某礦山粉礦回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

李成斌 楊 闖 王寶文

(河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，河北 唐山 063700)

0 引言

采用箕斗提升的井筒，在裝載過(guò)程中以及地下水流入井底水窩時(shí)，都有不同程度的粉礦落入井底，需要經(jīng)常清理回收這些粉礦。否則，不僅損失礦石，而且會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此采用箕斗提升的礦井，必須設(shè)置粉礦回收設(shè)施[1]。

粉礦撒落主要由箕斗與井壁存在一系列間隙，造成粉礦無(wú)法準(zhǔn)確落入井筒內(nèi)，另外過(guò)量裝載、重裝及誤操作也可造成撒礦。粉礦撒落量的大小涉及的因素如下：礦石粉末含量、濕度、塊度、計(jì)量裝置和箕斗型式規(guī)格及配置等，生產(chǎn)管理的好壞將對(duì)粉礦撒落量起決定性作用[2]。一般情況下，采用翻斗式箕斗，粉礦量為提升物料的1%～2%；采用底卸式箕斗，粉礦量為提升物料的0.3%～0.6%。

1 工程概況

某地下礦山是一在建大型鐵礦山,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500 萬(wàn)t/a年,采用豎井-斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓方式，設(shè)立主井、副井、進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井及斜坡道，該礦山采用井下初破方式，主運(yùn)輸水平為-425 m水平，破碎水平為-485 m水平，皮帶運(yùn)輸水平為-525 m水平，粉礦回收水平為-585 m水平。主井地表為井塔樓結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了儲(chǔ)礦倉(cāng)，井塔樓下部通過(guò)皮帶運(yùn)輸，將礦石運(yùn)至中細(xì)碎車間。

粉礦回收過(guò)程：箕斗撒落的粉礦落入主井底部，堆積在主井-585 m馬頭門(mén)及粉礦回收巷道內(nèi)，采用電動(dòng)裝巖機(jī)將粉礦裝入1.2 m3礦車，粉礦運(yùn)輸車沿粉礦回收巷道運(yùn)至副井，由副井提升至-425 m水平，通過(guò)-425 m運(yùn)輸巷卸入粉礦溜井，再經(jīng)過(guò)破碎系統(tǒng)，由主井箕斗提至地表礦倉(cāng)。該鐵礦設(shè)計(jì)采用底卸式箕斗礦巖混合提升，年提升礦石量為500 萬(wàn)t, 巖石量為50 萬(wàn)t,按粉礦粉礦量為提升物料的0.5%計(jì)算，該礦年產(chǎn)生粉礦量為2.75 萬(wàn)t。

2 粉礦回收系施工圖統(tǒng)優(yōu)化

2.1 -425 m水平粉礦回收運(yùn)輸線路優(yōu)化

2.1.1 原設(shè)計(jì)方案及存在的問(wèn)題

-425 m水平粉礦運(yùn)輸巷采用環(huán)形運(yùn)輸方式，巷道與副井車場(chǎng)相連接，粉礦通過(guò)副井提升至-425 m水平經(jīng)副井左側(cè)車場(chǎng)進(jìn)入粉礦回收巷，運(yùn)至粉礦卸載硐室，卸載后，空車通過(guò)粉礦運(yùn)輸巷進(jìn)入副井右側(cè)車場(chǎng)，最終回到副井罐籠。設(shè)計(jì)粉礦運(yùn)輸巷長(zhǎng)297 m,斷面9.04 m2，-425 m水平粉礦運(yùn)距為476 m。粉礦運(yùn)輸巷路由如圖1。

1-粉礦運(yùn)輸巷；2-粉礦卸載硐室；3-礦石卸載硐室溜井；4-溜井；5-人行回風(fēng)天井；6-主井；7-副井。

在原粉礦運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)中，粉礦運(yùn)輸?shù)木€路與副井運(yùn)輸人員、材料的運(yùn)輸線路重疊較多，特別是副井右側(cè)的車場(chǎng)，副井右側(cè)車場(chǎng)為井下運(yùn)送人員和材料的主要通道，若采用原設(shè)計(jì)，粉礦運(yùn)輸與人員、材料運(yùn)輸相互影響較大，管理不便；施工副井右側(cè)雙軌車場(chǎng)與粉礦運(yùn)輸巷交叉點(diǎn)斷面較大，需要使用特殊的支護(hù)形式，投資較高；同時(shí)，原設(shè)計(jì)的粉礦運(yùn)輸巷較長(zhǎng)，既增加了前期的建設(shè)投資，也增加了后期的運(yùn)營(yíng)成本。

2.1.2 優(yōu)化方案

為加快主、副井車場(chǎng)的施工進(jìn)度，縮短基建工程關(guān)鍵線路的工期，已施工一條-425 m水平副井至人行回風(fēng)天井的聯(lián)絡(luò)道。具體優(yōu)化方案：考慮利用該聯(lián)絡(luò)道作為粉礦運(yùn)輸巷的一部分，在副井左側(cè)形成一個(gè)小型的環(huán)形粉礦運(yùn)輸巷。環(huán)形車場(chǎng)可以解決巷道的通風(fēng)問(wèn)題，可在副井車場(chǎng)進(jìn)行一次折返后將礦車裝入罐籠。該方案粉礦運(yùn)輸巷長(zhǎng)139 m,斷面9.04 m2，-425 m水平粉礦運(yùn)距為231 m。詳見(jiàn)圖2。

1-粉礦運(yùn)輸巷；2-粉礦卸載硐室；3-溜井；4-礦石卸載硐室；5-人行回風(fēng)天井；6-主井；7-措施巷；8-副井。

2.1.3 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)上述-425 m粉礦回收巷的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，可減少巷道工程量，節(jié)省投資工程投資。詳見(jiàn)表1。

表1 -425 m水平粉礦運(yùn)輸巷工程量及投資對(duì)比

由表1可知，優(yōu)化后的方案較原設(shè)計(jì)方案巷道長(zhǎng)度減少158 m,工程量減少1 428.4 m3，節(jié)省工程投資131.7 萬(wàn)元。由于巷道長(zhǎng)度減少，鋪軌長(zhǎng)度減少158 m，節(jié)省鋪軌投資16.5萬(wàn)元，共計(jì)節(jié)省投資148.2 萬(wàn)元。

-425 m水平粉礦回收運(yùn)輸線路優(yōu)化，可大幅度節(jié)省粉礦運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距，經(jīng)計(jì)算，原設(shè)計(jì)的-425 m水平的粉礦運(yùn)距為476 m,優(yōu)化后-425 m水平的粉礦運(yùn)距為231 m,運(yùn)距縮短了245 m,降低了51%。通過(guò)優(yōu)化，可以提高粉礦回收的工作效率，縮短粉礦回收工作的工作時(shí)長(zhǎng)，也降低了粉礦回收作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。

2.2 粉礦卸礦硐室優(yōu)化

2.2.1 原設(shè)計(jì)方案及存在的問(wèn)題

原設(shè)計(jì)中，粉礦卸載硐室與上部礦倉(cāng)采用斜溜井連接，斜溜井為馬蹄形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為12.2 m,傾角為55°，掘進(jìn)斷面7.8 m2，采用鋼筋+鋼軌支護(hù)形式。詳見(jiàn)圖3。

1-粉礦卸載硐室；2-卸礦坑中心線；3-主溜井中心線；4-主溜井；5-斜溜井；6-上部礦倉(cāng)。

一般的斜溜井傾角應(yīng)大于60°，且斜溜井具有長(zhǎng)度大，礦石混動(dòng)速度慢，對(duì)溜井底板，兩幫沖擊磨損較嚴(yán)重等問(wèn)題。若礦石易結(jié)塊，還容易發(fā)生溜井堵塞。由于粉礦含水量大，且粒度較細(xì)，在卸載過(guò)程中經(jīng)相互撞擊，容易結(jié)塊，造成溜井堵塞。所以采用55°斜溜井作為粉礦溜井的設(shè)計(jì)存在短板，且極難施工，可能影響后續(xù)生產(chǎn)。

2.2.2 優(yōu)化方案

本著工程不停，優(yōu)化不止的思路，為方便施工，計(jì)劃將卸礦硐室向北平移，直至卸載硐室的卸礦坑施工中心線與上部礦倉(cāng)的施工中心線延長(zhǎng)線重合，增設(shè)一條連接卸礦坑與上部礦倉(cāng)的溜井，溜井為垂直溜井，長(zhǎng)度為8.8 m,斷面為3.8 m2，采用噴砼支護(hù)，支護(hù)厚度100 mm(通過(guò)和施工單位了解，斷面為3.8 m2的溜井，可以采用噴砼支護(hù)，施工難度雖然較大，但較原始設(shè)計(jì)施工較容易)，如圖4所示。

1-粉礦卸載硐室；2-卸礦坑中心線；3-溜井；4-上部礦倉(cāng)。

優(yōu)化后的方案，不僅降低了施工難度，節(jié)省了施工成本，同時(shí)也解決了原設(shè)計(jì)方案中卸礦時(shí)易造成溜井堵塞的難題。在施工進(jìn)度、安全、工程投資及生產(chǎn)順行方面都比原設(shè)計(jì)方案具備一定的優(yōu)勢(shì)。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)粉礦卸載硐室的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可減少一定的溜井工程量，降低的基建工程投資，具體見(jiàn)表2。

表2 粉礦卸載硐室溜井工程量及投資對(duì)比

通過(guò)對(duì)比，優(yōu)化后的方案較原設(shè)計(jì)方案節(jié)省工程投資27.6萬(wàn)元。

粉礦卸載硐室優(yōu)化，將原硐室與上部礦倉(cāng)相連接的溜脖由傾斜形式優(yōu)化為垂直形式，優(yōu)化后的方案可以大幅降低溜勃堵塞情況的發(fā)生，保證生產(chǎn)順行。同時(shí)，采用斜溜脖連接時(shí)，在卸礦過(guò)程中粉礦將對(duì)礦倉(cāng)一側(cè)產(chǎn)生沖擊，長(zhǎng)時(shí)間將破壞礦倉(cāng)，而采用垂直溜脖可以避免該情況的發(fā)生，降低后期礦倉(cāng)的維護(hù)成本。

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)粉礦回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，利用已施工的措施工程，在保證重車卸礦時(shí)的順暢和效率

的前提下，優(yōu)化粉礦運(yùn)輸線路，避免工程浪費(fèi)，減少工程投資，降低運(yùn)營(yíng)成本。

2)根據(jù)粉礦含水量高，粒度較細(xì)，易結(jié)塊的特點(diǎn)，采用垂直溜井代替斜溜井，減少基建工程量，降低工程投資；減少粉礦溜井發(fā)生堵塞情況發(fā)生，為生產(chǎn)期間粉礦回收環(huán)節(jié)的順利運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。