金屬地下礦山階段運輸水平巷道設置創新研究與工程實現

羅業民 吳永強 蔣文利 孫艷秋

(河鋼集團灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 灤州 063700)

0 引言

金屬地下礦山階段運輸水平巷道的布置是礦床開拓的一部分，其功能是以解決礦石運輸為主，并滿足人行、通風、排水等要求。階段運輸水平巷道布置是否合理，直接影響到地下工作人員的安全和工作條件、開拓工作量的大小、運輸能力及礦塊的生產能力等。因此，正確的選擇和設計階段運輸水平巷道十分重要[1]。金屬地下礦山井下礦石運輸大多采用有軌運輸系統，根據礦體的產狀不同，一座金屬地下礦山礦石有軌階段運輸水平沿垂高方向一般間隔50～100 m設置一個，即一個階段運輸水平負責礦體垂高50～100 m范圍內的礦石運輸任務[2]。該設計方法對于礦體傾角小、垂深小的礦山是經濟合理的，但是對于礦體相對集中、傾角大、垂深大的礦山是不經濟的，因為需要設置多個階段運輸巷道才能滿足整個礦山的礦石運輸任務?；诮鉀Q上述設置多個階段運輸水平巷道不經濟、不合理的問題，對階段運輸巷道的設置進行了研究創新，為金屬地下礦山階段運輸水平巷道的設置方案或設計提供了新的思路和發展方向。

1 階段運輸水平巷道設置影響因素

1)階段運輸能力。階段運輸水平巷道的布置，首先要滿足階段生產能力的要求，保證能將礦石運輸到井下破碎系統。其次，階段運輸能力應留有余量，以滿足生產發展的需要。

2)礦體厚度和礦巖的穩定性。礦體厚度小于4～15 m，一般采用一條沿脈巷道；厚度在15～30 m，一般采用一條下盤沿脈巷道加穿脈巷道，或兩條下盤沿脈加聯絡巷道；極厚礦體多采用環形運輸。階段運輸巷道應布置在穩固的圍巖中。

3)采礦方法。例如崩落法一般需要布置脈外運輸巷道，并且要布置在下階段的移動界線之外，以保證下階段開采時作為回風巷道不被破壞，有些采礦方法不一定要布置脈外運輸巷道。

4)通風要求。階段運輸水平巷道的布置應有明確的進風和回風路線，盡量減少拐彎，避免巷道斷面突然變化，以減少通風阻力。

5)工程量。要盡量使系統簡單合理，工程量小，基建時間短。這就要求巷道布置緊湊，集中，盡量一巷多用，減少工程量。

2 階段運輸水平巷道設置現狀

根據不同條件和要求，在平面上，金屬地下礦山階段運輸水平巷道有多種布置形式，分別為單一沿脈巷道布置、下盤雙巷加聯絡道布置、脈外平巷加穿脈布置、上下盤沿脈巷道加穿脈的環形布置等[3]。但根據階段運輸能力、礦體厚度及礦巖的穩固性、采礦方法、通風要求等，不管平面上階段運輸水平巷道是何種布置形式，在垂深方向上階段運輸水平巷道現行普遍的設置或設計是每50～100 m設置一個階段運輸水平，即一個階段運輸水平負責礦體垂高50～100 m范圍內的礦石運輸任務，垂深方向上階段運輸水平的設置數量根據礦體產狀和礦井生產能力確定，一般中大型地下礦山階段運輸水平的數量均在兩個或兩個以上[2]?，F階段金屬地下礦山階段運輸水平巷道設置縱投影圖見圖1。

3 階段運輸巷道的創新設置

3.1 技術背景

從地下礦山階段運輸巷道布置或設計的現狀可看出，普遍情況是一座地下礦山沿礦體垂深方向50～100 m設置一個階段運輸巷道，即一個運輸階段負責礦體垂深50～100 m范圍內的礦石運輸任務。對于一部分礦山來說，這種設計只考慮了階段運輸巷道的功能性，而并沒有從礦體產狀、傾角、垂深等要素去分析考慮階段運輸巷道設置的經濟合理性，沒能將功能性和經濟合理性有機地統一起來，不利于降低礦山建設投資和運行效率。基于解決上述問題，研究提出了地下礦山階段運輸巷道的創新設置或設計。

3.2 創新技術方案

對于礦體相對集中、傾角大、垂深大的地下礦山各階段運輸水平上下基本對應，主要通過溜井實現彼此相連通，最后各階段運輸水平都是通過同一條或多條主溜井與井下溜破系統相連接，實現礦石的重力運輸與集中[4]。根據地下礦山階段運輸水平巷道與溜破系統的這種關系，可以對地下礦山階段運輸水平巷道的布置進行調整與創新，即對應適合條件的地下礦山，將整個礦山服務期內的階段運輸水平巷道集中統一設置在最低采礦水平的下部，且整個礦山只設置一個運輸水平，礦山采出的全部礦石均通過采區溜井集中溜放到設置在最低采礦水平下部的唯一一個運輸水平巷道進行集中運輸。此創新技術方案很好的解決了多個運輸階段的不經濟不合理的問題，減去了一個或多個階段運輸水平，各運輸水平的通風、供電、排水及安全子系統相應減去，極大地簡化了地下礦山開拓系統，減少了工程量及工程投資，提升了運輸系統運行效率，降低了生產成本，方便了生產管理。金屬地下礦山階段運輸水平巷道集中統一設置縱投影圖見圖2。

4 創新技術方案效果分析

4.1 技術可行性

1)階段運輸水平巷道創新設置或設計適用于礦體集中、傾角大、垂深大的地下礦山運輸水平集中統一設置。

2)采區溜井底部生產期間始終保留有一定高度的緩沖礦石，溜井中緩沖礦石的高度根據實際情況確定，不得放空采區溜井，保證了采區溜井放礦設備及溜井本身的安全[5]。

3)采區溜井施工采用各采礦水平分段施工的方式，不會因為采區溜井增長而增加施工難度。

因此，綜合考慮各方面因素，階段運輸水平巷道的集中統一設置技術可行。

4.2 經濟合理性

階段運輸巷道的集中統一設置技術方案可為地下礦山減少如下工程量或工程投資：

1)礦山集中統一設置階段運輸水平巷道可減少一個或多個階段運輸水平，減少的工程量和工程投資是非常大的。以一個生產能力500萬t/a的礦山為例，可減少工程掘進量15萬m3以上，節省工程投資上億元，經濟效益巨大。

2)減少主溜井長度，減少工程量，節省工程投資。

3)節省一個或多個階段運輸水平的鋪設架線工作量和投資。

4)節省部分階段運輸水平之間的軌道移裝費用。

因此，階段運輸水平巷道的創新設置技術方案是經濟合理的。

5 工程實例

司家營常峪鐵礦位于河北省灤州市城區東南6 km處的響嘡鎮境內，礦區位于司家營鐵礦主廠區北側，資源儲量1.25億t，全區全鐵平均品位為29.26%。設計采用地下開采，年產鐵礦石500萬t，精礦產量156.25萬t/年，生產服務年限29年。礦山首采水平為-400 m，井下采用有軌運輸系統，原設計在-425 m水平、-325 m水平、-225 m水平設置3個階段運輸水平，負責礦山生產期內井下礦石的運輸。在實施應用階段運輸水平巷道的集中統一設置技術方案后，該礦山有軌運輸水平設置在最低采礦水平的下部，且只設置一個有軌階段運輸水平，礦山采出的全部礦石均通過采區溜井集中溜放到設置在最低采礦水平下部的唯一一個有軌運輸水平進行集中運輸，即將運輸水平集中布置在首采采礦水平-400 m以下的-425 m水平，相比原設計方案，取消了-225 m、-325 m兩個運輸水平，通過采區溜井將首采水平及以上各采礦水平與-425 m集中運輸水平連接起來，實現全礦全生命周期礦石的集中運輸。常峪鐵礦階段運輸水平巷道設置創新技術方案實施后，與原設計方案相比，其應用效益情況見表1。

表1 常峪鐵礦階段運輸巷道設置創新技術方案效益表

從表1可看出，司家營常峪鐵礦階段運輸巷道設置創新技術方案實施后，可減少開拓工程量160 354 m3，節省工程投資11 779萬元，效益顯著。

6 結語

1)根據礦體賦存條件，研究構建了全生產期只設置一個階段運輸水平的井下集中統一運輸系統。該研究創新和豐富了地下礦山階段運輸水平巷道的設置形式，為地下礦山階段運輸水平設置提供了新的設計思路和發展方向。

2)分散設置的多階段運輸水平巷道通過一條或多條主溜井與井下破碎系統連接起來，而階段運輸巷道的集中統一設置技術方案大量減少了主溜井長度，降低了工程施工難度，減少了安全隱患。

3)分散設置的多階段運輸水平巷道根據礦山生產的推進需要依次鋪設軌道和架線或依次拆移軌道和架線，而階段運輸巷道的集中統一設置技術方案避免了多運輸中段鋪軌架線的重復工程量。

4)階段運輸巷道的集中統一設置技術方案減去了一個或多個階段運輸水平，各運輸水平的通風、供電、排水及安全子系統相應減去，簡化了地下礦山開拓系統，增強了礦山市場競爭力和可持續發展。