云錫礦山斜坡道開拓設計及應用

張小華，盧泰宏

(云南錫業研究院有限公司， 云南 個舊市 661000)

0 前 言

在1970年代，伴隨著無軌設備的出現，礦山井下斜坡道開拓方式逐漸開始應用,現今澳大利亞大部分的地下礦山都傾向于選擇斜坡道開拓方式[1]。國內斜坡道開拓方式從1990年代開始也興起與發展，近幾年，隨著井下無軌設備的飛速發展與技術的不斷進步，斜坡道開拓的優勢也越加顯現，特別是在露天轉地下的礦床以及埋深較淺的新礦床的開拓方式選擇上，其優勢更加突出。因此，這種開拓方式在國內也得到了比較廣泛的應用。云錫公司作為百年老礦山企業，礦山開采深度不斷加大，上部提升運輸系統已經相當完善，在向深部發展的時候，斜坡道開拓當為首選。

1 礦山概況

云錫是集采選冶為一體的大型聯合國有重點企業，擁有采、選、冶等二級廠礦近20個，主要生產錫、銅、鉛等多種有色金屬產品，是我國主要的錫生產基地，企業已有120多年的發展歷史，經大規模的生產建設，現已建成年產金屬量萬噸級礦山2座和五千噸級礦山2座。礦區分布范圍廣，礦體分散、礦體多但規模小，礦體產狀變化大。

近年來，隨著地質找礦力度的加大 ，地勘工作取得了重大突破。新增資源及遠景資源量有了可喜的補充，為盡快將資源優勢轉變為經濟優勢，在云錫老廠錫礦、松礦、卡房分礦及采選分公司等礦山全面推廣應用無軌高效開采，經過充分論證，選定與現有生產系統融合的平硐+盲豎井(盲斜井)+斜坡道聯合開拓方式和井下有軌與無軌相結合的運輸方式。本文對礦山斜坡道開拓方式進行了設計。

2 斜坡道開拓設計

2.1 斜坡道開拓位置的選擇及布置形式

根據與礦體的相對位置，斜坡道分為上盤斜坡道、下盤斜坡道、端部斜坡道和脈內斜坡道。根據礦體和圍巖的穩定性、斜坡道的用途和使用年限來選擇斜坡道開拓位置。

通常斜坡道應布置在礦體下盤[2]。但當礦體受地形(礦體下盤的地表地形為高山地形)、地質構造(礦體下盤極不穩固等)、礦體賦存條件(走向不長的薄礦體)等因素影響時候也可以選擇其他開拓位置。

斜坡道按布置形式可分為：直線式斜坡道、螺旋式斜坡道、折返式斜坡道[1]，各布置形式的優缺點見表1。一般情況下斜坡道布置形式不宜采用螺旋式。

表1 斜坡道布置形式優缺點

根據云錫礦山的各種影響因素綜合分析，各礦山大多采用布置于下盤的折返式斜坡道。根據礦體的賦存條件在適當的地方進行折返布置，直線段長度原則上沒有限制，但不應超過800 m，以免卡車長時間下坡疲勞損傷或是運輸設備剎車失靈等事故造成重大傷亡事故。斜坡道設置緩坡段[3]，間距300～400 m，緩坡段要求坡度不大于3%，長度不小于20 m并能滿足運輸設備的錯車要求。

2.2 斜坡道斷面的形式及規格的確定

斜坡道斷面規格主要根據最大通行設備以及巷道用途來設定。

有人行道斜坡道寬度B：

B=A+a+b

(1)

式中，A為無軌設備最大寬度；a為人行道寬度，不小于1.2 m；b為無軌設備至墻壁的最小間距，不小于 0.6 m。

無人行道斜坡道寬度B為：

B=A+2b

(2)

斜坡道的寬度H為：

H=H0+h

(3)

式中，H0為無軌設備最大高度；h為設備距巷道頂板高度，不小于1.2 m。

云錫公司各個礦山引用了鏟運機、鑿巖臺車、地下礦用卡車、錨桿臺車、地下混凝土運輸車及地下人車等多種成套無軌設備，運用較頻繁的是鏟運機和礦用卡車，而礦用卡車比鏟運機外形尺寸要大得多，因此，以礦用卡車的參數來計算斜坡道寬度。經過對比卡車性能參數，不同的礦山最終選用了不同的Minetrcck MT2010(20 t)、JZC-20、TH430(30 t)等地下卡車，并根據地下卡車的技術參數，配置設計了相應的斜坡道斷面。各礦山斜坡道斷面規格見表2。

2.3 斜坡道參數控制

2.3.1 斜坡道的坡度

根據斜坡道用途來確定，用于礦石運輸時不宜大于12%；用于運輸設備、材料時不宜大于15%。彎道上應盡量放緩坡度至 10%以下。

表2 云錫礦山斜坡道開拓參數

國內外現已建成比較成功的斜坡道坡度基本都在這個范圍左右。如煎茶嶺金礦12.5%、銅礦峪銅礦13%、美國Bowers-Campbell鋅礦10%、澳大利亞Agnew鎳銅礦11%等。

雖然大多無軌設備最大爬坡能力可以達到40%的坡度以上。但其車速也隨之減慢,設備及輪胎損耗加大，同時，增大了廢氣排放量，井下空氣質量也相應受到考驗[4]。

2.3.2 彎道半徑

轉彎半徑由所選擇的無軌設備參數、斜坡道路面條件來確定。主運輸斜坡道的轉彎半徑≥20 m。中段聯道或采區斜坡道的轉彎半徑≥15 m，采場斜坡道的轉半徑≥10 m[5]。云錫公司各礦山根據所選用的不同設備(12， 20， 30 t)的最小轉彎半徑要求及斜坡道功能定位以及考慮運行速度等原因，將轉彎半徑定為 20～50 m (見表2)。

2.3.3 豎曲線半徑

為使設備運行平穩，在斜坡道上下坡時，應采用平滑曲線連接變坡點，豎曲線半徑一般為20 m[1]。

2.4 斜坡道的錯車道及路面鋪設設計

2.4.1 錯車道

單線斜坡道,每隔一定距離要設置調車硐室和錯車道。同時便于工程掘進施工時出渣裝卸，自卸汽車、鏟運機等設備掉頭。

錯車道間距,主斜坡道為150～200 m。錯車道縱坡不大于4%, 長度不小于20 m[1]。錯車道可作為斜坡道緩坡段使用[3]。錯車道的平面尺寸要求可參考圖1。

圖1錯車道平面圖

2.4.2 斜坡道路面鋪設

根據云錫卡房分礦2013年一季度實際生產中礦用卡車材料消耗統計，除柴油消耗外，輪胎為設備的主要消耗品，約為0.12條/kt。輪胎的消耗和斜坡道路面的鋪設有直接關系。路基路面的好壞直接影響設備的完好率及采出礦石成本。

常用的斜坡道路面有碎石路面、混凝土路面、鋼筋混凝土路面和冷瀝清路面[4],根據斜坡道實際用途，輔助斜坡道或是采場、中段聯絡斜坡道選擇碎石路面,礦山主運輸斜坡道設計選擇混凝土路面。

由于混凝土路面具有路面平整、設備運行安全、鋪設及維護簡單，實際生產當中用的較多。混凝土路面鋪設厚度根據運行車輛載荷、運輸量、混凝土力學參數來選取，根據經驗可按表3選取。

為了保證設備運輸安全，便于排水和清理路面，路面應設計為圖2 所示的形式[5]，實際生產當中為便于施工，一般采用直線型。路面橫坡度(i)要能滿足路面排水要求，混凝土路面一般取1.0%～2.0%。

圖2路拱形式

3 應用實例

云錫采選分公司斜坡道寬度以20 t運礦卡車寬度計算，斜坡道高度以3 m3混凝土運輸攪拌車高度計算，確定巷道凈斷面為4000 mm×4000 mm，設計斜坡道中心轉彎半徑為20 m。坡度≤14%， 在上下坡時采用半徑≥20 m的斜坡道變坡線。斜坡道每300～400 m水平長度時設計長度≥30 m,坡度<3%的緩坡段。轉彎時設計外側彎道超高5%，同時由外側彎道加寬0.5 m；水溝布置于巷道兩側，采用半圓形式。

斜坡道路面采用水泥穩定碎石底基層進行底板的鋪設，強度等級 C25，板厚 30 cm。

巷道內架設的管線主要有動力線、照明線、通信線。動力電纜、通信電纜分別懸掛于巷道非人行道側墻壁，掛高2000 mm，通信電纜懸掛在動力電纜上方0.3 m處。在人行道一側或航道頂板布置照明。風筒安裝在巷道人行道一側，掛高大于2000 mm。在斜坡道兩幫對稱安裝道路梯形雙面輪廓標，輪廓標距底板1.5 m，間距 5～8 m。

根據云錫近幾年斜坡道實際應用情況，斜坡道設計主要有以下幾方面的優化設計：

(1) 在斜坡道兩幫對稱安裝道路梯形雙面輪廓標，輪廓標距底板1.5 m，間距 5～8 m。以提高行車安全系數與效率。

(2) 為減少坑內泥漿污染斜坡道，影響設備通行安全，在坑下設置設備沖洗硐室。

(3) 為了減少鋼筋混凝土路面養護困難對生產的影響，路面選。

(4) 為方便井下運輸設備調度，加強了井下信號控制系統建設。

4 結 語

近幾年，云錫公司各礦山都在大力推行高效采礦的理念，斜坡道、無軌運輸大巷等高效設備通道在各大礦山都在有條不紊地建設。大型無軌采掘設備也都陸續進入井下并投入使用。根據設備性能、斜坡道功能以及經驗參數，規范斜坡道的設計、施工，詳細比較建設投資與運營費用，綜合考慮巷道通風問題，尋求最優的設計方案，對礦山成本的控制，公司的快速發展都有著極為重要的作用。