姜 鵬 劉俊平

(1.中冶北方工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600；2.太鋼代縣礦業(yè)有限公司，山西 忻州 034000)

0 引言

某礦區(qū)位于山西省代縣，該礦是集采礦、選礦、球團(tuán)為一體的聯(lián)合型企業(yè)，礦山1970年恢復(fù)建設(shè)，1977年7月投產(chǎn)，采用露天開采方式，至今共開采礦石大約1.7 億t。露天采場(chǎng)劃分為南、北兩區(qū)。南區(qū)劃分為南東、南西露天采場(chǎng)；北區(qū)劃為北東、北西露天采場(chǎng)。目前南東、北東露天采場(chǎng)已經(jīng)閉坑，正在生產(chǎn)的露天采場(chǎng)有南西、北西二個(gè)露天采場(chǎng)。

南東露天采場(chǎng)已于2016年閉坑，作為內(nèi)排土場(chǎng)；南西露天采場(chǎng)最低開采標(biāo)高1 660 m，最高開采標(biāo)高1 684 m，境界內(nèi)剩余礦量460 萬t；北東露天采場(chǎng)已于2012年閉坑，作為內(nèi)排土場(chǎng)；北西露天采場(chǎng)最低開采標(biāo)高1 648 m，最高開采標(biāo)高1 672 m，境界內(nèi)剩余礦量790 萬t。

1 礦山資源現(xiàn)狀

1.1 礦床地質(zhì)特征

峨口鐵礦開采的主礦體是Fe3，F(xiàn)e3礦體東西出露長(zhǎng)7 000 m，F(xiàn)e3礦體南北寬3 500 m，最大厚度230 m，均厚為57.82 m。分布在12～56線之間，賦存標(biāo)高在0～500 m。礦體走向50°～110°傾向?yàn)槟夏蠔|或北北西，傾角在12°～70°之間，受褶皺構(gòu)造控制明顯，層狀、似層狀態(tài)，產(chǎn)狀呈現(xiàn)緩、陡、直立以及倒轉(zhuǎn)的變化。

礦石硅高，鈣、鎂、鉀、鈉低，屬酸性礦石。南區(qū)主要圍巖是角閃片巖、綠泥石英片巖、含鐵石英巖以及少量云母石英片巖等。北區(qū)主要圍巖是角閃片巖、云母石英片巖、石榴石云母石英片巖。礦區(qū)工程地質(zhì)條件中等，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

1.2 保有資源量

開采范圍內(nèi)Fe3礦體保有資源量23 509.84 萬t，其中北區(qū)保有資源/儲(chǔ)量7 374.75 萬t ，南區(qū)保有資源量16 135.09 萬t。

2 礦山開采設(shè)計(jì)方案

2.1 采用開采方式及開采范圍

設(shè)計(jì)根據(jù)峨口鐵礦礦體賦存條件，采用地下開采方式。

設(shè)計(jì)開采范圍在平面上為南區(qū)12～56勘探線之間和北區(qū)12～28勘探線之間的礦體，在深度上為1 972～1 462 m標(biāo)高之間的礦體。南區(qū)在28～36勘探線之間為無礦帶區(qū)域，因此南區(qū)又以此為界劃分南區(qū)西部和南區(qū)東部?jī)蓚€(gè)采區(qū)進(jìn)行開采，北區(qū)為一個(gè)采區(qū)，3個(gè)采區(qū)根據(jù)礦體賦存標(biāo)高開采范圍見圖1。

圖1 開采范圍平面示意圖

南區(qū)西部：12～28勘探線間1 972～1 504 m之間礦體；南區(qū)東部：36～52勘探線間1 864～1 504 m之間礦體；北區(qū)：12～28勘探線間1 714～1 462 m之間的礦體。

2.2 建設(shè)規(guī)模

設(shè)計(jì)分別按有效進(jìn)路數(shù)量、礦山開采年下降速度、新水平準(zhǔn)備時(shí)間對(duì)礦山年產(chǎn)量進(jìn)行了驗(yàn)證，地下開采總規(guī)模為750 萬t/a，其中南區(qū)西部350 萬t/a，南區(qū)東部200 萬t/a，北區(qū)200 萬t/a。礦山服務(wù)年限為25年，穩(wěn)產(chǎn)17年。

2.3 開拓系統(tǒng)

2.3.1 階段劃分

礦山共劃分3個(gè)采區(qū)，根據(jù)各采區(qū)礦體賦存條件，每個(gè)采區(qū)劃分為兩個(gè)階段，其中：

南區(qū)西部：1 972～1 738 m、1 738～1 504 m兩個(gè)階段；南區(qū)東部：1 846～1 738 m、1 738～1 504 m兩個(gè)階段；北區(qū)：1 714～1 606 m、1 606～1 462 m兩個(gè)階段。

利用礦山南西露天采場(chǎng)溜井-粗破碎-膠帶平硐(1 660 m水平)運(yùn)輸系統(tǒng)，以1 738 m水平為界，將礦山劃分為上階段開拓系統(tǒng)和下階段開拓系統(tǒng)。其中：上階段開拓系統(tǒng)有南區(qū)1 738 m階段；下階段開拓系統(tǒng)有南區(qū)1 504 m階段、北區(qū)1 606 m階段和北區(qū)1 462 m階段，見圖2。

圖2 開采范圍立面示意圖

2.3.2 利舊工程

為減少露天轉(zhuǎn)地下過渡基建期，節(jié)省礦山初期基建投資，設(shè)計(jì)利用露天現(xiàn)有工程如下：

1)利用南西露天采場(chǎng)溜井-粗破碎-膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)。1 738 m階段以上(上階段)開采時(shí)，利用現(xiàn)有南西露天采場(chǎng)溜井-粗破碎-膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)，上階段礦石經(jīng)南西露天采場(chǎng)溜井-粗破碎-膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至選廠，膠帶平硐標(biāo)高1 660 m水平。

2)利用現(xiàn)有地表膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)。1 738 m階段以下(下階段)開采的礦石由新建膠帶斜井提升至地表后，利用現(xiàn)有地表膠帶運(yùn)往選廠?，F(xiàn)有地表膠帶包括Ⅱ硐2#膠帶機(jī)和Ⅱ硐3#膠帶機(jī)。為滿足新建膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)量的要求，需要對(duì)地表Ⅱ硐2#膠帶機(jī)和Ⅱ硐3#膠帶機(jī)進(jìn)行提速改造。

3)利用現(xiàn)有北東露天采場(chǎng)運(yùn)輸系統(tǒng)膠帶斜井和1 490 m回風(fēng)平硐。利用北東露天采場(chǎng)運(yùn)輸系統(tǒng)膠帶斜井進(jìn)風(fēng)。

利用北東露天采場(chǎng)運(yùn)輸系統(tǒng)1 490 m回風(fēng)平硐與下階段(除北區(qū)1 462 m階段以外)1 504 m專用排水平硐相接，將1 504 m以上露天和井下涌水排出地表。

4)利用北西露天1 624 m運(yùn)輸平硐。北西露天1 624 m運(yùn)輸平硐為無軌運(yùn)輸平硐，北東露天采場(chǎng)閉坑內(nèi)排廢石后不再使用，并將平硐北口進(jìn)行封堵。利用該平硐作為北區(qū)1 606 m階段開采進(jìn)風(fēng)平硐使用。

2.3.3 開拓系統(tǒng)

為充分利用露天現(xiàn)有工程，即南西露天采場(chǎng)溜井-粗破碎-1 660膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)，南區(qū)以1 738 m水平為界，分別在1 738 m和1 504 m布置階段運(yùn)輸水平。1 738 m階段礦石運(yùn)輸利用現(xiàn)有南西露天采場(chǎng)溜井-粗破碎-膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)；1 504 m階段礦石運(yùn)輸系統(tǒng)采用新建膠帶斜井系統(tǒng)運(yùn)輸。

為充分利用露天現(xiàn)有工程，即北西露天1 624 m運(yùn)輸平硐，北區(qū)以1 606 m水平為界，北區(qū)分別在1 606 m和1 462 m布置階段運(yùn)輸水平。兩個(gè)階段礦石運(yùn)輸均由新建膠帶斜井系統(tǒng)運(yùn)輸。

開拓系統(tǒng)分為上階段開拓系統(tǒng)和下階段開拓系統(tǒng)。

1)上階段開拓系統(tǒng)

南區(qū)1 738 m階段采用膠帶平硐、斜坡道聯(lián)合開拓系統(tǒng)。膠帶平硐即南西露天采場(chǎng)現(xiàn)有1 660 m溜井-粗破碎-膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)。

南區(qū)1 738 m階段在28線～36線之間存在無礦帶，將該階段礦體自然分成東、西兩部分。該階段礦體開采只有運(yùn)輸水平共用1 738 m運(yùn)輸水平外，其他開拓系統(tǒng)各自獨(dú)立。

南區(qū)1 738 m階段采場(chǎng)礦石經(jīng)過采區(qū)溜井下放至運(yùn)輸水平，采用20 t電機(jī)車牽引8輛10 m3底側(cè)卸式礦車卸入礦石主溜井，破碎后，經(jīng)現(xiàn)有南西露天采場(chǎng)1 660 m溜井-粗破碎-膠帶平硐運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至選廠。上階段開拓系統(tǒng)見圖3。

圖3 上階段開拓系統(tǒng)示意圖

2)下階段開拓系統(tǒng)

(1)南區(qū)1 504 m階段開拓系統(tǒng)

南區(qū)1 504 m階段采用膠帶斜井、主斜坡道聯(lián)合開拓，礦石集中運(yùn)輸方案。膠帶斜井為礦山新建膠帶斜井系統(tǒng)。

南區(qū)1 504 m階段采用膠帶斜井、主斜坡道聯(lián)合開拓。

在南區(qū)中部28勘探線附近無礦帶集中設(shè)置兩臺(tái)地下破碎，從破碎站至現(xiàn)有北區(qū)膠帶斜井硐口的轉(zhuǎn)運(yùn)站間設(shè)置一條膠帶斜井。斜井斜長(zhǎng)1 121.554 m，角度為12.404°。

南區(qū)1 504 m階段在36～56線之間存在無礦帶，將該階段礦體自然分成東、西兩部分。該階段礦體開采只有運(yùn)輸水平共用1 504 m運(yùn)輸水平外，其他開拓系統(tǒng)各自獨(dú)立。

南區(qū)1 504 m階段采場(chǎng)礦石經(jīng)過采區(qū)溜井下放至運(yùn)輸水平，采用20 t電機(jī)車牽引8輛10 m3底側(cè)卸式礦車卸入礦石主溜井，破碎后，經(jīng)新建膠帶斜井礦石運(yùn)輸系統(tǒng)提升至地表，經(jīng)原有地表膠帶通廊轉(zhuǎn)運(yùn)至選廠。

(2)北區(qū)開拓系統(tǒng)

北區(qū)采用膠帶斜井、斜坡道聯(lián)合開拓系統(tǒng)。北區(qū)1 606 m階段和1 462 m階段采場(chǎng)礦石經(jīng)過采區(qū)溜井下放至運(yùn)輸水平，采用20 t電機(jī)車牽引8輛10 m3底側(cè)卸式礦車卸入新建膠帶斜井礦石主溜井，破碎后，經(jīng)新建膠帶斜井系統(tǒng)提升至地表，經(jīng)原有地表膠帶通廊轉(zhuǎn)運(yùn)至選廠。下階段開拓系統(tǒng)見圖4。

圖4 下階段開拓系統(tǒng)示意圖

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)

2.4.1 南區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

1)南區(qū)1 738 m階段通風(fēng)系統(tǒng)

南區(qū)1 738 m階段在36～56線之間存在無礦帶，將南區(qū)該階段礦體自然分成東、西兩部分。該階段礦體開采只有運(yùn)輸水平共用1 738 m運(yùn)輸水平外，東、西部采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)都是相互獨(dú)立的。

(1)南區(qū)1 738 m階段東部設(shè)計(jì)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。1 732 m平硐、1 768 m進(jìn)風(fēng)平硐進(jìn)風(fēng)，各分段與地表相通的平硐口和1 744 m回風(fēng)平硐回風(fēng)。

(2)南區(qū)1 738 m階段西部設(shè)計(jì)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，中央對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。1 732 m平硐、1 744 m進(jìn)風(fēng)平硐和1 756 m進(jìn)風(fēng)平硐進(jìn)風(fēng)，南區(qū)西主回風(fēng)井和北區(qū)主回風(fēng)井回風(fēng)。

2)南區(qū)1 504 m階段通風(fēng)系統(tǒng)

南區(qū)1 504 m階段在36～56線之間存在無礦帶，將南區(qū)該階段礦體自然分成東、西兩部分。該階段礦體開采只有運(yùn)輸水平共用1 504 m運(yùn)輸水平外，東、西部采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)都是相互獨(dú)立的。

(1)南區(qū)1 504 m階段東部設(shè)計(jì)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，中央對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。南區(qū)主進(jìn)風(fēng)井和北東露天采場(chǎng)膠帶斜井進(jìn)風(fēng)，1 810 m回風(fēng)平硐、南區(qū)東主回風(fēng)井和膠帶斜井回風(fēng)。

(2)南區(qū)1 504 m階段西部設(shè)計(jì)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，中央對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。1 732 m平硐、1 756 m進(jìn)風(fēng)平硐和盲進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，南區(qū)西主回風(fēng)井和北區(qū)主回風(fēng)井回風(fēng)。

2.4.2 北區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

1)北區(qū)1 606 m階段設(shè)計(jì)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，中央對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。1 624 m平硐進(jìn)風(fēng)，北區(qū)主回風(fēng)井回風(fēng)。

2)北區(qū)1 462 m階段設(shè)計(jì)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，中央對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。1 624 m進(jìn)風(fēng)平硐和盲進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，北區(qū)主回風(fēng)井回風(fēng)。

2.5 井下排水

因該鐵礦屬高山型礦床，設(shè)計(jì)充分利用地形和露天原有工程，采用平硐排水方案。

1)南區(qū)1 738 m階段地下涌水，經(jīng)采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)天井下泄到1 738 m運(yùn)輸水平，經(jīng)過平硐排至露天坑。露天坑底部積水經(jīng)南東露天采場(chǎng)坑底導(dǎo)水通道、1 522 m倒段排水巷道、泄水井和1 504 m專用排水平硐，經(jīng)1 490 m平硐排出地表。

南區(qū)1 504 m階段地下涌水，經(jīng)采區(qū)回風(fēng)天井下泄到1 504 m運(yùn)輸水平，再經(jīng)過1 504 m專用排水平硐和1 490 m平硐排出地表。

2)北區(qū)1 606 m階段地下涌水，經(jīng)采區(qū)回風(fēng)天井下泄到1 606 m運(yùn)輸水平，再經(jīng)過泄水井(Φ1.5 m)、1 504 m專用排水平硐和1 490 m平硐排出地表。

北區(qū)1 462 m階段地下涌水，經(jīng)采區(qū)回風(fēng)天井下泄到1 462 m運(yùn)輸水平，再經(jīng)過1 462 m專用排水平硐排出地表。

3)新建膠帶斜井和其底部破碎系統(tǒng)的井巷涌水，匯集到1 397 m水平水窩泵站，經(jīng)破碎系統(tǒng)電梯井泵至1 504 m運(yùn)輸水平加壓泵站，再經(jīng)3#回風(fēng)天井泵至1 810 m高位水池供生產(chǎn)使用。剩余的涌水經(jīng)過1 504 m專用排水平硐和1 490 m平硐排出地表。

2.6 采礦方法

根據(jù)峨口鐵礦露天采場(chǎng)境界外礦體開采技術(shù)條件，區(qū)別于新建的地下開采礦山，峨口鐵礦露天轉(zhuǎn)地下開采方法的選擇，在已形成的露天采場(chǎng)及土場(chǎng)用地范圍內(nèi)，在不新增用地及盡量減少地表擾動(dòng)的前提下，優(yōu)先選擇安全條件好、開采成本低、資源回收利用率高、生產(chǎn)效率高的采礦方法。因此，設(shè)計(jì)選擇無底柱分段崩落法。

無底柱分段崩落法采用的結(jié)構(gòu)參數(shù)為18 m(分段高度)×20 m(進(jìn)路間距)。

3 露天轉(zhuǎn)地下生產(chǎn)銜接

峨口鐵礦露天轉(zhuǎn)地下工程過渡的關(guān)鍵制約因素有三條：一是露天采場(chǎng)和地下采區(qū)能否安全生產(chǎn)，互不影響；二是過渡期產(chǎn)量波動(dòng)??；三是盡快達(dá)產(chǎn)。

1)調(diào)整南西露天采場(chǎng)開采計(jì)劃，將南西西掛幫采區(qū)完全采用無底柱分段崩落法，加快南西西掛幫采區(qū)礦體開采。盡快釋放南西西掛幫采區(qū)的生產(chǎn)能力，使得在南西露天采場(chǎng)結(jié)束前形成南西地下采區(qū)生產(chǎn)能力才是峨口露天轉(zhuǎn)地下平穩(wěn)過渡的關(guān)鍵。

2)減緩北西露天采場(chǎng)開采。該區(qū)轉(zhuǎn)入地下生產(chǎn)時(shí)，其地下生產(chǎn)能力會(huì)有一個(gè)緩慢上升過程。這樣就要求該區(qū)轉(zhuǎn)入地下生產(chǎn)的時(shí)間盡量在南西區(qū)和南東區(qū)達(dá)到一定規(guī)模后進(jìn)行，進(jìn)而配合其他采區(qū)使礦山穩(wěn)產(chǎn)過渡。

3)在南西地下采區(qū)生產(chǎn)能力達(dá)到一定規(guī)模后，盡可能地降低南東地下采區(qū)的生產(chǎn)能力，使得三個(gè)地下采區(qū)基本同時(shí)結(jié)束，延長(zhǎng)礦山穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間。

4 覆蓋層

覆蓋層分為無底柱分段崩落法礦石覆蓋層和露天底巖石覆蓋層兩個(gè)部分。

將每個(gè)采區(qū)首采二分段，即在南區(qū)1 738 m階段西部1 972～1 954 m、1 954～1 936 m回采分段、南區(qū)1 738 m階段東部1 846～1 828 m、1 828～1 810 m回采分段、北區(qū)1 606 m階段1 714～1 696 m、1 696～1 678 m回采分段崩落的礦石作為覆蓋層。在露天境界和臺(tái)階部位，掛幫礦體每個(gè)分段靠近露天境界和臺(tái)階部位的礦體都應(yīng)留做覆蓋層。為保證礦石覆蓋層厚度及其使用效果，設(shè)計(jì)采用中深孔爆破方式對(duì)覆蓋層礦體進(jìn)行爆破，只采出本分段崩礦量的1/3，其余作為礦石覆蓋層。

南東、南西露天坑下部有地下開采礦體和需保護(hù)的井巷，需要巖石覆蓋層；北西露天坑下部無地下開采礦體和需保護(hù)的井巷設(shè)施，不需要巖石覆蓋層。

目前露天采場(chǎng)剩余廢石量30 萬m3，可直接內(nèi)排。設(shè)計(jì)考慮南東露天底覆蓋層通過露天境界剩余廢石內(nèi)排的方式形成，南西露天底覆蓋層通過露天境界剩余廢石內(nèi)排和回填排土場(chǎng)廢石相結(jié)合的方式形成，設(shè)計(jì)覆蓋層厚度為40 m。

5 結(jié)語

通過從以下幾個(gè)方面介紹了某鐵礦露天轉(zhuǎn)地下開采工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)今后由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采的礦山有一定的借鑒意義。

1)充分利用露天已有工程，減少露天轉(zhuǎn)地下過渡基建期，盡快轉(zhuǎn)入地下開采達(dá)到礦山規(guī)模平穩(wěn)過渡的目的。

2)采用分期建設(shè)方式，節(jié)省礦山初期基建投資。

3)高山型礦床的露天轉(zhuǎn)地下開采礦山可利用平硐排水，以減少投資、降低礦山運(yùn)營(yíng)成本。

4)選擇適當(dāng)采礦方法回收掛幫礦體資源，提高產(chǎn)量，保證礦山生產(chǎn)穩(wěn)定性。