某大型鎢礦礦巖開拓運輸改造方案研究

永學艷，齊炎，陳振超

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西 南昌 330038）

某鎢礦是一個規(guī)模巨大的細脈型含鉬黑白鎢礦床，品位分布上富下貧。礦區(qū)地處武夷山脈中段，屬中山區(qū)，系由淺變質巖及花崗巖組成。礦區(qū)地形陡峻，切割強烈，山地坡度在30°~40°之間。礦區(qū)最高海拔為+950.37 m，最低海拔在+660 m左右，高差大于290 m。

該鎢礦于2007年建成投產，露天開采，生產能力達5 000 t/d，采用境界內汽車+溜井+平硐聯合開拓運輸系統(tǒng)，選廠采用破碎—磨礦—重選—浮選工藝流程，產出鎢精礦和鉬精礦。礦區(qū)供水、供電及外部交通條件均較好。目前，礦區(qū)保有資源量（探明的+控制的+推斷的）為1.068 6×108t，WO3的平均地質品位為0.233%，Mo品位為0.023%。近年來，該礦山為提高入選礦石品位、增加年精礦產量，正推進礦石入選前預拋項目；同時，為響應國家倡導礦山固體廢棄物利用的相關政策，計劃新建廢石加工和存儲系統(tǒng)。在此背景下，本文擬依據該礦礦體資源情況及開采技術條件，結合礦石“預拋”產率及廢石綜合利用要求，對礦石和廢石的開拓運輸系統(tǒng)升級改造方案進行比選，以期為礦山項目提供參考借鑒。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)開采現狀

礦區(qū)礦體資源量巨大，但礦體覆蓋層較厚，露采境界上部剝離量大，為盡早回收項目投資，推薦采用分期開采方式[1]，具體分為三期：一期境界、一期擴幫境界和終了境界。目前，該礦已在一期境界基礎上向一期擴幫境界實施剝離，后續(xù)還將由一期擴幫境界擴展至終了境界。

一期擴幫境界內開采最高臺階標高為+876 m，最低為+516 m，臺階高度為12 m。采場采剝、礦巖汽車運輸均采用外包方式。目前主要采礦臺階位于+732 m~+660 m平臺，礦巖開拓運輸系統(tǒng)為采場汽車+1#溜井+電機車系統(tǒng)。采場礦石由汽車運至溜井卸礦，由井底振動放礦機裝入電機車，經平硐運至選廠粗碎站卸礦。溜井口初始標高為+720 m，凈直徑為5 m，底部裝礦點標高為+616 m，溜井隨開采的延深而降段，現已降段至+696 m~+684 m。通過溜井適時降段，原礦采場內運距多年來均保持在1 km以內。采場剝離的廢石由汽車運往排土場堆排，運距約為2 km。分期開采境界及溜井、運輸平硐位置見圖1。

圖1 分期開采境界及溜井、運輸平硐位置

圖1 中，終了境界上口水平投影長1 260 m，寬950 m，邊坡最高點為+900 m，坑底標高為+432 m。邊坡最大垂高為468 m。截至目前，一期擴幫境界和終了境界內剩余礦巖量見表1。

表1 礦體資源量

1.2 礦巖開拓運輸系統(tǒng)升級改造背景

一方面，近年來該礦計劃推進礦石入選前預拋工程。該項目建成投產后，按5 kt/d原礦供入量計算，經預拋流程后，僅有3 570 t合格礦石進入現有的磨礦、選別系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)滿負荷運行，提高礦山經濟效益，原礦的供給能力需提升至7 kt/d，然而這一供給能力僅通過提高電機車運輸平硐的運輸能力是難以實現的。

另一方面，國家正在大力扶持利用廢石、尾礦等工業(yè)固體廢棄物生產建筑材料、機制砂石，以減少環(huán)境污染[2]，并給予了此類項目一系列優(yōu)惠政策。因此，該礦計劃新建一套利用采場廢石的砂石骨料加工系統(tǒng)，這意味著該礦還需要建設1套送廢石利用項目的運輸系統(tǒng)。

綜合二者的需求，該礦決定建設1套礦巖開拓運輸系統(tǒng)。

2 礦巖開拓運輸系統(tǒng)的選擇

2.1 選擇依據

根據該礦具體情況，礦巖開拓運輸系統(tǒng)的選擇、設計應主要考慮以下幾點：1）選廠位于露天采場西北方向，采場到選廠之間有金龍山等多個山頭及山坳，地形崎嶇；2）礦巖開拓運輸系統(tǒng)服務于終了境界內全部礦石，運輸能力為7 kt/d，預留到10 kt/d；3）廢石綜合利用規(guī)模為5 kt/d，加工及存儲場地布置于選廠區(qū)域；4）現有1#溜井—平硐—無人駕駛電機車運輸系統(tǒng)的運輸能力為5 kt/d；5）選廠已有5 kt/d粗碎設施，現有中碎設施附近不具備空間再建礦石粗碎系統(tǒng)；6）采場長期處于擴幫過渡階段，上部剝離，下部采礦，且采場幅面小。

2.2 選擇原則

選擇原則：1）礦區(qū)地形崎嶇，境界采深大，服務年限長（31 a），應選擇盡量減少礦巖運距的開拓方式；2）盡量考慮利用現有開拓運輸工程及配套設施，最大限度減少新增投資；3）在保證安全的前提下，以服務年限內費用現值最低作為開拓運輸方案的選擇標準；4）露天采場長期處于上部剝離、下部采礦的作業(yè)模式，開拓運輸方式應盡量保證生產管理簡單易行；5）開拓運輸系統(tǒng)的建設不能影響礦山正常生產。

2.3 方案思路

目前，礦石需要建10 kt/d粗碎+運輸系統(tǒng)，其中由于廢石加工位于選廠區(qū)域，綜合利用的廢石需滿足5 kt/d的運輸要求，剩余廢石則通過汽車運至廢石場堆排。選廠區(qū)域已無空間再建粗碎設施，故粗碎設施應安排在采場區(qū)域。為減少項目投資，采場現有1#溜井+平硐+電機車設施（標高為+610 m），選廠已有5 kt/d粗碎設施，應盡量利用。基于此，考慮平硐利舊和“利舊+新建”兩種思路。思路一“平硐利舊”，即在已有平硐內建礦石、廢石膠帶運輸系統(tǒng)（平行或雙層膠帶），在采場區(qū)域設粗碎站，礦石、廢石粗碎后接入平硐膠帶。該思路井巷工程量少，但選廠已有破碎設施未被利用。思路二“利舊+新建”，即將采場的1#溜井、平硐、電機車，以及選廠已有的粗碎設備均用于廢石的運輸與破碎，然后另外新建1套礦巖開拓運輸及粗碎系統(tǒng)。該思路已有設施能完全被利用，而且礦石、廢石單獨配一套運輸系統(tǒng)，相對獨立。

2.4 方案思路的拓展分析與選擇

2.4.1 思路一

1）從設備總體安排角度考慮，該方案不利于后續(xù)生產管理。

首先，本礦露天采場將長期處于擴幫過渡階段，上部擴幫剝離和下部開采同時進行，已有平硐頂部標高為+616 m，底面中心線標高為+610 m，終了境界內礦石主要位于+672 m～+504 m之間，現狀采場幅面較小，且均為臨時邊幫。若在采場內布置2臺套破碎機，不僅破碎站的布置較為困難，而且破碎機還需要根據生產情況適時移設，增加了生產管理難度。

其次，破碎機出料膠帶和已有平硐內新建膠帶的搭接較為困難，尤其是現有平硐位于一期擴幫境界內，將來隨上部擴幫及下部采剝的推進（預計9 a以后），目前200多米的已有平硐都會遭到破壞（采穿），屆時破碎機出料膠帶與平硐內膠帶搭接將更為困難，見圖2。

圖2 一期擴幫境界與已有平硐

再次，由于后續(xù)被破壞段的出口位置需進行安全加固，膠帶在采場內布置的位置會導致壓礦，影響擴幫和采剝推進，對生產管理帶來嚴重影響。

2）從膠帶運輸角度考慮，礦石和廢石共用一套膠帶運輸系統(tǒng)易互相干擾，增加管理難度。

從平硐內新設膠帶類型來看，雙層膠帶的造價比單層的低，但雙層膠帶布置方式多在煤礦應用，在金屬礦山主運輸系統(tǒng)上尚屬罕見，缺少經驗參考。且無論雙層膠帶還是單層平行膠帶，礦石與廢石的運輸在膠帶運行過程中均會相互干擾，檢修難度非常大，對生產管理能力提出了較大挑戰(zhàn)。

3）從破碎機選擇角度考慮，投資、移設、運營費用高。

破碎機類型可考慮移動破碎站、半移動破碎站和半固定破碎站。據了解，國內達到本礦規(guī)模要求的移動破碎站單臺套設備費為3 000萬元，半移動破碎設備費為2 000萬元，半固定破碎站設備費為900萬元，因此從投資上看，半固定破碎站更有優(yōu)勢。然而，半固定破碎站移設即為新建，且耗時長4～5個月，其間采場、選廠均需停產等待，移設成本巨大。半移動破碎站投資相比移動破碎站低一些，但移設也較為麻煩，需耗時20 d左右，移設費用也較高。

即使完成破碎站移設，露天境界內礦石和需綜合利用的廢石還需由汽車運至破碎站卸礦，在運距上明顯大于目前礦山采用的溜井降段模式。現采場內1#溜井隨開采深度下降適時降段，保證臨近臺階的礦石運距大幅縮短。礦山投產十余年來，采場內礦石運距一直保持在1 km以內。而采用移設破碎站方案，經計算礦石廢石運輸成本相對降段溜井方案將額外增加1 000萬元/a，服務年限內運營費用也大幅增長，經濟上不合理。

綜上分析，認為思路一無論是技術上還是經濟上均有明顯缺點，所以不推薦采納。

2.4.2 思路二

1）設施的利舊。

采用思路二，已有溜井、平硐、電機車和選廠粗碎設施均可直接用于廢石運輸和破碎，便于促成廢石利用盡早創(chuàng)收。同時，溜井可適時降段，減少采場內廢石的運距，9 a后當現有平硐被部分破壞時，保留部分仍可在對端口進行安全支護后繼續(xù)使用。

2）方案的可持續(xù)性。

隨開采深度下降，現有1#溜井也會被破壞，屆時只需在一期擴幫境界+672 m寬平臺上新建深度為56 m的廢石溜井即可，見圖3。待一期擴幫境界再次向終了境界擴幫時，+672 m廢石溜井被破壞后，可再在終了境界+648 m寬平臺上新建廢石溜井，深度為32 m，見圖4。終了境界內87%的廢石主要集中于+610 m標高以上，所以已有+610 m平硐可用于礦山全部服務年限，經濟性好，用于運輸廢石最為合適。

圖3 一期擴幫境界新建廢石溜井

圖4 終了境界新建廢石溜井

3）新建礦巖開拓運輸系統(tǒng)的選擇。

由于礦石賦存標高主要位于+480 m～+720 m，采場和選廠之間隔著最高標高為+876 m的山頭，如考慮在采場和選廠之間設粗碎站，用汽車將礦石運輸至粗碎站卸礦，粗碎后再運至選廠，則汽車需要爬坡經過+876 m的山頂，運輸距離太長，運輸成本太高，經濟性差，因此首先排除全汽車運輸方案。

若能充分利用采場和選廠間地形高差較大的特點，采用溜井系統(tǒng)則可大幅縮短礦石運距，顯著提高項目效益[3]。如果采用“溜井+電機車”運輸系統(tǒng)，考慮到終了境界坑底標高為+432 m，確定的選廠中碎系統(tǒng)接入標高為+590.7 m，則電機車運輸上坡坡度預計為6°左右，不能滿足電機車運行的坡度要求。

膠帶的運輸能力大、運營費用低，適應的運輸坡度可達15°，更加適合該礦礦石運輸量大、且未來運輸量還有繼續(xù)提升空間的實際情況。另外，原礦破碎到250 mm以下塊度通過膠帶運至選廠，還能解決現有選廠無空間建礦石粗碎設施的問題。因此，本文認為選擇“溜井+膠帶”運輸方式作為新建礦巖開拓運輸系統(tǒng)更為合適。

基于“溜井+膠帶”運輸的主思路，根據礦區(qū)地形及采場、選廠的相對位置，破碎站可以考慮井口破碎、井底破碎兩種形式[4]，溜井有布置在采場內、采場外兩種形式。綜合考慮破碎站和溜井的布置形式，輔以相應的井巷工程，最終提出3個礦巖開拓運輸方案。（1）方案Ⅰ，“汽車+采場內溜井（井底破碎）+膠帶”。在采場內設溜井，溜井底部設破碎硐室，礦石由汽車運至溜井卸礦，下放至溜井底部，經井底破碎機破碎至合格塊度后由膠帶輸送機經斜井運至選廠。該方案中溜井隨生產臺階的下降逐步降段。（2）方案Ⅱ，“汽車+坑口破碎+溜井+膠帶”。在采場出入溝口附近設溜井和固定破碎站，原礦由汽車運至破碎站卸礦，礦石破碎至合格塊度后經溜井下放，再由膠帶輸送機經斜井運至選廠。生產過程中溜井和破碎站固定不變。（3）方案Ⅲ，“汽車+采場半移動破碎+溜井+膠帶”。在采場內設溜井和半移動破碎站，原礦由汽車運至半移動破碎站卸礦，破碎至合格塊度后經溜井下放，再由膠帶輸送機經斜井運至選廠。該方案的溜井和破碎站隔若干年需進行一次降段和移設。3個方案的技術經濟指標比較詳見表2。

表2 開拓運輸方案技術經濟指標比較

上述3個方案中，方案Ⅰ將溜井布置在終了境界內，根據生產適時降段，大大縮短了礦石運距，但破碎站設置在溜井底部，破碎硐室工程量大，破碎設備位于井底，安裝維修相對不便。方案Ⅱ將溜井和破碎站設在終了境界外，溜井無須降段，生產管理簡單，破碎站設于地面，安裝維護方便，但該方案需要將所有礦石運至出入溝口東南側的破碎站粗碎后，再由膠帶運至西北方向選廠，一定程度上存在礦石的“反向”運輸。方案Ⅲ在采場內設半移動破碎站，礦石運至半移動破碎站破碎后，再由膠帶輸送機轉入溜井卸礦，后通過膠帶輸送機運至選廠。該方案破碎站根據生產計劃在采場內適時移設，溜井降段同步進行。本方案能較大幅度地減少礦石運距，但破碎站移設和溜井降段會對生產管理帶來不便，移設費用也較為昂貴[5]。

從建設投資上看，方案Ⅰ雖然井下破碎硐室工程量較大，但膠帶斜井相對較短，方案Ⅱ中豎井支護工程量較大，這就使得方案Ⅰ和方案Ⅱ井巷工程的投資相差不大，但方案Ⅱ膠帶較長及地表破碎站土建工程量大導致其總投資超過方案Ⅰ。方案Ⅲ雖然膠帶運輸距離短、井巷工程投資少，但是地表半移動破碎站的設備安裝投資大，導致該方案建設投資最高。

從運營成本上看，方案Ⅰ由于將溜井置于礦體中心，能大幅減少汽車運距，從而大幅降低運營成本，終了境界開采后期，由于溜井已降段到一定標高，屆時礦石運輸距離會有所增加，但本方案運距總體較短，使得運營成本較低。方案Ⅱ將溜井布置在出入溝口附近，位置固定，只有賦存在出入溝口標高附近的礦石才有較短的運距，其他標高的礦石運輸距離較長，所以整體運營成本高。方案Ⅲ破碎站和溜井均布置在采場內，礦石運距較短，礦石運輸成本較低，但破碎站需要每4年移設一次，會產生較高的移設費用，所以整體運營費用高。

綜合對比分析可知，方案Ⅰ的投資和成本均低于方案Ⅱ和方案Ⅲ，費用現值最低，經濟性最好，所以本研究推薦采用方案Ⅰ。

3 結論

通過本文對礦山礦石、廢石開拓運輸方案的研究，可以形成以下結論：1）在對在產礦山的礦石、廢石開拓運輸進行改擴建時，為了使選擇的方案既在技術和經濟上最優(yōu)，在管理上也最簡單便捷，需充分結合開拓運輸系統(tǒng)升級建設的基礎條件，盡量利用已有設施，挖掘已有設施的利用潛力，實現能用盡用，減少新增投資。2）進行開拓運輸多方案比選時，需以服務年限內費用現值最低作為主要選擇標準。投資較小的方案，如將來運營成本較高也不能作為推薦方案。3）當采場幅面小時，若同時布置礦石、廢石破碎站在采場內，未來還需移設，會對生產和管理造成較大影響。4）溜井降段方式在該礦應用了十余年，對縮短礦石汽車運距非常有利，且生產管理人員對溜井降段技術已有了全面的掌握，應將該方式的優(yōu)點繼續(xù)發(fā)揚。