杜 鑫

(山東黃金集團(tuán)玲瓏金礦，山東 招遠(yuǎn) 265419)

1 前言

我國(guó)是世界上露天礦開(kāi)采較多的國(guó)家之一，鐵礦石開(kāi)采90%以上為露天開(kāi)采[1]。有色金屬礦石開(kāi)采50%以上為露天開(kāi)采，眾多化工原料均來(lái)自露天開(kāi)采[2]，建設(shè)材料幾乎全來(lái)自露天礦。露天礦經(jīng)過(guò)近幾十年開(kāi)采，露天采場(chǎng)閉坑是國(guó)內(nèi)大部分露天礦山企業(yè)面臨的問(wèn)題，李楠提出露天轉(zhuǎn)地下分區(qū)高效開(kāi)采技術(shù)[3]，實(shí)現(xiàn)小汪溝鐵礦露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采平穩(wěn)過(guò)渡[4]。

露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的礦山，開(kāi)采期一般要經(jīng)過(guò)露天開(kāi)采期、露天轉(zhuǎn)地下聯(lián)合開(kāi)采過(guò)渡期和地下開(kāi)采期3個(gè)階段[5～6]。深凹露天礦我國(guó)露天礦山企業(yè)主要的特點(diǎn)，露天礦在轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采時(shí)面臨很多困難。為使露天開(kāi)采與地下開(kāi)采平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，需要研究平穩(wěn)過(guò)渡的關(guān)鍵技術(shù)[1]。其關(guān)鍵技術(shù)如下。

(1)在進(jìn)行露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)地下開(kāi)采統(tǒng)一全面規(guī)劃，根據(jù)所作的規(guī)劃盡早做出一個(gè)設(shè)計(jì)施工方案。使露天開(kāi)采與地下開(kāi)采平穩(wěn)銜接，在保障礦山產(chǎn)量的前提下使礦山經(jīng)濟(jì)效益保持穩(wěn)定[5～7]。

(2)要有充分的地下開(kāi)采建設(shè)時(shí)間，露天開(kāi)采的排水井或疏干巷道等地下工程可以為地下開(kāi)采的建設(shè)縮短建設(shè)時(shí)間。

(3)露天開(kāi)采作業(yè)與地下開(kāi)采的安全互不影響。

(4)充分考慮地下涌水和大氣降水滲入或流入地下采場(chǎng)的水量，從而為地下開(kāi)采的防洪排水設(shè)施設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，防止露天坑積水灌入地下采場(chǎng)。

(5)漏風(fēng)嚴(yán)重是露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采通風(fēng)最突出的問(wèn)題，如果不合理地制定露天、地下隔離層厚度及布設(shè)方案，地下通風(fēng)的效率和質(zhì)量會(huì)受到影響。

為實(shí)現(xiàn)該鐵礦資源持續(xù)開(kāi)采，急需尋求安全有效的露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采方案[8]。

2 礦山資源現(xiàn)狀

某大型露天鐵礦山已經(jīng)開(kāi)采多年，采場(chǎng)基本呈東西長(zhǎng)約1 100m、南北寬約1 000m的圓形，最低開(kāi)采標(biāo)高-148m，采深155m，臺(tái)階高度15～20m，邊坡角35°～45°，總出入溝位于采場(chǎng)北側(cè)11勘探線，運(yùn)輸公路寬度15m，露天坑已實(shí)現(xiàn)閉坑。該鐵礦掛幫礦分兩期進(jìn)行開(kāi)采，其中一期開(kāi)采露天采場(chǎng)西南邊幫-92、-113、-133m中段礦體，于2013年結(jié)束；二期開(kāi)采露天采場(chǎng)東幫4線以東、-130～-58m間礦體，于2013年投產(chǎn)。結(jié)合礦體賦存特征、資源儲(chǔ)量及品位狀況，礦區(qū)7線以東經(jīng)過(guò)多年露天及掛幫礦開(kāi)采，剩余多為近境界邊角礦體。

該鐵礦礦體分為3種類型：第一種為主礦體，其軸長(zhǎng)方向?yàn)镹E70°，長(zhǎng)1 100m，短軸寬880m。礦體向四周傾斜，傾角為40°～60°。地表出露礦體標(biāo)高在75m，垂直延伸在481m。主礦體厚度為10～140m，平均厚度60.6m。該鐵礦10～15線間淺部主礦體已大部被采完，已經(jīng)過(guò)50年的露天開(kāi)采。目前礦體保有部分主要分布在路天坑底以下。第二種為零星小礦體，共41個(gè)，分布零散，規(guī)模較小。第三種是0～7線深部，為火山沉積巖中的沉積型鐵礦，長(zhǎng)140m，厚40m。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍

從礦山-148m水平以上保有礦體的分布位置來(lái)看，7線以西掛幫礦剩余可利用地質(zhì)資源量約177萬(wàn)t，且品位較低、分布較為分散；東部由于河流的存在，為保護(hù)河流而留設(shè)的保安礦柱礦量約974萬(wàn)t，又因露天坑保安礦柱479萬(wàn)t礦石不能開(kāi)采，實(shí)際東部可利用的地質(zhì)資源量為217萬(wàn)t。-148m以下采礦權(quán)范圍內(nèi)保有礦石量6 397萬(wàn)t，其中7線以西5 540萬(wàn)t，占總礦石量的86.6%；7線以東857萬(wàn)t，占總資源量13.4%，但由于為保護(hù)河流而留設(shè)的保安礦柱礦量約680萬(wàn)t，實(shí)際可利用資源量?jī)H為177萬(wàn)t。-350m以下由于礦體控制程度較低，分布較為分散，且資源量相對(duì)較少。綜合考慮，在露天坑底以下留設(shè)20m作為隔離層。本次設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍為7～27號(hào)勘探線(西部)-168～-350m間的礦體，開(kāi)采方式為地下開(kāi)采。采用垂直斷面法估算礦石資源量為5 160.73萬(wàn)t。

按同時(shí)回采有效礦塊數(shù)、中段合理年下降速度、中段服務(wù)年限驗(yàn)證和按新水平準(zhǔn)備時(shí)間驗(yàn)證，最終設(shè)計(jì)方案選取礦山70萬(wàn)t/a生產(chǎn)規(guī)模。

3.2 采礦方法

根據(jù)礦山開(kāi)采技術(shù)條件及生產(chǎn)現(xiàn)狀、礦床賦存特征，圍巖條件較好時(shí)選用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法；上向水平分層充填采礦法用于圍巖不穩(wěn)固的礦段；上向進(jìn)路式充填采礦法用于部分圍巖條件較差的礦段。

礦山采用的上向水平分層充填采礦法所占比例約為40%，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法所占比例約為60%。當(dāng)?shù)V體厚度小于15m時(shí)，采場(chǎng)布置方式為沿礦體走向布置。當(dāng)?shù)V體厚度為15m及以上時(shí)，采場(chǎng)布置方式為垂直礦體走向布置。采場(chǎng)布置如圖1和圖2所示。

3.3 開(kāi)拓系統(tǒng)

根據(jù)礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀、建設(shè)規(guī)模要求、礦床開(kāi)采技術(shù)條件及地表地形條件，并經(jīng)過(guò)與建設(shè)單位協(xié)商，斜坡道+豎井聯(lián)合開(kāi)拓確定為礦山的開(kāi)拓方式。礦區(qū)7線以東經(jīng)過(guò)多年露天及掛幫礦開(kāi)采，剩余多為近境界邊角礦體及青山河保護(hù)界線壓覆礦體；7線以西、-148m以上雖保有資源儲(chǔ)量約295萬(wàn)t，但多為貧礦、低品位礦，賦存規(guī)模小，而礦區(qū)-350m以下資源儲(chǔ)量少、控制程度低，尚不具備回采條件，故上述礦體均留作遠(yuǎn)景儲(chǔ)備資源，設(shè)計(jì)暫不利用。采礦工業(yè)場(chǎng)地位于露天采場(chǎng)北約0.5km處，設(shè)置主、副井及其配套輔助設(shè)施。井下共設(shè)4個(gè)生產(chǎn)中段，分別為-200、-250、-300m和-350m，設(shè)計(jì)首采-350m中段與-200m中段，其中-200m中段采用斜坡道開(kāi)拓方式，-250、-300、-350m中段采用豎井開(kāi)拓方式，見(jiàn)圖3。

圖3 開(kāi)拓系統(tǒng)縱投影圖

采礦工業(yè)場(chǎng)地位于露天采場(chǎng)北約0.5km處，設(shè)置主、副井及其配套輔助設(shè)施。主井擔(dān)負(fù)礦石提升任務(wù)，副井擔(dān)負(fù)廢石、材料、設(shè)備、人員等輔助提升，主、副井兼顧進(jìn)風(fēng)；斜坡道擔(dān)負(fù)礦山-200m中段生產(chǎn)時(shí)礦石、廢石、材料、設(shè)備、人員等運(yùn)輸及進(jìn)風(fēng)任務(wù)。

豎井開(kāi)拓的各生產(chǎn)中段均設(shè)置有軌運(yùn)輸水平，-350、-250m中段生產(chǎn)期間礦、廢石采用無(wú)軌設(shè)備鏟運(yùn)，經(jīng)采區(qū)溜井卸至有軌運(yùn)輸水平裝礦車運(yùn)至井底車場(chǎng)，由罐籠提升至地表；-300m中段生產(chǎn)期間礦、廢石則采用無(wú)軌設(shè)備鏟裝，經(jīng)采區(qū)溜井卸至有軌運(yùn)輸水平裝礦車后運(yùn)至卸載站，經(jīng)礦、廢石集中溜井卸至-350m有軌運(yùn)輸水平裝礦車轉(zhuǎn)運(yùn)至井底車場(chǎng)，由罐籠提升至地表。

斜坡道開(kāi)拓的-200m中段礦、廢石采用無(wú)軌設(shè)備鏟裝，由坑內(nèi)卡車經(jīng)斜坡道、平硐及露天采場(chǎng)公路運(yùn)輸至地表。

3.4 礦山通風(fēng)

礦山采用側(cè)翼對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。主井、副井、斜坡道進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)平硐(含盲回風(fēng)井)出風(fēng)。-200m中段生產(chǎn)時(shí)新風(fēng)經(jīng)-138m平硐、斜坡道、分段沿脈巷、分段聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入各工作面，污風(fēng)則經(jīng)回風(fēng)天井、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、回風(fēng)平巷、回風(fēng)石門(mén)、1#盲回風(fēng)井、-131m回風(fēng)平硐排出地表。-350m及上部各接續(xù)中段生產(chǎn)時(shí)新風(fēng)經(jīng)主井、副井、中段沿脈運(yùn)輸巷、進(jìn)風(fēng)天井、分段沿脈巷、分段聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入各工作面，污風(fēng)則經(jīng)回風(fēng)天井、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、回風(fēng)平巷、回風(fēng)石門(mén)、2#盲回風(fēng)井及-92m回風(fēng)平硐排出地表。

按《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定，柴油設(shè)備單位功率所需風(fēng)量指標(biāo)為4m3/kW·min，按采裝運(yùn)、掘進(jìn)及輔助同時(shí)作業(yè)柴油設(shè)備計(jì)算礦井需風(fēng)量為64.4m3/s，根據(jù)主要柴油設(shè)備、最大班下井人數(shù)及生產(chǎn)作業(yè)點(diǎn)需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，礦區(qū)前期井下總需風(fēng)量為120m3/s，后期井下總需風(fēng)量為108.9m3/s。

3.5 壓氣系統(tǒng)

根據(jù)井下生產(chǎn)設(shè)備工作要求，前期-200m中段生產(chǎn)時(shí)利用-138m平硐口附近現(xiàn)有空壓機(jī)站，管路沿-138m平硐、斜坡道敷設(shè)至-200m中段；前期-350m及其上部接續(xù)中段生產(chǎn)時(shí)設(shè)計(jì)于采礦工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)新建一座固定式空壓機(jī)站，管路沿副井、沿脈巷、管纜井、聯(lián)絡(luò)巷敷設(shè)至各生產(chǎn)中段；壓風(fēng)自救系統(tǒng)風(fēng)源均由上述各機(jī)站提供，供氣方式為集中供氣。計(jì)算總耗氣量為102.4m3/min。

3.6 提升系統(tǒng)

礦山全部礦石的提升任務(wù)由主井提升系統(tǒng)承擔(dān)，在可行性研究階段對(duì)多種提升方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)類比分析，主井采用單罐籠配平衡錘的提升方式，選用落地式多繩摩擦式提升機(jī)。小時(shí)提升量為141.4t，提升速度為5.36～8.93m/s，單次提升量為4.56m3。

3.7 坑內(nèi)運(yùn)輸

有軌運(yùn)輸：結(jié)合選用的采礦方法及其礦床開(kāi)拓方案，井下前期-350m中段及后期各接續(xù)中段生產(chǎn)礦、廢石均采用無(wú)軌設(shè)備鏟運(yùn)，經(jīng)采區(qū)溜井卸至集中有軌運(yùn)輸水平由電機(jī)車牽引礦車組運(yùn)至主、副井車場(chǎng)，最終通過(guò)罐籠提升至地表。礦石運(yùn)輸采用ZK10- 6/250架線式電機(jī)車單機(jī)牽引16輛YGC1.2- 6型固定式礦車組成列車組，單列車長(zhǎng)35.75m，電機(jī)車將礦石列車牽引至主井車場(chǎng)，通過(guò)推車機(jī)將礦車推入罐籠后提升至地表。采用ZK3- 6/250架線式電機(jī)車單機(jī)牽引8輛YFC0.7- 6型翻斗式礦車組成列車組將廢石運(yùn)輸至地表，單列車長(zhǎng)16.35m，廢石列車將由副井車場(chǎng)運(yùn)出，礦車將由罐籠提升至地表。

經(jīng)計(jì)算，完成70萬(wàn)t/a礦石和3.5萬(wàn)t/a廢石的運(yùn)輸任務(wù)無(wú)軌運(yùn)輸需4列礦石車和1列廢石車同時(shí)工作；前期-350m中段生產(chǎn)時(shí)完成40萬(wàn)t/a礦石和2萬(wàn)t/a廢石運(yùn)輸任務(wù)需2列礦石車和1列廢石車同時(shí)工作。

無(wú)軌運(yùn)輸：前期-200m中段生產(chǎn)礦、廢石均采用無(wú)軌設(shè)備鏟裝至坑內(nèi)卡車后經(jīng)斜坡道、-138m平硐、露天采場(chǎng)公路運(yùn)至地表。礦山前期-200m中段生產(chǎn)時(shí)礦、廢石運(yùn)輸設(shè)計(jì)利用礦山現(xiàn)有10t坑內(nèi)卡車，考慮日常設(shè)備檢修、備用，完成礦石30萬(wàn)t/a、廢石1.5萬(wàn)t/a運(yùn)輸任務(wù)共需10t坑內(nèi)卡車9臺(tái)(7用2備)，現(xiàn)有卡車數(shù)量可以滿足生產(chǎn)要求。

3.8 排水系統(tǒng)

坑內(nèi)排水：前期分別在-200m中段回風(fēng)石門(mén)和主井-350m中段井底車場(chǎng)附近建排水泵房，將井下涌水分別排至-70m平硐口附近現(xiàn)有水池和采礦工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)新水池，其中-200m中段正常涌水量5 137m3/d，最大涌水量為6 864m3/d，生產(chǎn)用水回水量170m3/d，充填用水回水量110m3/d；-350m中段正常涌水量4 233m3/d，最大涌水量為5 080m3/d，生產(chǎn)用水回水量230m3/d，充填用水回水量140m3/d。后期-350m中段排水泵房擔(dān)負(fù)整個(gè)礦區(qū)的排水任務(wù)。

露天坑排水：露天坑正常涌水量30 000m3/d，最大涌水量39 600m3/d，經(jīng)計(jì)算，各級(jí)泵站現(xiàn)有排水設(shè)施滿足排水要求，各級(jí)泵站工作制度如下。

-70m泵站正常涌水時(shí)2臺(tái)水泵同時(shí)工作，其余水泵留作備用和檢修，正常涌水排水時(shí)間18.94h/d,最大涌水時(shí)3臺(tái)水泵同時(shí)工作，其余留作備用和檢修，最大涌水排水時(shí)間16.67h/d。

-142m泵站正常涌水時(shí)2臺(tái)12SH- 6型臥室離心泵同時(shí)工作，其余水泵留作備用和檢修，正常涌水排水時(shí)間18.94h/d, 最大涌水時(shí)3臺(tái)水泵同時(shí)工作，最大涌水排水時(shí)間16.67h/d。

露天坑底正常涌水時(shí)4臺(tái)IS200- 150- 315型浮箱泵同時(shí)工作，其余水泵留作備用和檢修，正常涌水排水時(shí)間18.75h/d，最大涌水時(shí)6臺(tái)IS200- 150- 315型浮箱泵同時(shí)工作，其余水泵留作備用和檢修，最大涌水排水時(shí)間16.5h/d。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合礦體賦存特征、資源儲(chǔ)量及品位狀況，礦區(qū)7線以東的礦體經(jīng)過(guò)多年露天及掛幫礦開(kāi)采，露天坑已實(shí)現(xiàn)閉坑。開(kāi)采地段因?yàn)榇嬖诘叵虏煽諈^(qū)，隔離層需留設(shè)在最終境界以下與露天礦的地下開(kāi)采之間，生產(chǎn)實(shí)踐證明，露天轉(zhuǎn)地下設(shè)計(jì)方案的采礦方法、開(kāi)拓系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)該礦山平穩(wěn)過(guò)渡及生產(chǎn)銜接，可以保障礦山的持續(xù)高效安全生產(chǎn)。該鐵礦山的設(shè)計(jì)研究可為類似礦山的露天轉(zhuǎn)地下設(shè)計(jì)工作提供參照。