我国铁矿地下矿山联合开拓方案研究

我国铁矿地下矿山联合开拓方案研究

众所周知，地下采矿开发系统对矿山生产的经济效益和整体配置具有长期影响。这是一个综合性的矿浆工程。为了合理的选择地下矿山开拓系统,必须根据矿区地形、地貌,矿体埋藏条件,岩体工程地质,矿床水文地质,矿石储量,品位,矿岩中有害成分以及矿山规模,岩石错动界线,采矿工艺,工业场地布置,矿山服务年限等开采技术条件和外部建设条件进行多方案比较,最后选择生产安全,技术可靠,经济合理,建设期短,管理集中的最佳开拓方案。地下矿山开拓方法随着矿山技术水平和采装、运、提升设备的更新而不断改进、完善和变革。50年代一些中小型矿山大都采用单一开拓方法,运输和提升采用中小型国产设备。60年代以后,逐渐引进国外先进技术和设备,在新建的一些大中型矿山,开始采用带有地下破碎的平峒(溜井)、竖井开拓方法。部分竖井提升采用当一个矿区由多个矿体组成时,可以分矿体开拓,使之形成各自独立的开拓系统;也可以沿矿体走向划分采区形成分区开拓或按矿体垂直方向划分上部与深部形成分期开拓。近十几年来,我国地下冶金矿山技术装备水平不断提高,许多矿山都使用了较先进的采装运及提升设备,促使地下矿山开拓工艺也相应变革。现针对部分由多矿体组成的大中型生产矿山多采用联合开拓方法的一些特点,进行研究分析。一、控制型效果地处冀东北山区的小寺沟铜矿是我国最早(1977年始建)使用无轨设备运输矿岩的地下矿山。该矿采用平峒斜坡道联合开拓(见图1)。矿山规模99万t/a(3000t/d)。该矿为一个中型钼铜矿体共生的矿床,钼矿带由多个不连续的辉钼矿矿体组成;铜矿带由两条似层状的黄铜矿矿体组成。矿体走向长度1300m,矿体平均厚度40m,倾角70°。根据矿体埋藏条件,采用下盘平峒斜坡道汽车运输联合开拓。中段高度50m,675m平峒水平以下分为630、580、530、480m四个中段。1.平峒内使用矿岩用于运输矿石与岩石的主平峒设在675m水平,平峒长度1036m,断面为4.5m×3.75m。平峒内使用国产25t自卸汽车运输矿岩,4t汽车作辅助运输。目前675m平峒水平以上矿体开采即将结束,正在进行平峒水平以下开拓井巷工程的延深。平峒以下矿体在延深100m以内的矿石量占开采范围内矿石量的60%,经过技术经济方案比较,确定延深工程采用下盘双斜坡道汽车运输开拓方案。2.垂直矿体长丝运矿水平巷道是运输矿岩的自卸汽车和其它无轨设备的上行通道。自地表672m标高,以近于垂直矿体走向方向直线下掘到铜矿体下盘613.5m标高通向运矿水平巷道。主斜坡道长度1114m(初期),断面规格4.7m×4m,净断面16.51m3.主要技术指标峒口标高675m,在平峒内沿铜矿体下盘走向折返下掘到613.5m标高,辅助斜坡道长度859m(初期),断面规格5m×4m,净断面17.8m地下汽车运输为单向环行运输线,空车自675m平峒进入,经辅助斜坡道,运矿平巷到矿石溜井装矿,重车自溜井经运矿平巷,主斜坡道,地表运输线,将矿石卸入原矿仓。小寺沟铜矿井下汽车运输(初期)主要技术指标见表1,井下汽车运输线路参数见表2。小寺沟铜矿采用无轨斜坡道开拓汽车运输矿岩,已有十多年的先进经验,这种平峒斜坡道联合开拓主要有以下四个特点。(1)首创国内运用斜坡道运矿岩的开拓系统,对于矿体埋深在200m以内的大中型矿山,采用无轨斜坡道开拓,使用国产汽车运输矿岩,是一种技术可行,经济合理的开拓方法,这就是被国外称作“现金流采矿”(CashFlowMining)的开拓运输系统。(2)显示双斜坡道环行线路运输的优越性。在平峒双斜坡道联合开拓工程中,采用单向环行线路运输,主斜坡道为重车线,辅助斜坡道为空车线,互不干扰,形成一个独特的双斜坡道汽车运输系统,便于集中运输,降低运输成本。(3)节省了矿山建安工程。采用平峒斜坡道联合开拓,汽车运输矿岩与竖、斜井提升矿岩相比,节省了地下破碎系统、井底车场、提升设施、井筒装备、地表车场等一系列复杂的建安工程,建设周期短、投产快。(4)发挥了斜坡道无轨设备运输的灵活性。在平峒与斜坡道内不铺设轨道,施工灵活机动,施工设备和生产设备可以共用;另外地下没有大型固定的及控制性设备,易于调节矿山生产能力。二、基建工程量及矿体位于华北丘陵地带的玉石洼铁矿,采用斜井竖井联合开拓,是我国第一个成功地使用斜井胶带运输的地下铁矿山。该矿设计规模100万t/a。1969年7月开始建设,基建工程量23.7万m该矿属矽卡岩型接触交代磁铁矿床,是由16个矿体组成,形态复杂的缓倾斜层状矿体。矿体走向长度1800m,宽度400～800m,平均厚度36m,倾角10°～30°。矿石总储量2800万t。矿山实行分期建设,220m水平以上为一期,矿石储量约占总储量的50%。220m水平以下为二期。根据矿体埋藏条件,采用下盘斜井钢绳胶带输送机运输矿石,竖井作辅助提升的斜井-竖井联合开拓系统(见图2)。中段高度50m,设270、220、170m中段。1.钢绳气力钢绳气力应集中运输方案沿矿体下盘开凿用于运输矿石的主斜井,长810m,断面为3m×3.3m,倾角15°,井内安装一条钢绳胶带输送机运输矿石;胶带机一侧设置一台一期主要运输水平为220m中段,由7t电机车牵引8个1.2m钢绳胶带输送机技术性能见表3。2.梁区斜井钢芯段在井下主斜井一侧向下掘凿一条170m中段胶带斜井,用于运输矿石。井口标高190m,井底150m,斜井长度165m,断面3m×2.6m,倾角14°。井内安装一条钢芯胶带输送机,二期斜井延深工程目前正在进行。二期主要运输水平为170m中段,在170m水平卸矿峒室下部设置破碎峒室,矿石经破碎由溜井溜放到板式给矿机上,然后卸至斜井胶带机上,由钢芯胶带输送机将矿石经转载峒室送至主斜井钢绳胶带输送机上运往地表。钢芯胶带输送机技术性能见表4。3.副立井用于提升人员、设备、材料和部分岩石以及敷设供排水管。井深360m,直径4.5m。采用4.斜井钢绳段防护施工技术用于提升人员和部分岩石以及敷设排水管等。井深240m,直径5m。采用XKT2×3×1.5B-20型提升机提升双层单车(0.75m玉石洼铁矿使用斜井钢绳胶带运输矿石,已有15年生产经验,这种斜井竖井联合开拓主要有以下特点。(1)实现了斜井连续运输。采用斜井钢绳胶带运输铁矿石,技术可行,设备可靠,生产实践证明是成功的。它不仅实现斜井连续运输,也为斜井运输自动化创造了条件。(2)采用斜井钢绳运输矿石与竖井提升矿石相比,简化了生产工艺系统,设备简单,地面建、构筑物少,且平面布置灵活,生产安全,施工速度快,投资省,成本低。(3)设置了地下破碎系统。采用斜井钢绳胶带运输铁矿石,要求矿石粒度必须小于250mm。矿山投产初期,未设地下破碎系统,由于铁矿石体重大,在输送大粒度矿石过程中,经常出现胶带脱槽事故,影响生产。后增设了地下破碎系统和在斜井中设置了胶带脱槽保护装置,确保了安全正常生产。(4)针对该矿水文地质条件复杂,井下涌水量较大的特点,专门开凿了管子竖井,井内敷设了排水管,采用这种设置,管理集中、检修方便,有利于生产。三、-矿体的开采顺序我国西北高山地区的酒钢镜铁山铁矿桦树沟矿区,是目前国内设计能力最大,设备最先进的特大型地下铁矿。采用平峒-盲竖井-斜坡道-斜井联合开拓。矿山规模500万t/a,目前拟扩至600万t/a。1965年矿山开始建设,基建工程量51.3万m该矿区地处高寒地区,地形复杂,最高标高3610m,最低标高2603m,比高1007m。矿体出露于山坡上,由7个矿体组成,其中Ⅰ-Ⅱ,Ⅱ-Ⅳ,Ⅵ-Ⅶ矿体为向斜构造两翼,V矿体为单斜构造。矿床属沉积变质类型。矿体走向长度近2800m,平均厚度60m,倾角60°～90°,全矿床总储量2.7亿t。其中Ⅰ-Ⅱ矿体矿石储量占总储量的83.5%。矿石品位33.94%。矿区勘探工作于1958年完成。1970年矿山投产后,于1988年对Ⅵ-Ⅶ矿体进行补勘,查明的矿石储量略有增加。1990年又对6线至14线间各矿体进行补勘,探明矿石储量新增0.8亿t,其部位主要在西区Ⅱ矿体及V矿体向西延伸至Ⅵ-Ⅶ矿体下部,并有继续向西延伸的可能。由于各矿体赋存标高不同,地质勘探先后顺序各异,因而形成了各矿体开采顺序不合理的复杂局面。为扭转不合理的开采顺序和确定矿山总体开拓系统,采取了分区开采和调整开采顺序的措施,使之形成先东区后逐步向西区扩展的多矿体平峒-盲竖井-斜坡道-斜井联合开拓系统。阶段高度60～120m,主要运输水平为3240、3060、2940、2760、2640m。桦树沟矿区开拓系统图见图3。1.矿体生产矿区整个矿区划分为东区、西区和西区上部三个开采区段。东区自14线至23线为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿体,是目前该矿主要的生产矿区。西区自6线至14线为Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ矿体,是拟建新区。西区上部自1线至6线,为Ⅵ、Ⅶ矿体,埋藏标高在3420～3240m之间。该区为一独立采区,规模为75万t/a,采用平峒(溜井)-斜井联合开拓,目前已施工,预计1995年投产。2.东、西北、矿体回采下降速度调整西区上部Ⅵ-Ⅶ矿体是该矿区埋藏标高最高的矿体,它处于西区Ⅱ、ⅴ矿体开采错动范围内,本应是首采区,但因勘探较晚,使开采滞后,目前必须加速Ⅵ-Ⅶ矿体基建,强化开采,才能合理调整开采顺序。鉴于东、西区Ⅰ、Ⅱ矿体在2760m水平已连为一体,因此必须调整各矿体回采下降速度,才能确保东、西区Ⅰ、Ⅱ矿体开采同步下降。为了确保东区、西区和西区上部三个区段在采矿工艺的合理衔接,经调整开采顺序,截止1991年末,各区段各矿体实际开采水平见表5。3.上分层开采平推进技术该矿区主要开拓井巷是平峒(溜井),为矿石运输和部分废石的运输系统。辅助井巷是竖井、斜坡道和斜井。(1)平峒用于运输矿石和部分废石。主平峒标高为2640m,平峒水平以上矿石储量为9177万t,平峒水平以下矿石储量为9612万t。平峒长度1800m,断面13.95m(2)竖井运送井下人员、设备及材料。1)东区罐笼井:1970年建成使用,直径5.5m,井深517m,采用2)西区罐笼井:拟新建井筒,负担西区人员、废石、设备与材料的提升。直径6m,井深304m,采用(3)斜坡道主要运送井下人员,材料及大型采掘装运设备。1986年12月建成投产的这条从地表至地下横贯东、西区的主斜坡道,峒口标高为2640m,布置在Ⅱ矿体下盘最终错动界线以外。斜坡道单车道断面20.05m(4)斜井用于Ⅵ-Ⅶ矿体辅助提升。在西区上部Ⅵ-Ⅶ矿体拟新开凿一条斜井,斜井长426m,断面12.43m桦树沟矿区平峒-盲竖井-斜坡道-斜井联合开拓,主要有三个特点。(1)各矿体独立的开拓系统与多矿体总体开拓系统结合。东区Ⅰ-Ⅱ矿体和Ⅲ-Ⅳ矿体为该矿区投产后首采区,已生产多年,采用平峒斜坡道-盲竖井联合开拓,形成完整的开拓运输系统。西区上部Ⅵ-Ⅶ矿体是该矿区埋藏标高最高的矿体,目前正在基建,采用平峒-斜井联合开拓,自成独立开拓系统。整个矿区各矿体采出矿石由采区溜井下放到阶段运输水平装车后运至矿石主溜井上口翻卸至2640m主平峒装车后,再由电机车牵引集中运输至地表破碎受矿槽。(2)平峒运输矿岩与斜坡道辅助运输相结合。2640m水平主平峒担负全矿区的矿石和部分岩石运输。主斜坡道运送井下人员,材料及大型采掘装运备设。在我国地下铁矿开采中,该矿区是首次使用从地表至地下开掘主斜坡道作辅助运输的矿山。这将对提高地下采矿辅助作业的机械化水平,改变地下矿工艺落后面貌,推广无轨采矿技术,改革地下矿开拓运输系统起促进作用。(3)矿区补充勘探,基建施工与矿山生产结合。矿区投产以来,先后进行过两次补充勘探,储量增加0.8亿t,其中工业储量仅占0.3亿t;据推断西区Ⅰ-Ⅱ矿体向西继续延伸,矿石储量还会增加,尚需继续补充勘探。西区上部Ⅵ-Ⅶ矿体在西区Ⅱ、Ⅴ矿体开采错动范围内,为了加速强化开采,现正进行基建施工。针对矿区地质补充勘探,基建施工与矿山生产相结合的现状,采取先东区逐步向西区和西区上部扩展的主体开拓系统来协调整个矿区开采和组织矿山生产。四、平峒-盲竖井-斜坡道-斜井联合开拓的发展意义1.对矿体埋藏深度小于200m的由多矿体组成的矿床,采用斜坡道开拓无轨设备运输系统,是一种技术可行,经济合理的开拓方法。小寺沟铜矿在我国首创了斜坡道开拓汽车运输矿石系统,它对于扭转地下矿工艺落后,生产能力低的局面和促进无轨采矿技术的发展均具有重要意义。2.对矿体埋藏深度小于300m的由多矿体组成的缓倾斜层状矿床,采用设有地下破碎系统的斜井开拓,钢绳或钢芯胶带运输铁矿石系统,使用是成功的。