朱礦采場深部開拓運輸系統的改造

周祥利

（攀鋼集團礦業有限公司設計研究院，四川 攀枝花，617000）

1 引言

朱家包包鐵礦（以下簡稱朱礦）始建于1970年，是攀鋼大型露天開采釩鈦磁鐵礦山，原設計露天底為1030m水平。經過40多年的開采，采場逐漸進入深部，現最低開采水平為1180m，封閉圈為1270m。設計開采規模幾經調整，由當初的5000kt／a，后來修改為7000kt／a，再到現在的8000kt／a。設計采場深部的開拓運輸方式也由單一的汽車運輸，后來修改為鐵路—公路聯合運輸方式，再到現在的汽車—半移動破碎—膠帶運輸。由于采場空間及工程地質條件發生了較大變化，以及攀鋼對礦石需求量的增加，原來的鐵路—公路聯合運輸方式不能滿足生產要求，經濟性和技術性都顯得落后，2010年中冶北方工程技術有限公司對朱礦采場深部的開拓運輸系統進行了重新設計，設計采場深部的礦石和巖石都采用汽車—半移動破碎—膠帶運輸方式。通過對朱礦采場深部開拓運輸方式的演變過程的分析，對國內由山坡露天礦向深凹露天礦過渡的大型金屬露天礦山有較好的參考借鑒作用。礦山應高度重視采場深部的開拓運輸，需提前做好研究工作，防止在過渡期使生產處于被動。

2 朱礦采場開拓運輸系統

2.1 采場中部的實際運輸系統

朱礦采場設計開采標高為1450～1030m，封閉圈標高為1270m，上部巖石全部采用汽車運輸，廢石就近排棄在采場外北部和南部附近的溝谷中。開采1360～1300m期間，礦山屬于山坡露天，采場范圍東西長度約1300～1600m，南北寬度約600～800m，有利于鐵路線的展布。因此，采場礦巖由WK－4挖掘機向礦車裝車，采用準軌鐵路直接運往排土場和選礦廠。當采場降至1285m后，由于地形條件的限制，必須先采用汽車開溝運輸，當臺階長度和寬度滿足鐵路線的布置時，再鋪設鐵路，采用鐵路運輸礦巖，即該期間采用的是公路—鐵路聯合運輸方式。為實現二者的銜接，在采場的西部外側附近，靠近總出入口處建有一礦巖倒裝站（卸載水平標高為1290m），倒裝站有3個料倉，其中二個用于裝礦，一個裝巖，開溝時的礦巖及不適宜進鐵路線的邊角處的礦巖采用汽車運輸至1290m倒裝站。倒裝站下方裝電機車運至離采場距離分別為5.1km和2.8km的選廠和排土場，外部運輸全部采用準備軌鐵路運輸礦石和廢石。

2.2 采場深部開拓運輸系統的設計

朱礦采場深部的開拓運輸方案經過多次修改設計，修改時的主要考量:一是充分利用鐵路系統等固定資產，減少投資；二是多年來職工已熟練掌握整個生產工藝流程，盡量避免對流程和設備做太大的改動，減少生產的波動。因此，直到2005年的設計，仍沿用公路—轉載站—鐵路的開拓運輸方案。

公路—轉載站—鐵路運輸方案的運輸過程為:采場礦巖用汽車運至礦巖轉載站，并卸至其料倉，料倉下方用板式給礦機裝60t礦車，再由224t電機車牽引運出采場。該方案具體布置是:從采場南側總出入口（標高為1270m）處，分東西兩側（東進線系統和西進線系統）沿下盤固定幫以40‰的坡度布置陡坡鐵路線折返下到各水平，東進線和西進線在1180m站匯合，如圖1。1180m以下由于巖石量逐漸減少，采剝總量也將減少，故設計1180m以下采用一條鐵路線就可滿足采場運輸能力的要求。在采場下降過程中，在靠近下盤固定幫的合適位置建轉載站，其形式為礦倉轉載，每隔大約3個臺階移設一次轉載站，將先后設置1255m、1210m、1180m、1165m、1135m轉載站。每個轉載站的服務期大約3～4年。陡坡鐵路區間線路均為單線，向下經過多次折返，到達采場深部各開采水平和轉載站，最低一個轉載站布置在1135m水平，其下至露天底1030m的礦巖由汽車運輸至1135m站，再由板式給礦機裝機車通過鐵路運出采場。

圖1 運輸過程示意圖

這種聯合開拓運輸方式，將汽車運輸機動靈活、爬坡能力強和鐵路運輸能力較大的優勢結合在一起，經驗算，礦石生產規模可達5500kt／a，采剝總量為13000kt／a。

這種聯合開拓運輸方式，每個水平在開溝和擴幫過程中將先用汽車向上運輸至轉載站，只有當擴幫到滿足鐵路線的布置時，再鋪設鐵路，此后本水平的礦巖才能采用鐵路運輸，因此，相當部分的礦巖將由汽車采用重車上坡運輸方式。隨著開采水平的下降，采場空間越來越小，汽車運輸比例會逐漸增加，據測算，在封閉圈下的第一個臺階即1255m水平，汽車運輸比例大約為30%，到了1135m水平，這一比例超過50%，而汽車運輸的成本大約為鐵路運輸的2～3倍，因此，隨著采場的下降，經濟效果將會越來越差。

3 采場深部開拓運輸系統改造的必要性

朱礦采場在下降過程中，實際情況與原設計時發生了許多變化，如采場邊坡的工程地質條件、采場采剝部位和進度計劃未嚴格執行，以及生產工藝和設備的進步等，使得作業環境和條件與當初設計時有較大的不同，導致設計方案不能付諸實施，或者無法達到預期效果，因此，必須對原設計的采場深部開拓運輸方案進行大的改造。

3.1 采場東南幫工程地質條件的變化

如前所述，采場深部鐵路線分東進線和西進線兩個系統，其中東進線設計從1270m總出入口起，沿下盤南幫固定幫鋪設，并經由東端幫繞到北幫的1210m站再折返，折返線再次經過東南幫才能到達1180m站和1135m站。

朱礦采場東南幫在2004年至2006年間發生過兩次大的滑坡，滑坡范圍標高1345～1255m，長度約120m，需處理的滑體方量超過2000km3，加上對邊坡進行支護處理，共耗時3年，使東南幫的推進嚴重滯后，從1270m和1255m臺階向下延伸鐵路線的計劃被擱置，因而錯過了最佳進線時機。另外，經過進一步的工程地質勘探發現，采場東南幫有NW向的兩條大斷層F106和F107，均為早期斷層，邊坡破壞受斷層與優勢節理的組合形式控制，上部沿斷層面或礦巖接觸帶滑動，下部追蹤優勢節理面剪出，形成復合型平面剪切破壞，從而將邊坡切割分成若干段，即使對邊坡進行了加固處理，仍存在發生滑坡的風險，使得東進線方案再無實施的可能。

原設計東進線和西進線都為區間單線，從兩個不同方向鋪設，優點是互不干擾，能滿足礦石5500kt／a的生產規模。由于東進線方案無法實施，自然考慮到將西進線系統的單線全部改為雙線。如果區間線路改為雙線，這又必然導致在每個折返站采用交叉渡線，線路非常復雜，雖然區間線路為雙線，但咽喉道岔制約著線路通過能力，經過論證，即使鋪設雙線，也只能達到近4000kt／a的礦石規模，遠小于兩條獨立單線的通過能力，不能滿足礦石生產規模的要求。同時，在西幫上鋪設雙線，臺階寬度將由7.5m 增加到12.5m，西部境界將向內縮，采出礦石量將減少約1200kt。

3.2 礦石需求量的增加

2009年，攀鋼在西昌開始建設新的冶煉基地，因而對礦山產能提出了新的要求，要求朱礦礦石生產規模增加到8000kt／a，這就意味著采剝總量將增加到17600kt／a，較原設計規模5500kt／a有了大幅度的增加，若仍采用公路—轉載站—鐵路的開拓運輸方案，又只能布置西進線系統，只可滿足公司要求產能的50%。

綜上所述，原設計的公路—轉載站—鐵路開拓運輸系統已經不能適應新的條件和要求，必須進行改造。

4 采場深部開拓運輸系統的改造

4.1 開拓運輸系統改造的思路

朱礦已采用公路—鐵路聯合運輸方案開采多年，建立有完善的內外部運輸系統及相應的輔助維修設施，外部運輸都采用準軌鐵路系統分別運往排土場和選礦廠，因此，系統改造時應密切聯系礦山現狀，充分利用已有的礦山開拓運輸系統和設備，以利于減少投資。另外，改造后的生產能力要與礦山的生產規模要求相適應，必須做到礦山的平穩增產過渡和改造后礦石生產在較長時間內保持穩定。還有，采場深部的開拓運輸系統與外部運輸要合理銜接，減少轉載次數。

4.2 開拓運輸系統的改造方案

朱礦采場封閉圈為1270m，到露天底采深至少有240m，礦石生產規模要達到8000kt／a，巖石剝離量為9600kt／a，屬大型深凹露天礦。在改造方案的選擇過程中考慮了多個方案:采場內溜井—膠帶斜井、溜井—平硐、全汽車運輸和汽車—半移動破碎—膠帶系統方案，由于前二個方案基建工程量太大，溜井施工難度大且容易堵塞，因而被放棄。全汽車運輸方案中，只有75%的礦巖量運至采場西側的1290m倒裝站運輸距離在3km以內，有近1億噸的礦巖運距在3km以上，3km通常被認為是汽車運輸較經濟的合理范圍。經過對后兩個方案的經濟和技術的全面比較，采場深部的開拓運輸設計采用汽車—半移動破碎—膠帶系統。

汽車—半移動破碎—膠帶系統方案，礦石和巖石膠帶系統沿采場下盤西側固定幫布置，巖石破碎站首站設在1240m，礦石破碎站首站設在1210m，如圖2。

圖2 汽車一半移動硫碎一脈帶系統方案示意圖

破碎站選用易于搬遷的鄂式破碎機，每個破碎站采用山特維克CJ815鄂式破碎機2臺，年處理能力為10000kt／a，滿足礦石和巖石處理能力的要求，其中礦石破碎站富余的2000kt／a能力用于對廢石中部分表外礦的加工，以便后續進行磁滑輪干選拋尾得到較高品位的礦石。膠帶運輸采用鋼繩芯膠帶運輸機，帶寬1.2m，帶速2.5m／s。隨著采場的下降，每隔大約3個臺階移設一次破碎站，最低巖石破碎站設在1150m水平，礦石破碎站設在1120m水平，如圖3。由于采場空間的限制，其下至露天底的礦巖用汽車運至礦巖破碎站處理，露天底至1120m破碎站的運距在2km左右。

采場內的礦石用膠帶輸送至采場西側外的1290m倒裝站卸載至礦倉，然后裝機車運往5.1km里外的選礦廠，巖石輸送至采場外經過一次轉運后仍用膠帶機輸往排土場。

經過改造后的運輸系統，采場內各采裝點到破碎站采用汽車運輸，外部礦石運輸采用準軌鐵路運輸，這樣盡可能利用了原有公路、鐵路運輸設施和設備，并減少了人員轉崗培訓的壓力及對生產帶來的沖擊。

圖3 破碎站示意圖

運輸系統改造后，下盤固定幫上不再鋪設鐵路，因此臺階寬度由7.5m減小到4～5m，西幫最終邊坡角由410提高到460，從而使得露天底降至1000m，較原設計露天底1030m下降了30m，開采境界內增加礦石量5300kt。

5 結語

大型露天礦在向采場深部過渡時，往往會出現高陡邊坡，隨著邊坡巖石風化或地質結構的影響，邊坡穩定性受到威脅甚至破壞，影響采場深部開拓運輸系統的布置。另外，采場轉入深部開采后，空間越來越小，運輸條件變差，產能受到制約，既有山坡露天礦的開拓運輸系統往往不能適應采場深部的開采。因此，采場深部的開拓運輸是關系到礦山長期發展的重要課題，應結合中部采場的開拓運輸系統、邊坡地質條件、礦石需求量和外部運輸方式等綜合研究。

［1］王運敏.現代采礦手冊，冶金工業出版社［M］.2012年1月.

［2］李寶祥.金屬礦床露天開采［M］.冶金工業出版社，1986年2月.

［3］中冶北方工程技術有限公司.朱蘭采場深部開采總體規劃可行性研究.2009年9月.