浙江某葉蠟石礦生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

姚 奇，張?jiān)屏?/p>

(蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 蘇州市 215004)

0 引 言

浙江某葉蠟石礦礦體因F5斷層的錯(cuò)動(dòng)劃分為了南北兩個(gè)部分。原北礦段生產(chǎn)規(guī)模為2萬(wàn)t/a，最低開(kāi)采深度為+50 m，已開(kāi)采多年，形成了完善的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)，但保有資源儲(chǔ)量已不多。近年來(lái)葉蠟石礦市場(chǎng)需求強(qiáng)烈，目前的生產(chǎn)規(guī)模已不能滿足市場(chǎng)需要，公司擬將生產(chǎn)系統(tǒng)向下延伸，對(duì)兩部分礦體統(tǒng)一規(guī)劃開(kāi)采。

開(kāi)拓運(yùn)輸方案作為礦山開(kāi)采的重要組成部分，對(duì)礦山投資及后期的生產(chǎn)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。北礦段開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)比較完善，未來(lái)是否繼續(xù)利用現(xiàn)有系統(tǒng)向下延伸，還是采用斜坡道開(kāi)拓方案，新系統(tǒng)是否能和老系統(tǒng)有效結(jié)合，這些都是企業(yè)需要解決的問(wèn)題。

針對(duì)以上現(xiàn)狀與問(wèn)題，本文通過(guò)比較法、投資成本分析法，并結(jié)合了國(guó)內(nèi)外開(kāi)拓方案為斜坡道的礦山經(jīng)驗(yàn)，提出了對(duì)本礦山系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

1 礦山地質(zhì)資源概況

礦區(qū)地層主要為侏羅系上統(tǒng)西山頭組，主要由酸性火山碎屑巖組成，間夾沉積火山碎屑巖，總體呈NE—SW向展布，傾向SE，傾角較緩。分述如下：

礦化帶頂板為次生石英巖，厚度0～15 m。

礦化帶底板為蝕變含礫熔結(jié)凝灰?guī)r，厚度7～46 m。

礦化帶主要為礦化含礫多屑凝灰?guī)r和礦化凝灰?guī)r，厚度23.5～66 m。

各礦層產(chǎn)狀與礦化帶基本一致。其傾向?yàn)?30°～160°，傾角10°～25°，均呈似層狀—扁平透鏡體狀產(chǎn)出。

礦區(qū)地質(zhì)鉆孔巖心完整，礦體頂?shù)装逡膊焕狻ｃ@孔巖心的巖石質(zhì)量指標(biāo)均大于80%，礦體圍巖質(zhì)量極好。斷裂帶的存在不會(huì)對(duì)礦坑開(kāi)采產(chǎn)生影響。

礦山采礦綜合回采率約40%，根據(jù)保有儲(chǔ)量估算，南礦段可采出礦石量111.53萬(wàn)t，北礦段可采出礦石量31.77萬(wàn)t。礦山總服務(wù)年限20 a。

2 北礦段生產(chǎn)現(xiàn)狀

礦山已開(kāi)采多年，現(xiàn)有采礦許可證生產(chǎn)規(guī)模為2萬(wàn)t/a，開(kāi)采深度最低為+50 m標(biāo)高。北礦段已形成了完善的開(kāi)拓、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、壓氣、供電系統(tǒng)。辦公生活區(qū)位于+100 m標(biāo)高，工業(yè)場(chǎng)地位于+147 m米平硐口，設(shè)施完善。采礦方法為淺孔房柱法，中段高度50 m，礦山采用平硐～盲斜井聯(lián)合開(kāi)拓，有軌電機(jī)車運(yùn)輸?，F(xiàn)有+182、+147、+100、+50 m 4個(gè)中段，其中+182 m平硐、+147 m平硐通往相應(yīng)生產(chǎn)中段。+147 m中段與+100 m中段通過(guò)兩個(gè)盲斜井連接、采用斜井提升。目前主要開(kāi)采+100 m中段，西盲斜井已經(jīng)延伸至+50 m中段。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提

礦山采礦方法為淺孔房柱法。北礦段仍有部分資源，需要繼續(xù)利用原有開(kāi)拓系統(tǒng)，僅將生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大為4萬(wàn)t/a，南礦段建設(shè)要求盡量利用現(xiàn)有系統(tǒng)，基建結(jié)束后，兩礦段需要同時(shí)生產(chǎn)。北礦段開(kāi)采結(jié)束后，進(jìn)行南礦段的開(kāi)采。南礦段設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為10萬(wàn)t/a。

4 南礦段開(kāi)拓方案比選

根據(jù)南礦段開(kāi)采條件，可選擇的開(kāi)拓方案有如下3種。3個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

方案一，平硐—盲斜井聯(lián)合開(kāi)拓方案：利用現(xiàn)有+147 m平硐及兩個(gè)盲斜井繼續(xù)向下延伸至-73 m中段進(jìn)行南礦段的開(kāi)拓。

方案二，平硐—盲斜井聯(lián)合開(kāi)拓方案：由現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地+100 m標(biāo)高處新建平硐至現(xiàn)有+100 m中段，再由該中段新建盲斜井至-73 m中段進(jìn)行開(kāi)拓。

方案三，斜坡道開(kāi)拓方案：由現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地+100 m標(biāo)高處向南礦段修建斜坡道，直至南礦段底部-73 m中段。

表1 開(kāi)拓方案比較表

方案一，雖能利用現(xiàn)有巷道，但生產(chǎn)能力受到限制，而且斜井向下延伸，勢(shì)必會(huì)影響到目前的生產(chǎn)，不能滿足企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的需求。且無(wú)論礦石及排水均多提升約50 m高度，增加運(yùn)行成本，造成不必要的浪費(fèi)，故設(shè)計(jì)不予采用。

方案二，新修建平硐、盲斜井可適應(yīng)新的生產(chǎn)規(guī)模要求，礦石提升高度及排水高度合理，能利用現(xiàn)有設(shè)備，但+100 m標(biāo)高平硐口周邊場(chǎng)地均較為平坦，無(wú)合適的卸車場(chǎng)地，周圍也無(wú)可利用的卸車場(chǎng)地，滿足不了卸礦高度要求，也不予采用。

方案三，雖然基建投資大，但是機(jī)械化程度高，減少了生產(chǎn)人員，提高了生產(chǎn)效率，并且便于企業(yè)的安全管理，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于各大礦山。也能滿足未來(lái)繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的要求。

根據(jù)礦區(qū)礦體賦存條件和開(kāi)采技術(shù)條件等因素，經(jīng)綜合比較，確定本礦山采用斜坡道開(kāi)拓方案。該方案運(yùn)行成本低、生產(chǎn)能力大，機(jī)械化程度高，采運(yùn)方便，管理簡(jiǎn)單，綜合效益高。

北礦段仍利用現(xiàn)有電機(jī)車運(yùn)輸、斜井提升。各中段采下的礦石在溜井口裝車，電機(jī)車運(yùn)輸，經(jīng)斜井提升至+147 m平硐后，運(yùn)出地表。

南礦段采用地下礦用汽車運(yùn)輸。各中段采下的礦石在溜井口裝車后直接通過(guò)中段運(yùn)輸巷、斜坡道、平硐運(yùn)出地表。

5 斜坡道開(kāi)拓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦區(qū)工程地質(zhì)條件較好，底板穩(wěn)固且厚度較大，可按常規(guī)方式將斜坡道布置在礦體底板。

斜坡道布置一般有直線式、螺旋式、折返式3種形式。由硐口到南礦段可采用直線式斜坡道，工程量省，施工簡(jiǎn)單。到達(dá)南礦段以后，礦體東西走向長(zhǎng)度300 m左右，采用折返式斜坡道，該方案施工較容易，司機(jī)能見(jiàn)距離大，線路便于維護(hù)，司機(jī)行車安全性比螺旋式高。

根據(jù)計(jì)算，得出斜坡道寬度為3582.5 mm(車寬1.8 m，高2.2 m)，但無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備與支護(hù)之間的間隙，應(yīng)不小于0.6 m，行人的無(wú)軌運(yùn)輸水平巷道應(yīng)設(shè)人行道，人行道的有效凈高應(yīng)不小于1.9 m，有效寬度不小于1.2 m。最終設(shè)計(jì)斜坡道斷面三心拱，寬度為3.6 m，高度為3.4 m。斜坡道斷面見(jiàn)圖1。

圖1 斜坡道斷面

斜坡道路面結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)無(wú)軌設(shè)備的運(yùn)行速度、設(shè)備損耗等有直接影響，通常有碎石路面、混凝土路面、鋼筋混凝土路面和冷瀝清路面。設(shè)計(jì)本礦采用碎石路面(裝載點(diǎn)為混凝土)，路基采用塊度20～70 mm碎石，厚度200 mm；路面采用塊度10～20 mm碎石，厚度100 mm。

主斜坡道由+100 m至-73 m總長(zhǎng)1742 m，最小轉(zhuǎn)彎半徑20 m，平均坡度10%。

6 現(xiàn)有系統(tǒng)的利用及優(yōu)化

南礦段如果需要達(dá)到正常生產(chǎn)能力，除開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)外，必須建立完善給排水、通風(fēng)、壓氣、供電等系統(tǒng)。在進(jìn)行南礦段系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮利用北礦段現(xiàn)有系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，為北礦段的開(kāi)采創(chuàng)造更為有利的條件。

6.1 給水系統(tǒng)

給水管路無(wú)需從斜坡道接入，而是由+100 m中段運(yùn)輸巷沿南礦段西側(cè)新建的回風(fēng)盲斜井布置管道，大大縮短了給水管路的長(zhǎng)度，節(jié)省了工程量。

6.2 排水系統(tǒng)

按照是否修建新的+100 m排水平巷分為兩種方案，比較如下。

方案一：修建，將南礦段的水沿回風(fēng)斜井排放至+100 m運(yùn)輸平巷，然后沿排水平巷自流出地表；北礦段水可直接自流。

該方案基建期斜井排水線路長(zhǎng)280 m，每米管線估算約300元，則初期管線投資8.4萬(wàn)元。排水巷道工程量1576 m3，按360元/m3估算，投資56.74萬(wàn)元，合計(jì)基建投資65.14萬(wàn)元。

運(yùn)行過(guò)程中，每下降一個(gè)中段新增排水管線長(zhǎng)約80 m，平均每年增加20 m，年成本0.6萬(wàn)元；水泵功率90 kW，實(shí)際綜合功率系數(shù)0.6，每天工作15 h，年工作330 d，年耗電量26.73萬(wàn)度，單價(jià)0.65元/度，年成本17.37萬(wàn)元；工人工資9萬(wàn)元/a；故年總運(yùn)行成本為26.97萬(wàn)元。

年總成本A=26.97，萬(wàn)元;生產(chǎn)年份n=16，a;利率i=5%。按年金現(xiàn)值公式計(jì)算得出，年金現(xiàn)值P=292.29萬(wàn)元。則方案一合計(jì)折現(xiàn)357.43萬(wàn)元。

方案二：不修建，南礦段排水管線沿斜坡道布置，直接排放至+100 m平硐口；北礦段排水系統(tǒng)繼續(xù)使用，將水排放至+147 m平硐口自流。

該方案基建期排水線路長(zhǎng)1050 m，每米管線估算約300元，則基建投資31.5萬(wàn)元。

運(yùn)行過(guò)程中，每下降一個(gè)中段新增排水管線長(zhǎng)約300 m，平均每年增加75 m，年成本2.25萬(wàn)元；因管線長(zhǎng)度增加、彎道增加等增加了排水阻力，南礦段每年耗電增加約10%，即為19.11萬(wàn)元；北礦段水泵功率15 kW，每天工作5 h，年耗電量1.49萬(wàn)度，年成本0.97萬(wàn)元；工人工資12萬(wàn)元/a；故年總運(yùn)行成本為34.33萬(wàn)元。

按公式計(jì)算出，得年現(xiàn)金值P=372.06萬(wàn)元。則方案二合計(jì)折現(xiàn)403.56萬(wàn)元。

排水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較：

方案一系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅有南礦段一個(gè)水泵房，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，后期費(fèi)用低；該平巷不僅可作為排水巷道，也可作為行人通道，方便了人員出入井;

方案二北礦段排水系統(tǒng)仍然需要維護(hù)，多一位勞動(dòng)定員；南礦段后期排水線路長(zhǎng)，彎頭多，增加了排水阻力，增加耗電量。

從經(jīng)濟(jì)上比較，方案一基建期投資比方案二多33.64萬(wàn)元，但考慮未來(lái)生產(chǎn)成本折現(xiàn)后，綜合投資比方案二少46.13萬(wàn)元。

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇修建+100 m排水平巷的方案一。該方案利用了現(xiàn)有巷道，優(yōu)化了北礦段排水系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)升本，優(yōu)勢(shì)明顯。

6.3 通風(fēng)系統(tǒng)

本礦采用對(duì)角抽出式通風(fēng)。北礦段風(fēng)路與原風(fēng)路相同。南礦段新鮮風(fēng)流由+100 m標(biāo)高進(jìn)入，通過(guò)斜坡道、各中段運(yùn)輸巷到達(dá)采礦工作面，污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)巷道排放至西側(cè)回風(fēng)斜井，直接通往北礦段西側(cè)現(xiàn)有回風(fēng)系統(tǒng)，利用北礦段回風(fēng)系統(tǒng)將污風(fēng)排出。

6.4 壓氣、供電系統(tǒng)

系統(tǒng)線路均可利用北礦段現(xiàn)有系統(tǒng)線路，通過(guò)南礦段西側(cè)的盲斜井接入南礦段，再通往各開(kāi)采中段，該方案線路短，投資成本低。

井下系統(tǒng)投影圖見(jiàn)圖2。

圖2 井下系統(tǒng)投影

7 結(jié) 論

(1) 對(duì)葉蠟石礦區(qū)現(xiàn)有系統(tǒng)以及生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析，通過(guò)比較,明確了本礦應(yīng)使用斜坡道開(kāi)拓、汽車運(yùn)輸方案。

(2) 通過(guò)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算，在考慮未來(lái)生產(chǎn)成本折現(xiàn)因素后，修建+100 m排水平巷的綜合投資比不修建排水平巷少46.13萬(wàn)元，由此確定礦山應(yīng)新修建排水平巷。

(3) 結(jié)合現(xiàn)有的給水、通風(fēng)、壓氣、供電系統(tǒng)條件，提出了利用及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

(4) 現(xiàn)有巷道及系統(tǒng)的利用，可加快礦山建設(shè)進(jìn)程，減少了工程投資，降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]王運(yùn)敏，等.現(xiàn)代采礦手冊(cè)(中冊(cè))[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006:678-683.

[2]朱文志，孫先輝．錫鐵山礦斜坡道的設(shè)計(jì)[J]．采礦技術(shù)，2006，6(3):551-553,555.

[3]陳 華，黎劍華．礦山斜坡道工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]．銅業(yè)工程，2008(4):1-4.

[4]GBl6423-2006.金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].

[5]GB50830-2013.冶金礦山采礦設(shè)計(jì)規(guī)范[S].