无轨设备采矿斜坡道的设计原则.doc

无轨设备采矿斜坡道的设计原则 摘要本文在简要介绍无轨设备采矿的斜坡道分类的基础上，从斜坡道开拓位置、线路布置形式、坡度及掘进施工、道路铺设及巷道规格等角度，详细论述了斜坡道设计原则并结合了安庆铜矿斜坡道设计，阐述了无轨设备斜坡道合理设计的重要性。 关键词采矿 无轨设备 斜坡道 设计 Design principle of inclined tunnel of trackless vehicles Anqing Copper Mining Abstract Based on instruction to the classification to inclined tunnel of trackless vehicles, the author expounded on the design principle of inclined tunnel from angles of its development position, route arrangement, slope degrees, road paving and tunnel specifications. It is of importance for inclined tunnel to be designed reasonably. Keywords mining，trackless vehicles，inclined tunnel，design 随着现代采矿工艺的发展，地下矿山在推广使用无轨设备采矿的工艺设计时都必须设计提供设备上下通行的斜坡道。如何合理的设计斜坡道，对提高采矿效率和无轨设备的生产能力、降低生产成本、改善作业环境具有十分重要意义。 1、 斜坡道的分类 按照斜坡道连通方式可分为连通地表的主斜坡道和中段间辅助斜坡道；按线路布置可分为折返式斜坡道和螺旋式斜坡道；按斜坡道与矿体位置可分为矿体下盘斜坡道、矿体上盘斜坡道、矿体端部斜坡道和矿体内部斜坡道；按作用分为起主井作用斜坡道和起付井作用的斜坡道。 中段间的辅助斜坡道对无轨设备开采的矿山必不可少。不仅起到转移无轨设备的作用，同时也是凿岩、支护、爆破、车辆运行等井下作业的通风道，而且还可以作为矿岩运搬或深部探矿等用途；连通地表的主斜坡道，其开凿的必要性得根据具体情况来确定；在布置了提升井筒的矿山，主斜坡道主要用途是提供无轨设备的出坑大修、人员的安全出口，兼作通风巷道和辅助运输等；在没有提升井筒的矿山，主斜坡道主要作为运矿坑道，兼作车辆出入、通风，此时运矿设备是皮带运输机或无轨设备车辆。 2、 斜坡道的设计原则 无轨设备巷道除了平巷式之外，大量使用斜坡道。斜坡道设计时，必须对其开拓位置、线路布置形式、斜坡道掘进坡度等问题进行综合考虑，合理配置。 2.1斜坡道开拓的位置 与一般开拓原则一样，斜坡道应尽可能开拓在矿体下盘。由于斜坡道本身的作用不同以及受具体条件影响，斜坡道位置也可能有所不同。 （1） 斜坡道作主井使用的矿山，一般设在矿体下盘，并应考虑矿体开采崩落范围的影响。如加拿大的Dumbaton铜镍矿，布置了皮带运输机的主斜坡道，位于花岗岩中，深部距矿体为30米，其崩落角在700以下。 （2） 斜坡道作付井使用时，有两种情况，一种是平峒开拓的矿山，斜坡道为平峒以上的矿体服务，这种斜坡道应尽可能布置在矿体下盘，可不需考虑矿体开采对它的影响，随着矿体开采深度的下降，斜坡道从上向下逐步失去作用。如果斜坡道服务平峒以下矿体，应作为永久性设施。第二种情况是竖井开拓，斜坡道起付井作用，其发挥的作用要贯穿于矿山的整个服务年限，设计时应作为永久性的井巷工程考虑。 （3） 平缓矿体采用斜坡道，与竖井联合开拓，斜坡道可设置于矿体一侧，用于开拓、采矿、供风和中段间的连接，竖井用于矿石提升。平缓矿体埋藏条件适合斜坡道开拓，设计的斜坡道按永久的井巷工程考虑。 （4） 中段间辅助斜坡道。其服务年限较短，应根据矿山的具体情况，可设计在矿体上盘、矿体下盘、矿体端部或矿体中。中段斜坡道设计在矿体两端时可采取从中间向两端后退的采矿顺序（如西南非的OAMI TES铜矿）；如果矿石的稳固性差，可设置于矿体上盘，此时应选用螺旋式斜坡道（如赞比亚的ROKANA矿的Mindona矿井）；如果中段间辅助斜坡道设计在矿体下盘，其位置距矿体应有一定距离。但这时的斜坡道不能完全避开下部矿体开采对它的影响。因此，我认为斜坡道开拓位置如何确定，应视具体情况而定。其设计的原则，要着重考虑矿体和围岩的稳定性、斜坡道服务年限和用途。 根据安庆铜矿的具体情况，其斜坡道布置在矿体下盘。 2.2斜坡道线路布置形式 斜坡道的布置形式有两种即折返式斜坡道和螺旋式斜坡道。 2.2.1螺旋式斜坡道 螺旋式斜坡道的几何形式分为圆柱螺线和圆锥螺线，根据具体条件可以设计成规则的螺旋线或不规则的螺旋线（曲率半径和坡度都会有所变化或不同）。螺旋斜坡道具有以下优点螺旋式斜坡道没有缓坡段或平坡段，同样高差下螺旋式斜坡道线路短，开拓工程量小；与矿石溜井配合施工时，通风条件和出渣条件好；适合对圆柱形矿体开拓。但存在着不足之处是掘进技术难度大，并且要克服定向测量和外侧超高难度；无轨设备的操作者能见距离短，安全性受到局限；设备的轮胎和差速器失效较快，道路维护困难。（见图2） 2.2.2折返式斜坡道 在整个线路中，直线段长，折返段短，折返式斜坡道直线段变化高程，折返段改变方向，因而，具有独特的优点掘进施工技术难度小；无轨设备操作者能见距离长，且有缓坡和平坡段，行车安全性好；行车速度加快，设备排除废气有害成分降低；线路与矿体可保持固定距离；道路维护方便。其缺点是开拓工程大；掘进施工时，通风和出渣条件差。（见图1） 2.2.3斜坡道线路设计原则 必须考虑以下原则 （1） 斜坡道用途主斜坡道或矿石运输量大时宜设计成折返式；运输量较小或中段间联络道可设计为螺旋式； （2） 开拓工程量开拓工程量除斜坡道自身的工程量外，还要考虑掘进时井巷工程（如通风天井、钻孔等）和各中段的水平联络道的工程量。因此，应考虑尽量减少开拓工程量； （3） 服务年限斜坡道服务年限长的选择折返式，服务年限短的选择螺旋式； （4） 岩层地质条件根据岩层或地段的稳定性，或层理和节理方向的有利性，合理选择折返式或螺旋式； （5） 通风条件斜坡道具有通风功能，螺旋式通风阻力大，折返式阻力较小； （6） 其它条件斜坡道与中段接口位置（螺旋式斜坡道与上下中段接口位置易布置在同一剖面）、运行安全性及道路维护等； 据外刊介绍折返式在国外矿山应用时具有较多的优点，年限较短的辅助斜坡道多采用螺旋式，随着掘进技术的提高，圆锥螺旋式斜坡道因其掘进工程量小将会在越来越多地矿山推广。 安庆铜矿的矿体属于以矽卡岩、闪长岩、磁铁矿含铜、铜铁矿含铜为主的矿体，矿体周围是大理岩结构。根据安庆铜矿的特点和采矿工艺要求，斜坡道设计成折返式。作为永久性的设施，它将延用到东马鞍山单铁矿体的开采。 2.3斜坡道的坡度及掘进 斜坡道的坡度根据其使用年限、运输类型和运输量的大小来确定。 如果斜坡道作为维修运输和下放设备，使用年限长，其最大坡度不宜超过15；若同时作为运输矿石的通道，最大坡度为10；斜坡道若作为短期使用，如中段间联络道，则坡度可加大，运输矿石时可以达20，仅运输设备可达30。 以上的坡度的设计原则在我国的地下无轨矿山得到了广泛应用，据不完全统计，我国斜坡道的坡度在10～27（60～150）。 就无轨设备爬坡能力而言，一般最大爬坡能力可达40～50以上。但随着坡度加大，爬坡速度减慢，机器损耗大，轮胎磨损加剧，有的矿山把小于15作为降低轮胎消耗措施。 进行斜坡道掘进时要按照设计的坡度施工，一般选用双机或三机无轨轮胎式掘进钻车以提高凿岩效率和设备移动的灵活性，出渣采用与斜坡道规格相应的铲运机，同时要权衡通风和出渣问题，当运距小于100米时，最好选用电动铲运机。掘进斜坡道采用铲运机出渣，宜采用下坡掘进。在无轨开采中，矿石溜井是不可少的，把矿石溜井和斜坡道巧妙地结合起来，则大大有利于施工。 掘进折返式斜坡道时，利用天井钻机的导向孔，先把斜坡道的设计折返地段连通起来，随着斜坡道的下掘天井钻机逐段地把导向孔扩大到所需断面。出渣则选用各中段的卸载站，这样可解决通风和出渣的问题。折返式斜坡道的理想布置如图1。 对于螺旋式斜坡道，溜井可布置在螺旋的几何中心；目前，国外地下无轨矿山普遍采用15坡度。随着回采工作由下向上进行，螺旋道逐渐向上延伸。在螺旋斜坡道中间开凿一矿石溜井，对掘进施工和回采时出矿都有利。对两条或更多斜坡道掘进时，宜采用平行掘进，逐渐连通，可改善通风等施工条件。螺旋式斜坡道开拓布置如图2。 安庆铜矿的斜坡道坡度为15。以从上向下掘进为主，随着下部各中段联络道的形成和竖井开拓的延伸，采用了上、下向同时掘进的工序。 2.4、其它设计要求 2.4.1斜坡道路面 无轨设备斜坡道的路面铺设没有规定要求，需根据矿山具体情况定。无轨设备路面有碎石路面、混凝土路面、钢筋混凝土路面和冷沥清路面。无轨设备运输平巷路面普遍采用的经济型路面是碎石路面；作为无轨设备永久性的斜坡道的路面，宜铺设混凝土路面或钢筋混凝土路面。 安庆铜矿无轨设备斜坡道的路面全部以混凝土铺设。 2.4.2无轨斜坡道规格 应根据斜坡道作用、路面铺设情况、所有无轨设备的最大外形尺寸和内外回转半径来确定其规格。行车道宽度与车辆宽度、车辆速度有关，斜坡道宽度在此基础上要加大人员自由通行宽度800～1200mm，车辆边缘与巷道壁最小距离200mm。人行道净空高度一般为800mm，在确定斜坡道高度时要考虑设备行走时的波动，机械外形与悬挂突出部分最小间距为300～600mm人行道路面应高出行车道路面，同时考虑风水管、照明及通风管的所占位置。 安庆铜矿斜坡道规格设计为断面宽4.2米、高3.75米。 3.安庆铜矿斜坡道设计综述 斜坡道设计时必须遵循以上原则是非常重要的。按照以上设计原则，安庆铜矿斜坡道的有关设计如下该斜坡道开拓位置在矿体下盘；连通地表与各中段，属于永久性折返式斜坡道；斜坡道的坡度为15％，采取了以从上向下掘进为主，随着下部各中段联络道的形成和竖井开拓的延伸，上、下向同时掘进的工序；采用混凝土路面和宽度为4.2 米、高度为3.75米的断面。实践表明，这种设计完全满足了安庆铜矿的人员、材料、无轨设备的安全通行的需要，对矿山通风、深部探矿和开拓也发挥了重要作用。