豐山銅礦南沿深部礦體開拓方案研究

馬 杰

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司, 湖北 黃石 435005)

應(yīng)用研究·有色礦山·

豐山銅礦南沿深部礦體開拓方案研究

馬 杰

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司, 湖北 黃石 435005)

豐山銅礦南沿深部礦體開拓提出5大類十幾種方案，針對性初選3種方案從基建工程量、投資額、工期、生產(chǎn)運(yùn)營成本、后期生產(chǎn)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、對比、分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究，得出最優(yōu)的開拓方案。

開拓工程; 溜破系統(tǒng); 技術(shù)經(jīng)濟(jì)

1 前言

豐山銅礦隸屬大冶有色金屬有限公司，1972年投產(chǎn)至今，是一座開采40多年的中型老礦山。井下開采為南、北沿礦帶兩個(gè)部分，礦山生產(chǎn)能力為2 200t/d，其中南沿1 200t/d、北沿1 000t/d。目前南沿礦體-440m以上開拓礦量嚴(yán)重不足，北沿生產(chǎn)能力增長有限，為均衡礦山生產(chǎn)，急需對南沿深部-440～-740m礦段進(jìn)行開拓。

2 礦山現(xiàn)有開拓工程

礦山現(xiàn)有開拓方式為豎井與斜坡道聯(lián)合方式：在礦體下盤中央設(shè)有主井和副井，主井提礦，副井提升人員、廢石和材料；斜坡道布置在南沿，直通地表，除作為安全通道外，還起到輔助運(yùn)輸?shù)淖饔?；南沿有一個(gè)提升廢石的15線措施井；南、北沿礦體東部分別設(shè)有南、北風(fēng)井通風(fēng)。

目前礦山已經(jīng)完成了-320m以上6個(gè)中段開拓，采礦生產(chǎn)主要在-320m中段，第七個(gè)-380m中段正進(jìn)行開拓工程施工。

2.1 溜破系統(tǒng)

現(xiàn)有主溜井直徑φ3m，段高從-150m到-345m(含貯礦段)，破碎硐室設(shè)在-351m，皮帶裝礦硐室設(shè)在-392m。溜破系統(tǒng)的最低服務(wù)中段為-320m中段。

2.2 運(yùn)輸和提升系統(tǒng)

-320m中段以上礦石采用有軌電機(jī)車牽引2m3側(cè)卸式礦車運(yùn)至礦石主溜井卸入，然后經(jīng)溜破系統(tǒng)從主井提升到地表；廢石用電機(jī)車牽引0.75m3翻轉(zhuǎn)式礦車運(yùn)至副井或措施井車場，由罐籠提至地表。

主井井筒凈直徑φ4m,井深544.5m(+100～-444.5m),內(nèi)配9t底卸式箕斗擔(dān)負(fù)礦石的提升任務(wù)；副井井筒凈直徑φ5m，井深560m(+84～-476m),內(nèi)配雙層罐籠，最低服務(wù)標(biāo)高為-440m。南沿15線措施井井筒凈直徑φ4m，井深366m(+46～-320m),內(nèi)配雙罐籠，最低服務(wù)標(biāo)高為-320m。

2.3 礦山-320～-440m礦段開拓方式

礦山-320～-440m礦體采用無軌斜坡道開拓方式，北沿新設(shè)-300m到-440m中段斜坡道，南沿將通地表斜坡道延伸到-440m中段。礦石由卡車經(jīng)南或北沿斜坡道運(yùn)至上口標(biāo)高為-300m的礦石溜井中卸載，然后下放至-320m有軌中段裝入礦車，運(yùn)到-320m卸載站，進(jìn)入原溜破系統(tǒng)、主井提升系統(tǒng)。廢石由卡車運(yùn)至-380m水平廢石溜井，下放至-440m中段石門有軌段裝入礦車，從副井罐籠提升至地表；人員、材料均由副井上下。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)

礦山采用副井、南沿斜坡道進(jìn)風(fēng)，南、北回風(fēng)井回風(fēng)的對角式通風(fēng)系統(tǒng)。

3 礦山南沿深部礦體(-440～-740m)開拓方案

3.1 生產(chǎn)能力核定

豐山銅礦南沿-440～-740m礦段礦量地質(zhì)儲(chǔ)量300多萬噸；按礦山現(xiàn)有2 200t/d生產(chǎn)能力及礦山服務(wù)年限，均衡南、北沿生產(chǎn)要求，南沿-440～-740m礦段采礦生產(chǎn)按1 000t/d、廢石提升按200t/d進(jìn)行開拓工程方案研究。

3.2 開拓方案研究

根據(jù)礦山實(shí)際生產(chǎn)狀況，深部開拓提出以下5大類開拓方案:①延伸主、副井方案；②增新通地表豎井方案；③盲斜井方案；④盲豎井方案；⑤延伸南沿斜坡道作主運(yùn)輸斜坡道。

3.2.1 主副井直接延深方案

延深主、副井后，井筒內(nèi)提升高度約增加一倍，對提升能力計(jì)算得知需更換大提升機(jī)；更換提升機(jī)荷載增加后對井塔進(jìn)行受力計(jì)算得知現(xiàn)有主副井井塔均需拆除后重建，礦山生產(chǎn)將受嚴(yán)重影響。延深主、副井方案不可行。

3.2.2 新增通地表豎井方案(3種)

3.2.2.1 設(shè)新的溜破系統(tǒng)

新設(shè)溜破系統(tǒng)服務(wù)最底的中段為-740m，需在-770m中段設(shè)破碎硐室，原礦倉設(shè)-740～-760m段高；-800m中段設(shè)裝礦皮帶道，成品礦倉設(shè)-770～-790m段高；-860m中段設(shè)粉礦回收系統(tǒng)。

(1)混合井方案?；旌暇畠糁睆溅?.5m,井深從地表+46m到-860m；井筒安裝3#罐籠與5m3載重9.4t的箕斗互為配重，井筒裝備梯子間?；旌暇?440～-860m 9個(gè)中段設(shè)單向馬頭門。通風(fēng)方式為混合井進(jìn)風(fēng)，利用現(xiàn)有的15線措施井倒段出風(fēng)；下部倒段風(fēng)井凈直徑φ3m,井深從-320m到-680m。

(2)箕斗井、罐籠井聯(lián)合方案。 箕斗井凈直徑φ4m,井深從地表+46m到-860m，箕斗井配置4m3載重7.37t的箕斗提升礦石與廢石；罐籠井利用現(xiàn)有的15線措施井，凈直徑φ4m，從-320m延深到-860m，利用井筒上部的裝備及井口設(shè)施，更換提升機(jī)，在-440～-860m 9個(gè)中段設(shè)單向馬頭門。通風(fēng)方式為罐籠井進(jìn)風(fēng)，箕斗井出風(fēng)。

3.2.2.2 利用現(xiàn)有溜破系統(tǒng)

罐籠井方案。罐籠井凈直徑φ4.5m,井深從地表+46m到-770m；在-320～-740m 6個(gè)中段設(shè)雙向馬頭門；在-380、-440m中段設(shè)聯(lián)絡(luò)道；在-770m中段設(shè)粉礦回收系統(tǒng)。通風(fēng)方式為罐籠井進(jìn)風(fēng)，利用現(xiàn)有的15線措施井倒段出風(fēng)；下部倒段風(fēng)井凈直徑φ3m,井深從-320m到-680m。

以上3種方案主要工程如表1。

表1 工程量比較(直通地表方案)

比較以上3種方案，罐籠井方案較優(yōu)。

3.2.3 斜井方案

目前礦方溜破系統(tǒng)服務(wù)的最低中段為-320m，如斜井上口設(shè)在-380m或-440m中段，則礦石需進(jìn)一步從-380m或-440m中段由無軌運(yùn)輸?shù)惯\(yùn)到-320m有軌中段，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。

斜井上口設(shè)在-320m有軌中段，從-320～-740m斜井坡度不能大于28°，則斜井長度達(dá)到900m,且于-440、-500、-560、-620、-680、-740m 6個(gè)中段均要設(shè)甩車場，工程量大，無論是采用箕斗還是礦車提升礦、廢石，生產(chǎn)管理很復(fù)雜。

3.2.4 盲豎井方案

目前溜破系統(tǒng)服務(wù)的最低中段為-320m，如盲豎井上口設(shè)在-380m或-440m中段，則礦石需進(jìn)一步從-380m或-440m中段由無軌運(yùn)輸?shù)惯\(yùn)到-320m有軌中段，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。盲豎井上口設(shè)在-320m有軌中段。

(1)一個(gè)罐籠井。罐籠井凈直徑φ4.5m,井深從-320m到-770m；礦石提升至-320m有軌中段后進(jìn)入原溜破系統(tǒng)，再由主井提升至地表。廢石提升至-320m有軌中段由副井提至地表。

罐籠井配置4#多繩雙層罐籠，剛性罐道，罐籠底板尺寸3 300mm×1 450mm，一次提升2輛2m3側(cè)卸式礦車提升礦石或廢石。

由提升能力計(jì)算選JKM- 3.5×4(1)E型提升機(jī)。根據(jù)豐山銅礦副井罐籠間及通地表斜坡道斷面，對照提升機(jī)拆卸后的最大尺寸，JKM- 3.5×4(1)E型提升機(jī)無法由地表運(yùn)輸至井下，此方案技術(shù)上不可行。

(2)兩個(gè)罐籠井。因一個(gè)罐籠井提升機(jī)下放問題，需減小提升機(jī)尺寸，改為兩個(gè)罐籠井。

其中一個(gè)罐籠井凈直徑φ4m作主井用，井深從-320m到-770m 6個(gè)中段設(shè)雙向馬頭門。礦石提升至-320m后進(jìn)入原溜破系統(tǒng)、主井提升系統(tǒng)。

另一個(gè)罐籠井凈直徑φ4m作副井用，用于提升廢石、上下人員、運(yùn)送設(shè)備和材料等。井深從-320m到-770m 6個(gè)中段設(shè)單向馬頭門。廢石提升至-440m中段后再轉(zhuǎn)由現(xiàn)副井提升至地表；或提升至-320m中段后再轉(zhuǎn)由15線措施井提升至地表。

通風(fēng)方式為主罐籠井進(jìn)風(fēng)，副井回風(fēng)，利用現(xiàn)有的15線倒段回風(fēng)。

3.2.5 延深南沿斜坡道作主運(yùn)輸斜坡道

將南沿通地表輔助運(yùn)輸斜坡道由-440m繼續(xù)向下延深至-740m中段，延深段作為深部開采時(shí)的主運(yùn)輸斜坡道。礦石由采場溜井經(jīng)放礦機(jī)硐室裝入12t卡車，卡車經(jīng)斜坡道運(yùn)至上口標(biāo)高在-300m的礦石溜井中，然后下放至-320m有軌中段裝入礦車，由電機(jī)車牽引礦車倒入-320m卸載站，進(jìn)入原溜破系統(tǒng)、主井提升系統(tǒng)。廢石主要用于井下充填，剩余部分由12t卡車運(yùn)至地表。人員、材料等均由井下多功能服務(wù)車經(jīng)斜坡道運(yùn)輸。

通風(fēng)方式：在-440m中段南沿16線石門段掘凈直徑φ4m盲井至-740m，用于深部進(jìn)風(fēng)井；自-320m中段12線布置直徑φ4m回風(fēng)井至-740m，與 15線措施井連通，倒段回風(fēng)。

3.3 初步研究結(jié)論

本次開拓方案主要考慮：工程量少；生產(chǎn)組織管理相對容易；盡量利用現(xiàn)有破碎系統(tǒng)與主提升等生產(chǎn)系統(tǒng)；井下方案不再另設(shè)溜破系統(tǒng)等。初步定性選擇方案有3種，即：方案一，直通地表罐籠井；方案二，兩個(gè)盲豎井(罐籠井)；方案三，延深南沿斜坡道。

4 初選3種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1 3種方案主要設(shè)備選型

4.1.1 方案一(直通地表罐籠井方案)

罐籠井配置4#多繩雙層罐籠，剛性罐道，罐籠底板尺寸3 300mm×1 450mm，一次提升2輛2m3側(cè)卸式礦車提升礦石或廢石，礦車上下罐籠由推車機(jī)推車。提升機(jī)選用JKMD- 3.5×4(1)E型落地式多繩提升機(jī)，配Z630- 4A型直流電機(jī)，電機(jī)功率1 033kW，電壓660V,轉(zhuǎn)速415r/min, 最大提升速度6.61m/s。提升鋼絲繩直徑φ34mm，鋼絲繩安全系數(shù)為7.9。每日提升礦石1 000t至-320m中段，需提升12.5h；每日提升廢石200t至地表，需提升3.5h，共計(jì)提升時(shí)間16h。

4.1.2 方案二(兩個(gè)盲豎井(罐籠井))

主提升罐籠井配置3#多繩雙層罐籠，剛性罐道，罐籠底板尺寸2 200mm×1 350mm，一次提升2輛1.2m3側(cè)卸式礦車提升礦石，礦車上下罐籠由推車機(jī)推車。提升機(jī)選用JKM- 2.8×4(1)E型，配電機(jī)560kW，最大提升速度6.3m/s，提升鋼絲繩直徑φ26mm，鋼絲繩安全系數(shù)為8.4。每日提升17.5h完成提升礦石1 000t/d的任務(wù)。

副提升罐籠井配置3#多繩雙層罐籠，剛性罐道，罐籠底板尺寸2 200mm×1 350mm，一次提升2輛0.75m3礦車提升廢石，礦車上下罐籠由人工推車。提升機(jī)選用JKM- 2.25×4(1)E型，配電機(jī)400kW，最大提升速度5.91m/s，提升鋼絲繩直徑φ22mm，鋼絲繩安全系數(shù)為7.95。每日提升6h完成提升廢石200t/d的提升任務(wù)，其余時(shí)間可用于上下人員、運(yùn)送材料等。

4.1.3 方案三(延深南沿斜坡道)

運(yùn)輸采用地下礦用汽車，車箱容積5m3，載重能力為12t，考慮維修、備用，合計(jì)需8臺。人員上下用井下多功能服務(wù)車運(yùn)送。

4.2 3種方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

3種方案差異部分工程量及投資概算見表2。3種方案綜合指標(biāo)見表3。

表2 3種方案差異部分工程量及投資概算表

表3 3種方案綜合指標(biāo)比較

注：運(yùn)營成本參考礦山差異項(xiàng)實(shí)際運(yùn)營成本。

3種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算：生產(chǎn)服務(wù)年限9年，采出礦量按300萬t計(jì)，則各方案差異部分工程投資與整個(gè)生產(chǎn)期間運(yùn)營成本靜態(tài)比較：方案一為13 381萬元，方案二為14 726萬元，方案三為12 653萬元。

各方案按凈現(xiàn)值：方案一為6 580萬元，方案二為6 070萬元，方案三為7 100萬元。

通過核算方案三技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)。

4.3 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)

3種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表4。

表4 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

5 研究結(jié)論

研究結(jié)論：豐山銅礦南沿深部開拓系統(tǒng)采用延深斜坡道方案，具體見圖1。

從初選3種方案的各項(xiàng)指標(biāo)對比，延深斜坡道方案雖然運(yùn)營成本高，但計(jì)算綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)，且利于目前礦山無軌化生產(chǎn)需求，生產(chǎn)能力可靠；該方案利用礦山現(xiàn)有溜破系統(tǒng)、主、副井提升系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施，沿用礦山-320～-440m礦體開采工程斜坡道開拓方式；該方案雖然基建時(shí)獨(dú)頭掘進(jìn)距離長，通風(fēng)困難，但基建工程量小，整個(gè)開拓工程可兩期施工，基建工期壓力相對較小；該方案生產(chǎn)時(shí)需加強(qiáng)通風(fēng)管理，確保通風(fēng)設(shè)施投入與正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 結(jié)語

國內(nèi)很多開采幾十年的老礦山資源逐漸減少，經(jīng)邊、深部找礦獲得一定的地質(zhì)儲(chǔ)量。礦山為了延

圖1 南沿深部礦體延深斜坡道開拓方案系統(tǒng)圖

長服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)接替，礦山深部的開拓系統(tǒng)要加以延深。延深時(shí)開拓方式選擇應(yīng)不影響礦山正常生產(chǎn)接替、從各開拓方案的基建工程量、投資額、工期、生產(chǎn)運(yùn)營成本、后期生產(chǎn)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定開拓方案并進(jìn)一步優(yōu)化。

[1] GB50915- 2013,有色金屬礦山井巷工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50771- 2012,有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 張德明.新編礦山采礦設(shè)計(jì)手冊[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

Study on the development plan of deep ore body in the south of Fenghan Copper Mine

Many development schemes were put forward for the deep ore body in the south of Fengshan Copper Mine, and three schemes were chosen for the calculation, comparison, analysis and technical and economic research from the amount of capital project, the investment cost, the time limit for a project, the production operation cost, the advantages and disadvantages in late production. The optimal development scheme was got.

development project; sliding system; technical economy

TD217

A

2016-05-18

2017-01-03

馬 杰(1974-)，男，湖北天門人，高級工程師，主要從事礦山建井技術(shù)與管理工作。

1672-609X(2017)03-0001-04