阿爾登—拓普坎鉛鋅礦恢復(fù)生產(chǎn)的采礦技術(shù)方案

張明峰 蘇建軍 姜仁義

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦是前蘇聯(lián)時(shí)期塔吉克斯坦的一座大型鉛鋅礦，1950年開(kāi)始建設(shè)，1954年投產(chǎn)，上部采用露天開(kāi)采，下部轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采。地下開(kāi)采采用無(wú)底柱分段崩落法，礦石年產(chǎn)量一般是80～120萬(wàn)t，1984年曾達(dá)到170萬(wàn) t。1989年以后，隨著蘇聯(lián)解體，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦生產(chǎn)開(kāi)始波動(dòng)，至1998年停產(chǎn)。

2006年塔中礦業(yè)取得阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的礦權(quán)，在恢復(fù)該礦的生產(chǎn)過(guò)程中，筆者負(fù)責(zé)采礦專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)及施工服務(wù)，設(shè)計(jì)中經(jīng)查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)踏勘及分析研究，確定了礦山恢復(fù)生產(chǎn)的建設(shè)規(guī)模、開(kāi)拓運(yùn)輸方案、采礦方法及主要采掘設(shè)備等主要采礦技術(shù)方案［1-5］。

1 地質(zhì)條件及礦山現(xiàn)狀

1.1 地質(zhì)條件

阿爾登—拓普坎礦區(qū)在區(qū)域上位于塔吉克斯坦與烏茲別克斯坦邊界附近的古拉明山脈西北斜坡上，海拔1 000～1 800 m。礦床內(nèi)劃分9個(gè)含礦帶，礦帶內(nèi)分布有87個(gè)獨(dú)立的礦體(礦化體)，礦權(quán)范圍內(nèi)具有工業(yè)價(jià)值的礦體有26個(gè)，總體走向北東45°，沿走向總長(zhǎng)度2 km(29線(xiàn)至40線(xiàn))，礦體分布總寬度100～300 m。礦體傾向北西，傾角70°～80°，Ⅵ－1、Ⅷ－1為主礦體。Ⅵ－1礦體分布于15～40勘探線(xiàn)，走向長(zhǎng)1 870 m，斜長(zhǎng)650 m，Ⅲ中段以上、Ⅳ～Ⅵ中段16～20勘探線(xiàn)的部分礦體已經(jīng)采空，礦體走向北東 45°，傾向北西，傾角 70°～80°，局部直立，平均厚度8.8 m;Ⅷ－1礦體分布于20～40勘探線(xiàn)，長(zhǎng)約620 m，其中Ⅵ中段以上20～28勘探線(xiàn)的部分礦體已經(jīng)基本采空，其他特征同Ⅵ－1礦體。

礦石中主要金屬礦物有方鉛礦、閃鋅礦，次有黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦。脈石礦物有方解石、長(zhǎng)石、石英、角閃石、石榴石等，伴生有益組分有 Ag、Cd、Ge、Ga等。

礦體下盤(pán)圍巖為花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)砂巖和變質(zhì)噴出巖，上盤(pán)圍巖為灰?guī)r，含礦巖石為矽卡巖。上、下盤(pán)圍巖及含礦巖石一般屬中等穩(wěn)固巖石。

礦區(qū)主要含水層為結(jié)晶灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，隔水層為花崗閃長(zhǎng)斑巖、長(zhǎng)石砂巖、矽卡巖，地下水的補(bǔ)給為大氣降水、高山冰雪融水。地下水的徑流主要通過(guò)溶隙(洞)、節(jié)理、斷層進(jìn)行。地下水的排泄主要通過(guò)山谷、泉水、礦坑排泄。礦區(qū)內(nèi)礦床水文地質(zhì)條件屬中等復(fù)雜類(lèi)型。

1.2 礦山現(xiàn)狀

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦是露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采礦山，露天開(kāi)采結(jié)束后地下開(kāi)采采用平硐、溜井、斜坡道及輔助豎井聯(lián)合開(kāi)拓，開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)大致分兩部分。

Ⅴ中段(1 370 m水平)以上采用平硐、溜井及輔助斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓，礦巖從1 370 m平硐運(yùn)出地表。其中礦石經(jīng)破碎后溜放至1 110 m平硐，再由膠帶機(jī)運(yùn)至烏茲別克選廠;巖石直接在硐外翻卸后采用汽車(chē)倒運(yùn);人員材料自各中段平硐口進(jìn)入坑內(nèi);無(wú)軌采礦設(shè)備經(jīng)輔助斜坡道到達(dá)采掘作業(yè)面。Ⅴ中段以上中段高70 m，生產(chǎn)中段有Ⅰ中段(1 650 m)、Ⅱ中段(1 580 m)、Ⅲ中段(1 510 m)、Ⅳ中段(1 440 m)、Ⅴ中段(1 370 m)。

Ⅴ中段以下至Ⅸ中段采用平硐、溜井、斜坡道及輔助豎井聯(lián)合開(kāi)拓，礦巖從1 070 m平硐運(yùn)出地表。其中礦石經(jīng)破碎后由膠帶機(jī)運(yùn)至烏茲別克選廠;巖石直接在硐外翻卸后采用汽車(chē)倒運(yùn);人員材料自Ⅴ中段、Ⅸ中段平硐口進(jìn)入坑內(nèi)，再經(jīng)輔助豎井、電梯井到達(dá)采掘作業(yè)面;無(wú)軌采礦設(shè)備仍經(jīng)輔助斜坡道到達(dá)采掘作業(yè)面。Ⅴ中段以下中段高75 m，生產(chǎn)中段有Ⅵ中段(1 295 m)、Ⅶ中段(1 220 m)、Ⅷ中段(1 145 m)、Ⅸ中段(1 070 m)。

東西兩翼建有回風(fēng)井和回風(fēng)平硐，構(gòu)成兩翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。

礦山輔助設(shè)施主要分布在Ⅴ中段、Ⅸ中段平硐硐口。

礦山生產(chǎn)期間采用無(wú)底柱分段崩落法采礦，中段高度70～75 m，分段高度18 ～19 m，出礦設(shè)備采用Toro－350型3.5 m3鏟運(yùn)機(jī)。

生產(chǎn)期間以開(kāi)采中部厚礦體為主，礦山停產(chǎn)前中部厚礦體已采至Ⅶ中段，而Ⅳ中段及以下外圍中厚礦體基本未予采準(zhǔn)和回采。

從現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果看，豎井、井下硐室等結(jié)構(gòu)完好，斜坡道、平巷局部有冒頂坍塌?？觾?nèi)設(shè)施除軌道基本完好外，其他設(shè)施均有不同程度損毀，供電、通訊等設(shè)備線(xiàn)纜大部分損毀，不能利用。

2 開(kāi)采范圍及開(kāi)采方式

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦開(kāi)采范圍為建設(shè)單位已獲得采礦權(quán)范圍內(nèi)的礦體。經(jīng)調(diào)查，開(kāi)采范圍內(nèi)Ⅳ中段以上礦體已基本采完，且為多條礦體的邊角殘留，已有工程嚴(yán)重坍塌，開(kāi)采范圍僅限于Ⅳ中段及以下剩余礦體。

Ⅸ中段以下礦體僅查到勘探井已施工至ⅩⅢ中段，未查到其他勘探資料。已有資料顯示，Ⅸ中段以下礦體為預(yù)測(cè)礦體，需待勘探證實(shí)后研究其開(kāi)采方案，本研究的開(kāi)采范圍為Ⅳ～Ⅸ中段的剩余礦體。

開(kāi)采范圍內(nèi)礦體恢復(fù)生產(chǎn)采用地下開(kāi)采方式。

3 建設(shè)規(guī)模

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦停產(chǎn)前地下開(kāi)采的產(chǎn)量一般在80～120萬(wàn)t，恢復(fù)生產(chǎn)的建設(shè)規(guī)模依據(jù)開(kāi)采范圍內(nèi)礦體的生產(chǎn)能力確定。

開(kāi)采范圍內(nèi)礦體的生產(chǎn)能力采用以下方式驗(yàn)證。

(1)按可布礦塊數(shù)驗(yàn)證。開(kāi)采范圍內(nèi)礦體采用分段鑿巖階段空?qǐng)龇ê蜏\孔留礦采礦法開(kāi)采，其中分段鑿巖階段空?qǐng)龇ǖV塊生產(chǎn)能力15萬(wàn)t/a，淺孔留礦采礦法礦塊生產(chǎn)能力3萬(wàn)t/a。根據(jù)各中段可布礦塊數(shù)、有效礦塊數(shù)并考慮礦塊利用系數(shù)后計(jì)算的結(jié)果，Ⅴ～Ⅸ中段生產(chǎn)能力達(dá)到100萬(wàn)t/a以上，個(gè)別中段達(dá)到180萬(wàn)t/a。上部Ⅳ中段因礦體規(guī)模較小，生產(chǎn)能力為64萬(wàn)t/a。

(2)按礦山開(kāi)采年下降速度驗(yàn)證。按礦山開(kāi)采年下降速度采用下式驗(yàn)證礦山生產(chǎn)能力:

式中，A為生產(chǎn)能力，萬(wàn)t/a;V為礦山開(kāi)采年下降速度，m/a;q為分段平均每米含礦量，萬(wàn)t/m;α為礦石回采率，%;K1為礦體傾角修正系數(shù);K2為礦體厚度修正系數(shù);E為地質(zhì)影響系數(shù)，B+C級(jí)0.85，D級(jí)0.5;β為廢石混入率，%。

根據(jù)阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的礦體條件進(jìn)行計(jì)算，Ⅴ～Ⅸ中段生產(chǎn)能力達(dá)到100萬(wàn)t/a以上，Ⅳ中段生產(chǎn)能力為54萬(wàn)t/a。

(3)按經(jīng)濟(jì)合理服務(wù)年限驗(yàn)證。按經(jīng)濟(jì)合理服務(wù)年限計(jì)算礦山生產(chǎn)能力采用式(2):

式中，Q為開(kāi)采范圍內(nèi)地質(zhì)礦量，萬(wàn)t;T為礦山服務(wù)年限，a。按大型礦山經(jīng)濟(jì)合理的服務(wù)年限及開(kāi)采范圍內(nèi)剩余礦體的地質(zhì)礦量計(jì)算，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的生產(chǎn)能力超過(guò)100萬(wàn)t/a。

根據(jù)前述驗(yàn)證結(jié)果，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦恢復(fù)生產(chǎn)的建設(shè)規(guī)模推薦為100萬(wàn)t/a。

4 開(kāi)拓運(yùn)輸方案

設(shè)備備件等主要通過(guò)豎井提升。

現(xiàn)有勘探井、輔助井2條豎井可以作為提升豎井。2條豎井對(duì)比見(jiàn)表1。

4.1 Ⅴ中段以上

現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，原Ⅴ中段以上開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)損毀較大，特別是其平硐口外部的礦石運(yùn)輸系統(tǒng)因停產(chǎn)前就已停止使用，恢復(fù)利用的投入較大，且Ⅴ中段以上礦量較少，經(jīng)比較后確定不再恢復(fù)Ⅴ中段平硐口外部的礦石運(yùn)輸系統(tǒng)，Ⅴ中段以上的礦石通過(guò)溜井下放到Ⅸ中段，隨Ⅴ～Ⅸ中段礦石運(yùn)出地表。

Ⅴ中段以上的巖石運(yùn)輸系統(tǒng)、排土場(chǎng)修復(fù)后繼續(xù)使用，人員材料亦可通過(guò)修復(fù)后的Ⅴ中段平硐進(jìn)出。

4.2 Ⅴ中段以下

Ⅴ中段以下主要開(kāi)拓工程有Ⅸ中段平硐、勘探井、輔助井、斜坡道、電梯井、溜井、天井等。Ⅴ中段～Ⅸ中段的礦巖均通過(guò)溜井放至Ⅸ中段，再由Ⅸ中段平硐運(yùn)出地表，并送至選礦廠。

人員、材料、設(shè)備備件等通過(guò)Ⅸ中段平硐進(jìn)入坑內(nèi)，再經(jīng)由豎井、斜坡道、天井等進(jìn)入采掘作業(yè)面。豎井提升效率較高，井下生產(chǎn)中段間的人員、材料、

表1 提升豎井方案比較

從表1可以看出，勘探井恢復(fù)費(fèi)用較低，且已施工至ⅩⅢ中段，可直接用于Ⅸ中段以下的探礦、基建和生產(chǎn)。故推薦恢復(fù)勘探井用于豎井提升，另一條豎井輔助井暫不恢復(fù)提升設(shè)施，僅用作進(jìn)風(fēng)。

無(wú)軌采礦設(shè)備經(jīng)輔助斜坡道到達(dá)采掘作業(yè)面。

井下所需新鮮風(fēng)流經(jīng)勘探井、輔助井、Ⅴ中段、Ⅸ中段平硐進(jìn)入，污風(fēng)經(jīng)東西兩翼回風(fēng)井、回風(fēng)平硐排出地表。

恢復(fù)生產(chǎn)的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)縱投影

5 采礦方法及主要采掘設(shè)備

5.1 開(kāi)采技術(shù)條件

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦開(kāi)采范圍內(nèi)具有工業(yè)價(jià)值的礦體有26個(gè)，礦體呈層狀沿走向分布，屬多層礦;礦體下盤(pán)圍巖為花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)砂巖和變質(zhì)噴出巖，上盤(pán)圍巖為灰?guī)r，含礦巖石為矽卡巖;上、下盤(pán)圍巖及含礦巖石一般屬中等穩(wěn)固巖石;礦體平均傾角75°，屬急傾斜礦體;礦體由薄至厚均有分布，經(jīng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，15 m以上厚礦體占21.6%，15～5 m中厚礦體占63.1%，5 m以下薄礦脈占15.3%，中厚礦體占大部分;礦床水文地質(zhì)條件屬中等—復(fù)雜類(lèi)型;地表允許陷落。

5.2 采礦方法選擇

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦選用分段鑿巖階段空?qǐng)龇ㄗ鳛橹饕牟傻V方法，中厚礦體的礦塊沿礦體走向布置，厚礦體的礦塊垂直礦體走向布置。薄礦脈采用淺孔留礦法回收。

分段鑿巖階段空?qǐng)龇ǚ侄胃叨?8～22 m，中段高度70～75 m，礦柱寬度10 m，底柱高度15 ～20 m，頂柱高度4～6 m，礦塊長(zhǎng)度60 m，礦塊生產(chǎn)能力15萬(wàn) t/a。

5.3 主要采掘設(shè)備

經(jīng)計(jì)算，礦山萬(wàn)噸采掘比80.52 m/萬(wàn)t，年掘進(jìn)井巷工程總長(zhǎng)度8 052 m，掘進(jìn)出碴總量269 390 t。掘進(jìn)鑿巖以液壓鑿巖臺(tái)車(chē)鑿巖為主，臺(tái)年綜合效率2 000～2 500 m，計(jì)算的液壓鑿巖臺(tái)車(chē)為4臺(tái)，其中3臺(tái)工作，1臺(tái)備用。出碴選用3 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)，3 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)臺(tái)年綜合效率15萬(wàn)t，計(jì)算的3 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)為3臺(tái)，其中2臺(tái)工作，1臺(tái)備用。

回采鑿巖選用中深孔鑿巖，計(jì)算的年穿孔量為135 351 m，回采鑿巖設(shè)備選用液壓采礦鑿巖臺(tái)車(chē)，液壓采礦鑿巖臺(tái)車(chē)臺(tái)年綜合效率6萬(wàn)m，炮孔延米爆破量7 t/m，計(jì)算的液壓采礦鑿巖臺(tái)車(chē)為3臺(tái)工作?；夭沙龅V選用3 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，3 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)臺(tái)年綜合效率30萬(wàn)t，計(jì)算的回采出礦鏟運(yùn)機(jī)為4臺(tái)。回采作業(yè)地點(diǎn)較集中，設(shè)備可靠，不設(shè)備用。

坑內(nèi)運(yùn)輸水平有Ⅴ中段1 370 m水平和Ⅸ中段1 070 m水平。原有軌運(yùn)輸系統(tǒng)的軌道線(xiàn)路長(zhǎng)，保存完好，但其軌距為750 mm，與國(guó)內(nèi)礦山同類(lèi)窄軌762 mm的軌距相差12 mm，經(jīng)與國(guó)內(nèi)電機(jī)車(chē)、礦車(chē)廠家聯(lián)系，在不影響安全和機(jī)械性能的前提下，可以將電機(jī)車(chē)、礦車(chē)的軌距調(diào)整為750 mm。經(jīng)計(jì)算，恢復(fù)生產(chǎn)后，選用ZK14－750/250－4C型14 t電機(jī)車(chē)(Ⅸ中段1 070 m水平)電機(jī)車(chē)8臺(tái)，其中6臺(tái)工作，2臺(tái)備用;ZK10－750/250－Z型10 t電機(jī)車(chē)(Ⅸ中段以外各運(yùn)輸水平)9臺(tái)，其中6臺(tái)工作，3臺(tái)備用;YCC4－750型4 m3曲軌側(cè)卸式礦車(chē)53輛，其中42輛工作，11輛備用;YCC2－750型2 m3曲軌側(cè)卸式礦車(chē)57輛，其中45輛工作，12量備用?？觾?nèi)運(yùn)輸設(shè)備的軌距均確定為750 mm。

6 結(jié)論

(1)已停產(chǎn)多年的礦山恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，除了要詳細(xì)了解礦山的地質(zhì)條件外，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，全面認(rèn)識(shí)礦山現(xiàn)狀，以確保恢復(fù)生產(chǎn)的技術(shù)方案符合礦山生產(chǎn)實(shí)際。

(2)建設(shè)規(guī)模、開(kāi)拓方案、采礦方法及主要采掘設(shè)備是恢復(fù)生產(chǎn)的主要技術(shù)方案，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的分析計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

(3)阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的設(shè)計(jì)和恢復(fù)生產(chǎn)的實(shí)際證明，本研究提出的主要技術(shù)方案符合礦山實(shí)際。

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