深部技改工程竖井开拓方案比选研究

周伟永

(安徽大昌矿业集团有限公司，安徽 霍邱 237400)

矿山浅部工程年生产规模为150万t，已开采多年，浅部矿量难以满足以后生产的需要，现进行深部技改工程。本文在充分利用现有的竖井开拓工程和地表构筑物条件下，较好地适应深部矿体的赋存状况，针对深部竖井开拓工程不同的布置，提出了三种竖井开拓方案，采用定量和定性分析方法，经过经济技术分析比较，选择最优的竖井开拓方案。

1 工程概况

第四系松散岩层所覆盖厚度为32～157 m，其下分布为新古界霍邱群。矿带顶柱主要岩性为黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩等，厚度65～580 m，普氏硬度f为11～14。含矿带由石英磁铁矿、闪石类石英磁铁矿和石英假象赤铁矿石、闪黑云斜长片麻岩、混合花岗岩组成，普氏硬度f为12～18，矿体倾角为45～70°。矿带底板岩性主要为混合岩、黑云斜长片麻岩等，厚度大于200 m，普氏硬度f为11～14，裂隙不发育，岩石力学强度较高，工程地质稳定性较好。含矿带除上部氧化矿石破碎力学强度较低外，岩矿石一般坚硬完整，矿体底板岩性主要为花岗岩、黑云斜长片麻岩等，裂隙不发育，岩石力学强度较高，工程地质条件较好。开采过程中，矿体及其底板未见大的断裂构造，0～4线间有一反S构造，使矿体及围岩产状逆转并破坏矿体，造成局部矿体尖灭，但其对岩体质量影响不大。岩脉侵入矿体不造成围岩破碎，不影响岩体质量和稳固性。次级构造破碎带规模不大，多不含水，仅具微量渗透水，对岩体稳固性影响甚微，仅局部地段具有压碎构造，导致力学强度有所下降。矿坑涌水主要来自第四系渗透水，以静储量水为主，水量较小，水文地质不发育。

2 开采状况

浅部已开拓竖井8条，南区4条，北区4条。南区井下已形成了-130 m、-160 m、-190 m、-220 m、-250 m水平。-250 m中段为主运输水平，也是南区中央变电所、水仓、泵房布置水平。北区井下已形成-130 m、-160 m、-190 m、-220 m、-250 m、-280 m、-310 m共七个中段水平，-220 m、-310 m为主运输水平，-310 m是北区中央变电所、水仓、泵房布置水平。

南主井为4-1#主井，布置在矿体下盘15#勘探线附近，岩石移动范围以外，井筒净直径为Φ4.0 m，井底标高-298 m；南副井为4#副井，布置在矿体下盘4#主井附近，岩石移动范围以外，井筒净直径为Φ5.0 m，井底标高为-323 m；南风井为原4-2#主井，布置在矿体下盘9#勘探线附近，井筒净直径为Φ4.0 m，井底标高-298 m；1#风井布置在矿体下盘5#勘探线附近，井筒净直径为Φ2.5 m，井底标高-220 m；北主井为5#主井，布置在矿体下盘4#勘探线附近，井筒净直径为Φ4.0 m，井底标高-362 m。北副井为5#副井，布置在矿体下盘5#主井附近，井筒净直径为Φ3.0 m，井底标高-362 m；北措施井为3#副井，布置在矿体上盘岩石移动范围以外，井筒净直径为Φ4.5 m，井底标高为-310 m；北风井为原3-1#主井，布置在矿体上盘4#～8#勘探线之间，井筒净直径为Φ4.0 m，井底标高为-345 m；原3-2#主井井筒净直径为Φ4.0 m井底标高为-280 m。

3 竖井开拓方案

浅部年产量为150万t，其中南区年产量为50万t，北区年产量为100万t。深部矿体主要分布在北区，其技改工程年生产能力为350万t。在充分利用现有的竖井开拓工程和地表构筑物条件下，较好地适应深部矿体的赋存状况，针对深部竖井开拓工程的不同布置，提出了三种开拓系统方案[1]。

3.1 方案Ⅰ

共布置有7条井筒，分别为新主井、新副井、回风井、5-1#主井、盲井、5-1#副井、电梯井等。采用4-1#主井、4-2#主井、4#副井改造延伸方案。新主井为箕斗井，井筒净直径5.5 m。井深670.9 m，安装一套JKMD-3.5×4提升机，提升8 m3多绳底卸式双箕斗，年提升矿石能力为250万t。新副井为罐笼井，井筒净直径为6.5 m，井口标高为45.90 m，井底标高为-544.100 m，井深590 m。电梯井布置在-460 m中段主井附近，井筒内布置3 t客货电梯，用于粉矿清理的提升，以及破碎硐室、皮带道、粉矿清理等水平人员的上下。北区1#进风井为原5#主井延伸-460 m水平。1#回风井、2#回风井均位于北区上盘，其中1#回风井为原3-2主井延伸，井筒净直径4 m，井底标高-460 m。2#回风井为原3#副井延伸，井筒净直径4.5 m，井底标高-460 m。南区主井井筒净直径4.0 m，井口标高+45.12 m，井底标高-360 m，井深405.12 m，安装一套2JK-3/11.5X提升机，提升2.5 m3双箕斗，提升矿石，年提升能力为50万t。南区副井井筒净直径5.0 m，井口标高+45.31 m，井底标高-390 m，井深435.31 m。安装一套2JK-3×1.8/11.5X提升机，提升4 000 mm×1 400 mm单层罐笼。盲主井为箕斗井，井筒净直径4 m，井口标高为-215 m，井底标高为-605 m，井深390 m。安装一套2JK-2.5/11.5E单绳缠绕式提升机，井筒内布置2 m3翻转式双箕斗，用于提升矿石和采准废石。盲副井为罐笼井，井筒净直径5.0 m，井口标高-215 m，井底标高为-540 m，井深325 m，安装一套2JK-3×1.8/11.5E提升机[2-3]。南区北回风井(原4-2#主井)位于南区北侧，井筒净直径4.0 m，井口标高+48.18 m，井底标高-410 m，井深458.18 m，已安装一套2JK-3/11.5X提升机，提升2.5 m3双箕斗，提升矿石，年提升能力为50万t。南回风井位于南区矿体南侧，井筒净直径4 m，井底标高-460 m，兼作安全出口。

3.2 方案Ⅱ

新主井井筒净直径5.5 m，井口标高+52 m，井底标高-570 m，井深622 m，采用JKMD-4.5×4(Ⅲ) E落地式多绳摩擦提升机，提升容器双箕斗，型号11.5 m3底卸式箕斗，采用钢丝绳罐道。年负担南北两个采取350万t矿石的提升任务。新副井井筒净直径6 m，井口标高+52 m，井底标高-490 m，井深542 m。电梯井井口标高-460 m，井底-570 m。北区新建回风井为竖井，井筒净直径4.0 m，井口标高+52 m，井底标高-460 m，井深512 m，井内设梯子间兼作安全出口。新建中部回风井井筒净直径5.5 m，井口标高+52 m，井底标高-460 m，井深512 m，井内设梯子间兼作安全出口。辅助进风井辅助进风井采用原3-2主井延伸至-460 m水平，井底标高-460 m，井深512 m，井筒在-460 m、-385 m、-310 m水平开单侧马头门，为北区进风井。南副井井筒净直径5.0 m，井口标高+50 m，延伸井底标高-490 m，井深540 m。新建南回风井井筒净直径4.0 m，井口标高+52 m，井底标高-310 m，井深362 m，井内设梯子间兼作安全出口。倒段回风井井筒直径4.0 m，井口标高-310 m，井底标高-460 m，井深150 m，井内设梯子间兼作安全出口。

3.3 方案Ⅲ

新建北主井和中央风井，利用4#副井、5#副井进行改造，作为南副井、北副井，利用3-1#井、4-1#主井作为深部回风井，井筒底部新建倒段回风井。延伸4-2#主井，作为南区主井，新建电梯井，利用3-2#主井作为浅部北区回风井。新建主井布置在下盘北区矿体中部，井筒净直径5.5 m，井口标高+52 m，井底标高-570 m，井深622 m，安装一套JKMD-3.5×4提升机，提升8 m3多绳底卸式双箕斗，年提升矿石能力270万t。北副井由5#副井改建，井筒净直径6.5 m，井底标高-490 m，井深542 m。3-1#主井作为北区深部回风井，井筒净直径4.0 m，井底标高-345 m，在-310 m建倒段风井，井筒直径4.0 m，井底标高为-460 m。3-2#主井作为浅部回风井。中部回风井井筒净直径5.5 m，井口标高+52 m，井底标高-460 m，井深512 m。南副井井筒净直径5.0 m，井口标高+50 m，井底标高-490 m，井深540 m，由原4#副井延伸，安装一套JKMD-2.8×4(Ⅰ)E型落地式多绳摩擦提升机，提升容器为罐笼选用5#多绳双层罐笼，井筒采用钢罐道。南区主井由4-2#主井进行延伸，井底标高-570 m，负担南区130万t矿石的年提升任务[4]。4-1#主井作为南区回风井，井筒净直径4.0 m，井口标高+52 m，井底标高-310 m，在-310 m中段建倒段风井，井筒净直径4.0 m，井底标高-460 m井内设梯子间兼作安全出口(图1)。

图1 -460 m中段平面图Fig.1 -460 m middle plan

4 竖井开拓方案比选

4.1 方案投资概算

依据《冶金矿山井巷工程预算定额》测算出三个方案投资概算，投资概算由建筑工程费、设备购置费、安装工程费和其他费用组成，其中其他费用在这里都没考虑，计为0[5-6]。三个方案都新建主井和电梯井，其电梯井投资概算相同，方案Ⅰ和方案Ⅲ新主井投资概算相同，方案Ⅱ新主井投资概算较大。方案Ⅰ由8项工程构成，投资概算10 610.29万元(表1)；方案Ⅱ由9项工程构成，投资概算11 095.84万元(表2)；方案Ⅲ由7项工程构成，投资概算8 505.51万元(表3)。

4.2 投资比较

方案Ⅰ和方案Ⅱ新建副井投资最大，其次是新建主井的投资；方案Ⅲ新建主井的投资最大，其次是新副井改造。三种竖井开拓方案中方案Ⅱ投资概算最大，其投资额为11 095.84万元，方案Ⅲ投资额最小，其投资额为8 505.51万元。方案Ⅲ比方案Ⅱ节省投资2 487.73万元，比方案Ⅱ节省投资2 002.18万元。从投资分析可以看出，方案Ⅲ为最经济的方案。

表1 方案Ⅰ投资概算表Table 1 Scheme Ⅰ investment budget sheet

表2 方案Ⅱ投资概算表Table 2 Scheme Ⅱ investment budget sheet

表3 方案Ⅲ投资概算表Table 3 Scheme Ⅲ investment budget sheet

4.3 运行分析比较

方案Ⅰ在北区新建主井、副井，在南区新建盲主井、盲副井和南风井，能满足矿和废石，以及提升和通风的需要。由于5#主井改为进风井，北区浅部矿石由3-1#主井提升，3-1#主井破碎硐室设在-298 m，难以满足北区浅部-280 m、-310 m中段矿石提升的要求。南区盲主井、盲副井用来提升深部矿石和废石，但矿石和废石提升需要周转，提升费用高。南、北端部设回风井，采用中央边界式通风方式，通风效果不好。

方案Ⅱ在北区新建主井、副井，在中部建中央回风井，在南区、北区各建两条回风井，矿石和废石提升，及通风能满足生产的需要。新建北区主井提升深部矿石，南区矿体距新主井3 km，南区每年井下运输100万t矿石到新主井，费用需要70万元，北区选厂不能满足深部年产量为350万t和浅部100万t选矿要求，需要地表每年运输100万t矿石到南区选厂，又增加地表运输费用90万元，这样每年要增加160万元运输费用。3-2#主井位置在北区矿体上盘，这个井作为进风井，通风管理难度大，容易造成串风，甚至造成通风紊乱现象。

方案Ⅲ在北区新建主井，改建5#副井，延伸4#副井和4-2#主井，南区矿石由4-2#主井提升，北区矿石由新建主井提升，能满足南区、北区生产需要，减少新增副井周围的建筑和场地占地面积。在中部建中央回风井，南北端部各建一条倒段风井，南区、北区分别形成中央对角式通风，通风效果好。

通过3种方案可行性分析比较，在运行上方案Ⅲ是较为完善的竖井开拓方案。

4.4 基建工期比较

基建工期主要受新建主井、副井建设工期的影响，主井、副井建设工期为1.42年。方案Ⅰ和方案Ⅱ都需要新建主井、副井，方案Ⅲ只建主井，改建5#副井，副井改建工期为1.08年。由于方案Ⅲ副井改建工期比方案Ⅰ和方案Ⅱ副井建设工期短4个月，有利于工程的投资建设。从以上基建工期分析可以得出方案Ⅲ基建工期短。

5 结 论

1) 经过三种竖井开拓方案定量、定性分析比较，方案Ⅱ投资最大，方案Ⅲ投资比方案Ⅰ和方案Ⅱ小，方案Ⅲ经济上为最优方案。

2) 对三种竖井开拓方案进行了定性比较分析：方案Ⅰ存在浅部北区-280 m、-310 m中段矿石难以从3-1#主井提升的问题，南区盲井提升费用较高，而且通风效果不佳；方案Ⅱ存在南区矿石井下向北区运输，地表北主井矿石向南区3#选厂运输的问题，运输成本高，且北区进风井设在矿体上盘， 容易造成串风，甚至造成通风紊乱现象；方案Ⅲ通风效果好，运输成本低，是比较完善的方案。

3) 基建工期主要受新建主井、副井建设工期的影响，竖井开拓方案Ⅲ基建工期短。

4) 竖井开拓方案Ⅲ经济上投资小，基建工期短，运输成本低，通风效果好，是最佳选择方案。