某鐵礦（擴(kuò)界、擴(kuò)能）開(kāi)拓系統(tǒng)方案優(yōu)化選擇

襲著鋒

（山東乾舜礦冶科技股份有限公司，山東 濟(jì)南2 50014）

試驗(yàn)研究

某鐵礦（擴(kuò)界、擴(kuò)能）開(kāi)拓系統(tǒng)方案優(yōu)化選擇

襲著鋒

（山東乾舜礦冶科技股份有限公司，山東 濟(jì)南2 50014）

某鐵礦為隱伏礦床，采用地下開(kāi)采方式，為滿足擴(kuò)界、擴(kuò)能需要，根據(jù)現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)條件及礦體傾角陡、埋藏深的特點(diǎn)，只能選擇豎井開(kāi)拓方式。在可供選擇的3種開(kāi)拓方案中，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，確定方案Ⅲ為最佳開(kāi)拓方案，即在不影響正常生產(chǎn)的情況下，在礦區(qū)西翼新掘兩條豎井（西主井、西副井）。該方案技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，通過(guò)了專家評(píng)審，得到了政府主管部門的批準(zhǔn)。

鐵礦；擴(kuò)能；礦體特征；開(kāi)拓方案

1 前言

蘭陵縣某鐵礦為生產(chǎn)礦山，開(kāi)采方式為地下開(kāi)采；現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模30萬(wàn)t/a，礦區(qū)范圍由6個(gè)拐點(diǎn)坐標(biāo)圈定，面積0.555 7 km2，開(kāi)采標(biāo)高-157～-476 m。2014年，相關(guān)部門批準(zhǔn)了該礦礦區(qū)范圍的擴(kuò)界申請(qǐng)，擴(kuò)界后礦區(qū)范圍由7個(gè)拐點(diǎn)圈定，面積0.848 km2，開(kāi)采深度為+112～-1 286 m。

該鐵礦開(kāi)拓方案屬于擴(kuò)界、擴(kuò)能資源開(kāi)發(fā)利用。礦區(qū)依據(jù)資源儲(chǔ)量、開(kāi)采技術(shù)條件及礦山整體發(fā)展規(guī)劃等，擬將生產(chǎn)規(guī)模由30萬(wàn)t/a擴(kuò)大到100萬(wàn)t/a，項(xiàng)目總投資上億元。根據(jù)現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)條件，選擇最優(yōu)的礦床開(kāi)拓系統(tǒng)方案，對(duì)礦山的整體規(guī)劃及健康發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，對(duì)整個(gè)礦山的經(jīng)濟(jì)效益起著決定性作用。

2 礦體特征及開(kāi)采技術(shù)條件

1）礦體特征。根據(jù)最新《核實(shí)報(bào)告》和《深部及外圍詳查報(bào)告》，該鐵礦區(qū)發(fā)育有南北兩條礦帶，23個(gè)礦體，其中深部及外圍發(fā)育有19個(gè)礦體，均為隱伏礦體；總體走向?yàn)?45°～270°，平行展布，相向而傾。北（N）礦帶走向245°，傾向北西，傾角60°～85°，南（S）礦帶走向251°～272°，傾向南東，傾角66°～86°。礦體賦存標(biāo)高為-10～-1 286 m，埋深80～1 380 m，礦體的平均厚度之和為145.22 m，平均品位TFe 31.26%，MFe 18.95%。

2）水文地質(zhì)條件。由于礦體處于丘陵區(qū)，地形有利于自然排水，礦體雖位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，但礦體及圍巖含水層富水性微弱，地下水補(bǔ)給條件差，地表水體不構(gòu)成礦床充水的主要因素，構(gòu)造破碎帶富水性中等，地下水補(bǔ)給條件差，水文地質(zhì)邊界較復(fù)雜。礦區(qū)水文地質(zhì)條件為中等類型。

3）工程地質(zhì)條件。礦體呈急傾斜似層狀產(chǎn)出，賦存于山草峪組變質(zhì)地層中，含礦巖石為磁鐵角閃石英巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造。礦石較完整，裂隙不甚發(fā)育，物理力學(xué)強(qiáng)度高，飽和單軸抗壓強(qiáng)度119.0～188.8 MPa，為極堅(jiān)硬巖類。

礦體頂板及礦體巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值平均73%，巖體完整性中等；礦體底板巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值平均75%。礦體頂?shù)装鍘r體較完整，穩(wěn)定性較好，屬于極堅(jiān)硬巖類。

圍巖及礦體均屬堅(jiān)硬巖類，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，礦體頂板片理較發(fā)育，巖體中等完整，穩(wěn)定性較好，工程地質(zhì)條件為中等類型，礦床開(kāi)采不會(huì)發(fā)生不良工程地質(zhì)問(wèn)題。

4）環(huán)境地質(zhì)條件。礦區(qū)內(nèi)為丘陵區(qū)，溝谷沖蝕地貌，基巖大部分出露地表，無(wú)散粒碎石堆積和軟弱滑坡體等地質(zhì)災(zāi)害隱患。區(qū)內(nèi)無(wú)大的新構(gòu)造活動(dòng)和正在活動(dòng)的斷裂，區(qū)域穩(wěn)定性好。

根據(jù)調(diào)查，區(qū)域內(nèi)無(wú)大的工業(yè)加工區(qū)和污染源，地表、地下水質(zhì)良好，礦石和廢石不易分解出有害組份，礦山采用充填采礦法，不會(huì)出現(xiàn)地表塌陷和地裂，無(wú)地?zé)岷蜌夂ΜF(xiàn)象，該礦區(qū)應(yīng)為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等的區(qū)域。因此，本礦區(qū)為基巖裂隙含水層直接充水為主的水文地質(zhì)條件中等的礦床，工程地質(zhì)條件屬中等類型，礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)類型屬中等類型。對(duì)開(kāi)拓系統(tǒng)的選擇沒(méi)有大的影響。

3 開(kāi)拓系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇

3.1 礦山開(kāi)拓系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦山在礦區(qū)東翼采用主、副兩豎井地下開(kāi)采方式，目前東主井和東副井（東翼主、副井改為東主井和東副井）已掘進(jìn)至-300 m水平，形成了完善的開(kāi)拓、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)。經(jīng)驗(yàn)算，東主井年礦石提升能力為58萬(wàn)t，東副井年廢石提升能力為17.5萬(wàn)t，達(dá)不到100萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力。

3.2 開(kāi)拓方案

開(kāi)拓方案為擴(kuò)界、擴(kuò)能設(shè)計(jì)，由于該礦段為隱伏鐵礦床，根據(jù)礦體傾角陡、埋藏深的特點(diǎn)，只能選擇豎井開(kāi)拓方式，如果采用斜井開(kāi)拓，工程量大、工期長(zhǎng)、施工難度大。首先排除斜井開(kāi)拓方案。如果采用原有開(kāi)拓系統(tǒng)，不再增加新井筒，完不成100萬(wàn)t/a的提升能力，必須考慮通過(guò)增加豎井?dāng)?shù)量，來(lái)加大礦山的提升能力。由于深部較多資源主要集中在礦區(qū)西部，只能考慮在礦區(qū)西部補(bǔ)充新建豎井的開(kāi)拓方案[1-2]。可供選擇的開(kāi)拓方案有以下3種：

方案Ⅰ，在礦區(qū)西翼新建1條豎井作為主提升井，將東副豎井井筒進(jìn)行延深作為副提升井，東主井報(bào)廢，形成兩翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。前期開(kāi)拓至-480 m水平，接續(xù)期在-480 m水平設(shè)兩條盲豎井，自-480 m水平開(kāi)拓至-1 140 m水平，接續(xù)西主井和東副井深部礦石提升任務(wù)。

方案Ⅱ，東主、副井筒不再延伸，只服務(wù)于擴(kuò)界礦區(qū)東翼-300 m以上水平中段礦體的開(kāi)拓開(kāi)采。在東部正常開(kāi)采的情況下，在礦區(qū)西翼新掘兩條豎井（西主井、西副井）至-480 m水平，裝備滿足100萬(wàn)t以上的提升設(shè)備，服務(wù)于擴(kuò)界后礦區(qū)-480 m水平以上的礦體開(kāi)采。在-480 m水平設(shè)兩條盲豎井，自-480 m水平開(kāi)拓至-1 140 m水平，接續(xù)西主、副井深部礦石提升任務(wù)。

方案Ⅲ，東主、副井筒不再延伸，只服務(wù)于擴(kuò)界后礦區(qū)東翼-300 m以上水平的開(kāi)拓開(kāi)采。在礦區(qū)西翼新掘兩條豎井（西主井、西副井），基建時(shí)兩井筒直接開(kāi)拓至-900 m水平，但是前期井筒裝備和破碎、裝礦水平設(shè)在-480 m水平，服務(wù)于擴(kuò)界后礦區(qū)-480 m水平以上礦石開(kāi)拓開(kāi)采；-480 m水平以下礦石作為二期工程開(kāi)采。-900 m至-1 140 m水平的資源采用一條盲豎井接續(xù)西主井提升并滿足進(jìn)風(fēng)、提人的要求。由于-900 m以下開(kāi)采垂深只有240 m，回風(fēng)可采用脈外連續(xù)天井安裝梯子間，達(dá)到深部回風(fēng)和安全出口的要求。

3.2.1 開(kāi)拓方案的技術(shù)分析

3種開(kāi)拓方案的優(yōu)點(diǎn)分析：

方案Ⅰ，1）可以少開(kāi)拓1個(gè)副井井筒，減少1套提升裝備；2）接續(xù)期施工井下主、副盲豎井對(duì)西主井、東副井正常提升影響不大。

方案Ⅱ，1）前期基建不影響東主、副井的正常提升及井下-250 m水平以上正常開(kāi)拓開(kāi)采；2）接續(xù)期施工井下主、副盲豎井對(duì)西主井、東副井正常提升影響不大。

方案Ⅲ，1）前期基建不影響東主、副井的正常提升及井下-250 m水平以上正常開(kāi)拓開(kāi)采；2）接續(xù)期施工井下主、副盲豎井對(duì)西主井、東副井正常提升影響不大；3）由于-900 m中段新建1條盲豎井就可以滿足提升、通風(fēng)、提人的要求，可以縮短接續(xù)期基建時(shí)間和減少基建投資。

3種開(kāi)拓方案的缺點(diǎn)分析：

方案Ⅰ，1）副井延伸，井下其他工程無(wú)法正常開(kāi)拓開(kāi)采，必須停產(chǎn)，該期間沒(méi)有收入；2）東副井-250 m以下無(wú)礦體，且距離深部西翼礦體較遠(yuǎn)，各中段石門工程量較大，總長(zhǎng)度達(dá)到3 000 m以上，基建時(shí)間長(zhǎng)且投資較大；3）東副井以下通過(guò)打鉆發(fā)現(xiàn)斷層，井筒施工難度很大，井筒淋水肯定較大，且不容易維護(hù)，安全系數(shù)低。

方案Ⅱ，1）需要新開(kāi)拓兩條盲豎井，接續(xù)西主、副井，盲井口硐室施工難度較大，提升設(shè)施及設(shè)備安裝工藝較復(fù)雜，安全系數(shù)低；2）接續(xù)期兩條盲斜井延伸到-1 140 m水平，基建時(shí)間長(zhǎng)且投資較大。

方案Ⅲ，前期基建西主、副井筒工程量大，投資較大，基建時(shí)間較長(zhǎng)。

3.2.2 開(kāi)拓方案的經(jīng)濟(jì)性分析

3種開(kāi)拓方案的經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表1。

由表1可知，3種開(kāi)拓方案的合計(jì)造價(jià)分別為方案Ⅰ7 653萬(wàn)元，方案Ⅱ8 253萬(wàn)元，方案Ⅲ6 725萬(wàn)元，方案Ⅲ基建投資最低。

表1 3種開(kāi)拓方案的主要基建投資比較

3.3 開(kāi)拓方案的選擇

綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比可知，方案Ⅲ最優(yōu)，因此，選擇方案Ⅲ為最終開(kāi)拓方案。礦山基建完成后形成兩主、兩副4豎井的開(kāi)拓系統(tǒng)；當(dāng)-300 m中段水平開(kāi)采完后，東副井停止提升及進(jìn)風(fēng)任務(wù)，東主井停止提升只作為回風(fēng)井，擴(kuò)界礦區(qū)內(nèi)前期形成1主、1副、1風(fēng)井的3豎井開(kāi)拓系統(tǒng)；接續(xù)期礦區(qū)內(nèi)形成1主、1副、1風(fēng)井加1盲豎井的開(kāi)拓系統(tǒng)。

礦山前期東主井承擔(dān)提升礦石任務(wù)，內(nèi)設(shè)梯子間，兼做安全出口和出風(fēng)井；東副井承擔(dān)人員上下，提升廢石、物料等任務(wù)，井筒內(nèi)設(shè)梯子間，兼做安全出口和進(jìn)風(fēng)井；西主井主要承擔(dān)提升礦石任務(wù)，井筒內(nèi)設(shè)梯子間，兼做安全出口和回風(fēng)井；西副井主要承擔(dān)人員上下，提升部分廢石、物料等任務(wù)，井筒內(nèi)設(shè)梯子間，作為安全出口和進(jìn)風(fēng)井。接續(xù)期在-900 m水平設(shè)盲豎井，自-900 m水平開(kāi)拓至-1 140 m水平，接續(xù)西主井深部礦石提升任務(wù)，兼做安全出口及進(jìn)風(fēng)井。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)拓方案經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠滿足礦山擴(kuò)界、擴(kuò)能后采掘生產(chǎn)的要求；技術(shù)上可行、安全上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理，符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定的要求；前期基建期間，東主、副井可以正常提升，并將東主、副井兩側(cè)的-200～-250 m水平中段礦體全部采出，保證正常生產(chǎn)，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，可保證礦山基建投資的大部分資金來(lái)源，使項(xiàng)目建設(shè)更有保證，效益更加突出。該開(kāi)拓方案通過(guò)了專家評(píng)審，也得到了政府主管部門的批準(zhǔn)。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.冶金礦山采礦設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50830—2013）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

[2]北京有色冶金設(shè)計(jì)總院.采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：北京建筑工業(yè)出版社，1989.

Optimization and Selection of the Developing Schemes for Enlargement and Expansion in an Iron Ore

XI Zhufeng
（Shandong Qianshun Mining and Technology Co.,Ltd.,Jinan 250014,China）

Some iron ore has a concealed deposits,and the underground mining methods was used.To meet the needs for expanding sector and production,according to characteristics of the existing conditions of mining technology and steep dip angle of ore body,buried deep, can only choose the shaft way to develop.The three alternative development plan was given.Based on comparing of technology and economic,the project III is determined as the best development scheme.Namely it does not affect the normal production in the mining area of west wing of the new driving two shafts(west main and west auxiliary).The technical scheme is feasible,reliable safety,reasonable in economy.And it is reviewed by the experts and approved by the government department.

iron ore;expansion;ore body characteristics;development system

TD861.1

A

1004-4620（2015）04-0032-03

2015-05-20

襲著鋒，男，1970年生，2012年畢業(yè)于山東科技大學(xué)礦山開(kāi)采技術(shù)專業(yè)?，F(xiàn)為山東乾舜礦冶科技股份有限公司工程師，從事冶金礦山設(shè)計(jì)技術(shù)服務(wù)工作。