中型礦山斜坡道開拓方案比選實踐

張延國，劉振國，趙有國

(中鋼石家莊工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

礦山開拓系統是決定礦山基建工程量、基建投資、基建工期和經營費用高低的最關鍵因素之一，對礦山開發利用具有長遠影響。礦山開拓系統的擇優選擇，需要對基建投資、基建工期、經營費用、生產管理水平、系統的安全可靠程度等進行綜合技術經濟比較后確定。隨著礦山無軌采掘設備的迅速發展和廣泛應用，使用無軌斜坡道開拓在礦山開采中起到非常重要的作用[1]。在無軌設備的應用下，將礦廢石直接從采場通過斜坡道向地表運輸，使采裝運工序得到了很大程度的節省，并且也使礦產開采的強度得到了很大的提升[2]。大型、超大型礦山采用掘進臺車、鑿巖臺車、鏟運機、裝藥車、錨桿臺車和多功能運輸車等眾多的無軌設備，如果沒有斜坡道，這些無軌設備的機動性、靈活性也就不能充分發揮，為了方便鏟運機進入各出礦分段，中型礦山考慮基建工期、基建投資、安全出口等因素以后，傾向于施工一條直通地表的輔助斜坡道[2-4]。擁有這條輔助斜坡道以后，需要對施工1條專門提升礦石的箕斗井的可行性進行詳細的分析比較。本文以某中型礦山開拓方案比選為例，分析中型礦山優選開拓系統所面臨的問題，為同類型礦山開拓系統設計提供了參考經驗。

1 礦山概況

礦山位于山前洪沖積平原，灤河一、二級階地，區內地形平坦，北部略高于南部，地面標高70m左右，當地最低侵蝕基準面灤河水位標高一般為42.87m。礦體長為1326m，兩翼寬為256m～366m，礦體最大埋藏深度為210m。礦區全部被第4系地層覆蓋，厚度為43.0m～70.60m，平均為55.10m，主要巖性為亞砂土、黏土、粉細砂及砂卵石。砂卵石層位于第4系的底部與礦體直接接觸。在砂卵石層含有豐富的承壓水，對礦山開采構成非常不利的影響（見圖1）。

圖1 典型剖面

第4系以下主要巖性為黑云斜長片麻巖、混合質角閃輝石巖及角閃輝石磁鐵石英巖。靠近第4系為強風化帶，巖性主要為角閃輝石磁鐵石英巖、黑云斜長片麻巖、混合花崗巖等，風化強烈，巖芯多呈砂狀—碎塊狀，發育深度為51.88m～82.50m，厚度為6.87m～26.88m，RQD分級值為0～41.49%，平均為14%，巖石質量描述為極劣，巖體完整性評價為巖體破碎。弱風化帶巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖及角閃輝石磁鐵石英巖，風化程度較弱，巖芯以柱狀為主，局部呈短柱狀、扁柱狀或碎塊狀，發育深度為67.10m～109.33m，厚度為2.27m～52.92m，RQD分級值為61.03%～86.17%，平均為75.08%，巖石質量描述為中等，巖體完整性評價為巖體中等完整。礦體基巖巖芯均較完整，RQD分級值在85.0%～100%之間，巖石質量為好至極好，巖體完整性評價為巖體較完整至巖體完整。

2 開拓方案初選

中型礦山常用的開拓方案有豎井開拓方案、斜坡道開拓方案和聯合開拓方案。

2.1 豎井開拓方案

豎井開拓方案工藝成熟，使用廣泛。通常認為生產規模小于40萬t/a可以采用雙罐籠井+回風豎井方案，如果生產規模大于40萬t/a則需采用主井（箕斗井）+副井（罐籠井、設備井、進風井）+回風豎井方案。為了解決頻繁破碎大塊的難題，箕斗井提升一般需要配套井下破碎系統，破碎系統為大斷面的硐室掘進，工程相對復雜，工程量大，基建施工期長，投資高，不利于礦山盡快投產。另外，由于礦石的長期磨損，溜破系統的日常維護工作量很大，高溜井會發生溜井堵塞現象，生產管理比較復雜。

2.2 斜坡道開拓方案

從1970年代初開始，斜坡道開拓技術就已經被應用到礦井開拓中。斜坡道開拓方法生產工藝簡單，可以提高礦山的建設速度，成為許多改擴建礦山的首選[5]。由于鏟運機具有機動靈活、效率高，勞動生產率高等優點，逐漸取代了傳統的電耙、氣動裝巖機等出礦設備。鏟運機在中短距離內使用比較經濟，距離較遠應采用溜井下放至有軌運輸中段或配備運礦汽車運輸。鏟運機+運礦汽車作為成熟、簡單的采場運搬+提升運輸生產工藝，促進了斜坡道開拓方案在礦山的廣泛應用[6]。斜坡道開拓方案受使用的車輛載重不同、輔助運輸占用的時間不同、管理能力不同等因素的影響，一般運輸能力為30萬t/a～100萬t/a。斜坡道開拓方案生產規模較小時一般采用主運輸斜坡道+進風豎井+回風豎井方案，生產規模較大時可采用雙運輸斜坡道+進風豎井+回風豎井方案。

2.3 聯合開拓方案

聯合開拓方案是豎井和斜坡道同時出礦的方案，根據斜坡道的出礦占比分為主井（箕斗井）主力出礦方案和斜坡道主力出礦方案2個方案。

其中，主井（箕斗井）主力出礦方案一般采用主井（箕斗井）+進風豎井+輔助運輸斜坡道+回風豎井方案。斜坡道主力出礦方案一般采用主運輸斜坡道+副井（罐籠井兼進風井）+回風豎井方案。

本次設計礦山規模為95 萬t/a，礦體埋深小于210m，經過初步分析初選斜坡道開拓方案（雙運輸斜坡道出礦）和豎井開拓方案（箕斗井出礦），具體的開拓選擇需要進行詳細的技術經濟比較。

3 2種開拓方案的主要技術特征

3.1 斜坡道開拓方案

采用2條平行雙向單車斜坡道運輸礦巖及材料，另配1條進風豎井、1條回風豎井。上行斜坡道最大坡度為15%，線路平均坡度值12.13%，總長度為1137m，凈斷面為15.9m2，掘進斷面為16.8m2。下行斜坡道最大坡度為15%，線路平均坡度為12.85%，總長度為1090m，凈斷面為16.8m2；掘進斷面為17.7m2。

進風豎井井口標高為+55m，井底標高為?122m，井深177m，井筒直徑Φ3.0m。回風豎井布置在礦體西側。

3.2 豎井開拓方案

采用豎井（箕斗井）提升礦巖，另配1條進風豎井（罐籠井）、1條輔助斜坡道和1條回風豎井。主井采用箕斗井，負擔礦石提升任務。井筒凈直徑為4.0m，井深為312m。提升容器采用8m3單箕斗，箕斗載重為18t。采用JKM-2.8×6（Ⅲ）E型多繩塔式提升機，電機功率為900 kW，井下破碎采用CT4254型復擺顎式破碎機1臺。

進風豎井為罐籠井，井筒內設有管纜間和梯子間，負擔部分人員和廢石提升任務，采用單罐籠帶平衡錘提升。副井井筒凈直徑為4.2m，井深為208m。提升容器為3號單繩單層罐籠，每次提升1輛0.7m3翻斗式礦車。采用2JK-2.5×1.5/20型纏繞式礦井提升機，電機功率為155 kW。

礦山開拓1條直通地表的輔助斜坡道，用于無軌運輸設備、無軌重載車輛運送設備和各種材料通行，斜坡道總長度為1090m。回風豎井同斜坡道開拓方案布置在礦體西側。

4 開拓方案比較

2個方案分別從基建工程量、基建投資、基建時間和經營費用4個方面進行比較，見表1和表2。

從表1和表2可以看出，斜坡道開拓比豎井開拓基建工程量多17539.6m3，但投資節省1252.4萬元。年經營費用汽車運輸成本比豎井提升每年多9.1萬元，按開采礦石總量1719.9497萬t計算，礦山生產期間經營費用增加130.4萬元。

表1 可比部分基建工程量及基建投資

表2 經營費用比較

斜坡道開拓方案不用建設復雜的破碎系統，不用采用臨時改絞等基建措施，基建采切工程可以和斜坡道掘進同時進行，基建時提升運輸能力大，基建時間短。經測算，斜坡道開拓方案的基建施工期為2 a，豎井開拓方案基建施工期為3.5 a。斜坡道開拓方案的基建施工期比豎井開拓方案基建施工期縮短1.5 a。由于基建施工期縮短1.5 a，可以比豎井開拓提前采出礦石142.5萬t，按每t礦石效益100元計算，提前實現效益14250萬元。

5 結論

從基建工程量、基建投資、基建時間和經營費用4個方面對某中型礦山斜坡道開拓方案和豎井開拓方案進行了比較，比較結果顯示：斜坡道開拓方案基建工程量大、經營費用高，但是基建投資小、基建時間短，提前投產、達產創造的效益巨大，因此，斜坡道開拓方案為該礦山的首選開拓方案。本次中型礦山開拓方案確定的斜坡道開拓方案具有一定的推廣價值，為同類型礦山開拓方案選擇提供了參考經驗。