尚曉明, 孫 揚

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

1 前言

在礦山及其他地下工程領域，構筑通往地下的物流通道是進行工程活動的先決條件，在礦山領域稱為開拓系統(tǒng)。開拓系統(tǒng)的形成占據(jù)礦山基建的大部分投資，也占據(jù)礦山基建工期的大部分時間；不同的礦體特點及開采工藝，所選擇的開拓方法也各不相同。通常采用的開拓系統(tǒng)有豎井、斜坡道、斜井以及各個組合形成的開拓系統(tǒng)。各種開拓系統(tǒng)都需要從地表正向掘進，自上而下掘進形成。隨著技術發(fā)展，豎井掘進形成了正向和反向兩種建井工藝；但反向建井工藝，必須具備已有工程的先決條件。因此，反向建井工藝一般僅應用在已有礦山的改造工程中[1-3]。

國內(nèi)外新建礦山基建豎井常采用正掘豎井方案，但在一些特殊區(qū)域或國家，正掘豎井受制于復雜的地質(zhì)條件或嚴格的規(guī)程規(guī)范，導致正掘豎井投資巨大，基建進度緩慢，達產(chǎn)時間長，最終直接影響到項目的經(jīng)濟效益。

2 礦床開采技術條件

該金礦位于南非自由邦的Matjhabeng地區(qū)

Ventersburg鎮(zhèn)西北部，距Welkom鎮(zhèn)東南約25km，海拔1 340～1 500m，地形以草原連綿起伏的丘陵為特征。

礦體賦存深度在距地表340～1 300m，礦體平均傾角14°，平均厚度1.48m。

礦體賦存于夾有石英巖的礫巖中，上下盤巖石大都為石英巖，巖石結構穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件簡單。

3 開拓方式研究

3.1 開拓系統(tǒng)概述

該金礦已由某咨詢單位于2013年完成可研工作，2016年對財務模型中的部分數(shù)據(jù)進行了修正，修正后項目IRR為8.7%。開拓系統(tǒng)選擇為豎井+斜坡道接力提升的方案。采區(qū)內(nèi)礦石通過下盤沿脈由30t柴油卡車將礦石卸載到斜坡道，再由50t柴油卡車通過斜坡道運輸?shù)街骶詡鹊男遁d站，卸載后通過主井雙箕斗系統(tǒng)提升到地表。

2018年由另一咨詢公司對該項目進行評估，同時由一南非本地建井公司根據(jù)南非最新規(guī)范要求，對主井和風井施工費用和進度進行了重新估價，并在財務模型中升級，升級財務模型后得出項目IRR為4.4%。

該金礦IRR由原先8.7%降到4.4%，主要原因是項目采用豎井提升與通風，豎井采用正掘方案，建井公司根據(jù)南非最新的規(guī)范要求，新增了相當大的投資在正掘豎井上，由此導致項目內(nèi)部收益率急劇下降。

3.2 斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓研究

1)總體思路

通過分析對比，對項目經(jīng)濟效果影響較大的是正掘主井和風井導致施工投資增加及工期延長，為提高項目內(nèi)部收益率，本文提出斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓，豎井由正掘改為反掘，以達到降低總投資和投資強度等目的。

豎井反掘的前提是要有工程能提前到達井筒下部，以便有安裝擴孔鉆頭的空間及反掘時產(chǎn)生廢渣的出渣通道。故基建時先從地表掘進斜坡道，當斜坡道掘進到一定深度后，對主井和風井進行反掘，從而實現(xiàn)豎井反向建井工藝。為減少井筒的偏斜并降低施工難度，主井和風井都在斜坡道到達200m的深度時進行第一段的反掘，第二段在斜坡道到底后再進行反掘。

2)具體實施例

該金礦需基建2條豎井，一條為主井，井筒凈直徑6.0m，深度為466m；一條為風井，井筒凈直徑6.5m，深度為393m。若按正掘豎井方案，正掘豎井的進度慢、投資大，達產(chǎn)期晚，故考慮采用斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓的方案，具體如圖1所示。

圖1 斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓示意圖

基建時從地表掘進斜坡道，滯后進行主井和風井導孔的施工，主井導孔深度235m，風井導孔深度207m。當斜坡道掘進到距地表深度207m時，進行斜坡道與風井導孔之間聯(lián)絡道的施工；聯(lián)絡道施工完畢后，將導孔鉆頭卸下安裝擴孔鉆頭，由下而上擴孔進行風井的反掘。 當斜坡道掘進到距地表深度235m時，進行斜坡道與主井導孔之間聯(lián)絡道的施工，聯(lián)絡道施工完畢后反掘主井。

第一段風井(深207m)反掘完成后，在風井深度207m處的聯(lián)絡道中施工第二段風井的導孔，導孔深度186m。第一段主井(深235m)反掘完成后，在主井深度235m處的聯(lián)絡道中施工第二段主井的導孔，導孔深度231m。

當斜坡道掘進到距地表深度393m時，進行斜坡道與風井導孔之間聯(lián)絡道的施工，聯(lián)絡道施工完畢后反掘風井第二部分工程；當斜坡道掘進到距地表深度466m時，進行斜坡道與主井導孔之間聯(lián)絡道的施工，聯(lián)絡道施工完畢后反掘主井第二部分工程。反掘時產(chǎn)生的廢渣由卡車通過斜坡道運到地表。

斜坡道到底后，除了進行豎井的反掘外，還可同時進行井下其他工程的開拓，當開拓工程到達礦體后，在豎井還沒有安裝調(diào)試好之前，礦廢石可以通過斜坡道運輸?shù)降乇恚瑢崿F(xiàn)礦山的早投產(chǎn)，當豎井工程安裝調(diào)試好之后，礦廢石可以轉為豎井提升。

該方案的關鍵線路是斜坡道的掘進，斜坡道掘進速度越快，后面的工程就能相應提前基建，也能盡早到達礦體，快速投產(chǎn)。經(jīng)過測算，當斜坡道掘進速度在80m/月時，IRR為7.5%；當斜坡道掘進速度在100m/月時，IRR為9.7%；當斜坡道掘進速度達到120m/月時，IRR為11.7%。

4 結論

本文利用斜坡道能靈活布置的特點，構筑形成反掘豎井工程條件，充分利用斜坡道+豎井開拓系統(tǒng)之間的聯(lián)系，復合利用，聯(lián)合基建，實現(xiàn)豎井反向建井工藝。利用反井鉆機反掘豎井，速度快、效率高、安全性易保證。斜坡道到達礦體后即可通過斜坡道出礦，不受豎井安裝調(diào)試的限制，當豎井安裝調(diào)試好，礦石即可通過豎井提升，出礦方式靈活多樣。在豎井正掘投資大、進度慢的情況下，通過利用通地表斜坡道創(chuàng)造工程條件，豎井采用反向掘進建井工藝，可有效降低豎井投資。