浙江某叶蜡石矿生产系统设计与优化

2014-03-22张云亮

采矿技术 2014年4期

姚奇，张云亮

(苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，江苏苏州市 215004)

0 引言

浙江某叶蜡石矿矿体因F5断层的错动划分为了南北两个部分。原北矿段生产规模为2万t/a，最低开采深度为+50 m，已开采多年，形成了完善的开拓运输系统，但保有资源储量已不多。近年来叶蜡石矿市场需求强烈，目前的生产规模已不能满足市场需要，公司拟将生产系统向下延伸，对两部分矿体统一规划开采。

开拓运输方案作为矿山开采的重要组成部分，对矿山投资及后期的生产有长远的影响。北矿段开拓运输系统比较完善，未来是否继续利用现有系统向下延伸，还是采用斜坡道开拓方案，新系统是否能和老系统有效结合，这些都是企业需要解决的问题。

针对以上现状与问题，本文通过比较法、投资成本分析法，并结合了国内外开拓方案为斜坡道的矿山经验，提出了对本矿山系统的设计优化方案。

1 矿山地质资源概况

矿区地层主要为侏罗系上统西山头组，主要由酸性火山碎屑岩组成，间夹沉积火山碎屑岩，总体呈NE—SW向展布，倾向SE，倾角较缓。分述如下：

矿化带顶板为次生石英岩，厚度0～15 m。

矿化带底板为蚀变含砾熔结凝灰岩，厚度7～46 m。

矿化带主要为矿化含砾多屑凝灰岩和矿化凝灰岩，厚度23.5～66 m。

各矿层产状与矿化带基本一致。其倾向为130°～160°，倾角10°～25°，均呈似层状—扁平透镜体状产出。

矿区地质钻孔岩心完整，矿体顶底板也不例外。钻孔岩心的岩石质量指标均大于80%，矿体围岩质量极好。断裂带的存在不会对矿坑开采产生影响。

矿山采矿综合回采率约40%，根据保有储量估算，南矿段可采出矿石量111.53万t，北矿段可采出矿石量31.77万t。矿山总服务年限20 a。

2 北矿段生产现状

矿山已开采多年，现有采矿许可证生产规模为2万t/a，开采深度最低为+50 m标高。北矿段已形成了完善的开拓、运输、通风、排水、压气、供电系统。办公生活区位于+100 m标高，工业场地位于+147 m米平硐口，设施完善。采矿方法为浅孔房柱法，中段高度50 m，矿山采用平硐～盲斜井联合开拓，有轨电机车运输。现有+182、+147、+100、+50 m 4个中段，其中+182 m平硐、+147 m平硐通往相应生产中段。+147 m中段与+100 m中段通过两个盲斜井连接、采用斜井提升。目前主要开采+100 m中段，西盲斜井已经延伸至+50 m中段。

3 优化设计的前提

矿山采矿方法为浅孔房柱法。北矿段仍有部分资源，需要继续利用原有开拓系统，仅将生产规模扩大为4万t/a，南矿段建设要求尽量利用现有系统，基建结束后，两矿段需要同时生产。北矿段开采结束后，进行南矿段的开采。南矿段设计生产规模为10万t/a。

4 南矿段开拓方案比选

根据南矿段开采条件，可选择的开拓方案有如下3种。3个方案优缺点比较见表1。

方案一，平硐—盲斜井联合开拓方案：利用现有+147 m平硐及两个盲斜井继续向下延伸至-73 m中段进行南矿段的开拓。

方案二，平硐—盲斜井联合开拓方案：由现有工业场地+100 m标高处新建平硐至现有+100 m中段，再由该中段新建盲斜井至-73 m中段进行开拓。

方案三，斜坡道开拓方案：由现有工业场地+100 m标高处向南矿段修建斜坡道，直至南矿段底部-73 m中段。

表1 开拓方案比较表

方案一，虽能利用现有巷道，但生产能力受到限制，而且斜井向下延伸，势必会影响到目前的生产，不能满足企业扩大生产规模的需求。且无论矿石及排水均多提升约50 m高度，增加运行成本，造成不必要的浪费，故设计不予采用。

方案二，新修建平硐、盲斜井可适应新的生产规模要求，矿石提升高度及排水高度合理，能利用现有设备，但+100 m标高平硐口周边场地均较为平坦，无合适的卸车场地，周围也无可利用的卸车场地，满足不了卸矿高度要求，也不予采用。

方案三，虽然基建投资大，但是机械化程度高，减少了生产人员，提高了生产效率，并且便于企业的安全管理，近年来广泛应用于各大矿山。也能满足未来继续扩大生产规模的要求。

根据矿区矿体赋存条件和开采技术条件等因素，经综合比较，确定本矿山采用斜坡道开拓方案。该方案运行成本低、生产能力大，机械化程度高，采运方便，管理简单，综合效益高。

北矿段仍利用现有电机车运输、斜井提升。各中段采下的矿石在溜井口装车，电机车运输，经斜井提升至+147 m平硐后，运出地表。

南矿段采用地下矿用汽车运输。各中段采下的矿石在溜井口装车后直接通过中段运输巷、斜坡道、平硐运出地表。

5 斜坡道开拓系统设计

矿区工程地质条件较好，底板稳固且厚度较大，可按常规方式将斜坡道布置在矿体底板。

斜坡道布置一般有直线式、螺旋式、折返式3种形式。由硐口到南矿段可采用直线式斜坡道，工程量省，施工简单。到达南矿段以后，矿体东西走向长度300 m左右，采用折返式斜坡道，该方案施工较容易，司机能见距离大，线路便于维护，司机行车安全性比螺旋式高。

根据计算，得出斜坡道宽度为3582.5 mm(车宽1.8 m，高2.2 m)，但无轨运输设备与支护之间的间隙，应不小于0.6 m，行人的无轨运输水平巷道应设人行道，人行道的有效净高应不小于1.9 m，有效宽度不小于1.2 m。最终设计斜坡道断面三心拱，宽度为3.6 m，高度为3.4 m。斜坡道断面见图1。

图1 斜坡道断面

斜坡道路面结构的好坏，对无轨设备的运行速度、设备损耗等有直接影响，通常有碎石路面、混凝土路面、钢筋混凝土路面和冷沥清路面。设计本矿采用碎石路面(装载点为混凝土)，路基采用块度20～70 mm碎石，厚度200 mm；路面采用块度10～20 mm碎石，厚度100 mm。

主斜坡道由+100 m至-73 m总长1742 m，最小转弯半径20 m，平均坡度10%。

6 现有系统的利用及优化

南矿段如果需要达到正常生产能力，除开拓运输系统外，必须建立完善给排水、通风、压气、供电等系统。在进行南矿段系统设计时，必须充分考虑利用北矿段现有系统，并对系统进行优化，为北矿段的开采创造更为有利的条件。

6.1 给水系统

给水管路无需从斜坡道接入，而是由+100 m中段运输巷沿南矿段西侧新建的回风盲斜井布置管道，大大缩短了给水管路的长度，节省了工程量。

6.2 排水系统

按照是否修建新的+100 m排水平巷分为两种方案，比较如下。

方案一：修建，将南矿段的水沿回风斜井排放至+100 m运输平巷，然后沿排水平巷自流出地表；北矿段水可直接自流。

该方案基建期斜井排水线路长280 m，每米管线估算约300元，则初期管线投资8.4万元。排水巷道工程量1576 m3，按360元/m3估算，投资56.74万元，合计基建投资65.14万元。

运行过程中，每下降一个中段新增排水管线长约80 m，平均每年增加20 m，年成本0.6万元；水泵功率90 kW，实际综合功率系数0.6，每天工作15 h，年工作330 d，年耗电量26.73万度，单价0.65元/度，年成本17.37万元；工人工资9万元/a；故年总运行成本为26.97万元。

年总成本A=26.97，万元;生产年份n=16，a;利率i=5%。按年金现值公式计算得出，年金现值P=292.29万元。则方案一合计折现357.43万元。

方案二：不修建，南矿段排水管线沿斜坡道布置，直接排放至+100 m平硐口；北矿段排水系统继续使用，将水排放至+147 m平硐口自流。

该方案基建期排水线路长1050 m，每米管线估算约300元，则基建投资31.5万元。

运行过程中，每下降一个中段新增排水管线长约300 m，平均每年增加75 m，年成本2.25万元；因管线长度增加、弯道增加等增加了排水阻力，南矿段每年耗电增加约10%，即为19.11万元；北矿段水泵功率15 kW，每天工作5 h，年耗电量1.49万度，年成本0.97万元；工人工资12万元/a；故年总运行成本为34.33万元。

按公式计算出，得年现金值P=372.06万元。则方案二合计折现403.56万元。

排水系统优缺点比较：

方案一系统简单，仅有南矿段一个水泵房，系统维护简单，后期费用低；该平巷不仅可作为排水巷道，也可作为行人通道，方便了人员出入井;

方案二北矿段排水系统仍然需要维护，多一位劳动定员；南矿段后期排水线路长，弯头多，增加了排水阻力，增加耗电量。

从经济上比较，方案一基建期投资比方案二多33.64万元，但考虑未来生产成本折现后，综合投资比方案二少46.13万元。

通过技术经济比较，选择修建+100 m排水平巷的方案一。该方案利用了现有巷道，优化了北矿段排水系统，降低了生产升本，优势明显。