深部技改工程豎井開拓方案比選研究

周偉永

(安徽大昌礦業(yè)集團有限公司，安徽 霍邱 237400)

礦山淺部工程年生產(chǎn)規(guī)模為150萬t，已開采多年，淺部礦量難以滿足以后生產(chǎn)的需要，現(xiàn)進行深部技改工程。本文在充分利用現(xiàn)有的豎井開拓工程和地表構(gòu)筑物條件下，較好地適應(yīng)深部礦體的賦存狀況，針對深部豎井開拓工程不同的布置，提出了三種豎井開拓方案，采用定量和定性分析方法，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)分析比較，選擇最優(yōu)的豎井開拓方案。

1 工程概況

第四系松散巖層所覆蓋厚度為32～157 m，其下分布為新古界霍邱群。礦帶頂柱主要巖性為黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖等，厚度65～580 m，普氏硬度f為11～14。含礦帶由石英磁鐵礦、閃石類石英磁鐵礦和石英假象赤鐵礦石、閃黑云斜長片麻巖、混合花崗巖組成，普氏硬度f為12～18，礦體傾角為45～70°。礦帶底板巖性主要為混合巖、黑云斜長片麻巖等，厚度大于200 m，普氏硬度f為11～14，裂隙不發(fā)育，巖石力學(xué)強度較高，工程地質(zhì)穩(wěn)定性較好。含礦帶除上部氧化礦石破碎力學(xué)強度較低外，巖礦石一般堅硬完整，礦體底板巖性主要為花崗巖、黑云斜長片麻巖等，裂隙不發(fā)育，巖石力學(xué)強度較高，工程地質(zhì)條件較好。開采過程中，礦體及其底板未見大的斷裂構(gòu)造，0～4線間有一反S構(gòu)造，使礦體及圍巖產(chǎn)狀逆轉(zhuǎn)并破壞礦體，造成局部礦體尖滅，但其對巖體質(zhì)量影響不大。巖脈侵入礦體不造成圍巖破碎，不影響巖體質(zhì)量和穩(wěn)固性。次級構(gòu)造破碎帶規(guī)模不大，多不含水，僅具微量滲透水，對巖體穩(wěn)固性影響甚微，僅局部地段具有壓碎構(gòu)造，導(dǎo)致力學(xué)強度有所下降。礦坑涌水主要來自第四系滲透水，以靜儲量水為主，水量較小，水文地質(zhì)不發(fā)育。

2 開采狀況

淺部已開拓豎井8條，南區(qū)4條，北區(qū)4條。南區(qū)井下已形成了-130 m、-160 m、-190 m、-220 m、-250 m水平。-250 m中段為主運輸水平，也是南區(qū)中央變電所、水倉、泵房布置水平。北區(qū)井下已形成-130 m、-160 m、-190 m、-220 m、-250 m、-280 m、-310 m共七個中段水平，-220 m、-310 m為主運輸水平，-310 m是北區(qū)中央變電所、水倉、泵房布置水平。

南主井為4-1#主井，布置在礦體下盤15#勘探線附近，巖石移動范圍以外，井筒凈直徑為Φ4.0 m，井底標(biāo)高-298 m；南副井為4#副井，布置在礦體下盤4#主井附近，巖石移動范圍以外，井筒凈直徑為Φ5.0 m，井底標(biāo)高為-323 m；南風(fēng)井為原4-2#主井，布置在礦體下盤9#勘探線附近，井筒凈直徑為Φ4.0 m，井底標(biāo)高-298 m；1#風(fēng)井布置在礦體下盤5#勘探線附近，井筒凈直徑為Φ2.5 m，井底標(biāo)高-220 m；北主井為5#主井，布置在礦體下盤4#勘探線附近，井筒凈直徑為Φ4.0 m，井底標(biāo)高-362 m。北副井為5#副井，布置在礦體下盤5#主井附近，井筒凈直徑為Φ3.0 m，井底標(biāo)高-362 m；北措施井為3#副井，布置在礦體上盤巖石移動范圍以外，井筒凈直徑為Φ4.5 m，井底標(biāo)高為-310 m；北風(fēng)井為原3-1#主井，布置在礦體上盤4#～8#勘探線之間，井筒凈直徑為Φ4.0 m，井底標(biāo)高為-345 m；原3-2#主井井筒凈直徑為Φ4.0 m井底標(biāo)高為-280 m。

3 豎井開拓方案

淺部年產(chǎn)量為150萬t，其中南區(qū)年產(chǎn)量為50萬t，北區(qū)年產(chǎn)量為100萬t。深部礦體主要分布在北區(qū)，其技改工程年生產(chǎn)能力為350萬t。在充分利用現(xiàn)有的豎井開拓工程和地表構(gòu)筑物條件下，較好地適應(yīng)深部礦體的賦存狀況，針對深部豎井開拓工程的不同布置，提出了三種開拓系統(tǒng)方案[1]。

3.1 方案Ⅰ

共布置有7條井筒，分別為新主井、新副井、回風(fēng)井、5-1#主井、盲井、5-1#副井、電梯井等。采用4-1#主井、4-2#主井、4#副井改造延伸方案。新主井為箕斗井，井筒凈直徑5.5 m。井深670.9 m，安裝一套JKMD-3.5×4提升機，提升8 m3多繩底卸式雙箕斗，年提升礦石能力為250萬t。新副井為罐籠井，井筒凈直徑為6.5 m，井口標(biāo)高為45.90 m，井底標(biāo)高為-544.100 m，井深590 m。電梯井布置在-460 m中段主井附近，井筒內(nèi)布置3 t客貨電梯，用于粉礦清理的提升，以及破碎硐室、皮帶道、粉礦清理等水平人員的上下。北區(qū)1#進風(fēng)井為原5#主井延伸-460 m水平。1#回風(fēng)井、2#回風(fēng)井均位于北區(qū)上盤，其中1#回風(fēng)井為原3-2主井延伸，井筒凈直徑4 m，井底標(biāo)高-460 m。2#回風(fēng)井為原3#副井延伸，井筒凈直徑4.5 m，井底標(biāo)高-460 m。南區(qū)主井井筒凈直徑4.0 m，井口標(biāo)高+45.12 m，井底標(biāo)高-360 m，井深405.12 m，安裝一套2JK-3/11.5X提升機，提升2.5 m3雙箕斗，提升礦石，年提升能力為50萬t。南區(qū)副井井筒凈直徑5.0 m，井口標(biāo)高+45.31 m，井底標(biāo)高-390 m，井深435.31 m。安裝一套2JK-3×1.8/11.5X提升機，提升4 000 mm×1 400 mm單層罐籠。盲主井為箕斗井，井筒凈直徑4 m，井口標(biāo)高為-215 m，井底標(biāo)高為-605 m，井深390 m。安裝一套2JK-2.5/11.5E單繩纏繞式提升機，井筒內(nèi)布置2 m3翻轉(zhuǎn)式雙箕斗，用于提升礦石和采準廢石。盲副井為罐籠井，井筒凈直徑5.0 m，井口標(biāo)高-215 m，井底標(biāo)高為-540 m，井深325 m，安裝一套2JK-3×1.8/11.5E提升機[2-3]。南區(qū)北回風(fēng)井(原4-2#主井)位于南區(qū)北側(cè)，井筒凈直徑4.0 m，井口標(biāo)高+48.18 m，井底標(biāo)高-410 m，井深458.18 m，已安裝一套2JK-3/11.5X提升機，提升2.5 m3雙箕斗，提升礦石，年提升能力為50萬t。南回風(fēng)井位于南區(qū)礦體南側(cè)，井筒凈直徑4 m，井底標(biāo)高-460 m，兼作安全出口。

3.2 方案Ⅱ

新主井井筒凈直徑5.5 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-570 m，井深622 m，采用JKMD-4.5×4(Ⅲ) E落地式多繩摩擦提升機，提升容器雙箕斗，型號11.5 m3底卸式箕斗，采用鋼絲繩罐道。年負擔(dān)南北兩個采取350萬t礦石的提升任務(wù)。新副井井筒凈直徑6 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-490 m，井深542 m。電梯井井口標(biāo)高-460 m，井底-570 m。北區(qū)新建回風(fēng)井為豎井，井筒凈直徑4.0 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-460 m，井深512 m，井內(nèi)設(shè)梯子間兼作安全出口。新建中部回風(fēng)井井筒凈直徑5.5 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-460 m，井深512 m，井內(nèi)設(shè)梯子間兼作安全出口。輔助進風(fēng)井輔助進風(fēng)井采用原3-2主井延伸至-460 m水平，井底標(biāo)高-460 m，井深512 m，井筒在-460 m、-385 m、-310 m水平開單側(cè)馬頭門，為北區(qū)進風(fēng)井。南副井井筒凈直徑5.0 m，井口標(biāo)高+50 m，延伸井底標(biāo)高-490 m，井深540 m。新建南回風(fēng)井井筒凈直徑4.0 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-310 m，井深362 m，井內(nèi)設(shè)梯子間兼作安全出口。倒段回風(fēng)井井筒直徑4.0 m，井口標(biāo)高-310 m，井底標(biāo)高-460 m，井深150 m，井內(nèi)設(shè)梯子間兼作安全出口。

3.3 方案Ⅲ

新建北主井和中央風(fēng)井，利用4#副井、5#副井進行改造，作為南副井、北副井，利用3-1#井、4-1#主井作為深部回風(fēng)井，井筒底部新建倒段回風(fēng)井。延伸4-2#主井，作為南區(qū)主井，新建電梯井，利用3-2#主井作為淺部北區(qū)回風(fēng)井。新建主井布置在下盤北區(qū)礦體中部，井筒凈直徑5.5 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-570 m，井深622 m，安裝一套JKMD-3.5×4提升機，提升8 m3多繩底卸式雙箕斗，年提升礦石能力270萬t。北副井由5#副井改建，井筒凈直徑6.5 m，井底標(biāo)高-490 m，井深542 m。3-1#主井作為北區(qū)深部回風(fēng)井，井筒凈直徑4.0 m，井底標(biāo)高-345 m，在-310 m建倒段風(fēng)井，井筒直徑4.0 m，井底標(biāo)高為-460 m。3-2#主井作為淺部回風(fēng)井。中部回風(fēng)井井筒凈直徑5.5 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-460 m，井深512 m。南副井井筒凈直徑5.0 m，井口標(biāo)高+50 m，井底標(biāo)高-490 m，井深540 m，由原4#副井延伸，安裝一套JKMD-2.8×4(Ⅰ)E型落地式多繩摩擦提升機，提升容器為罐籠選用5#多繩雙層罐籠，井筒采用鋼罐道。南區(qū)主井由4-2#主井進行延伸，井底標(biāo)高-570 m，負擔(dān)南區(qū)130萬t礦石的年提升任務(wù)[4]。4-1#主井作為南區(qū)回風(fēng)井，井筒凈直徑4.0 m，井口標(biāo)高+52 m，井底標(biāo)高-310 m，在-310 m中段建倒段風(fēng)井，井筒凈直徑4.0 m，井底標(biāo)高-460 m井內(nèi)設(shè)梯子間兼作安全出口(圖1)。

圖1 -460 m中段平面圖Fig.1 -460 m middle plan

4 豎井開拓方案比選

4.1 方案投資概算

依據(jù)《冶金礦山井巷工程預(yù)算定額》測算出三個方案投資概算，投資概算由建筑工程費、設(shè)備購置費、安裝工程費和其他費用組成，其中其他費用在這里都沒考慮，計為0[5-6]。三個方案都新建主井和電梯井，其電梯井投資概算相同，方案Ⅰ和方案Ⅲ新主井投資概算相同，方案Ⅱ新主井投資概算較大。方案Ⅰ由8項工程構(gòu)成，投資概算10 610.29萬元(表1)；方案Ⅱ由9項工程構(gòu)成，投資概算11 095.84萬元(表2)；方案Ⅲ由7項工程構(gòu)成，投資概算8 505.51萬元(表3)。

4.2 投資比較

方案Ⅰ和方案Ⅱ新建副井投資最大，其次是新建主井的投資；方案Ⅲ新建主井的投資最大，其次是新副井改造。三種豎井開拓方案中方案Ⅱ投資概算最大，其投資額為11 095.84萬元，方案Ⅲ投資額最小，其投資額為8 505.51萬元。方案Ⅲ比方案Ⅱ節(jié)省投資2 487.73萬元，比方案Ⅱ節(jié)省投資2 002.18萬元。從投資分析可以看出，方案Ⅲ為最經(jīng)濟的方案。

表1 方案Ⅰ投資概算表Table 1 Scheme Ⅰ investment budget sheet

表2 方案Ⅱ投資概算表Table 2 Scheme Ⅱ investment budget sheet

表3 方案Ⅲ投資概算表Table 3 Scheme Ⅲ investment budget sheet

4.3 運行分析比較

方案Ⅰ在北區(qū)新建主井、副井，在南區(qū)新建盲主井、盲副井和南風(fēng)井，能滿足礦和廢石，以及提升和通風(fēng)的需要。由于5#主井改為進風(fēng)井，北區(qū)淺部礦石由3-1#主井提升，3-1#主井破碎硐室設(shè)在-298 m，難以滿足北區(qū)淺部-280 m、-310 m中段礦石提升的要求。南區(qū)盲主井、盲副井用來提升深部礦石和廢石，但礦石和廢石提升需要周轉(zhuǎn)，提升費用高。南、北端部設(shè)回風(fēng)井，采用中央邊界式通風(fēng)方式，通風(fēng)效果不好。

方案Ⅱ在北區(qū)新建主井、副井，在中部建中央回風(fēng)井，在南區(qū)、北區(qū)各建兩條回風(fēng)井，礦石和廢石提升，及通風(fēng)能滿足生產(chǎn)的需要。新建北區(qū)主井提升深部礦石，南區(qū)礦體距新主井3 km，南區(qū)每年井下運輸100萬t礦石到新主井，費用需要70萬元，北區(qū)選廠不能滿足深部年產(chǎn)量為350萬t和淺部100萬t選礦要求，需要地表每年運輸100萬t礦石到南區(qū)選廠，又增加地表運輸費用90萬元，這樣每年要增加160萬元運輸費用。3-2#主井位置在北區(qū)礦體上盤，這個井作為進風(fēng)井，通風(fēng)管理難度大，容易造成串風(fēng)，甚至造成通風(fēng)紊亂現(xiàn)象。

方案Ⅲ在北區(qū)新建主井，改建5#副井，延伸4#副井和4-2#主井，南區(qū)礦石由4-2#主井提升，北區(qū)礦石由新建主井提升，能滿足南區(qū)、北區(qū)生產(chǎn)需要，減少新增副井周圍的建筑和場地占地面積。在中部建中央回風(fēng)井，南北端部各建一條倒段風(fēng)井，南區(qū)、北區(qū)分別形成中央對角式通風(fēng)，通風(fēng)效果好。

通過3種方案可行性分析比較，在運行上方案Ⅲ是較為完善的豎井開拓方案。

4.4 基建工期比較

基建工期主要受新建主井、副井建設(shè)工期的影響，主井、副井建設(shè)工期為1.42年。方案Ⅰ和方案Ⅱ都需要新建主井、副井，方案Ⅲ只建主井，改建5#副井，副井改建工期為1.08年。由于方案Ⅲ副井改建工期比方案Ⅰ和方案Ⅱ副井建設(shè)工期短4個月，有利于工程的投資建設(shè)。從以上基建工期分析可以得出方案Ⅲ基建工期短。

5 結(jié) 論

1) 經(jīng)過三種豎井開拓方案定量、定性分析比較，方案Ⅱ投資最大，方案Ⅲ投資比方案Ⅰ和方案Ⅱ小，方案Ⅲ經(jīng)濟上為最優(yōu)方案。

2) 對三種豎井開拓方案進行了定性比較分析：方案Ⅰ存在淺部北區(qū)-280 m、-310 m中段礦石難以從3-1#主井提升的問題，南區(qū)盲井提升費用較高，而且通風(fēng)效果不佳；方案Ⅱ存在南區(qū)礦石井下向北區(qū)運輸，地表北主井礦石向南區(qū)3#選廠運輸?shù)膯栴}，運輸成本高，且北區(qū)進風(fēng)井設(shè)在礦體上盤， 容易造成串風(fēng)，甚至造成通風(fēng)紊亂現(xiàn)象；方案Ⅲ通風(fēng)效果好，運輸成本低，是比較完善的方案。

3) 基建工期主要受新建主井、副井建設(shè)工期的影響，豎井開拓方案Ⅲ基建工期短。

4) 豎井開拓方案Ⅲ經(jīng)濟上投資小，基建工期短，運輸成本低，通風(fēng)效果好，是最佳選擇方案。