某鐵礦（擴界、擴能）開拓系統方案優化選擇

襲著鋒

（山東乾舜礦冶科技股份有限公司，山東 濟南2 50014）

試驗研究

某鐵礦（擴界、擴能）開拓系統方案優化選擇

襲著鋒

（山東乾舜礦冶科技股份有限公司，山東 濟南2 50014）

某鐵礦為隱伏礦床，采用地下開采方式，為滿足擴界、擴能需要，根據現有開采技術條件及礦體傾角陡、埋藏深的特點，只能選擇豎井開拓方式。在可供選擇的3種開拓方案中，通過技術經濟性比較，確定方案Ⅲ為最佳開拓方案，即在不影響正常生產的情況下，在礦區西翼新掘兩條豎井（西主井、西副井）。該方案技術可行、安全可靠、經濟合理，通過了專家評審，得到了政府主管部門的批準。

鐵礦；擴能；礦體特征；開拓方案

1 前言

蘭陵縣某鐵礦為生產礦山，開采方式為地下開采；現生產規模30萬t/a，礦區范圍由6個拐點坐標圈定，面積0.555 7 km2，開采標高-157～-476 m。2014年，相關部門批準了該礦礦區范圍的擴界申請，擴界后礦區范圍由7個拐點圈定，面積0.848 km2，開采深度為+112～-1 286 m。

該鐵礦開拓方案屬于擴界、擴能資源開發利用。礦區依據資源儲量、開采技術條件及礦山整體發展規劃等，擬將生產規模由30萬t/a擴大到100萬t/a，項目總投資上億元。根據現有開采技術條件，選擇最優的礦床開拓系統方案，對礦山的整體規劃及健康發展起著至關重要的作用，對整個礦山的經濟效益起著決定性作用。

2 礦體特征及開采技術條件

1）礦體特征。根據最新《核實報告》和《深部及外圍詳查報告》，該鐵礦區發育有南北兩條礦帶，23個礦體，其中深部及外圍發育有19個礦體，均為隱伏礦體；總體走向為245°～270°，平行展布，相向而傾。北（N）礦帶走向245°，傾向北西，傾角60°～85°，南（S）礦帶走向251°～272°，傾向南東，傾角66°～86°。礦體賦存標高為-10～-1 286 m，埋深80～1 380 m，礦體的平均厚度之和為145.22 m，平均品位TFe 31.26%，MFe 18.95%。

2）水文地質條件。由于礦體處于丘陵區，地形有利于自然排水，礦體雖位于侵蝕基準面以下，但礦體及圍巖含水層富水性微弱，地下水補給條件差，地表水體不構成礦床充水的主要因素，構造破碎帶富水性中等，地下水補給條件差，水文地質邊界較復雜。礦區水文地質條件為中等類型。

3）工程地質條件。礦體呈急傾斜似層狀產出，賦存于山草峪組變質地層中，含礦巖石為磁鐵角閃石英巖，粒狀變晶結構，條帶狀構造。礦石較完整，裂隙不甚發育，物理力學強度高，飽和單軸抗壓強度119.0～188.8 MPa，為極堅硬巖類。

礦體頂板及礦體巖石質量指標RQD值平均73%，巖體完整性中等；礦體底板巖石質量指標RQD值平均75%。礦體頂底板巖體較完整，穩定性較好，屬于極堅硬巖類。

圍巖及礦體均屬堅硬巖類，礦區內構造較發育，礦體頂板片理較發育，巖體中等完整，穩定性較好，工程地質條件為中等類型，礦床開采不會發生不良工程地質問題。

4）環境地質條件。礦區內為丘陵區，溝谷沖蝕地貌，基巖大部分出露地表，無散粒碎石堆積和軟弱滑坡體等地質災害隱患。區內無大的新構造活動和正在活動的斷裂，區域穩定性好。

根據調查，區域內無大的工業加工區和污染源，地表、地下水質良好，礦石和廢石不易分解出有害組份，礦山采用充填采礦法，不會出現地表塌陷和地裂，無地熱和氣害現象，該礦區應為地質環境質量中等的區域。因此，本礦區為基巖裂隙含水層直接充水為主的水文地質條件中等的礦床，工程地質條件屬中等類型，礦區環境地質類型屬中等類型。對開拓系統的選擇沒有大的影響。

3 開拓系統方案的優化選擇

3.1 礦山開拓系統現狀

礦山在礦區東翼采用主、副兩豎井地下開采方式，目前東主井和東副井（東翼主、副井改為東主井和東副井）已掘進至-300 m水平，形成了完善的開拓、通風、排水等系統。經驗算，東主井年礦石提升能力為58萬t，東副井年廢石提升能力為17.5萬t，達不到100萬t/a的生產能力。

3.2 開拓方案

開拓方案為擴界、擴能設計，由于該礦段為隱伏鐵礦床，根據礦體傾角陡、埋藏深的特點，只能選擇豎井開拓方式，如果采用斜井開拓，工程量大、工期長、施工難度大。首先排除斜井開拓方案。如果采用原有開拓系統，不再增加新井筒，完不成100萬t/a的提升能力，必須考慮通過增加豎井數量，來加大礦山的提升能力。由于深部較多資源主要集中在礦區西部，只能考慮在礦區西部補充新建豎井的開拓方案[1-2]。可供選擇的開拓方案有以下3種：

方案Ⅰ，在礦區西翼新建1條豎井作為主提升井，將東副豎井井筒進行延深作為副提升井，東主井報廢，形成兩翼對角式通風系統。前期開拓至-480 m水平，接續期在-480 m水平設兩條盲豎井，自-480 m水平開拓至-1 140 m水平，接續西主井和東副井深部礦石提升任務。

方案Ⅱ，東主、副井筒不再延伸，只服務于擴界礦區東翼-300 m以上水平中段礦體的開拓開采。在東部正常開采的情況下，在礦區西翼新掘兩條豎井（西主井、西副井）至-480 m水平，裝備滿足100萬t以上的提升設備，服務于擴界后礦區-480 m水平以上的礦體開采。在-480 m水平設兩條盲豎井，自-480 m水平開拓至-1 140 m水平，接續西主、副井深部礦石提升任務。

方案Ⅲ，東主、副井筒不再延伸，只服務于擴界后礦區東翼-300 m以上水平的開拓開采。在礦區西翼新掘兩條豎井（西主井、西副井），基建時兩井筒直接開拓至-900 m水平，但是前期井筒裝備和破碎、裝礦水平設在-480 m水平，服務于擴界后礦區-480 m水平以上礦石開拓開采；-480 m水平以下礦石作為二期工程開采。-900 m至-1 140 m水平的資源采用一條盲豎井接續西主井提升并滿足進風、提人的要求。由于-900 m以下開采垂深只有240 m，回風可采用脈外連續天井安裝梯子間，達到深部回風和安全出口的要求。

3.2.1 開拓方案的技術分析

3種開拓方案的優點分析：

方案Ⅰ，1）可以少開拓1個副井井筒，減少1套提升裝備；2）接續期施工井下主、副盲豎井對西主井、東副井正常提升影響不大。

方案Ⅱ，1）前期基建不影響東主、副井的正常提升及井下-250 m水平以上正常開拓開采；2）接續期施工井下主、副盲豎井對西主井、東副井正常提升影響不大。

方案Ⅲ，1）前期基建不影響東主、副井的正常提升及井下-250 m水平以上正常開拓開采；2）接續期施工井下主、副盲豎井對西主井、東副井正常提升影響不大；3）由于-900 m中段新建1條盲豎井就可以滿足提升、通風、提人的要求，可以縮短接續期基建時間和減少基建投資。

3種開拓方案的缺點分析：

方案Ⅰ，1）副井延伸，井下其他工程無法正常開拓開采，必須停產，該期間沒有收入；2）東副井-250 m以下無礦體，且距離深部西翼礦體較遠，各中段石門工程量較大，總長度達到3 000 m以上，基建時間長且投資較大；3）東副井以下通過打鉆發現斷層，井筒施工難度很大，井筒淋水肯定較大，且不容易維護，安全系數低。

方案Ⅱ，1）需要新開拓兩條盲豎井，接續西主、副井，盲井口硐室施工難度較大，提升設施及設備安裝工藝較復雜，安全系數低；2）接續期兩條盲斜井延伸到-1 140 m水平，基建時間長且投資較大。

方案Ⅲ，前期基建西主、副井筒工程量大，投資較大，基建時間較長。

3.2.2 開拓方案的經濟性分析

3種開拓方案的經濟性比較見表1。

由表1可知，3種開拓方案的合計造價分別為方案Ⅰ7 653萬元，方案Ⅱ8 253萬元，方案Ⅲ6 725萬元，方案Ⅲ基建投資最低。

表1 3種開拓方案的主要基建投資比較

3.3 開拓方案的選擇

綜合技術經濟對比可知，方案Ⅲ最優，因此，選擇方案Ⅲ為最終開拓方案。礦山基建完成后形成兩主、兩副4豎井的開拓系統；當-300 m中段水平開采完后，東副井停止提升及進風任務，東主井停止提升只作為回風井，擴界礦區內前期形成1主、1副、1風井的3豎井開拓系統；接續期礦區內形成1主、1副、1風井加1盲豎井的開拓系統。

礦山前期東主井承擔提升礦石任務，內設梯子間，兼做安全出口和出風井；東副井承擔人員上下，提升廢石、物料等任務，井筒內設梯子間，兼做安全出口和進風井；西主井主要承擔提升礦石任務，井筒內設梯子間，兼做安全出口和回風井；西副井主要承擔人員上下，提升部分廢石、物料等任務，井筒內設梯子間，作為安全出口和進風井。接續期在-900 m水平設盲豎井，自-900 m水平開拓至-1 140 m水平，接續西主井深部礦石提升任務，兼做安全出口及進風井。

4 結語

開拓方案經過設計優化，能夠滿足礦山擴界、擴能后采掘生產的要求；技術上可行、安全上可靠、經濟上合理，符合國家相關規定的要求；前期基建期間，東主、副井可以正常提升，并將東主、副井兩側的-200～-250 m水平中段礦體全部采出，保證正常生產，產生一定的經濟效益，可保證礦山基建投資的大部分資金來源，使項目建設更有保證，效益更加突出。該開拓方案通過了專家評審，也得到了政府主管部門的批準。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.冶金礦山采礦設計規范（GB 50830—2013）[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2]北京有色冶金設計總院.采礦設計手冊[M].北京：北京建筑工業出版社，1989.

Optimization and Selection of the Developing Schemes for Enlargement and Expansion in an Iron Ore

XI Zhufeng
（Shandong Qianshun Mining and Technology Co.,Ltd.,Jinan 250014,China）

Some iron ore has a concealed deposits,and the underground mining methods was used.To meet the needs for expanding sector and production,according to characteristics of the existing conditions of mining technology and steep dip angle of ore body,buried deep, can only choose the shaft way to develop.The three alternative development plan was given.Based on comparing of technology and economic,the project III is determined as the best development scheme.Namely it does not affect the normal production in the mining area of west wing of the new driving two shafts(west main and west auxiliary).The technical scheme is feasible,reliable safety,reasonable in economy.And it is reviewed by the experts and approved by the government department.

iron ore;expansion;ore body characteristics;development system

TD861.1

A

1004-4620（2015）04-0032-03

2015-05-20

襲著鋒，男，1970年生，2012年畢業于山東科技大學礦山開采技術專業?，F為山東乾舜礦冶科技股份有限公司工程師，從事冶金礦山設計技術服務工作。