张家夏楼铁矿建设实施方案优化研究

王立根

(五矿邯邢矿业霍邱县庆发矿业有限责任公司)

1 工程背景

张家夏楼铁矿位于安徽省霍邱县周集镇南4 km，矿区经西侧的105国道北至京九铁路的阜阳车站，距离约80 km，南至宁西铁路(西安至合肥西)的姚李车站，距离约70 km，东侧至霍邱县城20 km，交通十分便利。张家夏楼铁矿设计开采规模为采选130万t/a。

张家夏楼铁矿建设实施方案本着采选工艺先进、总体布置合理、投资适度、经济效益好的建设原则，130万t/a采选实施方案是可行的，但在以下方面存在优化潜力:

(1)开拓系统、通风系统、充填系统、采矿方法、基建计划等需要进一步系统优化。

(2)采掘设备国产化，便于维修，同时降低生产成本。

(3)矿山基建井巷工程需要进一步优化，在满足生产的前提下，优化井巷工程结构，合理安排基建计划，加快施工进度。

2 张家夏楼建设原实施方案

2.1 开拓系统

(1)主竖井方案。主井集中布置在张家夏楼矿区5#勘探线偏南矿体的下盘，采用14 m3单箕斗提升张家夏楼铁矿采出来的矿石。

(2)副井及辅助斜坡道。采用1条副竖井、1条采区斜坡道方案。1#副井布置在张家夏楼矿区5#勘探线偏南矿体的下盘，位于主井的南端，井深662 m，主要服务于破碎硐室、皮带运输、粉矿回收，运输中段升降废石、人员、材料及进风等。张家夏楼矿区井下设1条辅助斜坡道，斜坡道自－480 m中段开口，至－250 m回风中段，斜坡道采用折返式布置，弯道曲线半径20 m，每隔12.5 m与各采矿分段贯通。斜坡道坡度15%，斜坡道作为井下无轨设备上下、炸药及爆破材料运送的主要通道，辅助进风和运送一些人员、材料。

(3)风井。全矿共有2条风井，其中南风井作为进风井，中风井作为回风井。

(4)开拓中段及井下运输水平的设置。井下设3个中段，分别为－480 m有轨集中运输中段、－350 m倒运中段、－250 m回风中段。

2.2 通风系统

矿区采用两翼进风、中风井回风的通风方式。新鲜风流由南风井、1#副井进入井下各工作面，清洗工作面后的污风通过中风井排出地表。

矿山采用多级机站通风，在各进风井井底设Ⅰ级机站，在中风井井底设Ⅳ级机站，在采场入风处和回风处设Ⅱ级和Ⅲ级机站。

2.3 运输系统

井下运输分有轨和无轨2种运输方式。

(1)有轨运输。主运输水平设在－480 m。有轨运输中段采用沿脉加穿脉的环形布置方式;采用ZK14－9/550型14 t电机车牵引4 m3侧卸矿车运输矿石，采用 ZK7－9/550型7 t电机车牵引YFC1.2－9型翻转式矿车运输岩石。

(2)无轨运输。－450 m、－350 m水平均为无轨运输水平。部分废石用地下卡车运至采空区充填。以上2个水平的设备、材料、人员可通过采区斜坡道上下。

2.4 充填系统

采用全尾砂胶结充填，制备好的砂浆通过充填钻孔自流输送至井下，再由各回风中段平巷的输送管道经充填天井输送至井下相应的采场。

充填站采用立式砂仓充填系统，设置2套相互独立的充填系统，每套系统充填浆料制备能力为1 500 m3/d左右。充填站由2座立式砂仓、1座水泥仓、2个高浓度搅拌槽及相关辅助设施等组成。

充填钻孔数目为2个，均为垂直钻孔(由地表至－350m)，第四纪土层钻孔应加套管(180mm×5)护壁，内设充填管，套管与充填管之间间隙采用优质黄泥(浆)填满。充填管为耐磨陶瓷复合管或16Mn材料钢管。平巷内的充填管道选用普通无缝钢管。采场内敷设充填管道选用聚乙烯(树脂)软管，以便于移动和连接。

2.5 采矿方法及生产工艺

(1)采矿方法。根据矿体倾角、厚度不同，主要采用分段空场嗣后充填采矿方法和浅孔房柱嗣后充填采矿方法。中段高100 m，原则上采用一房一柱的二步采方案。

(2)主要生产工艺。对于分段空场嗣后充填采矿方法，回采凿岩采用Simba1354凿岩台车，在凿岩巷内凿垂直扇形炮孔，最小抵抗线1.8 m，孔底距2.5～3.0 m。

(3)爆破采用铵油炸药，对炮孔分段爆破。

(4)出矿以4 m3电动铲运机，铲运机效率40万t/(台a)。

(5)在－350 m中段布置充填管道打充填孔向采空区充填。

3 张家夏楼实施方案优化

3.1 优化原则

(1)在原实施方案的基础上，进一步优化各系统及采矿方法结构参数，减少基建工程量，加快基建进度。

(2)在满足生产的基础上，掘进和出矿设备国产化，降低成本。

(3)合理规划基建计划，尽快投产、达产。

3.2 优化内容

在深入分析矿体赋存特点、生产规模基础上，采用满足生产较为成熟的采选工艺、设备，借鉴其他矿山建设经验［1-3］，对张家夏楼铁矿建设实施方案进行了分析、研究与优化，减少基建工程量和基建投资，使系统更加完善、合理，主要优化内容如下。

(1)开拓工程优化。开拓系统(图1所示)的选择往往受到矿山总平面布置、提升运输、通风、排水等多种因素的影响，因此开拓方案的选择，一方面要充分考虑影响矿床开拓方案的诸多因素，另一方面要遵循矿床开拓方案选择的基本要求，即确保工程安全、技术可靠、基建工程量小和保证生产时间和质量的前提下，优选开拓方案［4］。矿山基建期工程量大，又加上副井安装，在主井－475 m水平增设马头门，距离车场较近，便于基建期提岩，减轻副井提岩压力。根据对提升任务的进一步系统深入分析与合理分配，对副井系统进行优化，优化后1#副井在－450 m水平不设马头门和平巷，人员上下可通过采区斜坡道至－450 m水平，节约基建工程量565 m (8 127 m3)，节约基建投资274.2万元。根据风量合理分配，对南风井通风功能进行优化，由进风井改为回风井，由最低－475 m水平减少到－350 m水平，井筒工程量减少125 m(2 552 m3)，节约基建投资283.4万元。结合中段设置、生产条件复杂的特点，对运输水平进行优化，由－480 m水平改为－475 m水平，每条溜井、人行通风天井和回风天井均减少了5 m。

图1 开拓系统

(2)通风系统优化。优化后全矿共设2条主回风井。张家夏楼南翼和北翼各设1条南风井和中风井作为回风井。张家夏楼矿区采用两翼对角式通风系统，新鲜风流从1#副井进入，到达沿脉巷道后，经穿脉巷通过人行通风天井进入采场，洗涮工作面后的污风经回风天井到达回风水平，最后由南回风井和中回风井排出地表。

(3)充填系统优化。原设计充填站钻孔由地表至－350 m水平，考虑到矿体缓倾斜，钻孔到－350 m水平充填联巷较长，且－350 m水平充填管道可由－350 m水平至－250 m水平回风井通过，因此充填站钻孔由地表至－250 m水平，减少100 m钻孔施工以及充填联巷施工。原设计平巷内的充填管道选用普通无缝钢管，质量大，价格高，移动和安装不方便，建议采用钢编复合管，耐磨且质量轻，价格低，安装方便。

(4)采矿方法优化。在原分段空场嗣后充填采矿方法基础上进行细化。由于张家夏楼矿体厚度、倾角变化较大，因此根据矿体不同厚度和倾角，推荐采用单分段和多分段凿岩空场采矿嗣后充填法。对于单分段空场嗣后充填采矿方法，矿块沿矿体走向布置，长100 m，中间留1条宽12 m的间柱，矿块高100 m，划为8个分段高度12.5 m的矿房，矿房长度44 m，如图2所示。矿房由下向上回采，凿岩采用Simba1354台车，爆破采用铵油炸药，分段爆破，出矿设备由原设计4 m3电动铲运机改为2 m3电动铲运机，出矿进路巷道断面变小，这样既满足生产需要，又减少投资。原采场充填需要在－350 m中段施工充填联巷和充填孔，工程量大、成本高，改进后充填是在矿块中部的间柱内布置1条回风充填斜井，由充填斜井向各分段充填，充填联巷短，工程量小，同时回风充填斜井将污风排入到上中段回风巷，回风充填斜井兼做回风井使用，可省去回风井施工，降低成本。

图2 单分段空场嗣后充填采矿方法

(5)设备选型优化。平巷掘进原设计采用国外先进的Boomer 281掘进凿岩台车，成本高，优化后平巷掘进主要选用国产YZ60型全液压凿岩钻车，成本低，备件价格低，同时满足生产需求，减少了矿山投资。采场出矿设备均选择2 m3的铲运机，考虑到减少投资以及国产中小型铲运机技术较成熟等因素，选取WJD－2型国产电动铲运机为主，维修方便，成本较低。

(6)基建计划优化。目前，除南风井、中风井掘砌到－350 m水平，其中南风井转平开始施工平巷外，其他2条井均已下掘至基岩段，1#副井掘进完成并进行井筒安装后承担整个溜破系统支护、安装和－475 m水平的副井车场、下盘沿脉巷和穿脉施工、斜坡道上掘提岩任务;主井掘进完成后进行临时改绞，主要承担－475 m水平主井车场、中央变电、水泵房、水仓以及整个溜破系统掘进提岩任务，然后开始永久井筒安装，预计2014年9月底完成井筒安装，具备使用条件;南风井承担－350 m水平的掘进、高溜井下掘、斜坡道下掘提升任务;按以上安排10个工作队同时施工编排的进度计划约需2 a时间，预计2014年底可以达到试生产。

4 结论

(1)对开拓工程进行优化，使系统更加完善、合理，经过系统优化，1#副井减少基建工程量565 m (8 127 m3)，南风井减少井筒工程量减少125 m (2 552 m3)，每条溜井、人行通风天井和回风天井均减少了5 m(35 m3)。

(2)通风系统变得更加合理，采用两翼对角式通风，具有风路短，阻力小、网络简单、风流易于控制、通风运行成本低等优点，且在经济上较原通风方案可比流出费用现值少2 845.93万元。

(3)充填系统钻孔由原设计地表至－350 m水平改为至－250 m水平，减少100 m钻孔施工以及充填联巷施工，节约了基建投资。原平巷内的充填管道由普通无缝钢管改为钢编复合管，耐磨且质量轻，价格低，安装方便。

(4)采矿方法更加合理，技术水平提高，大幅度提高采矿和出矿效率。

(5)掘进、出矿均采用国产化设备，在满足生产的前提下，降低成本，又便于维修。

(6)通过合理安排基建计划，可大幅度缩短基建工期。矿山在2014年达到试生产，基建工期缩短1 a。

［1］ 魏建现.李楼－吴集铁矿联合建设工程实施方案优化研究［J］.金属矿山，2010(7):26-30.

［2］ 夏 兴.特大型地下铁矿山建设关键技术研究［D］.北京:中国矿业大学，2011.

［3］ 马毅敏.李官集铁矿开采设计优化实践与思考［J］.采矿技术，2010，10(5):11-12.

［4］ 孙丽军.矿山开拓系统设计优化研究［D］.武汉:武汉科技大学，2006，1-3.