我國鐵礦地下礦山聯(lián)合開拓方案研究

我國鐵礦地下礦山聯(lián)合開拓方案研究

眾所周知，地下采礦開發(fā)系統(tǒng)對礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和整體配置具有長期影響。這是一個綜合性的礦漿工程。為了合理的選擇地下礦山開拓系統(tǒng),必須根據(jù)礦區(qū)地形、地貌,礦體埋藏條件,巖體工程地質(zhì),礦床水文地質(zhì),礦石儲量,品位,礦巖中有害成分以及礦山規(guī)模,巖石錯動界線,采礦工藝,工業(yè)場地布置,礦山服務(wù)年限等開采技術(shù)條件和外部建設(shè)條件進(jìn)行多方案比較,最后選擇生產(chǎn)安全,技術(shù)可靠,經(jīng)濟(jì)合理,建設(shè)期短,管理集中的最佳開拓方案。地下礦山開拓方法隨著礦山技術(shù)水平和采裝、運、提升設(shè)備的更新而不斷改進(jìn)、完善和變革。50年代一些中小型礦山大都采用單一開拓方法,運輸和提升采用中小型國產(chǎn)設(shè)備。60年代以后,逐漸引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,在新建的一些大中型礦山,開始采用帶有地下破碎的平峒(溜井)、豎井開拓方法。部分豎井提升采用當(dāng)一個礦區(qū)由多個礦體組成時,可以分礦體開拓,使之形成各自獨立的開拓系統(tǒng);也可以沿礦體走向劃分采區(qū)形成分區(qū)開拓或按礦體垂直方向劃分上部與深部形成分期開拓。近十幾年來,我國地下冶金礦山技術(shù)裝備水平不斷提高,許多礦山都使用了較先進(jìn)的采裝運及提升設(shè)備,促使地下礦山開拓工藝也相應(yīng)變革?，F(xiàn)針對部分由多礦體組成的大中型生產(chǎn)礦山多采用聯(lián)合開拓方法的一些特點,進(jìn)行研究分析。一、控制型效果地處冀東北山區(qū)的小寺溝銅礦是我國最早(1977年始建)使用無軌設(shè)備運輸?shù)V巖的地下礦山。該礦采用平峒斜坡道聯(lián)合開拓(見圖1)。礦山規(guī)模99萬t/a(3000t/d)。該礦為一個中型鉬銅礦體共生的礦床,鉬礦帶由多個不連續(xù)的輝鉬礦礦體組成;銅礦帶由兩條似層狀的黃銅礦礦體組成。礦體走向長度1300m,礦體平均厚度40m,傾角70°。根據(jù)礦體埋藏條件,采用下盤平峒斜坡道汽車運輸聯(lián)合開拓。中段高度50m,675m平峒水平以下分為630、580、530、480m四個中段。1.平峒內(nèi)使用礦巖用于運輸?shù)V石與巖石的主平峒設(shè)在675m水平,平峒長度1036m,斷面為4.5m×3.75m。平峒內(nèi)使用國產(chǎn)25t自卸汽車運輸?shù)V巖,4t汽車作輔助運輸。目前675m平峒水平以上礦體開采即將結(jié)束,正在進(jìn)行平峒水平以下開拓井巷工程的延深。平峒以下礦體在延深100m以內(nèi)的礦石量占開采范圍內(nèi)礦石量的60%,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較,確定延深工程采用下盤雙斜坡道汽車運輸開拓方案。2.垂直礦體長絲運礦水平巷道是運輸?shù)V巖的自卸汽車和其它無軌設(shè)備的上行通道。自地表672m標(biāo)高,以近于垂直礦體走向方向直線下掘到銅礦體下盤613.5m標(biāo)高通向運礦水平巷道。主斜坡道長度1114m(初期),斷面規(guī)格4.7m×4m,凈斷面16.51m3.主要技術(shù)指標(biāo)峒口標(biāo)高675m,在平峒內(nèi)沿銅礦體下盤走向折返下掘到613.5m標(biāo)高,輔助斜坡道長度859m(初期),斷面規(guī)格5m×4m,凈斷面17.8m地下汽車運輸為單向環(huán)行運輸線,空車自675m平峒進(jìn)入,經(jīng)輔助斜坡道,運礦平巷到礦石溜井裝礦,重車自溜井經(jīng)運礦平巷,主斜坡道,地表運輸線,將礦石卸入原礦倉。小寺溝銅礦井下汽車運輸(初期)主要技術(shù)指標(biāo)見表1,井下汽車運輸線路參數(shù)見表2。小寺溝銅礦采用無軌斜坡道開拓汽車運輸?shù)V巖,已有十多年的先進(jìn)經(jīng)驗,這種平峒斜坡道聯(lián)合開拓主要有以下四個特點。(1)首創(chuàng)國內(nèi)運用斜坡道運礦巖的開拓系統(tǒng),對于礦體埋深在200m以內(nèi)的大中型礦山,采用無軌斜坡道開拓,使用國產(chǎn)汽車運輸?shù)V巖,是一種技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)合理的開拓方法,這就是被國外稱作“現(xiàn)金流采礦”(CashFlowMining)的開拓運輸系統(tǒng)。(2)顯示雙斜坡道環(huán)行線路運輸?shù)膬?yōu)越性。在平峒雙斜坡道聯(lián)合開拓工程中,采用單向環(huán)行線路運輸,主斜坡道為重車線,輔助斜坡道為空車線,互不干擾,形成一個獨特的雙斜坡道汽車運輸系統(tǒng),便于集中運輸,降低運輸成本。(3)節(jié)省了礦山建安工程。采用平峒斜坡道聯(lián)合開拓,汽車運輸?shù)V巖與豎、斜井提升礦巖相比,節(jié)省了地下破碎系統(tǒng)、井底車場、提升設(shè)施、井筒裝備、地表車場等一系列復(fù)雜的建安工程,建設(shè)周期短、投產(chǎn)快。(4)發(fā)揮了斜坡道無軌設(shè)備運輸?shù)撵`活性。在平峒與斜坡道內(nèi)不鋪設(shè)軌道,施工靈活機(jī)動,施工設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備可以共用;另外地下沒有大型固定的及控制性設(shè)備,易于調(diào)節(jié)礦山生產(chǎn)能力。二、基建工程量及礦體位于華北丘陵地帶的玉石洼鐵礦,采用斜井豎井聯(lián)合開拓,是我國第一個成功地使用斜井膠帶運輸?shù)牡叵妈F礦山。該礦設(shè)計規(guī)模100萬t/a。1969年7月開始建設(shè),基建工程量23.7萬m該礦屬矽卡巖型接觸交代磁鐵礦床,是由16個礦體組成,形態(tài)復(fù)雜的緩傾斜層狀礦體。礦體走向長度1800m,寬度400～800m,平均厚度36m,傾角10°～30°。礦石總儲量2800萬t。礦山實行分期建設(shè),220m水平以上為一期,礦石儲量約占總儲量的50%。220m水平以下為二期。根據(jù)礦體埋藏條件,采用下盤斜井鋼繩膠帶輸送機(jī)運輸?shù)V石,豎井作輔助提升的斜井-豎井聯(lián)合開拓系統(tǒng)(見圖2)。中段高度50m,設(shè)270、220、170m中段。1.鋼繩氣力鋼繩氣力應(yīng)集中運輸方案沿礦體下盤開鑿用于運輸?shù)V石的主斜井,長810m,斷面為3m×3.3m,傾角15°,井內(nèi)安裝一條鋼繩膠帶輸送機(jī)運輸?shù)V石;膠帶機(jī)一側(cè)設(shè)置一臺一期主要運輸水平為220m中段,由7t電機(jī)車牽引8個1.2m鋼繩膠帶輸送機(jī)技術(shù)性能見表3。2.梁區(qū)斜井鋼芯段在井下主斜井一側(cè)向下掘鑿一條170m中段膠帶斜井,用于運輸?shù)V石。井口標(biāo)高190m,井底150m,斜井長度165m,斷面3m×2.6m,傾角14°。井內(nèi)安裝一條鋼芯膠帶輸送機(jī),二期斜井延深工程目前正在進(jìn)行。二期主要運輸水平為170m中段,在170m水平卸礦峒室下部設(shè)置破碎峒室,礦石經(jīng)破碎由溜井溜放到板式給礦機(jī)上,然后卸至斜井膠帶機(jī)上,由鋼芯膠帶輸送機(jī)將礦石經(jīng)轉(zhuǎn)載峒室送至主斜井鋼繩膠帶輸送機(jī)上運往地表。鋼芯膠帶輸送機(jī)技術(shù)性能見表4。3.副立井用于提升人員、設(shè)備、材料和部分巖石以及敷設(shè)供排水管。井深360m,直徑4.5m。采用4.斜井鋼繩段防護(hù)施工技術(shù)用于提升人員和部分巖石以及敷設(shè)排水管等。井深240m,直徑5m。采用XKT2×3×1.5B-20型提升機(jī)提升雙層單車(0.75m玉石洼鐵礦使用斜井鋼繩膠帶運輸?shù)V石,已有15年生產(chǎn)經(jīng)驗,這種斜井豎井聯(lián)合開拓主要有以下特點。(1)實現(xiàn)了斜井連續(xù)運輸。采用斜井鋼繩膠帶運輸鐵礦石,技術(shù)可行,設(shè)備可靠,生產(chǎn)實踐證明是成功的。它不僅實現(xiàn)斜井連續(xù)運輸,也為斜井運輸自動化創(chuàng)造了條件。(2)采用斜井鋼繩運輸?shù)V石與豎井提升礦石相比,簡化了生產(chǎn)工藝系統(tǒng),設(shè)備簡單,地面建、構(gòu)筑物少,且平面布置靈活,生產(chǎn)安全,施工速度快,投資省,成本低。(3)設(shè)置了地下破碎系統(tǒng)。采用斜井鋼繩膠帶運輸鐵礦石,要求礦石粒度必須小于250mm。礦山投產(chǎn)初期,未設(shè)地下破碎系統(tǒng),由于鐵礦石體重大,在輸送大粒度礦石過程中,經(jīng)常出現(xiàn)膠帶脫槽事故,影響生產(chǎn)。后增設(shè)了地下破碎系統(tǒng)和在斜井中設(shè)置了膠帶脫槽保護(hù)裝置,確保了安全正常生產(chǎn)。(4)針對該礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜,井下涌水量較大的特點,專門開鑿了管子豎井,井內(nèi)敷設(shè)了排水管,采用這種設(shè)置,管理集中、檢修方便,有利于生產(chǎn)。三、-礦體的開采順序我國西北高山地區(qū)的酒鋼鏡鐵山鐵礦樺樹溝礦區(qū),是目前國內(nèi)設(shè)計能力最大,設(shè)備最先進(jìn)的特大型地下鐵礦。采用平峒-盲豎井-斜坡道-斜井聯(lián)合開拓。礦山規(guī)模500萬t/a,目前擬擴(kuò)至600萬t/a。1965年礦山開始建設(shè),基建工程量51.3萬m該礦區(qū)地處高寒地區(qū),地形復(fù)雜,最高標(biāo)高3610m,最低標(biāo)高2603m,比高1007m。礦體出露于山坡上,由7個礦體組成,其中Ⅰ-Ⅱ,Ⅱ-Ⅳ,Ⅵ-Ⅶ礦體為向斜構(gòu)造兩翼,V礦體為單斜構(gòu)造。礦床屬沉積變質(zhì)類型。礦體走向長度近2800m,平均厚度60m,傾角60°～90°,全礦床總儲量2.7億t。其中Ⅰ-Ⅱ礦體礦石儲量占總儲量的83.5%。礦石品位33.94%。礦區(qū)勘探工作于1958年完成。1970年礦山投產(chǎn)后,于1988年對Ⅵ-Ⅶ礦體進(jìn)行補(bǔ)勘,查明的礦石儲量略有增加。1990年又對6線至14線間各礦體進(jìn)行補(bǔ)勘,探明礦石儲量新增0.8億t,其部位主要在西區(qū)Ⅱ礦體及V礦體向西延伸至Ⅵ-Ⅶ礦體下部,并有繼續(xù)向西延伸的可能。由于各礦體賦存標(biāo)高不同,地質(zhì)勘探先后順序各異,因而形成了各礦體開采順序不合理的復(fù)雜局面。為扭轉(zhuǎn)不合理的開采順序和確定礦山總體開拓系統(tǒng),采取了分區(qū)開采和調(diào)整開采順序的措施,使之形成先東區(qū)后逐步向西區(qū)擴(kuò)展的多礦體平峒-盲豎井-斜坡道-斜井聯(lián)合開拓系統(tǒng)。階段高度60～120m,主要運輸水平為3240、3060、2940、2760、2640m。樺樹溝礦區(qū)開拓系統(tǒng)圖見圖3。1.礦體生產(chǎn)礦區(qū)整個礦區(qū)劃分為東區(qū)、西區(qū)和西區(qū)上部三個開采區(qū)段。東區(qū)自14線至23線為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ礦體,是目前該礦主要的生產(chǎn)礦區(qū)。西區(qū)自6線至14線為Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ礦體,是擬建新區(qū)。西區(qū)上部自1線至6線,為Ⅵ、Ⅶ礦體,埋藏標(biāo)高在3420～3240m之間。該區(qū)為一獨立采區(qū),規(guī)模為75萬t/a,采用平峒(溜井)-斜井聯(lián)合開拓,目前已施工,預(yù)計1995年投產(chǎn)。2.東、西北、礦體回采下降速度調(diào)整西區(qū)上部Ⅵ-Ⅶ礦體是該礦區(qū)埋藏標(biāo)高最高的礦體,它處于西區(qū)Ⅱ、ⅴ礦體開采錯動范圍內(nèi),本應(yīng)是首采區(qū),但因勘探較晚,使開采滯后,目前必須加速Ⅵ-Ⅶ礦體基建,強(qiáng)化開采,才能合理調(diào)整開采順序。鑒于東、西區(qū)Ⅰ、Ⅱ礦體在2760m水平已連為一體,因此必須調(diào)整各礦體回采下降速度,才能確保東、西區(qū)Ⅰ、Ⅱ礦體開采同步下降。為了確保東區(qū)、西區(qū)和西區(qū)上部三個區(qū)段在采礦工藝的合理銜接,經(jīng)調(diào)整開采順序,截止1991年末,各區(qū)段各礦體實際開采水平見表5。3.上分層開采平推進(jìn)技術(shù)該礦區(qū)主要開拓井巷是平峒(溜井),為礦石運輸和部分廢石的運輸系統(tǒng)。輔助井巷是豎井、斜坡道和斜井。(1)平峒用于運輸?shù)V石和部分廢石。主平峒標(biāo)高為2640m,平峒水平以上礦石儲量為9177萬t,平峒水平以下礦石儲量為9612萬t。平峒長度1800m,斷面13.95m(2)豎井運送井下人員、設(shè)備及材料。1)東區(qū)罐籠井:1970年建成使用,直徑5.5m,井深517m,采用2)西區(qū)罐籠井:擬新建井筒,負(fù)擔(dān)西區(qū)人員、廢石、設(shè)備與材料的提升。直徑6m,井深304m,采用(3)斜坡道主要運送井下人員,材料及大型采掘裝運設(shè)備。1986年12月建成投產(chǎn)的這條從地表至地下橫貫東、西區(qū)的主斜坡道,峒口標(biāo)高為2640m,布置在Ⅱ礦體下盤最終錯動界線以外。斜坡道單車道斷面20.05m(4)斜井用于Ⅵ-Ⅶ礦體輔助提升。在西區(qū)上部Ⅵ-Ⅶ礦體擬新開鑿一條斜井,斜井長426m,斷面12.43m樺樹溝礦區(qū)平峒-盲豎井-斜坡道-斜井聯(lián)合開拓,主要有三個特點。(1)各礦體獨立的開拓系統(tǒng)與多礦體總體開拓系統(tǒng)結(jié)合。東區(qū)Ⅰ-Ⅱ礦體和Ⅲ-Ⅳ礦體為該礦區(qū)投產(chǎn)后首采區(qū),已生產(chǎn)多年,采用平峒斜坡道-盲豎井聯(lián)合開拓,形成完整的開拓運輸系統(tǒng)。西區(qū)上部Ⅵ-Ⅶ礦體是該礦區(qū)埋藏標(biāo)高最高的礦體,目前正在基建,采用平峒-斜井聯(lián)合開拓,自成獨立開拓系統(tǒng)。整個礦區(qū)各礦體采出礦石由采區(qū)溜井下放到階段運輸水平裝車后運至礦石主溜井上口翻卸至2640m主平峒裝車后,再由電機(jī)車牽引集中運輸至地表破碎受礦槽。(2)平峒運輸?shù)V巖與斜坡道輔助運輸相結(jié)合。2640m水平主平峒擔(dān)負(fù)全礦區(qū)的礦石和部分巖石運輸。主斜坡道運送井下人員,材料及大型采掘裝運備設(shè)。在我國地下鐵礦開采中,該礦區(qū)是首次使用從地表至地下開掘主斜坡道作輔助運輸?shù)牡V山。這將對提高地下采礦輔助作業(yè)的機(jī)械化水平,改變地下礦工藝落后面貌,推廣無軌采礦技術(shù),改革地下礦開拓運輸系統(tǒng)起促進(jìn)作用。(3)礦區(qū)補(bǔ)充勘探,基建施工與礦山生產(chǎn)結(jié)合。礦區(qū)投產(chǎn)以來,先后進(jìn)行過兩次補(bǔ)充勘探,儲量增加0.8億t,其中工業(yè)儲量僅占0.3億t;據(jù)推斷西區(qū)Ⅰ-Ⅱ礦體向西繼續(xù)延伸,礦石儲量還會增加,尚需繼續(xù)補(bǔ)充勘探。西區(qū)上部Ⅵ-Ⅶ礦體在西區(qū)Ⅱ、Ⅴ礦體開采錯動范圍內(nèi),為了加速強(qiáng)化開采,現(xiàn)正進(jìn)行基建施工。針對礦區(qū)地質(zhì)補(bǔ)充勘探,基建施工與礦山生產(chǎn)相結(jié)合的現(xiàn)狀,采取先東區(qū)逐步向西區(qū)和西區(qū)上部擴(kuò)展的主體開拓系統(tǒng)來協(xié)調(diào)整個礦區(qū)開采和組織礦山生產(chǎn)。四、平峒-盲豎井-斜坡道-斜井聯(lián)合開拓的發(fā)展意義1.對礦體埋藏深度小于200m的由多礦體組成的礦床,采用斜坡道開拓?zé)o軌設(shè)備運輸系統(tǒng),是一種技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)合理的開拓方法。小寺溝銅礦在我國首創(chuàng)了斜坡道開拓汽車運輸?shù)V石系統(tǒng),它對于扭轉(zhuǎn)地下礦工藝落后,生產(chǎn)能力低的局面和促進(jìn)無軌采礦技術(shù)的發(fā)展均具有重要意義。2.對礦體埋藏深度小于300m的由多礦體組成的緩傾斜層狀礦床,采用設(shè)有地下破碎系統(tǒng)的斜井開拓,鋼繩或鋼芯膠帶運輸鐵礦石系統(tǒng),使用是成功的。