中型礦山斜坡道開拓方案比選實(shí)踐

張延國，劉振國，趙有國

(中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

礦山開拓系統(tǒng)是決定礦山基建工程量、基建投資、基建工期和經(jīng)營費(fèi)用高低的最關(guān)鍵因素之一，對(duì)礦山開發(fā)利用具有長遠(yuǎn)影響。礦山開拓系統(tǒng)的擇優(yōu)選擇，需要對(duì)基建投資、基建工期、經(jīng)營費(fèi)用、生產(chǎn)管理水平、系統(tǒng)的安全可靠程度等進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。隨著礦山無軌采掘設(shè)備的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使用無軌斜坡道開拓在礦山開采中起到非常重要的作用[1]。在無軌設(shè)備的應(yīng)用下，將礦廢石直接從采場通過斜坡道向地表運(yùn)輸，使采裝運(yùn)工序得到了很大程度的節(jié)省，并且也使礦產(chǎn)開采的強(qiáng)度得到了很大的提升[2]。大型、超大型礦山采用掘進(jìn)臺(tái)車、鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、裝藥車、錨桿臺(tái)車和多功能運(yùn)輸車等眾多的無軌設(shè)備，如果沒有斜坡道，這些無軌設(shè)備的機(jī)動(dòng)性、靈活性也就不能充分發(fā)揮，為了方便鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入各出礦分段，中型礦山考慮基建工期、基建投資、安全出口等因素以后，傾向于施工一條直通地表的輔助斜坡道[2-4]。擁有這條輔助斜坡道以后，需要對(duì)施工1條專門提升礦石的箕斗井的可行性進(jìn)行詳細(xì)的分析比較。本文以某中型礦山開拓方案比選為例，分析中型礦山優(yōu)選開拓系統(tǒng)所面臨的問題，為同類型礦山開拓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

1 礦山概況

礦山位于山前洪沖積平原，灤河一、二級(jí)階地，區(qū)內(nèi)地形平坦，北部略高于南部，地面標(biāo)高70m左右，當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面灤河水位標(biāo)高一般為42.87m。礦體長為1326m，兩翼寬為256m～366m，礦體最大埋藏深度為210m。礦區(qū)全部被第4系地層覆蓋，厚度為43.0m～70.60m，平均為55.10m，主要巖性為亞砂土、黏土、粉細(xì)砂及砂卵石。砂卵石層位于第4系的底部與礦體直接接觸。在砂卵石層含有豐富的承壓水，對(duì)礦山開采構(gòu)成非常不利的影響（見圖1）。

圖1 典型剖面

第4系以下主要巖性為黑云斜長片麻巖、混合質(zhì)角閃輝石巖及角閃輝石磁鐵石英巖?？拷?系為強(qiáng)風(fēng)化帶，巖性主要為角閃輝石磁鐵石英巖、黑云斜長片麻巖、混合花崗巖等，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯多呈砂狀—碎塊狀，發(fā)育深度為51.88m～82.50m，厚度為6.87m～26.88m，RQD分級(jí)值為0～41.49%，平均為14%，巖石質(zhì)量描述為極劣，巖體完整性評(píng)價(jià)為巖體破碎。弱風(fēng)化帶巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖及角閃輝石磁鐵石英巖，風(fēng)化程度較弱，巖芯以柱狀為主，局部呈短柱狀、扁柱狀或碎塊狀，發(fā)育深度為67.10m～109.33m，厚度為2.27m～52.92m，RQD分級(jí)值為61.03%～86.17%，平均為75.08%，巖石質(zhì)量描述為中等，巖體完整性評(píng)價(jià)為巖體中等完整。礦體基巖巖芯均較完整，RQD分級(jí)值在85.0%～100%之間，巖石質(zhì)量為好至極好，巖體完整性評(píng)價(jià)為巖體較完整至巖體完整。

2 開拓方案初選

中型礦山常用的開拓方案有豎井開拓方案、斜坡道開拓方案和聯(lián)合開拓方案。

2.1 豎井開拓方案

豎井開拓方案工藝成熟，使用廣泛。通常認(rèn)為生產(chǎn)規(guī)模小于40萬t/a可以采用雙罐籠井+回風(fēng)豎井方案，如果生產(chǎn)規(guī)模大于40萬t/a則需采用主井（箕斗井）+副井（罐籠井、設(shè)備井、進(jìn)風(fēng)井）+回風(fēng)豎井方案。為了解決頻繁破碎大塊的難題，箕斗井提升一般需要配套井下破碎系統(tǒng)，破碎系統(tǒng)為大斷面的硐室掘進(jìn)，工程相對(duì)復(fù)雜，工程量大，基建施工期長，投資高，不利于礦山盡快投產(chǎn)。另外，由于礦石的長期磨損，溜破系統(tǒng)的日常維護(hù)工作量很大，高溜井會(huì)發(fā)生溜井堵塞現(xiàn)象，生產(chǎn)管理比較復(fù)雜。

2.2 斜坡道開拓方案

從1970年代初開始，斜坡道開拓技術(shù)就已經(jīng)被應(yīng)用到礦井開拓中。斜坡道開拓方法生產(chǎn)工藝簡單，可以提高礦山的建設(shè)速度，成為許多改擴(kuò)建礦山的首選[5]。由于鏟運(yùn)機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、效率高，勞動(dòng)生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代了傳統(tǒng)的電耙、氣動(dòng)裝巖機(jī)等出礦設(shè)備。鏟運(yùn)機(jī)在中短距離內(nèi)使用比較經(jīng)濟(jì)，距離較遠(yuǎn)應(yīng)采用溜井下放至有軌運(yùn)輸中段或配備運(yùn)礦汽車運(yùn)輸。鏟運(yùn)機(jī)+運(yùn)礦汽車作為成熟、簡單的采場運(yùn)搬+提升運(yùn)輸生產(chǎn)工藝，促進(jìn)了斜坡道開拓方案在礦山的廣泛應(yīng)用[6]。斜坡道開拓方案受使用的車輛載重不同、輔助運(yùn)輸占用的時(shí)間不同、管理能力不同等因素的影響，一般運(yùn)輸能力為30萬t/a～100萬t/a。斜坡道開拓方案生產(chǎn)規(guī)模較小時(shí)一般采用主運(yùn)輸斜坡道+進(jìn)風(fēng)豎井+回風(fēng)豎井方案，生產(chǎn)規(guī)模較大時(shí)可采用雙運(yùn)輸斜坡道+進(jìn)風(fēng)豎井+回風(fēng)豎井方案。

2.3 聯(lián)合開拓方案

聯(lián)合開拓方案是豎井和斜坡道同時(shí)出礦的方案，根據(jù)斜坡道的出礦占比分為主井（箕斗井）主力出礦方案和斜坡道主力出礦方案2個(gè)方案。

其中，主井（箕斗井）主力出礦方案一般采用主井（箕斗井）+進(jìn)風(fēng)豎井+輔助運(yùn)輸斜坡道+回風(fēng)豎井方案。斜坡道主力出礦方案一般采用主運(yùn)輸斜坡道+副井（罐籠井兼進(jìn)風(fēng)井）+回風(fēng)豎井方案。

本次設(shè)計(jì)礦山規(guī)模為95 萬t/a，礦體埋深小于210m，經(jīng)過初步分析初選斜坡道開拓方案（雙運(yùn)輸斜坡道出礦）和豎井開拓方案（箕斗井出礦），具體的開拓選擇需要進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

3 2種開拓方案的主要技術(shù)特征

3.1 斜坡道開拓方案

采用2條平行雙向單車斜坡道運(yùn)輸?shù)V巖及材料，另配1條進(jìn)風(fēng)豎井、1條回風(fēng)豎井。上行斜坡道最大坡度為15%，線路平均坡度值12.13%，總長度為1137m，凈斷面為15.9m2，掘進(jìn)斷面為16.8m2。下行斜坡道最大坡度為15%，線路平均坡度為12.85%，總長度為1090m，凈斷面為16.8m2；掘進(jìn)斷面為17.7m2。

進(jìn)風(fēng)豎井井口標(biāo)高為+55m，井底標(biāo)高為?122m，井深177m，井筒直徑Φ3.0m。回風(fēng)豎井布置在礦體西側(cè)。

3.2 豎井開拓方案

采用豎井（箕斗井）提升礦巖，另配1條進(jìn)風(fēng)豎井（罐籠井）、1條輔助斜坡道和1條回風(fēng)豎井。主井采用箕斗井，負(fù)擔(dān)礦石提升任務(wù)。井筒凈直徑為4.0m，井深為312m。提升容器采用8m3單箕斗，箕斗載重為18t。采用JKM-2.8×6（Ⅲ）E型多繩塔式提升機(jī)，電機(jī)功率為900 kW，井下破碎采用CT4254型復(fù)擺顎式破碎機(jī)1臺(tái)。

進(jìn)風(fēng)豎井為罐籠井，井筒內(nèi)設(shè)有管纜間和梯子間，負(fù)擔(dān)部分人員和廢石提升任務(wù)，采用單罐籠帶平衡錘提升。副井井筒凈直徑為4.2m，井深為208m。提升容器為3號(hào)單繩單層罐籠，每次提升1輛0.7m3翻斗式礦車。采用2JK-2.5×1.5/20型纏繞式礦井提升機(jī)，電機(jī)功率為155 kW。

礦山開拓1條直通地表的輔助斜坡道，用于無軌運(yùn)輸設(shè)備、無軌重載車輛運(yùn)送設(shè)備和各種材料通行，斜坡道總長度為1090m?；仫L(fēng)豎井同斜坡道開拓方案布置在礦體西側(cè)。

4 開拓方案比較

2個(gè)方案分別從基建工程量、基建投資、基建時(shí)間和經(jīng)營費(fèi)用4個(gè)方面進(jìn)行比較，見表1和表2。

從表1和表2可以看出，斜坡道開拓比豎井開拓基建工程量多17539.6m3，但投資節(jié)省1252.4萬元。年經(jīng)營費(fèi)用汽車運(yùn)輸成本比豎井提升每年多9.1萬元，按開采礦石總量1719.9497萬t計(jì)算，礦山生產(chǎn)期間經(jīng)營費(fèi)用增加130.4萬元。

表1 可比部分基建工程量及基建投資

表2 經(jīng)營費(fèi)用比較

斜坡道開拓方案不用建設(shè)復(fù)雜的破碎系統(tǒng)，不用采用臨時(shí)改絞等基建措施，基建采切工程可以和斜坡道掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，基建時(shí)提升運(yùn)輸能力大，基建時(shí)間短。經(jīng)測算，斜坡道開拓方案的基建施工期為2 a，豎井開拓方案基建施工期為3.5 a。斜坡道開拓方案的基建施工期比豎井開拓方案基建施工期縮短1.5 a。由于基建施工期縮短1.5 a，可以比豎井開拓提前采出礦石142.5萬t，按每t礦石效益100元計(jì)算，提前實(shí)現(xiàn)效益14250萬元。

5 結(jié)論

從基建工程量、基建投資、基建時(shí)間和經(jīng)營費(fèi)用4個(gè)方面對(duì)某中型礦山斜坡道開拓方案和豎井開拓方案進(jìn)行了比較，比較結(jié)果顯示：斜坡道開拓方案基建工程量大、經(jīng)營費(fèi)用高，但是基建投資小、基建時(shí)間短，提前投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)創(chuàng)造的效益巨大，因此，斜坡道開拓方案為該礦山的首選開拓方案。本次中型礦山開拓方案確定的斜坡道開拓方案具有一定的推廣價(jià)值，為同類型礦山開拓方案選擇提供了參考經(jīng)驗(yàn)。