千米深井主副提升方案的比較與選擇

陳志興

（紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司廈門設(shè)計(jì)分公司，福建廈門361009）

1 設(shè)計(jì)條件

豎井提升是聯(lián)系井上、井下的咽喉要道，它擔(dān)負(fù)著礦石、廢石、人員、材料和設(shè)備的垂直提升任務(wù)[1]。某銅礦豎井深度約1 277 m，工作制度330 d/a，3班/d，礦石提升量6 000 t/d，廢石提升量600 t/d，最大班人員200人，材料和設(shè)備若干。其中，主提升系統(tǒng)承擔(dān)礦石提升任務(wù)，副提升系統(tǒng)承擔(dān)廢石、材料和設(shè)備提升及人員升降任務(wù)。

與該提升規(guī)模相匹配的提升方案有兩種：主、副井方案和混合井方案。主、副井方案即主、副提升系統(tǒng)各設(shè)一條獨(dú)立豎井，提升機(jī)及電控系統(tǒng)安裝在各自獨(dú)立的井塔內(nèi)，稱為方案Ⅰ；混合井方案即主、副提升系統(tǒng)設(shè)置在同一條井筒內(nèi)，兩臺提升機(jī)及兩套電控系統(tǒng)安裝在同一個井塔內(nèi)，稱為方案Ⅱ。

2 方案比較

根據(jù)提升任務(wù)、提升能力以及最低服務(wù)水平的要求，確定主、副提升系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)，分別如表1、表2所示。

表1 主提升系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

表2 副提升系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)提升系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備選型，配置出兩種方案的井塔、井筒斷面及其他輔助工程，并就兩個方案的可比工程量、可比施工工期、可比投資做如下技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，兩方案相同部分及提升系統(tǒng)設(shè)備及經(jīng)營費(fèi)用基本相同，故不進(jìn)行比較。比較內(nèi)容如表3所示。

3 方案推薦

主、副井方案比混合井方案可比投資多1 003萬元，占深部豎井工程總投資的比例較小，約為4.3%（按主、副井方案估算，深部豎井工程總投資為23 325萬元）。因此主要從技術(shù)角度對豎井方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析，分析要素有如下三點(diǎn)。

3.1 提升系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠性

安全規(guī)程規(guī)定[2]：無隔離設(shè)施的混合井，在升降人員的時間內(nèi)，箕斗提升系統(tǒng)應(yīng)中止運(yùn)行。而人員升降時間每班約為1 h，且人員上下并不集中，有很大的不確定性，因此勢必對礦石提升造成很大影響，也大大增加了生產(chǎn)管理的難度，根據(jù)該礦深部開采提升能力的要求，如果采用混合井，則必須在主、副提升格間設(shè)置隔墻。

隔墻使用一定年限后，在粉礦沖擊、腐蝕等不利因素作用下，其力學(xué)性能會發(fā)生弱化?；返倪\(yùn)行速度為11.729 m/s（如采用引進(jìn)設(shè)備方案，速度高達(dá)16 m/s），罐籠的運(yùn)行速度為10.89 m/s（如采用引進(jìn)設(shè)備方案，速度高達(dá)12 m/s），兩套提升容器高速運(yùn)行產(chǎn)生的風(fēng)箱效應(yīng)導(dǎo)致隔墻兩側(cè)形成壓差，隔墻發(fā)生橫向往復(fù)振動及變形，容易產(chǎn)生疲勞破壞。在這些不利因素的影響下，隔板易墜落，使隔墻本身成為安全隱患。即使建立隔墻監(jiān)測系統(tǒng)，在深度達(dá)到1 200 m以上的豎井中，其維護(hù)工作量也相當(dāng)大，同時也十分困難，且大量的檢修維護(hù)工作對礦山的正常生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響。從國內(nèi)已運(yùn)行的混合井的情況來看，也是如此。

而主、副井則各自獨(dú)立，無隔墻設(shè)置要求，既可避免上述安全隱患，又可避免因隔墻檢修維護(hù)對生產(chǎn)造成的影響。

從提升系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠性角度來看，方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ。

3.2 建設(shè)工期

混合井由于要安裝隔墻，井筒裝備量達(dá)1 173 t，大量的井筒裝備安裝使方案Ⅱ工期比方案Ⅰ工期約長6個月。兩套提升系統(tǒng)安裝在同一井筒和井塔內(nèi)，由于相互干擾，安裝調(diào)試無法同時進(jìn)行，這也將導(dǎo)致方案Ⅱ工期比方案Ⅰ長2個月，即僅豎井工程本身的工期，方案Ⅱ比方案Ⅰ長8個月，另外，主、副井可單獨(dú)施工，主井由于井筒裝備安裝量極少，能先于副井完成施工，并可以利用先期完工的主井作為深部水平巷道、溜破系統(tǒng)、回風(fēng)道等其他輔助工程的措施井，所以，主、副井方案不僅豎井工程本身施工工期短，還能進(jìn)一步加速整個深部礦體開采工程的建設(shè)進(jìn)度。而混合井方案在大量的井筒裝備沒有安裝完之前，無法作為深部工程的措施井。

表3 方案比較表

從建設(shè)工期的角度來看，方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ。

3.3 進(jìn)風(fēng)質(zhì)量

安全規(guī)程規(guī)定：混合井作進(jìn)風(fēng)井時，應(yīng)采取有效的凈化措施，以保證風(fēng)源質(zhì)量。由于混合井服務(wù)中段較多，凈化措施實(shí)施難度大[3]，目前在運(yùn)行的混合井僅靠中間隔墻來實(shí)現(xiàn)風(fēng)源凈化，而隔墻并不能做到完全密封，國內(nèi)目前在運(yùn)行的混合井中多數(shù)由于隔墻腐蝕、維護(hù)難度大而取消了中間隔墻，代之以鋼絲網(wǎng)，因此混合井作為進(jìn)風(fēng)井時，其風(fēng)源質(zhì)量無法得到保證，對井下工作環(huán)境帶來不利影響，且不符合“六大系統(tǒng)”的要求。

主、副井方案中，只有副井進(jìn)風(fēng)，風(fēng)源質(zhì)量才能得到可靠保證。

從進(jìn)風(fēng)質(zhì)量角度來看，方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ。

4 結(jié)語

目前國內(nèi)混合井由于存在上述諸多問題，應(yīng)用并不普遍，少數(shù)使用混合井的礦山不外乎三個原因：

第一，節(jié)省投資。如20世紀(jì)70年代的大廠錫礦2#豎井，由于資金短缺，采用混合井的主要目的是節(jié)省投資。

第二，工業(yè)場地限制。如湖北三鑫公司雞冠嘴金礦，由于場地狹小，又受到前期工程的制約，不具備布置兩條豎井的條件。

第三，由于特殊的工程地質(zhì)條件，使得井筒掘砌非常困難。如金川鎳業(yè)集團(tuán)龍首礦，金川礦區(qū)普遍存在地應(yīng)力大的特點(diǎn)，曾經(jīng)出現(xiàn)過兩條豎井在掘砌尚未完工時就垮塌的現(xiàn)象。

以上三個因素在該銅礦均不存在。

主、副井在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，大量的使用經(jīng)驗(yàn)證明其成熟可靠，尤其在千米深井中優(yōu)勢更為突出。

基于上述理由，推薦采用方案Ⅰ，即主、副井方案。