无轨设备在黄金矿山地下开采中的应用

杨佳 任斌 张娣

摘要：锦丰金矿地质条件复杂、围岩及矿体破碎、构造发育、稳定性差及硬度低，采用大断面全支护巷道，并成功应用国外大型无轨设备进行机械化开采。按照施工工艺详细介绍了锦丰金矿地下开采无轨采矿设备、出矿设备和辅助设备的相关参数、现场应用情况等。采用无轨设备实现了机械化开采，一期工程生产能力达75万t/a，二期工程生产能力达120万t/a，取得了较好的经济效益和社会效益，为地下金属矿山领域推广应用无轨设备提供一定的借鉴。

关键词：地质条件;无轨设备;斜坡道;黄金矿山;机械化

中图分类号：TD42文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）07-0049-05 doi：10.11792/hj20200710

引 言

近些年来，随着国内矿山无轨采掘设备的技术发展，斜坡道开拓越来越被广泛应用在地下开采中。斜坡道开拓工艺简单，无轨机械化施工程度高，可提高矿山的建设速度，降低矿山建设投资费用，提高矿山生产能力，在真正意义上实现安全可靠、经济合理的办矿理念。自20世纪70年代开始，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，目前澳大利亚大部分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20世纪90年代开始兴起并发展，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及埋深较浅的新矿床开拓方式的选择上，其优势更加突出。

目前，国内地下金属矿山正处于地下无轨设备代替传统地下金属矿山生产，以及作业劳动强度高，生产效率低，安全和作业条件差，施工周期长的劳动密集型[2]和有轨采矿设备阶段，而国际大型矿山已开始由无轨采矿运输设备机械化矿山向无人智能化矿山过渡。因此，国内矿山无轨设备的普及应用是中国矿业面临且必须尽早解决的问题之一。贵州锦丰矿业有限公司（下称“锦丰金矿”）地质条件复杂，矿体和围岩较破碎，采用主斜坡道无轨开拓运输系统，介绍了无轨设备在该矿山的应用情况，为地下开采金属矿山推广应用无轨设备提供参考。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

锦丰金矿地质条件复杂，褶皱和逆冲断层的构造组合，断裂构造发育，矿体主要赋存在断裂破碎带或裂隙中，围岩主要为边阳组和许满组的细碎屑岩类砂岩、黏土岩及其过渡岩石（黏土岩夹砂岩、砂岩夹黏土岩）。工程地质数据分析：黏土岩、过渡岩石十分松软破碎，RMR值50，Q值0.79～2.82，岩体质量为Ⅳ—Ⅴ类，质量属坏—差，硬度小于37 MPa;砂岩则相对较好，RMR值30～35，Q值9.18，岩体质量为Ⅲ—Ⅳ类，质量属差—中等，稳定性一般，硬度小于60 MPa。

根据矿山围岩及矿体复杂破碎的工程地质条件，矿山地下井巷工程均采用管缝锚杆-树脂锚杆-钢网-50 mm喷浆全支护，构造发育且十分破碎的巷道采用锚索-树脂锚杆-钢网-50 mm喷浆全支护。

1.2 开拓系统

锦丰金矿采用主斜坡道无轨开拓运输系统。矿山井下采用斜坡道开拓，无轨矿卡运输系统。主要开拓工程有斜坡道、进风井和东风井、西风井。中段高度为60 m，已形成490 m、430 m、370 m、310 m、250 m和205 m等6个中段。中段采用无轨矿卡运输，各采场内采下矿石通过无轨铲运机运至各中段或分段装矿硐室，再由矿卡直接运至地表原矿堆场。掘进废石通过无轨铲运机运至各中段或分段装矿硐室，再由矿卡运至空区充填或直接运至地表废石场。

1）斜坡道。斜坡道口位于矿体下盘中部560 m标高处，按1∶7的坡度折返式向下延深，垂直方向上每下降20 m设一联络道与各中段或分段巷道相连，现已开拓至205 m标高。斜坡道内每隔300 m设置20 m的缓坡段，每隔150 m设置一个转运硐室，用于施工时的废石装运或生产时错车。直线段掘进断面面积27.52 m2，净断面面积25.73 m2，转弯半径25 m。 主要担负井下矿石、废石、人员、材料和设备的运输，并担负井下的辅助进风。

2）进风井。进风井布置在矿体下盘中部，距斜坡道约100 m，通过进风斜井联系地表，硐口标高595 m，现在开拓至205 m。其中：595～390 m标高为进风斜井，长度410 m，倾角30°，掘进断面面积27.52 m2，净断面面积25.73 m2;390～205 m标高为盲竖井，长度185 m，井筒净直径5.5 m，掘进断面面积30.19 m2，净断面面积23.76 m2。

3）东风井。东风井布置在矿体上盘东部，井口标高730 m，井底标高205 m，其中282～205 m标高为盲竖井。井筒净直径5.5 m，长度525 m，掘进断面面积30.19 m2，净断面面积23.76 m2。担负井下全部回风。

4）西风井。西风井布置于露天出入沟口附近580 m标高处，580～480 m标高为明竖井，下部采用接力盲竖井。井筒直径5.5 m，掘进断面面积30.19 m2，净断面面积23.76 m2，西风井担负风量较小。

采用Surpac三维软件绘制的矿山三维立体开拓系统见图1。

1.3 开 采

锦丰金矿为露天-地下联合开采大型黄金矿山，露天矿开采范围为450 m标高以上矿段，采用无轨矿卡运输系统，露天采矿已于2015年结束。地下矿山开采范围为露天坑外525 m至深部所有可采矿产资源区域。地下开采设置490 m、430 m、370 m、310 m、250 m、205 m 6个中段。开拓方案采用主斜坡道无轨开拓方式，坑内运输为地下矿卡运输系统。采矿方法为上向水平分层进路式胶结充填采矿法。采用Boomer282液壓式凿岩台车钻孔，7.3 m3或8.4 m3铲运机出矿、出渣。矿石最终通过45 tAD45B型矿卡装运经主斜坡道运至地面。地表已建有充填站，采用分级尾砂（或加入人工灰岩砂）胶结充填，充填能力能满足矿山120×104 t/a生产规模的要求。

2 无轨设备

2.1 设备主要参数

无轨设备按施工工艺依次分为回采设备、出矿设备、巷道掘进设备、其他辅助设备等。无轨设备主要参数见表1。

2.2 回 采

1）凿岩。Boomer282液压式凿岩台车，孔径45 mm，孔深3 m，掘进断面面积22.03 m2，平均钻孔效率500 m/台班，平均掘进效率5～6 m/台班，每天2班计算，每米崩矿量约59 t，1台Boomer282液压式凿岩台车采矿量约705 t/d，5～6台Boomer282液压式凿岩台车担负全矿120×104 t/a的采矿量。

2）支护。CabletecLC型锚索台车，孔径45 mm，孔深15～35 m，锚索安装速度100～150 m/台班。Boomer282液压式凿岩台车，孔径45 mm，孔深3 m，安装锚杆和钢网片。Spraymec 1050WPC型喷浆车，喷浆速度30～33 m3/h，喷射混凝土加入钢纤维，喷射混凝土分层施工，两次喷射时间间隔15～20 min，初喷厚度15～20 mm，总喷层厚度50～60 mm，喷射工作范围水平方向16 m，垂直方向11 m，覆盖半径8～16 m。

3）铲装。R1700G型柴油铲运机，平均出矿距离300 m、平均台班效率400～500 t/台班，2班（每班12 h）作业，2台R1700G型铲运机担负1 515 t/d的废石运量，4台R1700G型铲运机担负全矿120×104 t/a的矿石运量。

4）装药。Normet公司的MC605型装药车，ANFO装药管直径30×38 mm，装药管长度30 m，配置2个360 L不锈钢ANFO炸药罐，总容量720 L，配备6 m3/min、0.7 MPa的机载空压机，带动ANFO炸药运输空间和工作台及ANFO炸药添加系统。

2.3 出 矿

1）设备及其工作参数。矿（废）石的铲、装、运是采矿工序中的重要环节，合理的出矿和运输能力对提高采矿生产能力和发挥其他相关设备的效率有很大的促进作用[3]。铲装设备选用R1700G型铲运机（其中2台遥控铲运机）和R2900G型铲运机，运输设备选用AD45B矿卡。铲运机工作参数见表2。

2）设备出矿能力。通过矿卡的作业地点、到达和离开的时间、循环时间、运行距离、等待时间和故障时间来考察矿卡的运输能力。矿卡作业地点由掘进和采矿地点决定，矿山生产和掘进主要集中在390 m分段、370 m中段、310 m中段、290 m分段、270 m分段和主下斜。从调查结果来看，运矿主要集中在310 m中段和370 m中段。矿卡到达和离开转载硐室的时间之差即为装矿和等待时间。此外，矿卡每天白班运矿时间段为6：50—11：50和12：50—17：50，共10 h。各转载硐室运输距离见表3，矿卡各工序时间调查结果[3]见表4，根据各工序时间绘制的矿卡运输循环时间见图2。

从图2可以看出：矿卡的平均循环时间虽然各不相同，除个别变化较大外，整体上较为稳定，最长为51 min，最短为20 min，除去几个极值后计算得出平均循环时间为33 min。循环时间受多种因素的影响，包括等待时间、运输距离、故障时间、主下斜交通情况等。平均运距2 500 m时矿卡每日平均拉运量为1 636 t。 矿卡平均服务8 a，设备明显老化，矿卡出勤率为3台，其他矿卡保养维修，地下开采每日平均拉运总量为4 800 t;其中，矿石3 600 t，废石1 200 t。

2.4 巷道掘进

巷道掘进工艺依次为支护、凿岩、装药及爆破、通风、出渣。①巷道支护：采用管缝锚杆-树脂锚杆-钢网-50 mm喷浆全支护或锚索-树脂锚杆-钢网-50 mm喷浆全支护。支护参数：喷射厚50～100 mm混凝土，锚杆间距1.2 m×1.2 m，菱形布置，采用管缝锚杆和树脂锚杆，锚杆长2～3 m，外直径分别为47 mm和25 mm，管缝锚杆管壁厚3 mm。Boomer282液压式凿岩台车安装锚杆和网片，Spraymec 1050WPC型喷浆车喷射钢纤维混凝土至50 mm。钢丝网条采用冷拔钢丝，网条直径5 mm，材质Q235，网孔尺寸100 mm×100 mm。②凿岩：选用6台Boomer282液压式凿岩台车，孔径45 mm，孔深3 m，每日总掘进约33 m。③装药及爆破：MC605型装药车装药，装药速度4 m3/min，ANFO炸药添加系统自动加药，采用导爆管起爆。④通风：采用局扇净化工作面，排出有毒气体及粉尘。⑤出渣：2台R1700G型铲运机出渣。

巷道掘进一个循环需要的时间：①支护工作包括支护前的准备工作20 min，撬顶20～30 min，Boomer282液压式凿岩台车安装锚杆及挂网150～180 min;②Boomer282 液压式凿岩台车凿岩工作包括凿岩前的准备工作25 min，凿岩耗时120～150 min，掌子面炮孔布置见图3;③MC605型装药车装药及爆破工序耗时70～90 min;④通风时间50 min左右;⑤每循环出渣耗时100～240 min[4]。巷道掘进平均循环见图4。

从图4可以看出：巷道掘进平均循环时间12 h，则单工作面每日可完成2个循环。地下工作面平均循环进尺为2.8 m，则每日平均进尺5.6 m。地下每日掘进总工作面8个，每日平均掘进45 m。其中，矿石掘进33 m，废石掘进12 m。

2.5 其他辅助工艺

地下无轨辅助设备主要包括芬兰Normet公司的1台MultimecMU-1000型多功能服务车和1台MF100型多功能服务车，1台洒水车，1台三一重工平地车，2台炸药皮卡，10台皮卡车。多功能服务车用于油料运输，地下线路安装、维修維护，运输地下施工材料，地下排水泵吊装转移等辅助工作;洒水车用于地下主斜坡道洒水降尘;平地车平整地下巷道路面;炸药皮卡运输地下爆破炸药及其他爆破器材;皮卡车为地下技术员、安全员、其他工作人员交通工具。无轨辅助设备服务地下生产，没有固定工作时间，根据地下生产需要下井工作。

2.6 应用效果

矿山生产引进国外进口地下无轨设备，配合国际化智能采矿管理软件Surpac、MineSchedule、Mine2-4D & EPS、Rocscience、Ventsim等，实现了网络数字化采矿生产管理，地下采矿工作机械化施工，每日采矿施工进度三维可视化更新，保证了井下工作人员最少，工作环境最安全;施工过程全程三维可视化监控管理，保证了在岩石条件极其复杂的条件下矿山运营10年零死亡事故;实现一期工程生产能力75万t/a，二期工程生产能力120万t/a，已累计生产黄金约45 t;实现销售收入约110亿元，上缴各项税费近13亿元;取得了极高的经济效益和社会效益。

3 結 语

近几年，斜坡道、无轨运输大巷等高效设备通道在各大矿山有条不紊地建设，大型无轨采掘设备也都陆续投入地下金属矿山使用。根据无轨设备性能、斜坡道功能及经验参数，规范斜坡道的设计、施工，详细比较地下矿山不同开拓系统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，矿山企业的快速发展都有着极为重要的作用。

介绍了锦丰金矿无轨设备的成功应用经验，为国内机械化水平较低的地下开采矿山提供了可以借鉴的先进采矿技术、机械化采矿工艺、网络化生产管理经验、生命无价的矿山运营理念，促进了中国矿山的机械化、智能化绿色和谐矿山的发展。近年来，随着国际矿业设备公司进入中国市场，中国矿业设备制造业高速发展，中国矿业公司与国际矿业公司的兼并合作越来越多。绿色智能数字矿山是中国大型矿业公司走向国际大舞台的有利保障，地下矿山机械化采矿是绿色智能数字矿山的基础。因此，中国矿业必须在大型机械化采矿设备成功普及应用的基础上发展中国绿色智能数字矿山。

[参 考 文 献]

[1] 马俊生，朱瑞军.斜坡道开拓的应用现状及其新进展[J].金属矿山，2009（增刊1）：204-206.

[2] 余南中，谭锐.无轨采矿设备在大红山铁矿的应用[J].现代矿业，2010（1）：12-15.

[3] 锦丰矿山一部.锦丰地下矿铲车与卡车出矿（渣）能力调查报告[R].贞丰：贵州锦丰矿业有限公司，2009.

[4] 韩斌，郜熙栋，张建刚，等.锦丰金矿主斜坡道掘进现场调查报告[R].北京：北京科技大学，2008.