道开拓位置。

通常斜坡道应布置在矿体下盘[2]。但当矿体受地形(矿体下盘的地表地形为高山地形)、地质构造(矿体下盘极不稳固等)、矿体赋存条件(走向不长的薄矿体)等因素影响时候也可以选择其他开拓位置。

斜坡道按布置形式可分为：直线式斜坡道、螺旋式斜坡道、折返式斜坡道[1]，各布置形式的优缺点见表1。一般情况下斜坡道布置形式不宜采用螺旋式。

表1 斜坡道布置形式优缺点

根据云锡矿山的各种影响因素综合分析，各矿山大多采用布置于下盘的折返式斜坡道。根据矿体的赋存条件在适当的地方进行折返布置，直线段长度原则上没有限制，但不应超过800 m，以免卡车长时间下坡疲劳损伤或是运输设备刹车失灵等事故造成重大伤亡事故。斜坡道设置缓坡段[3]，间距300～400 m，缓坡段要求坡度不大于3%，长度不小于20 m并能满足运输设备的错车要求。

2.2 斜坡道断面的形式及规格的确定

斜坡道断面规格主要根据最大通行设备以及巷道用途来设定。

有人行道斜坡道宽度B：

B=A+a+b

(1)

式中，A为无轨设备最大宽度；a为人行道宽度，不小于1.2 m；b为无轨设备至墙壁的最小间距，不小于 0.6 m。

无人行道斜坡道宽度B为：

B=A+2b

(2)

斜坡道的宽度H为：

H=H0+h

(3)

式中，H0为无轨设备最大高度；h为设备距巷道顶板高度，不小于1.2 m。

云锡公司各个矿山引用了铲运机、凿岩台车、地下矿用卡车、锚杆台车、地下混凝土运输车及地下人车等多种成套无轨设备，运用较频繁的是铲运机和矿用卡车，而矿用卡车比铲运机外形尺寸要大得多，因此，以矿用卡车的参数来计算斜坡道宽度。经过对比卡车性能参数，不同的矿山最终选用了不同的Minetrcck MT2010(20 t)、JZC-20、TH430(30 t)等地下卡车，并根据地下卡车的技术参数，配置设计了相应的斜坡道断面。各矿山斜坡道断面规格见表2。

2.3 斜坡道参数控制

2.3.1 斜坡道的坡度

根据斜坡道用途来确定，用于矿石运输时不宜大于12%；用于运输设备、材料时不宜大于15%。弯道上应尽量放缓坡度至 10%以下。

表2 云锡矿山斜坡道开拓参数

国内外现已建成比较成功的斜坡道坡度基本都在这个范围左右。如煎茶岭金矿12.5%、铜矿峪铜矿13%、美国Bowers-Campbell锌矿10%、澳大利亚Agnew镍铜矿11%等。

虽然大多无轨设备最大爬坡能力可以达到40%的坡度以上。但其车速也随之减慢,设备及轮胎损耗加大，同时，增大了废气排放量，井下空气质量也相应受到考验[4]。

2.3.2 弯道半径

转弯半径由所选择的无轨设备参数、斜坡道路面条件来确定。主运输斜坡道的转弯半径≥20 m。中段联道或采区斜坡道的转弯半径≥15 m，采场斜坡道的转半径≥10 m[5]。云锡公司各矿山根据所选用的不同设备(12， 20， 30 t)的最小转弯半径要求及斜坡道功能定位以及考虑运行速度等原因，将转弯半径定为 20～50 m (见表2)。

2.3.3 竖曲线半径

为使设备运行平稳，在斜坡道上下坡时，应采用平滑曲线连接变坡点，竖曲线半径一般为20 m[1]。

2.4 斜坡道的错车道及路面铺设设计

2.4.1 错车道

单线斜坡道,每隔一定距离要设置调车硐室和错车道。同时便于工程掘进施工时出渣装卸，自卸汽车、铲运机等设备掉头。

错车道间距,主斜坡道为150～200 m。错车道纵坡不大于4%, 长度不小于20 m[1]。错车道可作为斜坡道缓坡段使用[3]。错车道的平面尺寸要求可参考图1。

图1错车道平面图

2.4.2 斜坡道路面铺设

根据云锡卡房分矿2013年一季度实际生产中矿用卡车材料消耗统计，除柴油消耗外，轮胎为设备的主要消耗品，约为0.12条/kt。轮胎的消耗和斜坡道路面的铺设有直接关系。路基路面的好坏直接影响设备的完好率及采出矿石成本。

常用的斜坡道路面有碎石路面、混凝土路面、钢筋混凝土路面和冷沥清路面[4],根据斜坡道实际用途，辅助斜坡道或是采场、中段联络斜坡道选择碎石路面,矿山主运输斜坡道设计选择混凝土路面。

由于混凝土路面具有路面平整、设备运行安全、铺设及维护简单，实际生产当中用的较多。混凝土路面铺设厚度根据运行车辆载荷、运输量、混凝土力学参数来选取，根据经验可按表3选取。

为了保证设备运输安全，便于排水和清理路面，路面应设计为图2 所示的形式[5]，实际生产当中为便于施工，一般采用直线型。路面横坡度(i)要能满足路面排水要求，混凝土路面一般取1.0%～2.0%。

图2路拱形式

3 应用实例

云锡采选分公司斜坡道宽度以20 t运矿卡车宽度计算，斜坡道高度以3 m3混凝土运输搅拌车高度计算，确定巷道净断面为4000 mm×4000 mm，设计斜坡道中心转弯半径为20 m。坡度≤14%， 在上下坡时采用半径≥20 m的斜坡道变坡线。斜坡道每300～400 m水平长度时设计长度≥30 m,坡度<3%的缓坡段。转弯时设计外侧弯道超高5%，同时由外侧弯道加宽0.5 m；水沟布置于巷道两侧，采用半圆形式。

斜坡道路面采用水泥稳定碎石底基层进行底板的铺设，强度等级 C25，板厚 30 cm。

巷道内架设的管线主要有动力线、照明线、通信线。动力电缆、通信电缆分别悬挂于巷道非人行道侧墙壁，挂高2000 mm，通信电缆悬挂在动力电缆上方0.3 m处。在人行道一侧或航道顶板布置照明。风筒安装在巷道人行道一侧，挂高大于2000 mm。在斜坡道两帮对称安装道路梯形双面轮廓标，轮廓标距底板1.5 m，间距 5～8 m。

根据云锡近几年斜坡道实际应用情况，斜坡道设计主要有以下几方面的优化设计：

(1) 在斜坡道两帮对称安装道路梯形双面轮廓标，轮廓标距底板1.5 m，间距 5～8 m。以提高行车安全系数与效率。

(2) 为减少坑内泥浆污染斜坡道，影响设备通行安全，在坑下设置设备冲洗硐室。

(3) 为了减少钢筋混凝土路面养护困难对生产的影响，路面选。

(4) 为方便井下运输设备调度，加强了井下信号控制系统建设。

4 结 语

近几年，云锡公司各矿山都在大力推行高效采矿的理念，斜坡道、无轨运输大巷等高效设备通道在各大矿山都在有条不紊地建设。大型无轨采掘设备也都陆续进入井下并投入使用。根据设备性能、斜坡道功能以及经验参数，规范斜坡道的设计、施工，详细比较建设投资与运营费用，综合考虑巷道通风问题，寻求最优的设计方案，对矿山成本的控制，公司的快速发展都有着极为重要的作用。