魏建海

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司)

大紅山鐵礦高中段的應(yīng)用

魏建海

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司)

大紅山鐵礦一期工程采用了高集礦運(yùn)輸系統(tǒng)，開拓礦量很大，保證了礦山后續(xù)開發(fā)建設(shè)中能夠高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)；在二期工程建設(shè)過程中，結(jié)合一期和二期的接替時(shí)間、施工周期、工程難易程度、投資大小等諸多因素，權(quán)衡利弊，確定了適宜的中段高度，工藝及效益達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，為礦山后續(xù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

高中段 深溜井 集礦運(yùn)輸

在大紅山鐵礦一期工程設(shè)計(jì)時(shí)，國內(nèi)礦山配置的中段高度比較小，很少有100 m以上的中段。國外著名礦山基魯納鐵礦采用了200 m的高中段開拓，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。因此，參考國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用大的中段高度是實(shí)現(xiàn)大紅山鐵礦大規(guī)模開采總體目標(biāo)的需要。在工程量增加不多的情況下，可以大幅度增加開拓礦量，減少新中段準(zhǔn)備的頻度，從而相應(yīng)減少大量的運(yùn)輸、通風(fēng)、技術(shù)管理和工程管理等難度，以及大量減少生產(chǎn)開拓量、安裝工程量及投資，達(dá)到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。

1 大紅山鐵礦一期工程

1.1 中段高度的確定

1.1.1 階段高度劃分原則

(1)以坑口工業(yè)場地的合理布置為基準(zhǔn)，把礦體劃分為上部平硐溜井開拓和下部膠帶斜井開拓兩部分,725 m標(biāo)高作為階段劃分的基準(zhǔn)標(biāo)高。

(2)依據(jù)礦體的產(chǎn)狀和賦存條件及各塊段的礦量確定和劃分階段，充分考慮短距離無軌運(yùn)輸?shù)撵`活性;急傾斜礦體開采時(shí)，可利用高溜井放礦,以擴(kuò)大主要有軌運(yùn)輸水平的服務(wù)范圍,簡化運(yùn)輸系統(tǒng)。

1.1.2 階段高度及集礦運(yùn)輸水平的設(shè)置

大紅山鐵礦的主礦體厚大,礦巖穩(wěn)固性好,水文地質(zhì)條件簡單，具有采用高中段的有利條件。由于礦山生產(chǎn)能力大，并考慮到首采400～705 m礦體，為減輕新階段準(zhǔn)備工作的壓力，簡化運(yùn)輸系統(tǒng)和環(huán)節(jié)，保有長足穩(wěn)定的開拓礦量，采用高階段集中運(yùn)輸?shù)姆绞?，分別設(shè)720，380 m 2個(gè)有軌集中運(yùn)輸水平，集礦高度達(dá)340 m。

720 m平硐以上礦體為傾斜中厚-厚礦體，為頭部區(qū)段，擬采用分段空場法開采，鏟運(yùn)機(jī)(或電耙)出礦，平硐溜井開拓，自720 m平坑末端的適當(dāng)位置延伸，形成有軌運(yùn)輸水平，按排水坡度延伸至礦體下盤時(shí)，標(biāo)高已達(dá)到730 m，由730 m標(biāo)高至最上分段標(biāo)高850 m，段高約120 m。

500～720 m主要為傾斜—急傾斜礦體，為中部區(qū)段。其中大致在A40線以西，礦體呈東西向展布，大體上以625 m標(biāo)高為界，以上礦體較薄礦量少，以下礦體逐步變厚，劃分為中部區(qū)段Ⅱ采區(qū)，采用無底柱分段崩落法，垂直走向布置。大致在A40線以東，礦體總體上呈南北向展布，北薄南厚，大致在標(biāo)高700 m和500 m左右傾角變緩，劃分為中部區(qū)段Ⅰ采區(qū)，采用無底柱分段崩落法，沿走向布置。分段高度除首采分段為30 m以外，其余為20 m。由于延伸下部區(qū)段下盤的采場溜井可以兼顧中部區(qū)段的礦石運(yùn)輸，所以中部區(qū)段不單獨(dú)設(shè)置有軌運(yùn)輸階段，其中Ⅱ采區(qū)的礦石由采場出礦鏟運(yùn)機(jī)直接卸進(jìn)溜井，Ⅰ采區(qū)的礦石則需用卡車短距離倒運(yùn)后卸進(jìn)溜井，之后集中由380 m有軌運(yùn)輸水平運(yùn)出。

400～500 m主要為極厚大緩傾斜礦體，為下部區(qū)段，并將被中部區(qū)段壓礦的部分劃分為南翼采區(qū)，未壓礦部分A36線以東劃分為主采區(qū)，A36線以西劃分為西翼采區(qū)，3個(gè)采區(qū)均采用無底柱崩落法開采，分段高度為20 m。其中主采區(qū)480 m以上主要礦體已劃為50萬t/a工程的開采范圍，所以主采區(qū)以460 m為首采分段。本區(qū)段的有軌運(yùn)輸階段設(shè)置在380 m水平，各分段礦石均用采場溜井下放至380 m有軌運(yùn)輸水平。

1.2 高中段存在的問題及解決辦法

高中段雖然為大規(guī)模生產(chǎn)礦山提供了較大的開拓礦量，但也有弊端：①礦石溜放問題；②豎向交通問題；③采場通風(fēng)問題。

為解決高中段開拓的礦石溜放問題，一期工程中充分利用中部主采區(qū)礦體主要部分呈緩傾斜產(chǎn)出的條件，將溜井布置在380～480 m，高度小于100 m，多為數(shù)十米，采用吊罐法施工。南側(cè)中Ⅱ采區(qū)及中Ⅰ采區(qū)傾角較大，中Ⅱ采區(qū)的溜井布置在380～560 m，高度小于180 m，利用主采區(qū)480 m落頂分段水平巷道和380 m運(yùn)輸水平巷道進(jìn)行分段施工。中Ⅰ采區(qū)的溜井分段主要布置在625～675 m，從中Ⅰ采區(qū)625 m分段采礦水平往下，設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)溜井通至380 m水平，高達(dá)245 m，利用中Ⅱ采區(qū)560 m分段采礦水平、主采區(qū)480 m落頂水平進(jìn)行分段施工。一期工程個(gè)別高溜井施工有一定困難，最終通過各種辦法克服了困難，順利地實(shí)現(xiàn)了高溜井投產(chǎn)。

為解決豎向交通問題，主要采用輔助斜坡道和輔助盲豎井，輔助斜坡道運(yùn)行無軌設(shè)備，和采場平巷無縫對接，可以快速抵達(dá)各采區(qū)工作面，主采區(qū)部分主要使用輔助斜坡道與各采場聯(lián)通，中Ⅰ、中Ⅱ采區(qū)主要通過斜坡道聯(lián)通，斜坡道構(gòu)建了快速交通網(wǎng)絡(luò)。

為解決高中段的通風(fēng)問題，主要采用采區(qū)進(jìn)風(fēng)天井、輔助盲豎井和采區(qū)回風(fēng)天井，使新鮮風(fēng)流可以快速到達(dá)各采區(qū)，同時(shí)采用多級機(jī)站，構(gòu)成高效的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

1.3 一期工程實(shí)施的效果

與傳統(tǒng)的低中段相比，減少一個(gè)運(yùn)輸中段，就少了6萬多m3工程量，減少投資2 000多萬元，也節(jié)約了生產(chǎn)開拓中段的時(shí)間。一期工程完成后，礦山的開拓礦量達(dá)到5 413.67萬t，保有年限達(dá)到13.53 a，備采礦量728.57萬t，采準(zhǔn)礦量728.57萬t，保有年限達(dá)到1.82 a。同時(shí)720 m主平巷為開采720 m 頭部礦體提供了運(yùn)輸保障，為后續(xù)的擴(kuò)產(chǎn)提供了通道，720 m頭部礦體的礦量未計(jì)入開拓礦量內(nèi)。

2 大紅山鐵礦二期工程

在一期工程高中段成功使用的基礎(chǔ)上，二期仍采用大的中段高度。二期工程設(shè)計(jì)時(shí)，施工設(shè)備有了較大的發(fā)展，天井鉆機(jī)設(shè)備日益成熟，為高中段的應(yīng)用提供了更好的手段。

二期工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件不復(fù)雜，具有采用高中段的有利條件。

二期工程開采對象Ⅱ1礦組總體為由東向西緩傾斜傾伏,其包含4個(gè)主礦體：Ⅱ1-4、Ⅱ1-3、Ⅱ1-2、Ⅱ1-1，其中Ⅱ1-4、Ⅱ1-3礦體挨得較近，主要分布在約200 m標(biāo)高以上，A24～38線，在約A32線以東礦體完整厚大，其礦量主要集中在這一地段，在約A32線以西礦體分枝，其礦量相對較少；而Ⅱ1-2、Ⅱ1-1礦體也挨得較近，主要分布在約180 m標(biāo)高以下，A26～35線，主要礦量分布在60 m標(biāo)高之上，礦體中間部位完整厚大，周邊有少量分枝礦體。Ⅱ1-4、Ⅱ1-3礦體與Ⅱ1-2、Ⅱ1-1礦體間有一分界的夾層。

另外，以賦存于Ⅱ1礦組北下側(cè)的Ⅰ#銅礦帶為150萬t/a工程，選擇基建有軌集中運(yùn)輸水平標(biāo)高為380 m，生產(chǎn)持續(xù)的集中運(yùn)輸水平標(biāo)高為180 m。

2.1 基建運(yùn)輸水平設(shè)置

考慮到礦體賦存狀況及相關(guān)工程的情況，對基建運(yùn)輸水平標(biāo)高的設(shè)置提出2個(gè)方案。

方案Ⅰ：在40 m標(biāo)高設(shè)基建集中有軌運(yùn)輸水平，基本控制到二期開采礦體的底部，采用環(huán)形運(yùn)輸，沿脈裝車，有軌中段覆蓋大部分礦體，局部零星小礦體出礦采用汽車倒運(yùn)至最近溜井,下放至40 m中段。

方案Ⅱ：先在180 m標(biāo)高建立有軌運(yùn)輸水平，控制Ⅱ1-4、Ⅱ1-3礦體A32線以東的大部礦量，持續(xù)生產(chǎn)，再建設(shè)40 m有軌運(yùn)輸水平，采用環(huán)形運(yùn)輸，沿脈裝車，有軌中段覆蓋大部分礦體，A32線以西礦體采出礦石采用汽車倒運(yùn)至最近溜井,下放至下部有軌中段。

根據(jù)以上2種思路，對水平運(yùn)輸和溜礦系統(tǒng)進(jìn)行布置，形成2個(gè)完整的系統(tǒng)，開拓系統(tǒng)見圖1。對2個(gè)方案的開拓工程進(jìn)行對比，見表1。

圖1 二期開拓系統(tǒng)

表1 運(yùn)輸水平開拓比較

由表1可知：

(1)方案Ⅰ中采場溜井最大高度為360 m，高溜井須采用進(jìn)口天井鉆機(jī)施工，成本高(1 336 USD/m)；單中段集礦運(yùn)輸水平巷道長，基建工程量大；溜井開工時(shí)間過于靠后，建設(shè)期延長，對持續(xù)接替影響大；基建投資高，雖持續(xù)生產(chǎn)工程量小，費(fèi)用低，但投入凈現(xiàn)值最高。

(2)方案Ⅱ中溜井最大高度為220 m，可采用國產(chǎn)天井鉆機(jī)施工，成本相對較低；單中段集礦運(yùn)輸巷道長度短，基建工程量較小；建設(shè)周期短，對一、二期生產(chǎn)持續(xù)十分有利；基建投資低，雖持續(xù)生產(chǎn)工程量大，費(fèi)用高，但投入凈現(xiàn)值最低。

太深的溜井(300 m以上)采用天井鉆機(jī)施工時(shí)，井筒的偏斜不好控制，同時(shí)溜井越深，井筒穿過的巖層越復(fù)雜，施工精度越難把握，容易打成廢井，為解決施工精度問題，有時(shí)需要在中間標(biāo)高施工一個(gè)輔助中段，將溜井分段施工，但這樣做會增加工程量和延長施工周期。

由于深部礦體向西下傾斜，東部深溜井的下部段基本處于圍巖中，溜井距離采場工作面較遠(yuǎn)，下部段基本用不上，該部分溜井不僅造價(jià)高，且造成浪費(fèi)。同時(shí)，底部的集礦運(yùn)輸中段也存在一定程度的浪費(fèi)，造成運(yùn)輸距離加長，運(yùn)輸成本增加。

深溜井在使用過程中磨損較大，會影響下部礦體的正?；夭伞Ｉ盍锞木S護(hù)較為困難，由于大紅山鐵礦礦體較為厚大，為發(fā)揮鏟運(yùn)機(jī)的效率，大部分溜井位于采場內(nèi)，溜井磨損嚴(yán)重時(shí)會影響到正常降段和采場布置，從而影響正常生產(chǎn)。

在經(jīng)過對天井鉆機(jī)的考察后，認(rèn)為360 m深的溜井施工難度太大，根據(jù)天井鉆機(jī)的施工工藝要求，溜井上下都需要有巷道貫通，會造成溜井的開工時(shí)間太靠后，影響一期工程和二期工程的正常接替，并且施工周期太長，不太適于大紅山鐵礦二期工程使用。同時(shí)，太高的中段高度，會造成巷道獨(dú)頭施工的時(shí)間較長，并且大紅山鐵礦地?zé)崆闆r較為嚴(yán)重，會造成通風(fēng)困難，施工效率低下。

綜合以上分析，權(quán)衡利弊，最終決定采用方案Ⅱ，設(shè)置2個(gè)運(yùn)輸水平，初期形成180 m運(yùn)輸水平，生產(chǎn)中持續(xù)建設(shè)40 m運(yùn)輸水平。

2.2 二期工程中段布置

二期工程中180m中段為有軌集礦運(yùn)輸中段，采用環(huán)形運(yùn)輸穿(沿)脈裝礦，穿脈東西向布置，共6條裝礦穿脈，間距為80m，穿脈長800m；沿脈南北向布置，共3條，其中2條為行車用沿脈，分別連接各條穿脈的東西兩端，稱為東沿脈和西沿脈，另一條裝礦沿脈布置在西沿脈西側(cè)，稱為付西沿脈；為兼顧Ⅰ#銅礦帶180m中段廢石運(yùn)輸，在環(huán)形運(yùn)輸系統(tǒng)的東北角設(shè)置三角車場與Ⅰ#礦帶運(yùn)輸系統(tǒng)相連；在運(yùn)輸水平的南側(cè)布置卸載車場，共有2條卸礦線，一條卸廢線，一條回車線。運(yùn)輸平巷彎道半徑為60m，單軌運(yùn)輸平巷凈寬3.6m，墻高2.25m，凈斷面面積為11.51m2；雙軌運(yùn)輸平巷凈寬5.95m，墻高2.25m，凈斷面面積為22.70m2。

生產(chǎn)中將在40 m標(biāo)高建設(shè)完整的有軌運(yùn)輸中段，其布置形式及巷道參數(shù)與180 m中段大致相同。

2.3 預(yù)期效果

在二期工程完成的情況下，開拓礦量可以達(dá)到9 254.35萬t，采準(zhǔn)和備采礦量均為689.72萬t，保有年限分別達(dá)到17.8 a和1.33 a。大紅山鐵礦仍然會穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，同時(shí)，也為40 m集礦運(yùn)輸水平的建設(shè)留下了足夠的時(shí)間。

3 結(jié) 語

(1)大紅山鐵礦一期投產(chǎn)，第二年就達(dá)產(chǎn)，其主要原因就在于有大量開拓礦量和備采礦量作為支撐，有高效的采礦方法作為基礎(chǔ)，有大型先進(jìn)的無軌設(shè)備運(yùn)作，還有高效的水平運(yùn)輸、溜破系統(tǒng)和大型膠帶輸送系統(tǒng)作為支持；大開拓礦量也為二期工程建設(shè)期間，在生產(chǎn)和基建并舉的情況下，保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

(2)在大紅山鐵礦二期工程開拓系統(tǒng)的擬定過程中，采用2個(gè)中段和單中段開拓方案進(jìn)行比較，確定合理的開拓中段標(biāo)高。高中段開拓能夠控制更多的開拓礦量，延長中段使用時(shí)間，減少中段開拓?cái)?shù)量和工程量。合理的高中段開拓使得礦山長時(shí)間穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)收益常態(tài)化，有利于解決礦山生產(chǎn)的不均衡性矛盾。

Application of High Middle Segment in Dahongshan Iron Mine

Wei Jianhai

(Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co., Ltd.)

The high concentrate ore transport system is used in the first phase of Dahongshan iron mine, the developed ore reserve is so large so as to ensure the high yield and stable yield in the subsequent development and construction of Dahongshan iron mine. During the construction process of the second phase, the suitable middle segment height is determined by considering the factors such as the succeed time of the first phase and second phase, construction period, difficulty and ease degree of engineering, investment size. According to the above analysis results, the technology and efficiency of Dahongshan iron mine reach the domestic advanced level so as to lay the solid foundation for the further development.

High middle segment, Deep chute, Concentrate ore transport

2014-08-02)

魏建海(1967—)，男，主任工程師，高級工程師，650000 云南省昆明市白塔路208號。