無軌設(shè)備運(yùn)輸在大西溝金礦的適用性研究

蒙紅榮，馮浩男，高碩，劉洲

(1.豐寧金龍黃金工業(yè)有限公司， 河北 承德市 068350； 2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

0 引言

常見的礦山井下運(yùn)輸方式包括有軌運(yùn)輸和無軌運(yùn)輸[1]。我國無軌運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展起步于1980年代[2]。隨著技術(shù)的突破與發(fā)展，各種無軌機(jī)械設(shè)備也不斷面世，這極大地促進(jìn)了采礦技術(shù)的進(jìn)步，提高了礦石企業(yè)的飛速發(fā)展。國內(nèi)外的多種無軌運(yùn)輸設(shè)備逐漸在各類礦山推廣應(yīng)用[3-5]，特別是近年來，礦床開采條件越來越惡化，很多采掘工作根本無法靠人工完成，機(jī)械化無軌采掘設(shè)備的應(yīng)用是未來礦山企業(yè)發(fā)展的趨勢。我國的地下開采設(shè)備也在向大型、高效、無軌方向發(fā)展，大量的無軌設(shè)備應(yīng)用于常規(guī)的生產(chǎn)和運(yùn)輸中。由于無軌運(yùn)輸具有操作簡便、效率高、成本低、安全性高[2,6-8]的優(yōu)勢，在各類礦山中展開無軌運(yùn)輸適用性研究具有一定的科研和經(jīng)濟(jì)意義。本文基于豐寧金龍公司大西溝金礦的有軌運(yùn)輸現(xiàn)狀和地質(zhì)條件，對機(jī)械化無軌設(shè)備運(yùn)輸方式的適用性進(jìn)行研究。

1 研究背景

豐寧金龍黃金工業(yè)有限公司（以下簡稱豐寧金龍）大西溝金礦位于河北省東北部，北北東向上黃旗-烏龍溝深大斷裂帶的南東上盤，北東向川辛店—大西溝—小西溝張剪性斷裂帶內(nèi)，礦體走向30°～60°，傾向南東，傾角40°～50°；走向長10～274 m；礦體形態(tài)復(fù)雜多變，呈不規(guī)則狀、脈狀、短小透鏡狀、小扁豆?fàn)睢⒎种?fù)合狀等等；沿走向、傾向上均出現(xiàn)分支、復(fù)合、膨脹、夾縮、平行排列及雁行排列，沿上盤（個(gè)別為下盤）發(fā)育斷層面等特點(diǎn)；總體向北東方向側(cè)伏，側(cè)伏角60°～70°；礦體數(shù)量多達(dá)55個(gè)，規(guī)模較小，多為平行礦體及盲礦體，礦體間無礦間隔20～46 m，最小間距為10.2 m，最大間距為115 m；礦體厚度1～7 m不等，平均厚度為3.5 m，最大厚度為12.7 m。構(gòu)成礦體的巖石類型有石英脈、蝕變礦化碎裂巖等，不穩(wěn)固至穩(wěn)固，礦體上盤圍巖為蝕變斑狀花崗巖，較穩(wěn)固至穩(wěn)固，下盤圍巖為碎裂蝕變斑狀花崗巖，較穩(wěn)固至不穩(wěn)固。

豐寧金龍現(xiàn)井下輔助運(yùn)輸方式為軌道運(yùn)輸，以機(jī)車牽引多輛礦車運(yùn)行，因此，受坡度、運(yùn)輸物料的限制，軌道運(yùn)輸很難實(shí)現(xiàn)直達(dá)運(yùn)輸，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多維護(hù)量大、用工多、效率低。豐寧金龍利用老采場反探找礦、零散地質(zhì)資料分析等地質(zhì)探礦方法于五礦區(qū)+1370 m標(biāo)高探獲一條高品位礦體，礦體走向20°～40°，傾向南東，傾角為40°～50°；走向長70～100 m，礦體平均厚度為4～6 m，平均礦石品位為2.3 g/t，現(xiàn)已施工盲斜井至+1410 m盲中段進(jìn)行探礦，探礦初具成效。由于+1370 m為老中段，中段水平內(nèi)原有道軌及輔助設(shè)施均已拆除，此高品位礦體于+1370 m開采，若采用有軌道運(yùn)輸方式運(yùn)輸+1370 m中段礦石，恢復(fù)軌道、架線等輔助設(shè)施的時(shí)間較長，制約采場正常回采及反探開拓工程施 工。豐寧金龍根據(jù)五礦區(qū)+1370 m中段礦體賦存情況及后續(xù)就礦找礦規(guī)劃，決定于五礦區(qū)+1370 m中段進(jìn)行無軌運(yùn)輸試驗(yàn)。

2 無軌運(yùn)輸試驗(yàn)

2.1 計(jì)算依據(jù)

為滿足井下運(yùn)輸工作的正常生產(chǎn)與安全要求，總循環(huán)爆破礦石量與運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)載能力需求應(yīng)滿足式（1）的關(guān)系。

式中，Q為掘進(jìn)巷道或采場循環(huán)爆破礦石量，t；n為運(yùn)輸次數(shù)；k為運(yùn)輸設(shè)備滿載系數(shù)，取k=0.75；q為設(shè)備運(yùn)載能力，t。

而運(yùn)輸作業(yè)的總時(shí)間根據(jù)式（2）來計(jì)算。

式中，T為運(yùn)輸作業(yè)總時(shí)間，min；t為單次循環(huán)時(shí)間，min。

2.2 掘進(jìn)巷道廢石運(yùn)輸時(shí)間計(jì)算

五礦區(qū)+1370 m中段運(yùn)輸巷道規(guī)格為2.4 m× 2.3 m，預(yù)計(jì)爆破效果見表1，循環(huán)爆破總量為 33.7 t。

表1 運(yùn)輸巷道預(yù)期爆破效果

根據(jù)該區(qū)域巷道規(guī)格及相關(guān)安全規(guī)程，擬引進(jìn)2 t純電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)，技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 2 t純電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)技術(shù)參數(shù)

按照單次運(yùn)輸距離200 m計(jì)算，運(yùn)行速度為4 m/s，采用挖掘式扒渣機(jī)進(jìn)行扒裝，扒裝時(shí)間為60 s，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)單次卸載時(shí)間為20 s，取滿載系數(shù)為0.75。可得單次總循環(huán)時(shí)間t=180 s，單次載重為kq=1.5 t。代入式（1）及式（2）可得總作業(yè)時(shí)間T=69 min。

2.3 采場礦石運(yùn)輸時(shí)間計(jì)算

根據(jù)采礦工藝，五礦區(qū)采場爆破炮眼布置如圖1所示，相關(guān)參數(shù)見表3，采場循環(huán)爆破量為67.5 t。

圖1 炮孔布置

表3 采場預(yù)期爆破效果

按照單次運(yùn)輸距離200 m計(jì)算，運(yùn)行速度為4 m/s，采場采用WJD-1鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦至溜礦井，裝礦時(shí)間（無需措車）為60 s，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)單次卸載時(shí)間為20 s。單次總循環(huán)時(shí)間為t=180 s，單次載重為kq=1.5 t，代入式（1）和式（2），可得總作業(yè)時(shí)間T=135 min。

3 有軌道運(yùn)輸計(jì)算

3.1 掘進(jìn)巷道廢石運(yùn)輸時(shí)間計(jì)算

豐寧金龍?jiān)捎肅JY3/6架線式礦用電機(jī)車牽引YFC0.7翻斗式礦車運(yùn)輸。按照單次運(yùn)輸距離 200 m計(jì)算，運(yùn)行速度為2 m/s，單次牽引8輛，采用挖掘式扒渣機(jī)進(jìn)行扒裝，單車扒裝時(shí)間（包含措車時(shí)間）為120 s，卸載時(shí)間為80 s/輛。單次運(yùn)輸時(shí)間t1=200 s，總扒裝時(shí)間t2=960 s，總卸載時(shí)間t3=640 s，可得單次總循環(huán)時(shí)間t=t1+t2+t3=1800 s。有軌運(yùn)輸單次載重kq=8×1.1 t=8.8 t。代入式（1）和式（2）可得總作業(yè)時(shí)間T=120 min。

3.3 采場礦石運(yùn)輸時(shí)間計(jì)算

采場礦石運(yùn)輸按照單次運(yùn)輸距離200 m計(jì)算，運(yùn)行速度為2 m/s，采場采用WJD-1鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦至溜礦井，單車裝礦時(shí)間（包含措車時(shí)間）90 s，卸載時(shí)間80 s/輛。單次運(yùn)輸時(shí)間t1=200 s，總扒裝時(shí)間t2=720 s，總卸載時(shí)間t3=640 s，單次總循環(huán)時(shí)間t=t1+t2+t3=1560 s，單次載重kq=8×1.1 t=8.8 t。代入式（1）、式（2），可得總作業(yè)時(shí)間T=208 min。

4 結(jié)果分析

4.1 運(yùn)輸效率對比

通過試驗(yàn)無軌運(yùn)輸，即電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)運(yùn)輸，所得的數(shù)據(jù)與原有軌道運(yùn)輸即電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸數(shù)據(jù)相比，可以得到同等作業(yè)條件下的運(yùn)輸時(shí)間，見表4。

表4 同等作業(yè)條件下兩種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸時(shí)間/min

由表4可知：η1=(120-69)/120×100%=42.5%，同等作業(yè)條件下，運(yùn)輸巷道掘進(jìn)廢石時(shí)，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)出渣效率提高42.5%；η2=(208-135)/208× 100%=35.1%，同等作業(yè)條件下，運(yùn)輸采場礦石時(shí)，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)出礦效率提高35.1%。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益對比

電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)和電機(jī)車運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備投資概算見表5。

由表5可知，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)運(yùn)輸時(shí)需投入 18 820元（設(shè)備費(fèi)及輔助設(shè)施費(fèi)），電機(jī)車運(yùn)輸時(shí)需投入116 020元（設(shè)備費(fèi)、輔助材料費(fèi)），通過對比可知使用電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)運(yùn)輸時(shí)可節(jié)省設(shè)備及材料費(fèi)用97 200元。

4.3 安全效益對比

由試驗(yàn)可知，采用電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)代替電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸，可大幅提高出礦（毛）運(yùn)輸效率，同等作業(yè)條件下，減少出礦（毛）時(shí)間，對于五礦區(qū)盲中段（無貫通風(fēng)流，通風(fēng)較差）來說，每班可增加通風(fēng)時(shí)間124 min，可優(yōu)化作業(yè)人員工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，減輕了安全生產(chǎn)壓力，同時(shí)還減少了作業(yè)人員的人工措車時(shí)間，降低作業(yè)人員的勞動(dòng) 強(qiáng)度。

表5 運(yùn)輸方式投資明概算

5 結(jié)論

依據(jù)無軌運(yùn)輸在五礦區(qū)盲中段的試驗(yàn)，通過分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得出以下結(jié)論。

（1）同等作業(yè)條件下，運(yùn)輸巷道掘進(jìn)廢石時(shí)，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)運(yùn)輸較電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸，出渣運(yùn)輸效率提高42.5%；運(yùn)輸采場礦石時(shí)，電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)運(yùn)輸較電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸，出礦運(yùn)輸效率提高35.1%，效率提高顯著。

（2）采用電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)代替電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸后，可增加作業(yè)面通風(fēng)時(shí)間，優(yōu)化作業(yè)人員工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。

（3）使用電動(dòng)礦石搬運(yùn)機(jī)運(yùn)輸，省去了原有電機(jī)車牽引礦車運(yùn)輸中的一系列材料費(fèi)用（道軌、枕木、架線等），僅需投入相關(guān)設(shè)備費(fèi)用及輔助充電設(shè)施費(fèi)用，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

（4）豐寧金龍經(jīng)過五礦區(qū)盲中段無軌運(yùn)輸試驗(yàn)后，成效顯著，決定于2022年在全礦推廣應(yīng)用無軌運(yùn)輸，同時(shí)于2022年1月開始取消相關(guān)道軌及電機(jī)車架線等有軌運(yùn)輸材料的物資計(jì)劃。全力推進(jìn)井下采場機(jī)械化應(yīng)用及無軌運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用。