張家夏樓鐵礦建設實施方案優化研究

王立根

(五礦邯邢礦業霍邱縣慶發礦業有限責任公司)

1 工程背景

張家夏樓鐵礦位于安徽省霍邱縣周集鎮南4 km，礦區經西側的105國道北至京九鐵路的阜陽車站，距離約80 km，南至寧西鐵路(西安至合肥西)的姚李車站，距離約70 km，東側至霍邱縣城20 km，交通十分便利。張家夏樓鐵礦設計開采規模為采選130萬t/a。

張家夏樓鐵礦建設實施方案本著采選工藝先進、總體布置合理、投資適度、經濟效益好的建設原則，130萬t/a采選實施方案是可行的，但在以下方面存在優化潛力:

(1)開拓系統、通風系統、充填系統、采礦方法、基建計劃等需要進一步系統優化。

(2)采掘設備國產化，便于維修，同時降低生產成本。

(3)礦山基建井巷工程需要進一步優化，在滿足生產的前提下，優化井巷工程結構，合理安排基建計劃，加快施工進度。

2 張家夏樓建設原實施方案

2.1 開拓系統

(1)主豎井方案。主井集中布置在張家夏樓礦區5#勘探線偏南礦體的下盤，采用14 m3單箕斗提升張家夏樓鐵礦采出來的礦石。

(2)副井及輔助斜坡道。采用1條副豎井、1條采區斜坡道方案。1#副井布置在張家夏樓礦區5#勘探線偏南礦體的下盤，位于主井的南端，井深662 m，主要服務于破碎硐室、皮帶運輸、粉礦回收，運輸中段升降廢石、人員、材料及進風等。張家夏樓礦區井下設1條輔助斜坡道，斜坡道自－480 m中段開口，至－250 m回風中段，斜坡道采用折返式布置，彎道曲線半徑20 m，每隔12.5 m與各采礦分段貫通。斜坡道坡度15%，斜坡道作為井下無軌設備上下、炸藥及爆破材料運送的主要通道，輔助進風和運送一些人員、材料。

(3)風井。全礦共有2條風井，其中南風井作為進風井，中風井作為回風井。

(4)開拓中段及井下運輸水平的設置。井下設3個中段，分別為－480 m有軌集中運輸中段、－350 m倒運中段、－250 m回風中段。

2.2 通風系統

礦區采用兩翼進風、中風井回風的通風方式。新鮮風流由南風井、1#副井進入井下各工作面，清洗工作面后的污風通過中風井排出地表。

礦山采用多級機站通風，在各進風井井底設Ⅰ級機站，在中風井井底設Ⅳ級機站，在采場入風處和回風處設Ⅱ級和Ⅲ級機站。

2.3 運輸系統

井下運輸分有軌和無軌2種運輸方式。

(1)有軌運輸。主運輸水平設在－480 m。有軌運輸中段采用沿脈加穿脈的環形布置方式;采用ZK14－9/550型14 t電機車牽引4 m3側卸礦車運輸礦石，采用 ZK7－9/550型7 t電機車牽引YFC1.2－9型翻轉式礦車運輸巖石。

(2)無軌運輸。－450 m、－350 m水平均為無軌運輸水平。部分廢石用地下卡車運至采空區充填。以上2個水平的設備、材料、人員可通過采區斜坡道上下。

2.4 充填系統

采用全尾砂膠結充填，制備好的砂漿通過充填鉆孔自流輸送至井下，再由各回風中段平巷的輸送管道經充填天井輸送至井下相應的采場。

充填站采用立式砂倉充填系統，設置2套相互獨立的充填系統，每套系統充填漿料制備能力為1 500 m3/d左右。充填站由2座立式砂倉、1座水泥倉、2個高濃度攪拌槽及相關輔助設施等組成。

充填鉆孔數目為2個，均為垂直鉆孔(由地表至－350m)，第四紀土層鉆孔應加套管(180mm×5)護壁，內設充填管，套管與充填管之間間隙采用優質黃泥(漿)填滿。充填管為耐磨陶瓷復合管或16Mn材料鋼管。平巷內的充填管道選用普通無縫鋼管。采場內敷設充填管道選用聚乙烯(樹脂)軟管，以便于移動和連接。

2.5 采礦方法及生產工藝

(1)采礦方法。根據礦體傾角、厚度不同，主要采用分段空場嗣后充填采礦方法和淺孔房柱嗣后充填采礦方法。中段高100 m，原則上采用一房一柱的二步采方案。

(2)主要生產工藝。對于分段空場嗣后充填采礦方法，回采鑿巖采用Simba1354鑿巖臺車，在鑿巖巷內鑿垂直扇形炮孔，最小抵抗線1.8 m，孔底距2.5～3.0 m。

(3)爆破采用銨油炸藥，對炮孔分段爆破。

(4)出礦以4 m3電動鏟運機，鏟運機效率40萬t/(臺a)。

(5)在－350 m中段布置充填管道打充填孔向采空區充填。

3 張家夏樓實施方案優化

3.1 優化原則

(1)在原實施方案的基礎上，進一步優化各系統及采礦方法結構參數，減少基建工程量，加快基建進度。

(2)在滿足生產的基礎上，掘進和出礦設備國產化，降低成本。

(3)合理規劃基建計劃，盡快投產、達產。

3.2 優化內容

在深入分析礦體賦存特點、生產規模基礎上，采用滿足生產較為成熟的采選工藝、設備，借鑒其他礦山建設經驗［1-3］，對張家夏樓鐵礦建設實施方案進行了分析、研究與優化，減少基建工程量和基建投資，使系統更加完善、合理，主要優化內容如下。

(1)開拓工程優化。開拓系統(圖1所示)的選擇往往受到礦山總平面布置、提升運輸、通風、排水等多種因素的影響，因此開拓方案的選擇，一方面要充分考慮影響礦床開拓方案的諸多因素，另一方面要遵循礦床開拓方案選擇的基本要求，即確保工程安全、技術可靠、基建工程量小和保證生產時間和質量的前提下，優選開拓方案［4］。礦山基建期工程量大，又加上副井安裝，在主井－475 m水平增設馬頭門，距離車場較近，便于基建期提巖，減輕副井提巖壓力。根據對提升任務的進一步系統深入分析與合理分配，對副井系統進行優化，優化后1#副井在－450 m水平不設馬頭門和平巷，人員上下可通過采區斜坡道至－450 m水平，節約基建工程量565 m (8 127 m3)，節約基建投資274.2萬元。根據風量合理分配，對南風井通風功能進行優化，由進風井改為回風井，由最低－475 m水平減少到－350 m水平，井筒工程量減少125 m(2 552 m3)，節約基建投資283.4萬元。結合中段設置、生產條件復雜的特點，對運輸水平進行優化，由－480 m水平改為－475 m水平，每條溜井、人行通風天井和回風天井均減少了5 m。

圖1 開拓系統

(2)通風系統優化。優化后全礦共設2條主回風井。張家夏樓南翼和北翼各設1條南風井和中風井作為回風井。張家夏樓礦區采用兩翼對角式通風系統，新鮮風流從1#副井進入，到達沿脈巷道后，經穿脈巷通過人行通風天井進入采場，洗涮工作面后的污風經回風天井到達回風水平，最后由南回風井和中回風井排出地表。

(3)充填系統優化。原設計充填站鉆孔由地表至－350 m水平，考慮到礦體緩傾斜，鉆孔到－350 m水平充填聯巷較長，且－350 m水平充填管道可由－350 m水平至－250 m水平回風井通過，因此充填站鉆孔由地表至－250 m水平，減少100 m鉆孔施工以及充填聯巷施工。原設計平巷內的充填管道選用普通無縫鋼管，質量大，價格高，移動和安裝不方便，建議采用鋼編復合管，耐磨且質量輕，價格低，安裝方便。

(4)采礦方法優化。在原分段空場嗣后充填采礦方法基礎上進行細化。由于張家夏樓礦體厚度、傾角變化較大，因此根據礦體不同厚度和傾角，推薦采用單分段和多分段鑿巖空場采礦嗣后充填法。對于單分段空場嗣后充填采礦方法，礦塊沿礦體走向布置，長100 m，中間留1條寬12 m的間柱，礦塊高100 m，劃為8個分段高度12.5 m的礦房，礦房長度44 m，如圖2所示。礦房由下向上回采，鑿巖采用Simba1354臺車，爆破采用銨油炸藥，分段爆破，出礦設備由原設計4 m3電動鏟運機改為2 m3電動鏟運機，出礦進路巷道斷面變小，這樣既滿足生產需要，又減少投資。原采場充填需要在－350 m中段施工充填聯巷和充填孔，工程量大、成本高，改進后充填是在礦塊中部的間柱內布置1條回風充填斜井，由充填斜井向各分段充填，充填聯巷短，工程量小，同時回風充填斜井將污風排入到上中段回風巷，回風充填斜井兼做回風井使用，可省去回風井施工，降低成本。

圖2 單分段空場嗣后充填采礦方法

(5)設備選型優化。平巷掘進原設計采用國外先進的Boomer 281掘進鑿巖臺車，成本高，優化后平巷掘進主要選用國產YZ60型全液壓鑿巖鉆車，成本低，備件價格低，同時滿足生產需求，減少了礦山投資。采場出礦設備均選擇2 m3的鏟運機，考慮到減少投資以及國產中小型鏟運機技術較成熟等因素，選取WJD－2型國產電動鏟運機為主，維修方便，成本較低。

(6)基建計劃優化。目前，除南風井、中風井掘砌到－350 m水平，其中南風井轉平開始施工平巷外，其他2條井均已下掘至基巖段，1#副井掘進完成并進行井筒安裝后承擔整個溜破系統支護、安裝和－475 m水平的副井車場、下盤沿脈巷和穿脈施工、斜坡道上掘提巖任務;主井掘進完成后進行臨時改絞，主要承擔－475 m水平主井車場、中央變電、水泵房、水倉以及整個溜破系統掘進提巖任務，然后開始永久井筒安裝，預計2014年9月底完成井筒安裝，具備使用條件;南風井承擔－350 m水平的掘進、高溜井下掘、斜坡道下掘提升任務;按以上安排10個工作隊同時施工編排的進度計劃約需2 a時間，預計2014年底可以達到試生產。

4 結論

(1)對開拓工程進行優化，使系統更加完善、合理，經過系統優化，1#副井減少基建工程量565 m (8 127 m3)，南風井減少井筒工程量減少125 m (2 552 m3)，每條溜井、人行通風天井和回風天井均減少了5 m(35 m3)。

(2)通風系統變得更加合理，采用兩翼對角式通風，具有風路短，阻力小、網絡簡單、風流易于控制、通風運行成本低等優點，且在經濟上較原通風方案可比流出費用現值少2 845.93萬元。

(3)充填系統鉆孔由原設計地表至－350 m水平改為至－250 m水平，減少100 m鉆孔施工以及充填聯巷施工，節約了基建投資。原平巷內的充填管道由普通無縫鋼管改為鋼編復合管，耐磨且質量輕，價格低，安裝方便。

(4)采礦方法更加合理，技術水平提高，大幅度提高采礦和出礦效率。

(5)掘進、出礦均采用國產化設備，在滿足生產的前提下，降低成本，又便于維修。

(6)通過合理安排基建計劃，可大幅度縮短基建工期。礦山在2014年達到試生產，基建工期縮短1 a。

［1］ 魏建現.李樓－吳集鐵礦聯合建設工程實施方案優化研究［J］.金屬礦山，2010(7):26-30.

［2］ 夏 興.特大型地下鐵礦山建設關鍵技術研究［D］.北京:中國礦業大學，2011.

［3］ 馬毅敏.李官集鐵礦開采設計優化實踐與思考［J］.采礦技術，2010，10(5):11-12.

［4］ 孫麗軍.礦山開拓系統設計優化研究［D］.武漢:武漢科技大學，2006，1-3.