周祥利

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司設(shè)計研究院，四川 攀枝花，617000）

1 引言

朱家包包鐵礦（以下簡稱朱礦）始建于1970年，是攀鋼大型露天開采釩鈦磁鐵礦山，原設(shè)計露天底為1030m水平。經(jīng)過40多年的開采，采場逐漸進(jìn)入深部，現(xiàn)最低開采水平為1180m，封閉圈為1270m。設(shè)計開采規(guī)模幾經(jīng)調(diào)整，由當(dāng)初的5000kt／a，后來修改為7000kt／a，再到現(xiàn)在的8000kt／a。設(shè)計采場深部的開拓運(yùn)輸方式也由單一的汽車運(yùn)輸，后來修改為鐵路—公路聯(lián)合運(yùn)輸方式，再到現(xiàn)在的汽車—半移動破碎—膠帶運(yùn)輸。由于采場空間及工程地質(zhì)條件發(fā)生了較大變化，以及攀鋼對礦石需求量的增加，原來的鐵路—公路聯(lián)合運(yùn)輸方式不能滿足生產(chǎn)要求，經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性都顯得落后，2010年中冶北方工程技術(shù)有限公司對朱礦采場深部的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計，設(shè)計采場深部的礦石和巖石都采用汽車—半移動破碎—膠帶運(yùn)輸方式。通過對朱礦采場深部開拓運(yùn)輸方式的演變過程的分析，對國內(nèi)由山坡露天礦向深凹露天礦過渡的大型金屬露天礦山有較好的參考借鑒作用。礦山應(yīng)高度重視采場深部的開拓運(yùn)輸，需提前做好研究工作，防止在過渡期使生產(chǎn)處于被動。

2 朱礦采場開拓運(yùn)輸系統(tǒng)

2.1 采場中部的實際運(yùn)輸系統(tǒng)

朱礦采場設(shè)計開采標(biāo)高為1450～1030m，封閉圈標(biāo)高為1270m，上部巖石全部采用汽車運(yùn)輸，廢石就近排棄在采場外北部和南部附近的溝谷中。開采1360～1300m期間，礦山屬于山坡露天，采場范圍東西長度約1300～1600m，南北寬度約600～800m，有利于鐵路線的展布。因此，采場礦巖由WK－4挖掘機(jī)向礦車裝車，采用準(zhǔn)軌鐵路直接運(yùn)往排土場和選礦廠。當(dāng)采場降至1285m后，由于地形條件的限制，必須先采用汽車開溝運(yùn)輸，當(dāng)臺階長度和寬度滿足鐵路線的布置時，再鋪設(shè)鐵路，采用鐵路運(yùn)輸?shù)V巖，即該期間采用的是公路—鐵路聯(lián)合運(yùn)輸方式。為實現(xiàn)二者的銜接，在采場的西部外側(cè)附近，靠近總出入口處建有一礦巖倒裝站（卸載水平標(biāo)高為1290m），倒裝站有3個料倉，其中二個用于裝礦，一個裝巖，開溝時的礦巖及不適宜進(jìn)鐵路線的邊角處的礦巖采用汽車運(yùn)輸至1290m倒裝站。倒裝站下方裝電機(jī)車運(yùn)至離采場距離分別為5.1km和2.8km的選廠和排土場，外部運(yùn)輸全部采用準(zhǔn)備軌鐵路運(yùn)輸?shù)V石和廢石。

2.2 采場深部開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計

朱礦采場深部的開拓運(yùn)輸方案經(jīng)過多次修改設(shè)計，修改時的主要考量:一是充分利用鐵路系統(tǒng)等固定資產(chǎn)，減少投資；二是多年來職工已熟練掌握整個生產(chǎn)工藝流程，盡量避免對流程和設(shè)備做太大的改動，減少生產(chǎn)的波動。因此，直到2005年的設(shè)計，仍沿用公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路的開拓運(yùn)輸方案。

公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路運(yùn)輸方案的運(yùn)輸過程為:采場礦巖用汽車運(yùn)至礦巖轉(zhuǎn)載站，并卸至其料倉，料倉下方用板式給礦機(jī)裝60t礦車，再由224t電機(jī)車牽引運(yùn)出采場。該方案具體布置是:從采場南側(cè)總出入口（標(biāo)高為1270m）處，分東西兩側(cè)（東進(jìn)線系統(tǒng)和西進(jìn)線系統(tǒng)）沿下盤固定幫以40‰的坡度布置陡坡鐵路線折返下到各水平，東進(jìn)線和西進(jìn)線在1180m站匯合，如圖1。1180m以下由于巖石量逐漸減少，采剝總量也將減少，故設(shè)計1180m以下采用一條鐵路線就可滿足采場運(yùn)輸能力的要求。在采場下降過程中，在靠近下盤固定幫的合適位置建轉(zhuǎn)載站，其形式為礦倉轉(zhuǎn)載，每隔大約3個臺階移設(shè)一次轉(zhuǎn)載站，將先后設(shè)置1255m、1210m、1180m、1165m、1135m轉(zhuǎn)載站。每個轉(zhuǎn)載站的服務(wù)期大約3～4年。陡坡鐵路區(qū)間線路均為單線，向下經(jīng)過多次折返，到達(dá)采場深部各開采水平和轉(zhuǎn)載站，最低一個轉(zhuǎn)載站布置在1135m水平，其下至露天底1030m的礦巖由汽車運(yùn)輸至1135m站，再由板式給礦機(jī)裝機(jī)車通過鐵路運(yùn)出采場。

圖1 運(yùn)輸過程示意圖

這種聯(lián)合開拓運(yùn)輸方式，將汽車運(yùn)輸機(jī)動靈活、爬坡能力強(qiáng)和鐵路運(yùn)輸能力較大的優(yōu)勢結(jié)合在一起，經(jīng)驗算，礦石生產(chǎn)規(guī)模可達(dá)5500kt／a，采剝總量為13000kt／a。

這種聯(lián)合開拓運(yùn)輸方式，每個水平在開溝和擴(kuò)幫過程中將先用汽車向上運(yùn)輸至轉(zhuǎn)載站，只有當(dāng)擴(kuò)幫到滿足鐵路線的布置時，再鋪設(shè)鐵路，此后本水平的礦巖才能采用鐵路運(yùn)輸，因此，相當(dāng)部分的礦巖將由汽車采用重車上坡運(yùn)輸方式。隨著開采水平的下降，采場空間越來越小，汽車運(yùn)輸比例會逐漸增加，據(jù)測算，在封閉圈下的第一個臺階即1255m水平，汽車運(yùn)輸比例大約為30%，到了1135m水平，這一比例超過50%，而汽車運(yùn)輸?shù)某杀敬蠹s為鐵路運(yùn)輸?shù)?～3倍，因此，隨著采場的下降，經(jīng)濟(jì)效果將會越來越差。

3 采場深部開拓運(yùn)輸系統(tǒng)改造的必要性

朱礦采場在下降過程中，實際情況與原設(shè)計時發(fā)生了許多變化，如采場邊坡的工程地質(zhì)條件、采場采剝部位和進(jìn)度計劃未嚴(yán)格執(zhí)行，以及生產(chǎn)工藝和設(shè)備的進(jìn)步等，使得作業(yè)環(huán)境和條件與當(dāng)初設(shè)計時有較大的不同，導(dǎo)致設(shè)計方案不能付諸實施，或者無法達(dá)到預(yù)期效果，因此，必須對原設(shè)計的采場深部開拓運(yùn)輸方案進(jìn)行大的改造。

3.1 采場東南幫工程地質(zhì)條件的變化

如前所述，采場深部鐵路線分東進(jìn)線和西進(jìn)線兩個系統(tǒng)，其中東進(jìn)線設(shè)計從1270m總出入口起，沿下盤南幫固定幫鋪設(shè)，并經(jīng)由東端幫繞到北幫的1210m站再折返，折返線再次經(jīng)過東南幫才能到達(dá)1180m站和1135m站。

朱礦采場東南幫在2004年至2006年間發(fā)生過兩次大的滑坡，滑坡范圍標(biāo)高1345～1255m，長度約120m，需處理的滑體方量超過2000km3，加上對邊坡進(jìn)行支護(hù)處理，共耗時3年，使東南幫的推進(jìn)嚴(yán)重滯后，從1270m和1255m臺階向下延伸鐵路線的計劃被擱置，因而錯過了最佳進(jìn)線時機(jī)。另外，經(jīng)過進(jìn)一步的工程地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，采場東南幫有NW向的兩條大斷層F106和F107，均為早期斷層，邊坡破壞受斷層與優(yōu)勢節(jié)理的組合形式控制，上部沿斷層面或礦巖接觸帶滑動，下部追蹤優(yōu)勢節(jié)理面剪出，形成復(fù)合型平面剪切破壞，從而將邊坡切割分成若干段，即使對邊坡進(jìn)行了加固處理，仍存在發(fā)生滑坡的風(fēng)險，使得東進(jìn)線方案再無實施的可能。

原設(shè)計東進(jìn)線和西進(jìn)線都為區(qū)間單線，從兩個不同方向鋪設(shè)，優(yōu)點(diǎn)是互不干擾，能滿足礦石5500kt／a的生產(chǎn)規(guī)模。由于東進(jìn)線方案無法實施，自然考慮到將西進(jìn)線系統(tǒng)的單線全部改為雙線。如果區(qū)間線路改為雙線，這又必然導(dǎo)致在每個折返站采用交叉渡線，線路非常復(fù)雜，雖然區(qū)間線路為雙線，但咽喉道岔制約著線路通過能力，經(jīng)過論證，即使鋪設(shè)雙線，也只能達(dá)到近4000kt／a的礦石規(guī)模，遠(yuǎn)小于兩條獨(dú)立單線的通過能力，不能滿足礦石生產(chǎn)規(guī)模的要求。同時，在西幫上鋪設(shè)雙線，臺階寬度將由7.5m 增加到12.5m，西部境界將向內(nèi)縮，采出礦石量將減少約1200kt。

3.2 礦石需求量的增加

2009年，攀鋼在西昌開始建設(shè)新的冶煉基地，因而對礦山產(chǎn)能提出了新的要求，要求朱礦礦石生產(chǎn)規(guī)模增加到8000kt／a，這就意味著采剝總量將增加到17600kt／a，較原設(shè)計規(guī)模5500kt／a有了大幅度的增加，若仍采用公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路的開拓運(yùn)輸方案，又只能布置西進(jìn)線系統(tǒng)，只可滿足公司要求產(chǎn)能的50%。

綜上所述，原設(shè)計的公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路開拓運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)新的條件和要求，必須進(jìn)行改造。

4 采場深部開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的改造

4.1 開拓運(yùn)輸系統(tǒng)改造的思路

朱礦已采用公路—鐵路聯(lián)合運(yùn)輸方案開采多年，建立有完善的內(nèi)外部運(yùn)輸系統(tǒng)及相應(yīng)的輔助維修設(shè)施，外部運(yùn)輸都采用準(zhǔn)軌鐵路系統(tǒng)分別運(yùn)往排土場和選礦廠，因此，系統(tǒng)改造時應(yīng)密切聯(lián)系礦山現(xiàn)狀，充分利用已有的礦山開拓運(yùn)輸系統(tǒng)和設(shè)備，以利于減少投資。另外，改造后的生產(chǎn)能力要與礦山的生產(chǎn)規(guī)模要求相適應(yīng)，必須做到礦山的平穩(wěn)增產(chǎn)過渡和改造后礦石生產(chǎn)在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。還有，采場深部的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)與外部運(yùn)輸要合理銜接，減少轉(zhuǎn)載次數(shù)。

4.2 開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的改造方案

朱礦采場封閉圈為1270m，到露天底采深至少有240m，礦石生產(chǎn)規(guī)模要達(dá)到8000kt／a，巖石剝離量為9600kt／a，屬大型深凹露天礦。在改造方案的選擇過程中考慮了多個方案:采場內(nèi)溜井—膠帶斜井、溜井—平硐、全汽車運(yùn)輸和汽車—半移動破碎—膠帶系統(tǒng)方案，由于前二個方案基建工程量太大，溜井施工難度大且容易堵塞，因而被放棄。全汽車運(yùn)輸方案中，只有75%的礦巖量運(yùn)至采場西側(cè)的1290m倒裝站運(yùn)輸距離在3km以內(nèi)，有近1億噸的礦巖運(yùn)距在3km以上，3km通常被認(rèn)為是汽車運(yùn)輸較經(jīng)濟(jì)的合理范圍。經(jīng)過對后兩個方案的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的全面比較，采場深部的開拓運(yùn)輸設(shè)計采用汽車—半移動破碎—膠帶系統(tǒng)。

汽車—半移動破碎—膠帶系統(tǒng)方案，礦石和巖石膠帶系統(tǒng)沿采場下盤西側(cè)固定幫布置，巖石破碎站首站設(shè)在1240m，礦石破碎站首站設(shè)在1210m，如圖2。

圖2 汽車一半移動硫碎一脈帶系統(tǒng)方案示意圖

破碎站選用易于搬遷的鄂式破碎機(jī)，每個破碎站采用山特維克CJ815鄂式破碎機(jī)2臺，年處理能力為10000kt／a，滿足礦石和巖石處理能力的要求，其中礦石破碎站富余的2000kt／a能力用于對廢石中部分表外礦的加工，以便后續(xù)進(jìn)行磁滑輪干選拋尾得到較高品位的礦石。膠帶運(yùn)輸采用鋼繩芯膠帶運(yùn)輸機(jī)，帶寬1.2m，帶速2.5m／s。隨著采場的下降，每隔大約3個臺階移設(shè)一次破碎站，最低巖石破碎站設(shè)在1150m水平，礦石破碎站設(shè)在1120m水平，如圖3。由于采場空間的限制，其下至露天底的礦巖用汽車運(yùn)至礦巖破碎站處理，露天底至1120m破碎站的運(yùn)距在2km左右。

采場內(nèi)的礦石用膠帶輸送至采場西側(cè)外的1290m倒裝站卸載至礦倉，然后裝機(jī)車運(yùn)往5.1km里外的選礦廠，巖石輸送至采場外經(jīng)過一次轉(zhuǎn)運(yùn)后仍用膠帶機(jī)輸往排土場。

經(jīng)過改造后的運(yùn)輸系統(tǒng)，采場內(nèi)各采裝點(diǎn)到破碎站采用汽車運(yùn)輸，外部礦石運(yùn)輸采用準(zhǔn)軌鐵路運(yùn)輸，這樣盡可能利用了原有公路、鐵路運(yùn)輸設(shè)施和設(shè)備，并減少了人員轉(zhuǎn)崗培訓(xùn)的壓力及對生產(chǎn)帶來的沖擊。

圖3 破碎站示意圖

運(yùn)輸系統(tǒng)改造后，下盤固定幫上不再鋪設(shè)鐵路，因此臺階寬度由7.5m減小到4～5m，西幫最終邊坡角由410提高到460，從而使得露天底降至1000m，較原設(shè)計露天底1030m下降了30m，開采境界內(nèi)增加礦石量5300kt。

5 結(jié)語

大型露天礦在向采場深部過渡時，往往會出現(xiàn)高陡邊坡，隨著邊坡巖石風(fēng)化或地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，邊坡穩(wěn)定性受到威脅甚至破壞，影響采場深部開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的布置。另外，采場轉(zhuǎn)入深部開采后，空間越來越小，運(yùn)輸條件變差，產(chǎn)能受到制約，既有山坡露天礦的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)往往不能適應(yīng)采場深部的開采。因此，采場深部的開拓運(yùn)輸是關(guān)系到礦山長期發(fā)展的重要課題，應(yīng)結(jié)合中部采場的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)、邊坡地質(zhì)條件、礦石需求量和外部運(yùn)輸方式等綜合研究。

［1］王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊，冶金工業(yè)出版社［M］.2012年1月.

［2］李寶祥.金屬礦床露天開采［M］.冶金工業(yè)出版社，1986年2月.

［3］中冶北方工程技術(shù)有限公司.朱蘭采場深部開采總體規(guī)劃可行性研究.2009年9月.