锡铁山矿斜坡道的设计

ＩＳＳＮ　１６７ｌ一２９００　ＣＮ　４３一ｌ３４７／ＴＤ　采矿技术第６卷第３期　２００６年９月　Ｓｅｐ．２００６　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．６，Ｎｏ．３　锡铁山矿斜坡道的设计　朱文志，孙先辉　（兰州有色冶金设计研究院，　甘肃兰州摘７３００００）　要：通过对国内、国外矿山斜坡道的资料总结，设计了青海锡铁山矿主斜坡道工程，介　绍了该主斜坡道的具体配置形式及参数，并提出了发展斜坡道开拓技术的关键在于充分　掌握了解无轨地下设备的运行性能。　关键词：斜坡道；无轨地下设备；地下汽车；开拓系统　地下无轨开采在１９５０年代就已出现，随着无轨．　自行设备的发展，这种新的开拓方法开始得到了广　泛应用。这种开拓方法以斜坡道作为主要开拓巷道　２　采用无轨斜坡道开拓的理由　从国内、国外目前所掌握的资料分析：采用斜坡　来沟通地表与矿体之间的联系。斜坡道内不敷设轨　道，矿石用无轨自行设备直接从采场运出，中间没有　井底车场的倒运环节，因此它能简化矿石的采装运　道汽车运输方案以及竖井、斜坡道联合方案均比竖　井提升贵，最主要一点就是斜坡道的掘进工程量较　大，造成了投资的增加。但无轨斜坡道与竖井相比　又具有一些显著的优点：　工序，提高矿床的开采强度。可以充分提高工作面　的劳动生产率、矿山的生产能力和经济效益。　１　锡铁山铅锌矿的现状　锡铁山铅锌矿为青海省西部矿业股份有限公司　（１）无轨设备的通道不受限制，选择硐口位置　比选择竖井位置容易灵活；　（２）开采靠近地表的矿体时，可大大减少开拓　时间，能提前投入生产；　（３）掘进设备和生产设备相同，不需要专门的　凿井队和设备；　（４）天井、联络道和中间水平巷道的掘进和斜　坡道的掘进可同时进行；　所属的大型综合性矿山企业，目前是青海省最大的　有色金属采选联合企业，拥有３０００　ｔ／ｄ采选生产能　力。３０６２　ｍ中段以上为平硐一溜井开拓，３０６２　ｍ中　段以下为平硐一盲竖井开拓。西部矿业股份有限公　司由于近年来地质找矿工作获得了重大突破，结合　企业的发展趋势，为尽快变资源优势为经济优势，经　过多方案论证后认为矿山生产规模扩大至４５００　ｔ／ｄ　（１３５×１０　ｔ／ａ），无论从技术上还是经济上均是可行　的。即在目前矿山生产能力为３０００　ｔ／ｄ（９０×１０　ｔ／ａ）的基础上通过扩建再新增１５００　ｔ／ｄ（４５×１０　ｔ／ａ）的生产能力。　（５）凿岩装药和支护等各项辅助作业更有条件　实现无轨化、机械化。　对于锡铁山矿，采用无轨斜坡道开拓有其显著　的优点：第一，如果采用将竖井向下延伸，势必影响　目前的生产，这对于西部矿业公司来说是不可取的，　因为锡铁山矿是公司的主要收入来源和利润源泉，　矿山生产受影响以致减产对西部矿业公司的战略发　展来说是不利的。第二，受地形条件所限，工业场地　经过充分论证，选定投资低，且对现有生产系统　影响较小的平硐一盲竖井（现混合井）与无轨斜坡　道联合开拓方案。　方案简述。过渡前期，主斜坡道仅担负新增　１５００　ｔ／ｄ（４５×１０　ｔ／ａ）生产规模的运输任务，待过渡　后期，２００８年以后，３０６２　ｍ以上生产规模消失之后，　矿山的全部生产能力由３０６２　ｍ以下承担，届时主斜　只能布置在矿体上盘，而随着矿石开采朝深部的发　展，崩落范围进一步扩大，最终影响竖井的安全，而　采用无轨斜坡道开拓可以显著利用其优点。　３　锡铁山无轨斜坡道的设计　３．１斜坡道的位置选择　坡道须承担现混合井延深到２８２２　ｍ后提升能力以　外的所有运输任务。　根据无轨斜坡道的作用，无轨斜坡道可以直通　地表，也可以不直通地表，仅在地下各主要阶段或各　维普资讯 http://www.cqvip.com

５５２　采矿技术　分段间互相连通。锡铁山矿的斜坡道是作为主要运　无轨斜坡道断面规格的确定方法与一般的井巷　输斜坡道（运送矿石）来使用的，因此按直通地表设　断面的确定方法相类似，主要与所通过的无轨设备　计。一般情况下，斜坡道应布置在矿体下盘距矿体　的规格、大小有关，也与车速及有无行人等要求有　３０～５０　ｒｎ。但由于锡铁山矿的工业场地受地表地形　关。《有色金属采矿设计规范》（ＹｓＪ０１９—９２）中规　所限布置于矿体上盘（矿体下盘的地表地形为高山　定：无轨运输巷道应按通过的无轨设备外形尺寸确　地形），斜坡道硐口也只能布置在矿体上盘。经过　定断面，设备与巷道支护之间的间隙不得小于０．６　现场踏勘，初步确定了一个硐口位置，但经初步揭露　ｍ，人行道宽度不得小于１．２　ｍ。国外一般将设备的　后，岩石情况不理想。为此改变了无轨斜坡道原定　宽度加上０．９～１．２　ｒｎ即为巷道总宽，将设备的高度　的硐口位置，重新选择，新定的位置硐口开挖成硐容　加上０．６～０．７５　ｒｎ即为巷道的高度，在转弯处，一般　易，避免了增加不必要的支护量，降低了造价。　还要加宽０．３～０．５　ｒｎ，同时在弯道处要限制车速。　３．２无轨斜坡道的断面规格选择　瑞典有色矿山无轨斜坡道断面参数确定见表１。　表１　瑞典有色矿山无轨斜坡道有关参数　单　车　道　双　车　道　无轨车辆运行　速度ｖ（ｋｉｎ／ｓ）　车辆顶距拱顶　无行人时车辆距　有行人时人员距巷道帮距离　无行人时车辆距　互，仃　堕　星里鲞堕塑堕堕　最小距离（ｍ）　巷道两帮间距　偶然有行人　经常有行人　巷道两帮间距　偶然有行人　经常有行人　０—５　０．３　０．４　０．１　０．３　０．９　０．１　０．３　５—１０　０．３　０．６　０．２　０．４　１．２　０．２　０．４　１０—２０　０．４　０．８　０．３　０．５　１．５　０．３　０．５　２０—４０　０．５　１．０　０．４　０．６　１．８　０．４　０．６　４０—６０　０．６　１．２　０．５　０．７　２．１　０．５　０．７　无轨车辆在实际运行过程中，车速是变化的；对　１６．９５　ｒｎ　，正常段（净）１４．７６　ｒｎ　；会车段（掘进）　于某些设备铭牌上标明的最高车速在实际运行中并　３４．６０　ｒｎ　，会车段（净）２８．７７　ｒｎ　。　不能常时达到。所以我们在设计中车速按１０～１２　３．３　无轨斜坡道的坡度及弯道曲率半径参数　ｋｍ／ｈ计，以此确定无轨斜坡道的断面。　斜坡道的坡度应根据服务年限、用途、运输量、　金川公司二矿区主斜坡道断面主要考虑到允许　设备类型和爬坡能力等确定。根据选定的ＤＫ一２０　用５０　ｔ拖车直接运送１０６５／２００旋回破碎机最大件　型地下汽车，它的最大爬坡能力能达到２５％左右，　下井，允许有５０个座位的大客车运送工人到达分段　但这仅仅是在短程坡道上为克服高差而允许的最大　道。故将断面确定为锁口段２７．９４　ｒｎ　；正常段　坡度，以此来决定斜坡道的坡度是不现实的。《有　１９．８２～２２．５１　ｒｎ　；会让段３１．８４～３４．８７　ｒｎ　；辅助工　色金属矿山井巷工程设计规范》（ＹＳＪ０２１—９３）中规　程段１９．８２　ｒｎ　。　定：“无轨斜坡道的坡度，应根据斜坡道的用途、类　酒泉钢铁公司镜铁山矿黑沟矿区斜坡道断面：　型、运输量及服务年限确定。”其中又规定“主斜坡　单线砼支护时，净断面为１５．８４　ｒｎ　，掘进断面２０．４４　道（运输矿岩的大型矿山，车辆行车密度大，运量　ｒｎ　；双线砼支护时，净断面３１．１４　ｒｎ　，掘进断面　大、运距长），坡度７％～１０％”。从国内设计的斜坡　３９．１２ｍ　。　道来看，无论是输送矿石的主斜坡道还是运送设备、　锡铁山矿的主斜坡道主要任务是运输矿石和废　人员、材料用的辅助斜坡道，其坡度基本小于１７％。　石，大部分人员和材料均通过３０５５　ｒｎ主平硐经竖井　坡度太大不但使无轨设备运行速度减慢，影响车速　下放到３０６２　ｒｎ以下各中段，无大件设备下放深部。　和效率，而且轮胎及机器磨损大，排出的废气量也大　因此，决定锡铁山矿斜坡道断面的主要因素就是运　大增多，增大了矿井的污染程度。井下无轨斜坡道　输矿岩的地下汽车的选择。经过对国内生产地下汽　的最佳坡度是根据开拓费用和矿石的运输费用来决　车厂家的了解，从汽车性能参数、价格等方面进行分　定的。而增大坡度造成的成本提高、效率降低往往　析．最终选用了南宁重型机器厂生产的ＤＫ一２０型　被提高坡度后减少的开拓费用所掩盖。表２列出了　地下汽车，并根据ＤＫ一２０型地下汽车的技术参数，　适合于３２０　ｒｎ深度的运行速度、运输距离和运输能　配置了锡铁山矿斜坡道的断面：井颈段（掘进）　力、成本与坡度的关系。　２０．２５　ｒｎ　，井颈段（净）１４．７６　ｒｎ　；正常段（掘进）　从表２中可得出结论，坡度增加，运行速度、运　维普资讯 http://www.cqvip.com

朱文志，等：锡铁山矿斜坡道的设计　５５３　行距离和运输能力减小。同时，总掘进体积、巷道维　加而增加。无论从运输能力、单位矿石运输费用，还　护费用、道路建筑费用也减少。而小时运营费（工　是从单位斜坡道掘进时运输费用来看，斜坡道最佳　资、折旧费、燃料费、轮胎费、维修费）则随坡度的增　坡度均为１０％　表２运行速度、运输距离及运输能力与坡度的关系　芬兰矿山的经验证明，斜坡道的坡度在汽车运　段的坡度定为０％～３％；　矿时，不宜大于１：７（１４．２８％），辅助运输时，不宜　（２）从３０６５　ｍ硐口至２８８２　ｉｎ水平基本为直线　大于１：５（２０％）。英国矿山实践证明，在一定的　式布置，正常段的坡度定为１０％～１１％；　距离内，大部分柴油自行设备的工作坡度可以达到　（３）２８８２～２８２２　ｍ这段斜坡道采用了螺旋式　１：６（１６．６％）而运行不出问题。澳大利亚冈波德　斜坡道布置形式，将弯道段的坡度定为６％，正常段　矿用汽车运矿，斜坡道坡度１：９（１１．１１％）。南非　定为１２％，错车道段的坡度定为３％。虽然正常段　芬什矿采场直通地表斜坡道坡度１２。。　的坡度似乎偏大，但在汽车运行过程中大量的弯道　国内矿山：金川龙首矿采用自卸汽车运矿，斜坡　和错车道段的低坡度可以改善汽车的磨损。　道坡度１０％；广东凡口铅锌矿盘区辅助斜坡道坡度　３．４无轨斜坡道的路基路面处理　２０％～２５％。　地下无轨设备在运行时的机械磨损、轮胎腐蚀、　根据设计要求，锡铁山矿斜坡道主要担负矿山　割裂、机械故障和运输效率与道路状况有很大关系。　扩建过渡初期２８８２　ｍ中段的开拓、探矿和采切工　若斜坡道路况不好，首先是轮胎磨损快，其次是机件　程，并且负担２９４２　ｍ中段１５００　ｔ／ｄ（４５×１０　ｔ／ａ）的　损坏快。这种情况与地面公路汽车运输是相同的。　矿石运输和辅助材料的运输任务。过渡后期待　在井下出矿和运输的费用中，轮胎费占到４０％左　３０６２　ｍ中段生产能力消失以后，斜坡道担负现有混　右，甚至高达５０％。目前，井下无轨斜坡道道路常　合井延深到２８２２　ｍ水平满负荷提升能力（１２００—　用砼路面或碎石砼、碎石沥青、沥青砼路面。　１５００　ｔ／ｄ矿石）以外的所有矿石（３０００～３３００　ｔ／ｄ）、　根据本矿斜坡道的特点，它属于运量大的运矿　废石运输任务。　主斜坡道，运输距离最远近３．６　ｋｍ。而采用砼路　由此看来，该斜坡道属于运输矿石的主斜坡道，　面，可以提高车速，减少对轮胎的损耗，降低对路面　其坡度按照设计规范要求和国内外无轨斜坡道的坡　的维护费用和地下汽车的运营费用。因此最终采用　度统计，合适的坡度应在８％～１０％左右。　了砼路面结构：　斜坡道弯道处的曲率半径及线路的坡度原则上　路面采用Ｃ３０砼，厚度为２００　ｍｍ，路面铺筑在　参照露天公路设计的规范要求。由于井下使用的无　爆破的浮石全部清除的岩石路基上；斜坡道曲线段　轨设备底盘低，重心低，因此与露天公路的设计的要　的外侧超高，横向坡度取４％；曲线段超高和加宽部　求还有不同之处。弯道的曲率半径一般根据所选择　分与正常行车线之间的超高缓和段取５　ｍ；每隔６　ｍ　的无轨设备要求、线路的型式及斜坡道的用途来确　留砼伸缩缝；道路两侧设水沟。　定。ＤＫ一２０型地下汽车最小转弯半径（外侧）９．２　ｍ，但本斜坡道属运输矿石的主斜坡道，考虑运行速　４　结　语　度等原因，将转弯半径定为２５　ｍ。根据国内外有关　目前，青海锡铁山矿的斜坡道设计已完成并进　资料，多数斜坡道的弯道处坡度都在１０％左右。　入施工掘进阶段，从目前现场反馈来的情况看，在掘　针对该主斜坡道的布置形式及会车段错车道的　进过程中地下汽车运输废石性能良好，证明坡度选　布置，最终确定了以下原则：　择是合适的。由于与各生产中段都有辅助铲运机道　（１）间隔２００　ｍ左右布置一条错车道，错车道　（下转第５５５页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

范凯，等：　李子垭南二井平硐全封闭穿越溶槽设计　５５５　槽与地面贯通；假设溶槽全部充水直到地面，平硐处　的水压为：　Ｐ＝ｐｇｈ＝２　ＭＰａ　（１）　式中：Ｐ一水压，ＭＰａ；　ＪＤ一水的密度，取１０００　ｋ　ｍ　；　ｇ一重力加速度，取１０　ｍ／ｓ　；　一水深，取２００　ＩＴＩ。　因此平硐必须考虑承受２　ＭＰａ的水压，故选用　圆形断面更为理想。　根据“基础矩形法”＿１　计算，平硐净半径ｒ取　图２平硐布筋　１．８５　ＩＴＩ。　３．３平硐壁稳定性验算　平硐与岩石浇筑为一个整体，平硐可以只考虑　根据圆环稳定的基本条件公式　］：　侧压（水压）的影响；平硐顶底两点压力差为０．０４６　ＰＲ＝８３３００≤　＝１１５２００　Ｐａ　（２）　ＭＰａ，可以认为，平硐壁四周的水压相等，受均匀水　式中　为纵向弯曲系数，取０．９６。　压。因此，对平硐壁厚及结构设计的计算可以使用　满足圆环稳定的基本条件：　圆筒立井的相关公式。　＝，Ｐ＝２　ＭＰａ　（３）　２　Ｉ．，ｋＲ　２ｐ由于无法明确　与　的关系，故选用厚壁圆通　Ｏ＂ｔ：：１６　ＭＰａ　（４）【斗Ｊ　上Ｕ　公式（拉麦公式）　计算平硐壁厚，平硐材料设计强　（２）、（３）、（４）式都满足圆环稳定条件，圆环安　度，　取２００　Ｎ／ｍｍ　；设计安全系数，　取１．７，经计　全、稳定、可靠。　算得平硐壁厚（ｈ）为４２７　ｆｉｌｍ，考虑安全因素，　取　６００　Ｆｉｌｍ。　４　结　论　３．２平硐结构设计　平硐采用圆形断面全封闭穿越溶槽，平硐整体　（１）圈筋。按厚壁圆筒公式　Ｊ，圆环的最大径　性好，强度高，防水性能好，后期使用也安全可靠；平　向应力发生在外壁，按构造要求配筋，选用１６锰　硐采用钢筋｝昆凝土支护和两端锚杆联合支护，平硐　ｑｂｌ８＠３００，由于ｈ＝６００　ｍｌＴｌ，考虑壁的内外表面留　稳定可靠；在来水一侧布置引水道，结合“排、引、　５０　ｍｍ，壁中均匀布置３圈，因此圈筋可选用１６锰　堵、防”的排水思路确保了此段平硐施工及使用的　ｑｂｌ８＠２５０，巷向间距３００　ｆｉｌｍ。共４３×３＝１２９圈，　安全。　每圈由二或三部分组成，搭接长度１５０　ｍｍ，采用现　参考文献：　场１０　ｍｍ高双侧连续焊缝焊接。　［１］《煤矿矿井采矿设计手册》编写组．煤矿矿井采矿设计手册　（２）纵筋。由于最大切向应力发生在圆环内　［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９８２：７９９．　［２］张荣立，何国纬，李铎．采矿工程设计手册［Ｍ］．北京：煤炭　壁，纵筋按构造要求配筋，选用１６锰ｑｂ２０沿每圈主　ｌ　出版社，２００３：１５４６～１５４９．　筋均匀布置４Ｏ根，共１２０根，根与根对接，搭接长　１００　ｍｍ，双侧帖角焊接，焊缝高１０　ｍｉｌｌ。　（收稿日期：２００６～０５—３０）　（３）箍筋。选用ｑ￣ｌＯＱ２３５圆钢，每圈４０根，与　作者简介：范　凯（１９７８一），男，陕西汉中人，主要从事煤矿　圈、纵筋间绑扎，平硐布筋见图２。　生产技术管理工作。　（上接第５５３页）　的设计来说，目前最重要的是收集掌握最新的国内、　相连通，较好的解决了施工通风问题。但是，如果能　国外无轨地下设备的运营费用与斜坡道坡度的线性　在充分掌握了解地下汽车的运行性能的基础上，将　关系，找到无轨地下设备的运营费用与斜坡道坡度　斜坡道的坡度提高１０％左右就可以降低１０％～　的最佳交汇点是发展斜坡道开拓技术关键所在。　１５％的投资造价，对于目前市场经济条件下的矿山　（收稿日期：２００６—０５—３０）　投资方是一笔不小的收益。因此，对于国内斜坡道　作者简介：朱文志（１９７２一），工程师，从事采矿设计工作。