无轨设备运输在大西沟金矿的适用性研究

蒙红荣，冯浩男，高硕，刘洲

(1.丰宁金龙黄金工业有限公司， 河北 承德市 068350； 2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

0 引言

常见的矿山井下运输方式包括有轨运输和无轨运输[1]。我国无轨运输的发展起步于1980年代[2]。随着技术的突破与发展，各种无轨机械设备也不断面世，这极大地促进了采矿技术的进步，提高了矿石企业的飞速发展。国内外的多种无轨运输设备逐渐在各类矿山推广应用[3-5]，特别是近年来，矿床开采条件越来越恶化，很多采掘工作根本无法靠人工完成，机械化无轨采掘设备的应用是未来矿山企业发展的趋势。我国的地下开采设备也在向大型、高效、无轨方向发展，大量的无轨设备应用于常规的生产和运输中。由于无轨运输具有操作简便、效率高、成本低、安全性高[2,6-8]的优势，在各类矿山中展开无轨运输适用性研究具有一定的科研和经济意义。本文基于丰宁金龙公司大西沟金矿的有轨运输现状和地质条件，对机械化无轨设备运输方式的适用性进行研究。

1 研究背景

丰宁金龙黄金工业有限公司（以下简称丰宁金龙）大西沟金矿位于河北省东北部，北北东向上黄旗-乌龙沟深大断裂带的南东上盘，北东向川辛店—大西沟—小西沟张剪性断裂带内，矿体走向30°～60°，倾向南东，倾角40°～50°；走向长10～274 m；矿体形态复杂多变，呈不规则状、脉状、短小透镜状、小扁豆状、分支复合状等等；沿走向、倾向上均出现分支、复合、膨胀、夹缩、平行排列及雁行排列，沿上盘（个别为下盘）发育断层面等特点；总体向北东方向侧伏，侧伏角60°～70°；矿体数量多达55个，规模较小，多为平行矿体及盲矿体，矿体间无矿间隔20～46 m，最小间距为10.2 m，最大间距为115 m；矿体厚度1～7 m不等，平均厚度为3.5 m，最大厚度为12.7 m。构成矿体的岩石类型有石英脉、蚀变矿化碎裂岩等，不稳固至稳固，矿体上盘围岩为蚀变斑状花岗岩，较稳固至稳固，下盘围岩为碎裂蚀变斑状花岗岩，较稳固至不稳固。

丰宁金龙现井下辅助运输方式为轨道运输，以机车牵引多辆矿车运行，因此，受坡度、运输物料的限制，轨道运输很难实现直达运输，运输环节多维护量大、用工多、效率低。丰宁金龙利用老采场反探找矿、零散地质资料分析等地质探矿方法于五矿区+1370 m标高探获一条高品位矿体，矿体走向20°～40°，倾向南东，倾角为40°～50°；走向长70～100 m，矿体平均厚度为4～6 m，平均矿石品位为2.3 g/t，现已施工盲斜井至+1410 m盲中段进行探矿，探矿初具成效。由于+1370 m为老中段，中段水平内原有道轨及辅助设施均已拆除，此高品位矿体于+1370 m开采，若采用有轨道运输方式运输+1370 m中段矿石，恢复轨道、架线等辅助设施的时间较长，制约采场正常回采及反探开拓工程施 工。丰宁金龙根据五矿区+1370 m中段矿体赋存情况及后续就矿找矿规划，决定于五矿区+1370 m中段进行无轨运输试验。

2 无轨运输试验

2.1 计算依据

为满足井下运输工作的正常生产与安全要求，总循环爆破矿石量与运输设备的运载能力需求应满足式（1）的关系。

式中，Q为掘进巷道或采场循环爆破矿石量，t；n为运输次数；k为运输设备满载系数，取k=0.75；q为设备运载能力，t。

而运输作业的总时间根据式（2）来计算。

式中，T为运输作业总时间，min；t为单次循环时间，min。

2.2 掘进巷道废石运输时间计算

五矿区+1370 m中段运输巷道规格为2.4 m× 2.3 m，预计爆破效果见表1，循环爆破总量为 33.7 t。

表1 运输巷道预期爆破效果

根据该区域巷道规格及相关安全规程，拟引进2 t纯电动矿石搬运机，技术参数见表2。

表2 2 t纯电动矿石搬运机技术参数

按照单次运输距离200 m计算，运行速度为4 m/s，采用挖掘式扒渣机进行扒装，扒装时间为60 s，电动矿石搬运机单次卸载时间为20 s，取满载系数为0.75。可得单次总循环时间t=180 s，单次载重为kq=1.5 t。代入式（1）及式（2）可得总作业时间T=69 min。

2.3 采场矿石运输时间计算

根据采矿工艺，五矿区采场爆破炮眼布置如图1所示，相关参数见表3，采场循环爆破量为67.5 t。

图1 炮孔布置

表3 采场预期爆破效果

按照单次运输距离200 m计算，运行速度为4 m/s，采场采用WJD-1铲运机进行出矿至溜矿井，装矿时间（无需措车）为60 s，电动矿石搬运机单次卸载时间为20 s。单次总循环时间为t=180 s，单次载重为kq=1.5 t，代入式（1）和式（2），可得总作业时间T=135 min。

3 有轨道运输计算

3.1 掘进巷道废石运输时间计算

丰宁金龙原采用CJY3/6架线式矿用电机车牵引YFC0.7翻斗式矿车运输。按照单次运输距离 200 m计算，运行速度为2 m/s，单次牵引8辆，采用挖掘式扒渣机进行扒装，单车扒装时间（包含措车时间）为120 s，卸载时间为80 s/辆。单次运输时间t1=200 s，总扒装时间t2=960 s，总卸载时间t3=640 s，可得单次总循环时间t=t1+t2+t3=1800 s。有轨运输单次载重kq=8×1.1 t=8.8 t。代入式（1）和式（2）可得总作业时间T=120 min。

3.3 采场矿石运输时间计算

采场矿石运输按照单次运输距离200 m计算，运行速度为2 m/s，采场采用WJD-1铲运机进行出矿至溜矿井，单车装矿时间（包含措车时间）90 s，卸载时间80 s/辆。单次运输时间t1=200 s，总扒装时间t2=720 s，总卸载时间t3=640 s，单次总循环时间t=t1+t2+t3=1560 s，单次载重kq=8×1.1 t=8.8 t。代入式（1）、式（2），可得总作业时间T=208 min。

4 结果分析

4.1 运输效率对比

通过试验无轨运输，即电动矿石搬运机运输，所得的数据与原有轨道运输即电机车牵引矿车运输数据相比，可以得到同等作业条件下的运输时间，见表4。

表4 同等作业条件下两种运输方式的运输时间/min

由表4可知：η1=(120-69)/120×100%=42.5%，同等作业条件下，运输巷道掘进废石时，电动矿石搬运机出渣效率提高42.5%；η2=(208-135)/208× 100%=35.1%，同等作业条件下，运输采场矿石时，电动矿石搬运机出矿效率提高35.1%。

4.2 经济效益对比

电动矿石搬运机和电机车运输的设备投资概算见表5。

由表5可知，电动矿石搬运机运输时需投入 18 820元（设备费及辅助设施费），电机车运输时需投入116 020元（设备费、辅助材料费），通过对比可知使用电动矿石搬运机运输时可节省设备及材料费用97 200元。

4.3 安全效益对比

由试验可知，采用电动矿石搬运机代替电机车牵引矿车运输，可大幅提高出矿（毛）运输效率，同等作业条件下，减少出矿（毛）时间，对于五矿区盲中段（无贯通风流，通风较差）来说，每班可增加通风时间124 min，可优化作业人员工作环境，实现本质安全，减轻了安全生产压力，同时还减少了作业人员的人工措车时间，降低作业人员的劳动 强度。

表5 运输方式投资明概算

5 结论

依据无轨运输在五矿区盲中段的试验，通过分析及技术经济比较，得出以下结论。

（1）同等作业条件下，运输巷道掘进废石时，电动矿石搬运机运输较电机车牵引矿车运输，出渣运输效率提高42.5%；运输采场矿石时，电动矿石搬运机运输较电机车牵引矿车运输，出矿运输效率提高35.1%，效率提高显著。

（2）采用电动矿石搬运机代替电机车牵引矿车运输后，可增加作业面通风时间，优化作业人员工作环境，实现本质安全。

（3）使用电动矿石搬运机运输，省去了原有电机车牵引矿车运输中的一系列材料费用（道轨、枕木、架线等），仅需投入相关设备费用及辅助充电设施费用，降低了企业生产成本。

（4）丰宁金龙经过五矿区盲中段无轨运输试验后，成效显著，决定于2022年在全矿推广应用无轨运输，同时于2022年1月开始取消相关道轨及电机车架线等有轨运输材料的物资计划。全力推进井下采场机械化应用及无轨运输设备应用。