王 磊，劉澤洲

(1.阿克陶百源豐礦業(yè)有限公司，新疆 阿克陶 845550； 2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012)

0 前 言

礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)是礦山項目論證和設(shè)計階段的核心問題之一，合理的生產(chǎn)系統(tǒng)能夠有效節(jié)省礦山項目基建投資、縮短基建工期、降低運(yùn)營成本，同時便于企業(yè)日常生產(chǎn)和管理[1]。眾多研究人員就此開展了大量的研究工作：李延飛等[2]對某鐵礦開拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化研究，提出了膠帶斜井開拓運(yùn)輸方案，并從投資、運(yùn)營等方面做出對比分析以確定最優(yōu)方案；陳志興[3]對某地采多金屬礦開拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出3種開拓運(yùn)輸方案，對可比部分進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得出了膠帶斜井—副井—斜坡道開拓運(yùn)輸方案為最優(yōu)方案；姚秀華等[4]對白云鄂博鐵礦開拓運(yùn)輸系統(tǒng)方案設(shè)計及優(yōu)化研究，對白云鄂博鐵礦主礦和東礦開拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，提出礦山深部開采選用破碎膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)；周禮[5]對黃山南銅鎳礦深部采礦方法及生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化研究，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦黃山南銅鎳礦深部采用9線副井—22線主井—輔助斜坡道開拓方案，確定了礦山深部通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、壓氣及供水系統(tǒng)方案。從以上研究可以看出，礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的確定需要緊密結(jié)合每個礦山具體情形才能做出科學(xué)決策。針對深部生產(chǎn)系統(tǒng)面臨的問題，阿克陶百源豐錳礦聯(lián)合長沙礦山研究院有限責(zé)任公司開展井下深部生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化研究，以改善企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況，實現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展。

1 礦山開采現(xiàn)狀以及存在的問題

1.1 礦山開采現(xiàn)狀

百源豐錳礦礦體厚度為薄到中厚型(3～8 m)，平均5～6 m，品位30%以上，東西走向長接近4 km。礦體大部分屬于60°以上急傾斜礦體，礦體中等穩(wěn)固，上下盤圍巖為不穩(wěn)固的碳質(zhì)泥灰?guī)r、板巖，開采條件較復(fù)雜。根據(jù)勘探線，百源豐錳礦對礦區(qū)劃分4個采區(qū)進(jìn)行管理，一采區(qū)的范圍是17線～0線；二采區(qū)的范圍是0線～18線；三采區(qū)的范圍是18線～-30.5線；五采區(qū)的范圍是30.5線～44線。目前礦山年產(chǎn)量為45×104t/a，生產(chǎn)主要集中在一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)、五采區(qū)的3 680 m水平以上。

1)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)

根據(jù)礦體情況和結(jié)合礦山工程布置現(xiàn)狀，現(xiàn)有中段高度為40 m。各采區(qū)分別采用斜坡道開拓，各中段(分段)之間通過斜坡道連接，主要擔(dān)負(fù)礦石、廢石、人員、設(shè)備和材料等運(yùn)輸任務(wù)，兼做安全出口和進(jìn)風(fēng)井。坑內(nèi)采用無軌自卸汽車運(yùn)輸。

2)采礦方法

目前采用機(jī)械化上向水平干式充填法。采場沿礦體走向布置，每100 m劃分為一個盤區(qū)，中段高度40 m，分段高度約為10～12 m。首采分層高度3 m，分層充填高度2 m，空頂高度1 m，最大空頂高度3 m。采用光面爆破控制頂板輪廓。根據(jù)采場巖石的穩(wěn)固性情況采用錨桿、筋條、噴漿、掛網(wǎng)噴漿等方式及時進(jìn)行支護(hù)。當(dāng)?shù)V體厚度≥5 m時，首先采用長錨索進(jìn)行支護(hù)，并且在上盤礦巖交界處留設(shè)0.5～0.8 m的護(hù)壁。采場充填采用廢石作為充填骨料，摻加水泥、水?dāng)嚢韬笥闷囘\(yùn)送至待充填采場。

3)通風(fēng)系統(tǒng)

新鮮風(fēng)流由各個主平硐通過斜坡道進(jìn)入到各個中段(分段)，再由采場聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入到各個采場內(nèi)，采場內(nèi)的污風(fēng)通過脈內(nèi)回風(fēng)井排至上一中段回風(fēng)巷內(nèi)，再由回風(fēng)巷中的風(fēng)機(jī)抽出地表。

4)排水系統(tǒng)

礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面為東部瑪爾坎蘇河河床，標(biāo)高為3 632 m。目前，開采主要礦體位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，涌水量較小，井下涌水由平硐自流至地表沉淀池。

1.2 存在的問題

根據(jù)百源豐錳礦開采現(xiàn)狀、工程布置以及資源儲量條件，目前礦山存在的問題有如下幾點。

1)均衡穩(wěn)產(chǎn)銜接困難

根據(jù)統(tǒng)計的礦量數(shù)據(jù)，百源豐礦區(qū)內(nèi)保有資源量總計537.94萬t，當(dāng)前各采區(qū)有開拓工程控制的開拓礦量約為187.35萬t，除去殘采礦量，剩余保有開拓礦量約109.5萬t，按照按50萬t/a生產(chǎn)能力則服務(wù)年限為2.2 a。新開拓一采區(qū)的3 640 m中段，三采區(qū)的3 660 m，五采區(qū)的3 630 m以下，這3個采礦區(qū)域的水文地質(zhì)條件變得復(fù)雜，直接影響掘進(jìn)速度。而各采區(qū)轉(zhuǎn)入深部開采后，開拓運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及排水系統(tǒng)的建設(shè)，會影響當(dāng)前正常生產(chǎn)，按照類似礦山的工程建設(shè)經(jīng)驗，該基建時間均在2～3 a。以上因素都會延緩深部開拓工程建設(shè)進(jìn)度，礦山在上下部生產(chǎn)銜接與穩(wěn)產(chǎn)方面將面臨較大壓力。

2)生產(chǎn)系統(tǒng)布置欠合理

百源豐錳礦自露天轉(zhuǎn)入地下開采以來，采用分區(qū)分段開采的方式來組織生產(chǎn)。各采區(qū)井下的開拓運(yùn)輸、通風(fēng)、中段及分段劃分等沒有進(jìn)行統(tǒng)一布局和系統(tǒng)規(guī)劃，而是局限在各個采區(qū)內(nèi)單獨(dú)考慮，使得系統(tǒng)工程布置欠合理，相互之間不配套，導(dǎo)致工程利用率不高，投資浪費(fèi)嚴(yán)重，且嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)。井下通風(fēng)無法形成穩(wěn)定有效的通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)路，加上井下大量使用的小型柴油鏟裝運(yùn)輸設(shè)備排放的尾氣，井下通風(fēng)效果差；目前井下基本沒有形成正規(guī)的排水系統(tǒng)，井下涌水及生產(chǎn)用水無法通過水溝自然匯集至水倉然后排出井口，對礦巖穩(wěn)固性及回采安全造成嚴(yán)重影響。

3)機(jī)械化程度不高，采礦充填成本高

由于前期缺少統(tǒng)一規(guī)劃，目前百源豐錳礦一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)、五采區(qū)井下生產(chǎn)較為無序，各采區(qū)回采下降速度不均衡，且井下生產(chǎn)機(jī)械化水平不高，井下鏟裝設(shè)備普遍采用0.6 m3鏟運(yùn)機(jī)配合5 t小型卡車出礦，無集中出礦導(dǎo)致井下生產(chǎn)效率較低。同時，目前井下采用的廢石膠結(jié)充填，充填廢石在地表與水泥、水混合攪拌之后再采用小型卡車運(yùn)送至采場，接著采用裝載機(jī)倒運(yùn)充填，充填廢石需經(jīng)多次倒運(yùn)，效率低，運(yùn)距長，運(yùn)輸油料消耗大，運(yùn)輸過程尾氣污染嚴(yán)重。

4)深部水文地質(zhì)條件復(fù)雜，開拓和回采困難

目前，礦山整體開采標(biāo)高均在3 680 m以上，水文地質(zhì)條件相對簡單，地下水對井下生產(chǎn)的影響不大，但根據(jù)目前工程揭露情況來看，隨著往深部延伸，3 630 m水平以下開始位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以下，水文地質(zhì)條件將逐漸變得復(fù)雜。百源豐錳礦礦巖松散破碎，遇水后穩(wěn)固性更差，深部開拓工程施工難度大，甚至?xí)绊懙降V山均衡穩(wěn)產(chǎn)銜接工作。深部礦體回采時地下水將給井下安全生產(chǎn)帶來較大影響。

2 深部生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 中段高度劃分

礦體屬于急傾斜薄至中厚礦體，結(jié)合選取的采礦方法需要，并考慮礦體賦存條件以及現(xiàn)有中段的設(shè)置標(biāo)高，中段高度提高至50 m。既降低了開拓比，又可以和五區(qū)已有的3 630 m平硐銜接上，可實現(xiàn)3 630 m中段的涌水自流出地表，降低了排水費(fèi)用。

根據(jù)一采區(qū)已開拓至3 640 m，并且已掘進(jìn)平巷約175 m的現(xiàn)狀，故一采區(qū)不設(shè)3 630 m中段，利用3 640 m作為中段平巷，3 580 m中段的段高為60 m。一采區(qū)3 640 m中段與二采區(qū)3 630 m中段在無礦帶通過運(yùn)輸斜巷進(jìn)行連通。

井下共劃分為3 680 m中段、3 630 m中段(其中一區(qū)3 640 m中段)、3 580 m中段、3 530 m中段、3 480 m中段共5個中段，其中3 680 m中段為回風(fēng)中段(已有)，其余均為回采中段。

2.2 深部開拓系統(tǒng)的初步選擇

根據(jù)礦山開拓系統(tǒng)及工程現(xiàn)狀，結(jié)合礦山生產(chǎn)規(guī)模、地表地形條件、礦體賦存特點，初步階段提出了以下4個可行的深部開拓運(yùn)輸方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較。

1)方案1：采用雙斜坡道和中段無軌。在一采區(qū)、二采區(qū)之間和三采區(qū)、五采區(qū)之間分別設(shè)置主斜坡道和管纜井，西主斜坡道斷面3.6 m×3.4 m，坡度12%，主要擔(dān)負(fù)一、二采區(qū)35.0×104t/a礦石和7.0×104t/a廢石的運(yùn)輸任務(wù)，以及人員、設(shè)備和材料等運(yùn)輸任務(wù)，同時兼做采區(qū)斜坡道；東主斜坡道斷面3.6 m×3.4 m，坡度12%，主要擔(dān)負(fù)三采區(qū)、五采區(qū)25.0×104t/a礦石和5.0×104t/a廢石的運(yùn)輸任務(wù)，以及人員、設(shè)備和材料等運(yùn)輸任務(wù)，同時兼做采區(qū)斜坡道。2條管纜井凈直徑3.0 m，主要用于安裝排水管、供水管、電纜和進(jìn)風(fēng)，內(nèi)部設(shè)置梯子間用于檢修。斜坡道以及中段礦石運(yùn)輸采用10 t自卸卡車，采場礦石通過采區(qū)溜井的振動放礦機(jī)裝車，由10 t自卸卡車通過中段運(yùn)輸巷、斜坡道運(yùn)輸?shù)降乇淼V石堆場。

2)方案2：采用雙斜坡道和中段有軌。斜坡道和管纜井設(shè)置同方案1，斜坡道礦石運(yùn)輸配備12 t自卸卡車，中段運(yùn)輸采用7 t電機(jī)車和1.2 m3側(cè)卸式礦車。采場礦石通過采區(qū)溜井的振動放礦機(jī)裝車，由電機(jī)車牽引1.2 m3側(cè)卸式礦車組通過中段運(yùn)輸巷卸入靠近斜坡道附近的中段礦、廢石倉，然后由礦、廢石倉底部的振動放礦機(jī)裝車，最終由12 t自卸卡車通過斜坡道運(yùn)輸?shù)降乇淼V石堆場。

3)方案3：采用箕斗斜井、輔助斜坡道和中段有軌。在3 680 m主平硐掘進(jìn)盲箕斗斜井至3 480 m中段，巷道斷面5.8 m×3.3 m，傾角30°，主要擔(dān)負(fù)全礦山60×104t/a礦石和12×104t/a廢石提升任務(wù)。提升機(jī)型號為2JK-3×1.5/31.5，電機(jī)功率400 kW，配4.4 m3后卸式雙箕斗，曲軌卸載。在3 580 m中段、3 480 m中段設(shè)置2個裝載點。輔助斜坡道和管纜井的設(shè)置方案同方案1，由于輔助斜坡道不用于礦、廢石運(yùn)輸，坡度為15%，斷面3.2 m×3.0 m，其余同主斜坡道。中段運(yùn)輸采用7 t電機(jī)車和1.2 m3側(cè)卸式礦車。

4)方案4：采用罐籠主井、輔助斜坡道和中段有軌。在3 680 m主平硐靠近二采區(qū)從3 680 m標(biāo)高掘進(jìn)盲罐籠主井至3 480 m中段，井筒直徑Φ5.0 m，主要擔(dān)負(fù)全礦山60×104t/a礦石和12×104t/a廢石提升任務(wù)，兼做進(jìn)風(fēng)井。采用雙層罐籠互為平衡，3#雙層鋼罐籠、鋼罐道，罐籠一次可提升2輛1.2 m3側(cè)卸式礦車。提升機(jī)選用JKMD-2.25×4(I)型多繩提升機(jī)(卷筒直徑Φ2.25 m)，電機(jī)功率550 kW。由于盲罐籠主井可作為進(jìn)風(fēng)井，一采區(qū)、二采區(qū)之間不另設(shè)管纜井，其余輔助斜坡道和管纜井布置同方案3。中段運(yùn)輸采用7 t電機(jī)車和1.2 m3側(cè)卸式礦車。

上述4個方案的可比投資、年度運(yùn)營費(fèi)用以及費(fèi)用現(xiàn)值見表1。

表1 初步階段各方案經(jīng)濟(jì)比較 萬元

經(jīng)過綜合比較可知：①方案1的汽車進(jìn)入中段運(yùn)輸污染風(fēng)流，井下空氣環(huán)境差，并且投資和費(fèi)用現(xiàn)值均較大，經(jīng)濟(jì)性較差，前期予以排除。②方案4的豎井提升系統(tǒng)運(yùn)行一段時間之后，鋼絲繩受拉伸長，易導(dǎo)致難以準(zhǔn)確對罐，并且也不適用多中段停罐需要，3 680 m主平硐需要鋪軌，對現(xiàn)有生產(chǎn)有影響，前期予以排除。③方案3：現(xiàn)礦山每個采區(qū)都有獨(dú)立的施工隊伍外包，井下中段集中運(yùn)輸至箕斗斜井導(dǎo)致需要跨采區(qū)運(yùn)輸，對井下生產(chǎn)管理要求高，前期予以排除。④方案2：不需跨采區(qū)運(yùn)輸，符合礦山現(xiàn)每個采區(qū)都有獨(dú)立的施工隊伍作業(yè)的實際情況，井下生產(chǎn)便于管理，同時汽車不進(jìn)入中段，井下空氣環(huán)境較好，并且無軌設(shè)備采用分期投入，可比投資較少，費(fèi)用現(xiàn)值最小，經(jīng)濟(jì)性占優(yōu)，兼顧了無軌運(yùn)輸和有軌運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點。因此，主要從生產(chǎn)管理、經(jīng)濟(jì)、后期擴(kuò)產(chǎn)方便等角度考慮，初步推薦方案2：雙斜坡道+中段有軌。

2.3 深部開拓系統(tǒng)的深化選擇

考慮一采區(qū)、二采區(qū)之間的無礦帶，在初步階段方案2的基礎(chǔ)上提出了2個深化開拓運(yùn)輸方案進(jìn)一步比較。(說明：以下2個深化開拓方案主要考慮一采區(qū)、二采區(qū)之間的開拓運(yùn)輸不同，三采區(qū)、五采區(qū)之間的屬于有礦帶，東主斜坡道均按兼做采區(qū)斜坡道考慮，不進(jìn)入可比的范疇)

1)深化方案1：采用主斜坡道、采區(qū)斜坡道和管纜井

西主斜坡道：從現(xiàn)有3 680 m平硐內(nèi)掘進(jìn)，坡度12%，凈斷面3.6 m×3.4 m，轉(zhuǎn)彎半徑15 m，斜坡道至3 557 m分段裝礦點長度約1 350 m，主要擔(dān)負(fù)一、二采區(qū)35.0×104t/a礦石和15.0×104t/a廢石的運(yùn)輸任務(wù)，以及人員、設(shè)備和材料等運(yùn)輸任務(wù)，同時兼做二采區(qū)的采區(qū)斜坡道。礦、廢石運(yùn)輸配備12 t自卸卡車，人員運(yùn)輸配備ATR25R型無軌人車(25人)。

采區(qū)斜坡道(一采區(qū))：為了一采區(qū)、二采區(qū)的無礦帶不設(shè)多余的分段聯(lián)絡(luò)平巷，在一采區(qū)另設(shè)采區(qū)斜坡道，采區(qū)斜坡道坡度15%，凈斷面3.2 m×3.0 m，轉(zhuǎn)彎半徑10 m，采用200 mm厚泥結(jié)碎石路面。

管纜井：①1號管纜井從一采區(qū)3 720 m平硐內(nèi)掘進(jìn)(7線附近)，井筒凈直徑Ф3.0 m，總深度240 m，主要用于布置一采區(qū)從地表過來的風(fēng)水管、電纜、充填管，兼做新鮮風(fēng)流通風(fēng)，內(nèi)部設(shè)置梯子間用于檢修；②2號管纜井從二采區(qū)3 720 m平硐內(nèi)掘進(jìn)(4線西側(cè))，井筒凈直徑Ф3.0 m，總深度240 m，主要用于布置二采區(qū)從地表過來的風(fēng)水管、電纜、充填管，兼做新鮮風(fēng)流通風(fēng)，內(nèi)部設(shè)置梯子間用于檢修。

坑內(nèi)運(yùn)輸：中段采用有軌運(yùn)輸，巷道凈斷面3.0 m×2.8 m，坡度3‰，采用7 t電機(jī)車牽引1.2 m3側(cè)卸式礦車組運(yùn)行。

排水系統(tǒng)：礦山井下排水采用分期排水。開采前期，在3 580 m中段靠近2號管纜井設(shè)置水泵房及水倉，將井下涌水排至3 630 m平硐，然后自流至地表沉淀池。開采后期，在3 480 m中段靠近2號管纜井設(shè)置水泵房及水倉(一套排水系統(tǒng))，井下涌水直接由3 480 m水泵房排至3 630 m平硐，然后自流至地表沉淀池。

2)深化方案2：采用雙主斜坡道(兼做采區(qū)斜坡道)和管纜井

西主斜坡道(一采區(qū))：從現(xiàn)有3 680 m平硐內(nèi)掘進(jìn)，直線坡度12%，斷面3.6 m×3.4 m三心拱，轉(zhuǎn)彎半徑15 m，斜坡道至3 557 m分段裝礦點長度約1 398 m。主要擔(dān)負(fù)一采區(qū)15.0×104t/a礦石和6.4×104t/a廢石運(yùn)輸以及設(shè)備、人員和材料等運(yùn)輸任務(wù)，礦、廢石運(yùn)輸配備12 t自卸卡車，人員運(yùn)輸配備ATR25R型無軌人車(25人)。

西主斜坡道(二采區(qū))：斜坡道(3 680～3 671 m)段與西主斜坡道(一采區(qū))共用，參數(shù)與功能同西主斜坡道(一采區(qū))，主要擔(dān)負(fù)二采區(qū)20.0×104t/a礦石和8.6×104t/a廢石運(yùn)輸，礦、廢石運(yùn)輸配備12 t自卸卡車，人員運(yùn)輸配備ATR25R型無軌人車(25人)。

管纜井：1號管纜井、2號管纜井分別從一采區(qū)、二采區(qū)3 720 m平硐內(nèi)掘進(jìn)，參數(shù)與功能同方案1。

坑內(nèi)運(yùn)輸：3 480 m中段采用無軌汽車進(jìn)入中段運(yùn)輸?shù)V、廢石，其他中段同方案1。

排水系統(tǒng)：礦山井下排水采用分期排水。開采前期，在3 580 m中段靠近西管纜井設(shè)置水泵房及水倉，將井下涌水排至3 630 m平硐，然后自流至地表沉淀池。開采后期，在一采區(qū)、二采區(qū)3 480 m中段靠近對應(yīng)的管纜井分別設(shè)置水泵房及水倉(2套排水系統(tǒng))，井下涌水直接由3 480 m水泵房排至3 630 m平硐，然后自流至地表沉淀池。

經(jīng)綜合比較可知，方案2相較于方案1，采用2條主斜坡道分別至一采區(qū)、二采區(qū)，減少了斜坡道汽車運(yùn)輸?shù)拿芗?，一、二采區(qū)中段運(yùn)輸至各自采區(qū)礦、廢石倉的距離相對更短，并且3 480 m中段采用無軌運(yùn)輸更為靈活，但可比井巷工程量較大，投資較大，費(fèi)用現(xiàn)值較大，經(jīng)濟(jì)性較差(見表2)。方案1采用主斜坡道和采區(qū)斜坡道，可比井巷工程量較小，投資較小，則經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)，一采區(qū)另設(shè)采區(qū)斜坡道，充分利用了已有工程，也減少了對主斜坡道運(yùn)輸?shù)挠绊?，雖然一采區(qū)、二采區(qū)集中運(yùn)輸距離相對較長，但也充分發(fā)揮了有軌運(yùn)輸?shù)奶攸c。

表2 深化階段各方案經(jīng)濟(jì)比較 萬元

因此，主要從經(jīng)濟(jì)、工程利舊等角度考慮，設(shè)計推薦深化方案1：采用主斜坡道、采區(qū)斜坡道和中段有軌。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)工程開拓系統(tǒng)布置形式、礦體賦存狀況及采礦方法需要，由于礦床東西走向接近4 km，因此，設(shè)計該礦井在整體上采用間隔對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)?，F(xiàn)將各區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)分述如下。

1)一采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

設(shè)計一采區(qū)采用一采區(qū)3 720 m平硐進(jìn)風(fēng)，1號回風(fēng)斜坡道硐口(原一采區(qū)3 720 m斜坡道硐口)回風(fēng)的單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

2)二采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

設(shè)計二采區(qū)采用二采區(qū)3 720 m平硐、二采區(qū)3 680 m平硐進(jìn)風(fēng)，與三采區(qū)共用2號回風(fēng)平硐(原二采區(qū)3 800 m平硐)和3號回風(fēng)平硐(原三采區(qū)3 760 m平硐口)回風(fēng)，在二采區(qū)內(nèi)部形成單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

3)三采區(qū)、五采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

設(shè)計三采區(qū)與五采區(qū)共用三采區(qū)3 660 m平硐、五采區(qū)3 630 m平硐同時進(jìn)風(fēng)，三采區(qū)與二采區(qū)共用2號回風(fēng)平硐(原二采區(qū)3 800 m平硐)、3號回風(fēng)平硐(原三采區(qū)3 760 m平硐口)同時回風(fēng)，五采區(qū)則利用4號回風(fēng)平硐(原五采區(qū)3 666 m平硐)回風(fēng)。最終使三采區(qū)和五采區(qū)形成兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。礦山井下風(fēng)量及負(fù)壓計算見表3。

表3 礦井風(fēng)量、負(fù)壓計算結(jié)果

根據(jù)上述計算結(jié)果，在1號回風(fēng)斜坡道口風(fēng)機(jī)房內(nèi)選用1臺FCDZ-8-NO22型礦用節(jié)能軸流式通風(fēng)機(jī)，配備2臺YPT355M-6型變頻電機(jī)，功率2×160 kW；在18線3 760 m風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)選用2臺FCDZ-10-NO25型礦用節(jié)能軸流式通風(fēng)機(jī)，每臺主通風(fēng)機(jī)配備2臺YSP355L-10型變頻電機(jī)，功率2×185 kW；在4號回風(fēng)平硐風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)選用1臺FCDZ-8-NO20型礦用節(jié)能軸流式通風(fēng)機(jī)，配備2臺YSP315L-8型變頻電機(jī)，功率2×90 kW。風(fēng)機(jī)工況點參數(shù)見表4。

表4 風(fēng)機(jī)工況點參數(shù)

2.5 排水系統(tǒng)

礦山深部各中段涌水測算見表5。結(jié)合礦山開拓系統(tǒng)現(xiàn)狀，目前3 630 m平硐口為最低硐口，深部主要礦體位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以下，未有平硐口通地表，故采用機(jī)械排水方式。為了縮短基建工期，使礦山盡快投產(chǎn)，設(shè)計采用分期排水方式將涌水排至地表。

1)基建期

在二采區(qū)3 580 m管纜井附近設(shè)置水泵房水倉，全礦井下涌水匯集至3 580 m水倉，抽排至3 630 m平硐，自流至地表沉淀池。3 580 m水泵房內(nèi)選用3臺MD280-43×2型耐磨多級離心泵，水泵功率110 kW/380 V。新管工況點流量308.00 m3/h，揚(yáng)程81.18 m，軸功率92.67 kW。舊管工況點流量266.00 m3/h，揚(yáng)程87.93 m，軸功率87.85 kW。排水管設(shè)兩趟，采用Ф245×6無縫鋼管，沿2號管纜井敷設(shè)至3 630 m中段最高處，并刷紅丹防銹漆防銹。

2)開采后期

由于3 480 m中段在二采區(qū)和三采區(qū)未連通，故分別在二采區(qū)、三采區(qū)3 480 m管纜井附近各設(shè)置水泵房水倉，將井下涌水抽排至3 630 m平硐，自流至地表沉淀池。后期排水系統(tǒng)形成后，取消基建排水系統(tǒng)。

二采區(qū)3 480 m水泵房負(fù)責(zé)抽排一采區(qū)、二采區(qū)井下涌水，在二采區(qū)3 480 m設(shè)置水泵房內(nèi)選用3臺MD120-50×4型耐磨多級離心泵，水泵功率110 kW/380 V。新管工況點流量134.00 m3/h，揚(yáng)程175.71 m，軸功率93.49 kW。舊管工況點流量128.00 m3/h，揚(yáng)程186.57 m，軸功率92.19 kW。排水管設(shè)兩趟，均采用Ф159×6無縫鋼管，沿2號管纜井敷設(shè)至3 630 m中段最高處，管線都刷紅丹防銹漆作防銹處理。

三采區(qū)3 480 m水泵房負(fù)責(zé)抽排三采區(qū)、五采區(qū)井下涌水，在三采區(qū)3 480 m設(shè)置水泵房內(nèi)選用3臺MD280-65×3型耐磨多級離心泵，水泵功率280 kW/380 V。新管工況點流量296.00 m3/h，揚(yáng)程190.77 m，軸功率221.06 kW。舊管工況點流量256.00 m3/h，揚(yáng)程200.22 m，軸功率200.65 kW。排水管設(shè)兩趟，采用Ф245×6無縫鋼管，沿3號管纜井敷設(shè)至3 630 m平硐，并刷紅丹防銹漆防銹。井下排水量情況見表5。

表5 井下排水量情況 m3/d

3 經(jīng)濟(jì)評價

3.1 項目投資

項目新增總投資為25 616.32萬元，其中新增建設(shè)投資為22 155.27萬元，新增建設(shè)期利息為911.91萬元，新增流動資金為2 549.14萬元。新增建設(shè)投資構(gòu)成見表6，其中工程費(fèi)用18 886.06萬元。本項目利用原有固定資產(chǎn)3 000.00萬元，在財務(wù)分析中計提折舊并按現(xiàn)金流出參與評價。

表6 投資分析

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

項目的經(jīng)濟(jì)效益是決定技改工程能否付諸實施的關(guān)鍵[6]。經(jīng)測算，項目建成投產(chǎn)后，達(dá)產(chǎn)年平均營業(yè)收入為49 933.17萬元，年增值稅5 217.99萬元/a，營業(yè)稅及附加為2 310.41萬元/a，年平均利潤總額為26 050.20萬元/a，上交所得稅為3 907.53萬元/a，凈利潤為22 142.67萬元/a。所得稅前：項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率為66.82%、項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值(Ic=8%)89 056.44萬元、項目投資回收期2.99 a。所得稅后：項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率60.53%、項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值(Ic=10%)74 837.01萬元、項目投資回收期3.14 a；以生產(chǎn)能力利用率年平均表示的盈虧平衡點(BEP)為31.14%。

綜上所述，項目井下深部生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)效益較好，且具有較強(qiáng)的財務(wù)生存能力和抗風(fēng)險能力，社會經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié) 論

1)據(jù)礦山開采現(xiàn)狀及存在問題，對初步階段提出的4個方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，從生產(chǎn)管理、經(jīng)濟(jì)、后期擴(kuò)產(chǎn)方便等角度考慮，推薦采用方案2，即采用雙斜坡道和中段有軌開拓運(yùn)輸方案。

2)考慮一采區(qū)、二采區(qū)之間的無礦帶，在初步階段方案2的基礎(chǔ)上對提出的2個深化方案進(jìn)行了進(jìn)一步比較，推薦采用主斜坡道、采區(qū)斜坡道和中段有軌開拓運(yùn)輸方案，同時確定了礦山深部通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)方案，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)備選型。

3)經(jīng)測算，項目新增總投資為25 616.32萬元，建成投產(chǎn)后年平均營業(yè)收入為49 933.17萬元，凈利潤為22 142.67萬元/a，投資財務(wù)內(nèi)部稅后收益率60.53%，投資財務(wù)稅后凈現(xiàn)值(Ic=10%)74 837.01萬元。項目經(jīng)濟(jì)效益好，且具較強(qiáng)的財務(wù)生存能力、償債能力和抗風(fēng)險能力。