阿爾登—拓普坎鉛鋅礦恢復生產的采礦技術方案

張明峰 蘇建軍 姜仁義

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦是前蘇聯時期塔吉克斯坦的一座大型鉛鋅礦，1950年開始建設，1954年投產，上部采用露天開采，下部轉入地下開采。地下開采采用無底柱分段崩落法，礦石年產量一般是80～120萬t，1984年曾達到170萬 t。1989年以后，隨著蘇聯解體，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦生產開始波動，至1998年停產。

2006年塔中礦業(yè)取得阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的礦權，在恢復該礦的生產過程中，筆者負責采礦專業(yè)的設計及施工服務，設計中經查閱資料、現場踏勘及分析研究，確定了礦山恢復生產的建設規(guī)模、開拓運輸方案、采礦方法及主要采掘設備等主要采礦技術方案［1-5］。

1 地質條件及礦山現狀

1.1 地質條件

阿爾登—拓普坎礦區(qū)在區(qū)域上位于塔吉克斯坦與烏茲別克斯坦邊界附近的古拉明山脈西北斜坡上，海拔1 000～1 800 m。礦床內劃分9個含礦帶，礦帶內分布有87個獨立的礦體(礦化體)，礦權范圍內具有工業(yè)價值的礦體有26個，總體走向北東45°，沿走向總長度2 km(29線至40線)，礦體分布總寬度100～300 m。礦體傾向北西，傾角70°～80°，Ⅵ－1、Ⅷ－1為主礦體。Ⅵ－1礦體分布于15～40勘探線，走向長1 870 m，斜長650 m，Ⅲ中段以上、Ⅳ～Ⅵ中段16～20勘探線的部分礦體已經采空，礦體走向北東 45°，傾向北西，傾角 70°～80°，局部直立，平均厚度8.8 m;Ⅷ－1礦體分布于20～40勘探線，長約620 m，其中Ⅵ中段以上20～28勘探線的部分礦體已經基本采空，其他特征同Ⅵ－1礦體。

礦石中主要金屬礦物有方鉛礦、閃鋅礦，次有黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦。脈石礦物有方解石、長石、石英、角閃石、石榴石等，伴生有益組分有 Ag、Cd、Ge、Ga等。

礦體下盤圍巖為花崗閃長巖、變質砂巖和變質噴出巖，上盤圍巖為灰?guī)r，含礦巖石為矽卡巖。上、下盤圍巖及含礦巖石一般屬中等穩(wěn)固巖石。

礦區(qū)主要含水層為結晶灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，隔水層為花崗閃長斑巖、長石砂巖、矽卡巖，地下水的補給為大氣降水、高山冰雪融水。地下水的徑流主要通過溶隙(洞)、節(jié)理、斷層進行。地下水的排泄主要通過山谷、泉水、礦坑排泄。礦區(qū)內礦床水文地質條件屬中等復雜類型。

1.2 礦山現狀

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦是露天轉地下開采礦山，露天開采結束后地下開采采用平硐、溜井、斜坡道及輔助豎井聯合開拓，開拓運輸系統(tǒng)大致分兩部分。

Ⅴ中段(1 370 m水平)以上采用平硐、溜井及輔助斜坡道聯合開拓，礦巖從1 370 m平硐運出地表。其中礦石經破碎后溜放至1 110 m平硐，再由膠帶機運至烏茲別克選廠;巖石直接在硐外翻卸后采用汽車倒運;人員材料自各中段平硐口進入坑內;無軌采礦設備經輔助斜坡道到達采掘作業(yè)面。Ⅴ中段以上中段高70 m，生產中段有Ⅰ中段(1 650 m)、Ⅱ中段(1 580 m)、Ⅲ中段(1 510 m)、Ⅳ中段(1 440 m)、Ⅴ中段(1 370 m)。

Ⅴ中段以下至Ⅸ中段采用平硐、溜井、斜坡道及輔助豎井聯合開拓，礦巖從1 070 m平硐運出地表。其中礦石經破碎后由膠帶機運至烏茲別克選廠;巖石直接在硐外翻卸后采用汽車倒運;人員材料自Ⅴ中段、Ⅸ中段平硐口進入坑內，再經輔助豎井、電梯井到達采掘作業(yè)面;無軌采礦設備仍經輔助斜坡道到達采掘作業(yè)面。Ⅴ中段以下中段高75 m，生產中段有Ⅵ中段(1 295 m)、Ⅶ中段(1 220 m)、Ⅷ中段(1 145 m)、Ⅸ中段(1 070 m)。

東西兩翼建有回風井和回風平硐，構成兩翼對角式通風系統(tǒng)。

礦山輔助設施主要分布在Ⅴ中段、Ⅸ中段平硐硐口。

礦山生產期間采用無底柱分段崩落法采礦，中段高度70～75 m，分段高度18 ～19 m，出礦設備采用Toro－350型3.5 m3鏟運機。

生產期間以開采中部厚礦體為主，礦山停產前中部厚礦體已采至Ⅶ中段，而Ⅳ中段及以下外圍中厚礦體基本未予采準和回采。

從現場踏勘結果看，豎井、井下硐室等結構完好，斜坡道、平巷局部有冒頂坍塌。坑內設施除軌道基本完好外，其他設施均有不同程度損毀，供電、通訊等設備線纜大部分損毀，不能利用。

2 開采范圍及開采方式

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦開采范圍為建設單位已獲得采礦權范圍內的礦體。經調查，開采范圍內Ⅳ中段以上礦體已基本采完，且為多條礦體的邊角殘留，已有工程嚴重坍塌，開采范圍僅限于Ⅳ中段及以下剩余礦體。

Ⅸ中段以下礦體僅查到勘探井已施工至ⅩⅢ中段，未查到其他勘探資料。已有資料顯示，Ⅸ中段以下礦體為預測礦體，需待勘探證實后研究其開采方案，本研究的開采范圍為Ⅳ～Ⅸ中段的剩余礦體。

開采范圍內礦體恢復生產采用地下開采方式。

3 建設規(guī)模

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦停產前地下開采的產量一般在80～120萬t，恢復生產的建設規(guī)模依據開采范圍內礦體的生產能力確定。

開采范圍內礦體的生產能力采用以下方式驗證。

(1)按可布礦塊數驗證。開采范圍內礦體采用分段鑿巖階段空場法和淺孔留礦采礦法開采，其中分段鑿巖階段空場法礦塊生產能力15萬t/a，淺孔留礦采礦法礦塊生產能力3萬t/a。根據各中段可布礦塊數、有效礦塊數并考慮礦塊利用系數后計算的結果，Ⅴ～Ⅸ中段生產能力達到100萬t/a以上，個別中段達到180萬t/a。上部Ⅳ中段因礦體規(guī)模較小，生產能力為64萬t/a。

(2)按礦山開采年下降速度驗證。按礦山開采年下降速度采用下式驗證礦山生產能力:

式中，A為生產能力，萬t/a;V為礦山開采年下降速度，m/a;q為分段平均每米含礦量，萬t/m;α為礦石回采率，%;K1為礦體傾角修正系數;K2為礦體厚度修正系數;E為地質影響系數，B+C級0.85，D級0.5;β為廢石混入率，%。

根據阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的礦體條件進行計算，Ⅴ～Ⅸ中段生產能力達到100萬t/a以上，Ⅳ中段生產能力為54萬t/a。

(3)按經濟合理服務年限驗證。按經濟合理服務年限計算礦山生產能力采用式(2):

式中，Q為開采范圍內地質礦量，萬t;T為礦山服務年限，a。按大型礦山經濟合理的服務年限及開采范圍內剩余礦體的地質礦量計算，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的生產能力超過100萬t/a。

根據前述驗證結果，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦恢復生產的建設規(guī)模推薦為100萬t/a。

4 開拓運輸方案

設備備件等主要通過豎井提升。

現有勘探井、輔助井2條豎井可以作為提升豎井。2條豎井對比見表1。

4.1 Ⅴ中段以上

現場踏勘發(fā)現，原Ⅴ中段以上開拓運輸系統(tǒng)損毀較大，特別是其平硐口外部的礦石運輸系統(tǒng)因停產前就已停止使用，恢復利用的投入較大，且Ⅴ中段以上礦量較少，經比較后確定不再恢復Ⅴ中段平硐口外部的礦石運輸系統(tǒng)，Ⅴ中段以上的礦石通過溜井下放到Ⅸ中段，隨Ⅴ～Ⅸ中段礦石運出地表。

Ⅴ中段以上的巖石運輸系統(tǒng)、排土場修復后繼續(xù)使用，人員材料亦可通過修復后的Ⅴ中段平硐進出。

4.2 Ⅴ中段以下

Ⅴ中段以下主要開拓工程有Ⅸ中段平硐、勘探井、輔助井、斜坡道、電梯井、溜井、天井等。Ⅴ中段～Ⅸ中段的礦巖均通過溜井放至Ⅸ中段，再由Ⅸ中段平硐運出地表，并送至選礦廠。

人員、材料、設備備件等通過Ⅸ中段平硐進入坑內，再經由豎井、斜坡道、天井等進入采掘作業(yè)面。豎井提升效率較高，井下生產中段間的人員、材料、

表1 提升豎井方案比較

從表1可以看出，勘探井恢復費用較低，且已施工至ⅩⅢ中段，可直接用于Ⅸ中段以下的探礦、基建和生產。故推薦恢復勘探井用于豎井提升，另一條豎井輔助井暫不恢復提升設施，僅用作進風。

無軌采礦設備經輔助斜坡道到達采掘作業(yè)面。

井下所需新鮮風流經勘探井、輔助井、Ⅴ中段、Ⅸ中段平硐進入，污風經東西兩翼回風井、回風平硐排出地表。

恢復生產的開拓運輸系統(tǒng)見圖1。

圖1 開拓運輸系統(tǒng)縱投影

5 采礦方法及主要采掘設備

5.1 開采技術條件

阿爾登—拓普坎鉛鋅礦開采范圍內具有工業(yè)價值的礦體有26個，礦體呈層狀沿走向分布，屬多層礦;礦體下盤圍巖為花崗閃長巖、變質砂巖和變質噴出巖，上盤圍巖為灰?guī)r，含礦巖石為矽卡巖;上、下盤圍巖及含礦巖石一般屬中等穩(wěn)固巖石;礦體平均傾角75°，屬急傾斜礦體;礦體由薄至厚均有分布，經分類統(tǒng)計，15 m以上厚礦體占21.6%，15～5 m中厚礦體占63.1%，5 m以下薄礦脈占15.3%，中厚礦體占大部分;礦床水文地質條件屬中等—復雜類型;地表允許陷落。

5.2 采礦方法選擇

經技術經濟比較，阿爾登—拓普坎鉛鋅礦選用分段鑿巖階段空場法作為主要的采礦方法，中厚礦體的礦塊沿礦體走向布置，厚礦體的礦塊垂直礦體走向布置。薄礦脈采用淺孔留礦法回收。

分段鑿巖階段空場法分段高度18～22 m，中段高度70～75 m，礦柱寬度10 m，底柱高度15 ～20 m，頂柱高度4～6 m，礦塊長度60 m，礦塊生產能力15萬 t/a。

5.3 主要采掘設備

經計算，礦山萬噸采掘比80.52 m/萬t，年掘進井巷工程總長度8 052 m，掘進出碴總量269 390 t。掘進鑿巖以液壓鑿巖臺車鑿巖為主，臺年綜合效率2 000～2 500 m，計算的液壓鑿巖臺車為4臺，其中3臺工作，1臺備用。出碴選用3 m3柴油鏟運機，3 m3柴油鏟運機臺年綜合效率15萬t，計算的3 m3柴油鏟運機為3臺，其中2臺工作，1臺備用。

回采鑿巖選用中深孔鑿巖，計算的年穿孔量為135 351 m，回采鑿巖設備選用液壓采礦鑿巖臺車，液壓采礦鑿巖臺車臺年綜合效率6萬m，炮孔延米爆破量7 t/m，計算的液壓采礦鑿巖臺車為3臺工作。回采出礦選用3 m3電動鏟運機，3 m3電動鏟運機臺年綜合效率30萬t，計算的回采出礦鏟運機為4臺。回采作業(yè)地點較集中，設備可靠，不設備用。

坑內運輸水平有Ⅴ中段1 370 m水平和Ⅸ中段1 070 m水平。原有軌運輸系統(tǒng)的軌道線路長，保存完好，但其軌距為750 mm，與國內礦山同類窄軌762 mm的軌距相差12 mm，經與國內電機車、礦車廠家聯系，在不影響安全和機械性能的前提下，可以將電機車、礦車的軌距調整為750 mm。經計算，恢復生產后，選用ZK14－750/250－4C型14 t電機車(Ⅸ中段1 070 m水平)電機車8臺，其中6臺工作，2臺備用;ZK10－750/250－Z型10 t電機車(Ⅸ中段以外各運輸水平)9臺，其中6臺工作，3臺備用;YCC4－750型4 m3曲軌側卸式礦車53輛，其中42輛工作，11輛備用;YCC2－750型2 m3曲軌側卸式礦車57輛，其中45輛工作，12量備用。坑內運輸設備的軌距均確定為750 mm。

6 結論

(1)已停產多年的礦山恢復生產時，除了要詳細了解礦山的地質條件外，還應當進行現場實地踏勘，全面認識礦山現狀，以確保恢復生產的技術方案符合礦山生產實際。

(2)建設規(guī)模、開拓方案、采礦方法及主要采掘設備是恢復生產的主要技術方案，應當進行必要的分析計算和技術經濟比較后確定。

(3)阿爾登—拓普坎鉛鋅礦的設計和恢復生產的實際證明，本研究提出的主要技術方案符合礦山實際。

［1］ 柳志森．蒼山鐵礦開拓系統(tǒng)及采礦方法優(yōu)化［J］．金屬礦山，2009(7):39-42.

［2］ 王維勤，葉煥生．高村鐵礦恢復建設方案優(yōu)化及經濟效益評價［J］．金屬礦山，2003(9):50-51.

［3］ 魏學松，喬登攀．分段空場法分區(qū)回采在芨嶺鐵礦的應用［J］．金屬礦山，2010(3):32-35.

［4］ 姜仁義．某鐵礦設計中采礦方法的優(yōu)選［G］∥王運敏．中國采選技術十年回顧與展望．北京:冶金工業(yè)出版社，2011:76-79．

［5］ 黃勝生．金山金礦采礦方法的選擇［J］．礦業(yè)研究與開發(fā)，2000(2):4-6.

［6］ 楊 旭，姜仁義．某大型鐵礦露天轉地下開采總體技術方案論證［G］∥王運敏．中國采選技術十年回顧與展望．北京:冶金工業(yè)出版社，2012:110-113.