張家夏樓鐵礦建設(shè)實施方案優(yōu)化研究

王立根

(五礦邯邢礦業(yè)霍邱縣慶發(fā)礦業(yè)有限責(zé)任公司)

1 工程背景

張家夏樓鐵礦位于安徽省霍邱縣周集鎮(zhèn)南4 km，礦區(qū)經(jīng)西側(cè)的105國道北至京九鐵路的阜陽車站，距離約80 km，南至寧西鐵路(西安至合肥西)的姚李車站，距離約70 km，東側(cè)至霍邱縣城20 km，交通十分便利。張家夏樓鐵礦設(shè)計開采規(guī)模為采選130萬t/a。

張家夏樓鐵礦建設(shè)實施方案本著采選工藝先進(jìn)、總體布置合理、投資適度、經(jīng)濟(jì)效益好的建設(shè)原則，130萬t/a采選實施方案是可行的，但在以下方面存在優(yōu)化潛力:

(1)開拓系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、充填系統(tǒng)、采礦方法、基建計劃等需要進(jìn)一步系統(tǒng)優(yōu)化。

(2)采掘設(shè)備國產(chǎn)化，便于維修，同時降低生產(chǎn)成本。

(3)礦山基建井巷工程需要進(jìn)一步優(yōu)化，在滿足生產(chǎn)的前提下，優(yōu)化井巷工程結(jié)構(gòu)，合理安排基建計劃，加快施工進(jìn)度。

2 張家夏樓建設(shè)原實施方案

2.1 開拓系統(tǒng)

(1)主豎井方案。主井集中布置在張家夏樓礦區(qū)5#勘探線偏南礦體的下盤，采用14 m3單箕斗提升張家夏樓鐵礦采出來的礦石。

(2)副井及輔助斜坡道。采用1條副豎井、1條采區(qū)斜坡道方案。1#副井布置在張家夏樓礦區(qū)5#勘探線偏南礦體的下盤，位于主井的南端，井深662 m，主要服務(wù)于破碎硐室、皮帶運輸、粉礦回收，運輸中段升降廢石、人員、材料及進(jìn)風(fēng)等。張家夏樓礦區(qū)井下設(shè)1條輔助斜坡道，斜坡道自－480 m中段開口，至－250 m回風(fēng)中段，斜坡道采用折返式布置，彎道曲線半徑20 m，每隔12.5 m與各采礦分段貫通。斜坡道坡度15%，斜坡道作為井下無軌設(shè)備上下、炸藥及爆破材料運送的主要通道，輔助進(jìn)風(fēng)和運送一些人員、材料。

(3)風(fēng)井。全礦共有2條風(fēng)井，其中南風(fēng)井作為進(jìn)風(fēng)井，中風(fēng)井作為回風(fēng)井。

(4)開拓中段及井下運輸水平的設(shè)置。井下設(shè)3個中段，分別為－480 m有軌集中運輸中段、－350 m倒運中段、－250 m回風(fēng)中段。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

礦區(qū)采用兩翼進(jìn)風(fēng)、中風(fēng)井回風(fēng)的通風(fēng)方式。新鮮風(fēng)流由南風(fēng)井、1#副井進(jìn)入井下各工作面，清洗工作面后的污風(fēng)通過中風(fēng)井排出地表。

礦山采用多級機(jī)站通風(fēng)，在各進(jìn)風(fēng)井井底設(shè)Ⅰ級機(jī)站，在中風(fēng)井井底設(shè)Ⅳ級機(jī)站，在采場入風(fēng)處和回風(fēng)處設(shè)Ⅱ級和Ⅲ級機(jī)站。

2.3 運輸系統(tǒng)

井下運輸分有軌和無軌2種運輸方式。

(1)有軌運輸。主運輸水平設(shè)在－480 m。有軌運輸中段采用沿脈加穿脈的環(huán)形布置方式;采用ZK14－9/550型14 t電機(jī)車牽引4 m3側(cè)卸礦車運輸?shù)V石，采用 ZK7－9/550型7 t電機(jī)車牽引YFC1.2－9型翻轉(zhuǎn)式礦車運輸巖石。

(2)無軌運輸。－450 m、－350 m水平均為無軌運輸水平。部分廢石用地下卡車運至采空區(qū)充填。以上2個水平的設(shè)備、材料、人員可通過采區(qū)斜坡道上下。

2.4 充填系統(tǒng)

采用全尾砂膠結(jié)充填，制備好的砂漿通過充填鉆孔自流輸送至井下，再由各回風(fēng)中段平巷的輸送管道經(jīng)充填天井輸送至井下相應(yīng)的采場。

充填站采用立式砂倉充填系統(tǒng)，設(shè)置2套相互獨立的充填系統(tǒng)，每套系統(tǒng)充填漿料制備能力為1 500 m3/d左右。充填站由2座立式砂倉、1座水泥倉、2個高濃度攪拌槽及相關(guān)輔助設(shè)施等組成。

充填鉆孔數(shù)目為2個，均為垂直鉆孔(由地表至－350m)，第四紀(jì)土層鉆孔應(yīng)加套管(180mm×5)護(hù)壁，內(nèi)設(shè)充填管，套管與充填管之間間隙采用優(yōu)質(zhì)黃泥(漿)填滿。充填管為耐磨陶瓷復(fù)合管或16Mn材料鋼管。平巷內(nèi)的充填管道選用普通無縫鋼管。采場內(nèi)敷設(shè)充填管道選用聚乙烯(樹脂)軟管，以便于移動和連接。

2.5 采礦方法及生產(chǎn)工藝

(1)采礦方法。根據(jù)礦體傾角、厚度不同，主要采用分段空場嗣后充填采礦方法和淺孔房柱嗣后充填采礦方法。中段高100 m，原則上采用一房一柱的二步采方案。

(2)主要生產(chǎn)工藝。對于分段空場嗣后充填采礦方法，回采鑿巖采用Simba1354鑿巖臺車，在鑿巖巷內(nèi)鑿垂直扇形炮孔，最小抵抗線1.8 m，孔底距2.5～3.0 m。

(3)爆破采用銨油炸藥，對炮孔分段爆破。

(4)出礦以4 m3電動鏟運機(jī)，鏟運機(jī)效率40萬t/(臺a)。

(5)在－350 m中段布置充填管道打充填孔向采空區(qū)充填。

3 張家夏樓實施方案優(yōu)化

3.1 優(yōu)化原則

(1)在原實施方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化各系統(tǒng)及采礦方法結(jié)構(gòu)參數(shù)，減少基建工程量，加快基建進(jìn)度。

(2)在滿足生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，掘進(jìn)和出礦設(shè)備國產(chǎn)化，降低成本。

(3)合理規(guī)劃基建計劃，盡快投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)。

3.2 優(yōu)化內(nèi)容

在深入分析礦體賦存特點、生產(chǎn)規(guī)模基礎(chǔ)上，采用滿足生產(chǎn)較為成熟的采選工藝、設(shè)備，借鑒其他礦山建設(shè)經(jīng)驗［1-3］，對張家夏樓鐵礦建設(shè)實施方案進(jìn)行了分析、研究與優(yōu)化，減少基建工程量和基建投資，使系統(tǒng)更加完善、合理，主要優(yōu)化內(nèi)容如下。

(1)開拓工程優(yōu)化。開拓系統(tǒng)(圖1所示)的選擇往往受到礦山總平面布置、提升運輸、通風(fēng)、排水等多種因素的影響，因此開拓方案的選擇，一方面要充分考慮影響礦床開拓方案的諸多因素，另一方面要遵循礦床開拓方案選擇的基本要求，即確保工程安全、技術(shù)可靠、基建工程量小和保證生產(chǎn)時間和質(zhì)量的前提下，優(yōu)選開拓方案［4］。礦山基建期工程量大，又加上副井安裝，在主井－475 m水平增設(shè)馬頭門，距離車場較近，便于基建期提巖，減輕副井提巖壓力。根據(jù)對提升任務(wù)的進(jìn)一步系統(tǒng)深入分析與合理分配，對副井系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后1#副井在－450 m水平不設(shè)馬頭門和平巷，人員上下可通過采區(qū)斜坡道至－450 m水平，節(jié)約基建工程量565 m (8 127 m3)，節(jié)約基建投資274.2萬元。根據(jù)風(fēng)量合理分配，對南風(fēng)井通風(fēng)功能進(jìn)行優(yōu)化，由進(jìn)風(fēng)井改為回風(fēng)井，由最低－475 m水平減少到－350 m水平，井筒工程量減少125 m(2 552 m3)，節(jié)約基建投資283.4萬元。結(jié)合中段設(shè)置、生產(chǎn)條件復(fù)雜的特點，對運輸水平進(jìn)行優(yōu)化，由－480 m水平改為－475 m水平，每條溜井、人行通風(fēng)天井和回風(fēng)天井均減少了5 m。

圖1 開拓系統(tǒng)

(2)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化。優(yōu)化后全礦共設(shè)2條主回風(fēng)井。張家夏樓南翼和北翼各設(shè)1條南風(fēng)井和中風(fēng)井作為回風(fēng)井。張家夏樓礦區(qū)采用兩翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流從1#副井進(jìn)入，到達(dá)沿脈巷道后，經(jīng)穿脈巷通過人行通風(fēng)天井進(jìn)入采場，洗涮工作面后的污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)天井到達(dá)回風(fēng)水平，最后由南回風(fēng)井和中回風(fēng)井排出地表。

(3)充填系統(tǒng)優(yōu)化。原設(shè)計充填站鉆孔由地表至－350 m水平，考慮到礦體緩傾斜，鉆孔到－350 m水平充填聯(lián)巷較長，且－350 m水平充填管道可由－350 m水平至－250 m水平回風(fēng)井通過，因此充填站鉆孔由地表至－250 m水平，減少100 m鉆孔施工以及充填聯(lián)巷施工。原設(shè)計平巷內(nèi)的充填管道選用普通無縫鋼管，質(zhì)量大，價格高，移動和安裝不方便，建議采用鋼編復(fù)合管，耐磨且質(zhì)量輕，價格低，安裝方便。

(4)采礦方法優(yōu)化。在原分段空場嗣后充填采礦方法基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化。由于張家夏樓礦體厚度、傾角變化較大，因此根據(jù)礦體不同厚度和傾角，推薦采用單分段和多分段鑿巖空場采礦嗣后充填法。對于單分段空場嗣后充填采礦方法，礦塊沿礦體走向布置，長100 m，中間留1條寬12 m的間柱，礦塊高100 m，劃為8個分段高度12.5 m的礦房，礦房長度44 m，如圖2所示。礦房由下向上回采，鑿巖采用Simba1354臺車，爆破采用銨油炸藥，分段爆破，出礦設(shè)備由原設(shè)計4 m3電動鏟運機(jī)改為2 m3電動鏟運機(jī)，出礦進(jìn)路巷道斷面變小，這樣既滿足生產(chǎn)需要，又減少投資。原采場充填需要在－350 m中段施工充填聯(lián)巷和充填孔，工程量大、成本高，改進(jìn)后充填是在礦塊中部的間柱內(nèi)布置1條回風(fēng)充填斜井，由充填斜井向各分段充填，充填聯(lián)巷短，工程量小，同時回風(fēng)充填斜井將污風(fēng)排入到上中段回風(fēng)巷，回風(fēng)充填斜井兼做回風(fēng)井使用，可省去回風(fēng)井施工，降低成本。

圖2 單分段空場嗣后充填采礦方法

(5)設(shè)備選型優(yōu)化。平巷掘進(jìn)原設(shè)計采用國外先進(jìn)的Boomer 281掘進(jìn)鑿巖臺車，成本高，優(yōu)化后平巷掘進(jìn)主要選用國產(chǎn)YZ60型全液壓鑿巖鉆車，成本低，備件價格低，同時滿足生產(chǎn)需求，減少了礦山投資。采場出礦設(shè)備均選擇2 m3的鏟運機(jī)，考慮到減少投資以及國產(chǎn)中小型鏟運機(jī)技術(shù)較成熟等因素，選取WJD－2型國產(chǎn)電動鏟運機(jī)為主，維修方便，成本較低。

(6)基建計劃優(yōu)化。目前，除南風(fēng)井、中風(fēng)井掘砌到－350 m水平，其中南風(fēng)井轉(zhuǎn)平開始施工平巷外，其他2條井均已下掘至基巖段，1#副井掘進(jìn)完成并進(jìn)行井筒安裝后承擔(dān)整個溜破系統(tǒng)支護(hù)、安裝和－475 m水平的副井車場、下盤沿脈巷和穿脈施工、斜坡道上掘提巖任務(wù);主井掘進(jìn)完成后進(jìn)行臨時改絞，主要承擔(dān)－475 m水平主井車場、中央變電、水泵房、水倉以及整個溜破系統(tǒng)掘進(jìn)提巖任務(wù)，然后開始永久井筒安裝，預(yù)計2014年9月底完成井筒安裝，具備使用條件;南風(fēng)井承擔(dān)－350 m水平的掘進(jìn)、高溜井下掘、斜坡道下掘提升任務(wù);按以上安排10個工作隊同時施工編排的進(jìn)度計劃約需2 a時間，預(yù)計2014年底可以達(dá)到試生產(chǎn)。

4 結(jié)論

(1)對開拓工程進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)更加完善、合理，經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，1#副井減少基建工程量565 m (8 127 m3)，南風(fēng)井減少井筒工程量減少125 m (2 552 m3)，每條溜井、人行通風(fēng)天井和回風(fēng)天井均減少了5 m(35 m3)。

(2)通風(fēng)系統(tǒng)變得更加合理，采用兩翼對角式通風(fēng)，具有風(fēng)路短，阻力小、網(wǎng)絡(luò)簡單、風(fēng)流易于控制、通風(fēng)運行成本低等優(yōu)點，且在經(jīng)濟(jì)上較原通風(fēng)方案可比流出費用現(xiàn)值少2 845.93萬元。

(3)充填系統(tǒng)鉆孔由原設(shè)計地表至－350 m水平改為至－250 m水平，減少100 m鉆孔施工以及充填聯(lián)巷施工，節(jié)約了基建投資。原平巷內(nèi)的充填管道由普通無縫鋼管改為鋼編復(fù)合管，耐磨且質(zhì)量輕，價格低，安裝方便。

(4)采礦方法更加合理，技術(shù)水平提高，大幅度提高采礦和出礦效率。

(5)掘進(jìn)、出礦均采用國產(chǎn)化設(shè)備，在滿足生產(chǎn)的前提下，降低成本，又便于維修。

(6)通過合理安排基建計劃，可大幅度縮短基建工期。礦山在2014年達(dá)到試生產(chǎn)，基建工期縮短1 a。

［1］ 魏建現(xiàn).李樓－吳集鐵礦聯(lián)合建設(shè)工程實施方案優(yōu)化研究［J］.金屬礦山，2010(7):26-30.

［2］ 夏 興.特大型地下鐵礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.北京:中國礦業(yè)大學(xué)，2011.

［3］ 馬毅敏.李官集鐵礦開采設(shè)計優(yōu)化實踐與思考［J］.采礦技術(shù)，2010，10(5):11-12.

［4］ 孫麗軍.礦山開拓系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化研究［D］.武漢:武漢科技大學(xué)，2006，1-3.