寒冷地區某鉛鋅礦深部開采系統優化設計

孫 旭，謝 偉

(中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710000)

0 引 言

某鉛鋅礦位于內蒙古自治區，行政區劃隸屬于內蒙古自治區滿洲里市新巴爾虎右旗阿日哈沙特鎮管轄。有公路直通新巴爾虎右旗和滿洲里，常年可通行汽車，距呼倫貝爾市政府所在地海拉爾區265 km，距滿洲里市150 km，距新巴爾虎右旗政府所在地阿日哈沙特鎮45 km，經礦區有省道S203與滿洲里相連，滿洲里有鐵路和公路與全國及俄羅斯相連。詳見交通位置圖，見圖1。

圖1 交通位置圖

礦區位于著名的呼倫貝爾草原，自然地理環境較好，地形類別為丘陵，山勢平緩，溝谷開闊，由北西向南東逐漸降低，一般標高750～850 m，最高點甲烏拉山海拔943.1 m，相對高差100～200 m。

區內水系不發育，僅有少數井、泉及咸水泡分布，礦區東50 km有著名的呼倫湖，南30 km有克魯倫河，淡水儲量豐富。

氣侯屬高緯度寒溫帶干旱型，冬季嚴寒，春季有暴風雪。風向多為西北風，最大風速27 m/s。年平均氣溫0.6℃，1月平均氣溫-21℃，最低-38℃，7月平均氣溫21℃，最高36℃。年降水量平均為251 mm。年蒸發量平均1 857 mm。冰凍時間一般在10月中旬到來年5月，最大凍土厚度3.99 m。

1 礦山開采現狀

20世紀90年代開始，礦區曾經有6家小礦開采。2001年市政府組織整頓，關閉開采2號礦體的5家小礦，至2006年共有3家公司進行采礦活動。2006年初，某礦業有限責任公司通過收購兼并，將資源整合在一起，形成了5個獨立的采礦系統，24條豎井，3條斜井。由于整合前長期的無序開采，采富棄貧，開拓、探礦工程投入嚴重不足，保有儲量急劇下降，采掘嚴重失調。440 m標高以上品位較高的主礦體已基本采完，大部分采空區未及時進行處理，采場的頂底柱和間柱無法及時回收。Pb+Zn平均品位小于6 %的礦體未及時回采。已形成的豎井、盲豎井、地表建筑物等均位于地表巖石移動范圍內，需要留設大量的保安礦柱，浪費大量資源。

由于缺少統一規劃、統一設計，造成大礦小開，礦山生產秩序較亂。經多年開采，多個坑口相互貫通，形成立體多層巷道網絡。

該礦區開采歷史較早，均采用豎井—盲豎井倒段提升，最多達3段提升，提升容器多采用非標準罐籠，能耗高，效率低。有的提升系統單項能耗高達9.13 kW·h/t礦t，不符合節能要求(三級≤6.5 kW·h/t礦)。部分主扇風機、水泵等均未達到2級能效，不滿足國家規范節能評價值要求。井下運輸多采用人工推0.7 m3、0.5 m3礦車或0.22 m3手推車，屬行業限制的落后生產工藝和裝備。

隨著開采深度增加，繼續利用原有的開拓系統，開采難度加大，采礦成本增高，生產后勁不足，影響礦山和地方經濟可持續發展。

2 原有生產系統存在的主要問題

該礦區開采歷史較早，目前礦山利用5個開采系統進行淺部開采，均采用豎井—盲豎井倒段提升，最多達3段提升。各系統為獨立開采系統，獨立出礦，獨立通風、排水。礦山生產系統多而復雜，提升、運輸、通風、排水等環節能耗較高，生產效率較低。

由于整合前長期的無序開采，采富棄貧，開拓、探礦工程投入嚴重不足，保有儲量急劇下降，采掘嚴重失調。而且由于缺少統一規劃、統一設計，造成大礦小開，礦山生產秩序較亂。隨著開采深度增加，繼續利用原有的開拓系統，開采難度加大，采礦成本增高，生產后勁不足，影響礦山和地方經濟可持續發展。礦山急需進行改造升級，進行集中開拓運輸、機械設備取代人力，走集約化、機械化生產之路。

3 原設計方案

2015年，業主委托某設計院開展了深部開采系統的初步設計和安全設施設計工作，推薦的方案投資大、與礦山實際情況相差很大，為此，2016年業主委托中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司重新開展礦山深部的設計工作。

原設計方案為：

440 m標高以上的礦體利用原有的開拓工程進行回采。原有的開拓系統生產能力可達到70萬t/a，440 m標高-0 m標高采用集中主副豎井開拓，在靠近主井附近設礦石、廢石主溜井各一條。主井采用6.3 m3雙箕斗提升礦石和廢石，副井采用3#雙層單罐負擔部分廢石及全部、設備、人員、材料等提升任務。

主井井口標高785 m，1期井底標高-120 m，井深905 m。深部坑探工作結束后，2期主井由-120 m標高延深至-360 m標高。井筒規格為φ5.0 m圓形井。采用鋼絲繩罐道，提升容器為6.3 m3多繩底卸式雙箕斗，用于提升礦石和廢石，選用JKm 3.25×4(Ⅲ)型塔式多繩摩擦提升機，提升速度9.6 m/s，ZKTD型直流電機，1 600 kW，56 r/min，800 V。為了防止提升鋼絲繩結冰打滑，設計采用混凝土井塔。

副豎井井筒規格為φ5.0 m圓形井，設有提升間、管纜間和梯子間，井底標高-150 m，井深935 m。選用JKM 2.8×4(Ⅰ)型多繩摩擦提升機，提升速度8.2 m/s，速比10.5，Z500-2A型直流電機，500 kW，588 r/min，660 V。為了防止提升鋼絲繩結冰打滑，設計采用混凝土井塔。

采用鋼罐梁鋼罐道，提升容器為3#雙層單罐籠配平衡錘，每次提升2輛1.2 m3礦車，用于提升廢石，運送設備、人員和材料。

中段高度40 m，每個中段設車場與副井相通，石門長度180 ～200 m，主、副井南北相距80 m，主、副提升機房分別設置。西安院接手時主、副井已經下掘約60 m。

由于礦區冬季寒冷，南、北礦帶相距2.5 km，中段運距遠、礦體條數多而且分散、石門長等特點，對整個提升運輸系統進行了重新設計。

3.1 地表井塔改為井架

由于礦區冬季寒冷，為防止鋼繩結冰打滑，原設計地表為井塔。為防止鋼繩結冰打滑，大部分金屬礦山在寒冷地區為保險，設計均采用井塔型式，見圖2-5。但井塔存在建設期長(最少2年)、投資高(比井架高3～5倍)、還要將所有設備包括提升機、電機等大型設備提升到幾十米高處，施工難度大缺點。經過反復論證，我們大膽在該項目采用了地表鋼井架設計，即將主井、副井地表選用多繩落地式提升機鋼井架方式，這樣，鋼井架與提升機房、提升機設備安裝可以同時平行施工，互不干擾，僅5個月時間便建成。另外，設計采用了2項保溫措施：

圖2 內蒙中部某鉛鋅礦提升井塔

圖3 內蒙中部某銅礦(豎井井塔6個)

(a)豎井井塔側視圖

圖5 內蒙中部某銅礦(豎井井塔)

(1)井架的天輪及外露鋼絲繩全部采用150 mm厚的巖棉彩鋼板維護防凍；

(2)設計了專用的風機和鐵皮風筒，將空氣預熱的部分熱風經鐵皮風筒送至井架的天輪處，防止鋼繩結冰。

該副井井架于2018年11月建成，材料消耗193.4萬元，井架安裝費用166.24萬元，合計359.64萬元。至今已經安全使用3個冬季，成為在此寒冷地區范圍內，金屬礦山第一條落地式多繩提升井架式豎井(見圖6、圖7)。

圖6 主副井地表采礦工業場地

(a)豎井井架側視圖

3.2 主、副井地表提升機房集中設置

主、副井地表提升機房從前大多數均是分別設置，這樣會造成供電、水、暖及管理均為2處，存在分散、投資高、占地面積大等缺點。該設計將2個提升機房合在1處設置(圖8、圖9)，避開了上述諸多缺點。

圖8 主副井地表集中提升機房

圖9 主副井地表集中提升機房

將主、副井地表提升機房合并設置，不是簡單的將地表的2臺提升機合并，放到1個房子里結束。主、副豎井提升，因其負擔的提升任務和物料不同，導致下部中段車場布置有多種組合和型式，主、副豎井提升機房分開布置時，下部車場理論上不受方向和位置的限制，布置起來相對容易。當將主、副豎井提升機房集中布置時，對于落地式多繩提升機而言，井下主井附近的溜井位置只有2個方向可以布置，車場的布置相對復雜。西安院接手時，由于主、副井已經下掘60 m，井位無法調整，由于地表的集中卷揚機房只能在兩井之間，導致井下的溜井位置不能任意設置，為此，使地下車場的設計難度增加。

3.3 在礦區中部設倒段盲豎井

原設計2個井位位于礦區北部，且每個中段均與副井連通。因各中段石門長、中段車場數量多，導致原系統的工程量大。為此，新的設計方案考慮只將320 m中段、200 m中段和0 m中段與副井連通，并在礦體下盤中央區域位置設置1條輔助罐籠盲豎井(320～0 m)與各中段連通，作為各中段人員、設備及材料的輔助提升井。同時還負擔井下空區處理充填廢石的提升任務。320 m中段和0 m中段的人員、材料及設備由副井直接提升和下放，其它各生產中段的人員、材料及設備，下放時先由副井從地表下放至320 m中段，再由輔助盲豎井下放至各生產中段。盲中段的廢石、人員先由輔助盲豎井提升至320 中段，再由主副井提升至地表，見圖10。

圖10 開拓系統縱投影圖

3.4 設2套溜井系統

原設計2個井位位于礦區北部，各中段礦石、廢石運輸距離較遠。新方案在礦區內部靠近礦體位置設2套溜井系統，各中段采下礦石和產生廢石由布置在10線附近的1號礦石及廢石溜井組和26線附近的2號礦石及廢石溜井下放到0 m中段，再由0 m中段運輸至主井附近的礦石及廢石轉運礦倉。

1號溜井組布置在10線附近，2號溜井組布置在26線附近，采用倒段溜井，下部0 m中段設振動放礦機放礦，裝入2 m3側卸式礦車后由架線式電機車集中運輸至主井車場卸礦。主井車場附近設置礦石及廢石礦倉，皮帶道設在-40 m水平，箕斗裝礦計量硐室標高為-45 m，粉礦回收巷道設在-80 m水平。因2種組溜井靠近礦體，使各中段的運輸距離大大縮短，0 m水平的2 m3側卸式礦車集中運輸也有效提高了運礦能力，使得主井供礦更有保證。

4 結 語

每一個礦山因氣候條件、礦體賦存特征各異，都有其自身的不同特點，開采設計不能“生搬硬套、照貓畫虎”。要根據其海拔、氣象、礦體賦存特征和開采技術條件進行綜合考慮，這樣，才能做出“投資省、工期短、易施工、好使用、接地氣”的設計方案。