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        中型礦山斜坡道開拓方案比選實(shí)踐

        2021-06-06 09:51:36張延國(guó)劉振國(guó)趙有國(guó)
        采礦技術(shù) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:箕斗罐籠基建投資

        張延國(guó),劉振國(guó),趙有國(guó)

        (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(yíng)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(zhǎng)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(yíng)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(wú)軌采掘設(shè)備的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,使用無(wú)軌斜坡道開拓在礦山開采中起到非常重要的作用[1]。在無(wú)軌設(shè)備的應(yīng)用下,將礦廢石直接從采場(chǎng)通過(guò)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(wú)軌設(shè)備,如果沒(méi)有斜坡道,這些無(wú)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(wèn)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(zhǎng)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(jiàn)圖1)。

        圖1 典型剖面

        第4系以下主要巖性為黑云斜長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(wàn)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(wàn)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(zhǎng),投資高,不利于礦山盡快投產(chǎn)。另外,由于礦石的長(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)單的采場(chǎng)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(wàn)t/a~100萬(wàn)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(wàn)t/a,礦體埋深小于210m,經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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?;仫L(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(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備、無(wú)軌重載車輛運(yùn)送設(shè)備和各種材料通行,斜坡道總長(zhǎng)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(yíng)費(fèi)用4個(gè)方面進(jìn)行比較,見(jiàn)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(wàn)元。年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用汽車運(yùn)輸成本比豎井提升每年多9.1萬(wàn)元,按開采礦石總量1719.9497萬(wàn)t計(jì)算,礦山生產(chǎn)期間經(jīng)營(yíng)費(fèi)用增加130.4萬(wàn)元。

        表1 可比部分基建工程量及基建投資

        表2 經(jīng)營(yíng)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(cè)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(wàn)t,按每t礦石效益100元計(jì)算,提前實(shí)現(xiàn)效益14250萬(wàn)元。

        5 結(jié)論

        從基建工程量、基建投資、基建時(shí)間和經(jīng)營(yíng)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(yíng)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)。

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