大新锰矿西北重叠矿体矿石运搬工艺系统优化

唐秀伟 李建文 韦志兴 吴贤图 陈青林 陈庆发

(1.广西大学资源与冶金学院，广西 南宁530004;2.中信大锰矿业有限责任公司大新锰矿分公司，广西 大新532315)

1 矿石运搬工艺系统现状

大新锰矿为中信大锰矿业有限责任公司直属矿山，是我国最大的锰矿企业，位于广西壮族自治区大新县下雷镇境内。矿区内地下开采部分分为东中采场、西南采场和西北采场。西北采场+280 m 标高以上碳酸锰矿石储量61.6 万t，为缓倾斜薄矿体，倾角30°左右，分3 层，自下而上分布有Ⅰ矿、Ⅱ矿和Ⅲ矿，厚度分别为1.77、2.49 和1.77 m，矿石品位分别为17%、13%和12%。Ⅰ矿与Ⅱ矿之间为夹一废石，厚度为10 m，Ⅱ矿与Ⅲ矿之间为夹二废石，厚度为0.5 m。Ⅰ矿、夹一、Ⅱ矿、夹二和Ⅲ矿，岩石物理性质良好，岩层稳定;Ⅲ矿直接顶板为硅质岩，岩石物理性质较差，岩层不稳定。

目前，矿山采用传统房柱法回采［1］，矿块沿走向布置，矿房斜长60 m，跨度10 m，矿柱尺寸3 m ×3 m。回采顺序为先采Ⅱ、Ⅲ矿、后采Ⅰ矿。Ⅱ、Ⅲ矿又采用分层回采，先回采Ⅱ矿和夹二，后采Ⅲ矿，Ⅱ矿和夹二超前Ⅲ矿一个矿房回采。Ⅱ、Ⅲ矿采用二级电耙出矿形式，电耙绞车布置在拉底巷道和底柱的电耙硐室内，电耙布置在拉底巷道和上山中;矿房中崩落的矿石由第一级电耙沿上山耙至拉底巷道中，再通过布置在拉底巷道中的第二级电耙将矿石耙到短溜井中。Ⅰ矿采用三级电耙出矿形式，电耙绞车布置在拉底巷道、底柱电耙硐室和脉内巷道另一侧硐室内，电耙布置在拉底巷道、上山和平底漏斗中;各矿房崩落的矿石均先通过上山中的第一级电耙，耙入拉底巷道;再通过布置在拉底巷道中的第二级电耙耙至拉底巷道端部;在拉底端部与脉内巷道间布置平底漏斗，并用第三级电耙将矿石沿平底漏斗耙至脉内巷道的矿车中。Ⅰ矿和Ⅱ、Ⅲ矿采用的电耙绞车型号为ZDPJ －30 型，电耙型号为2JP －15，容积为0.4 m3。3 层重叠矿体现有出矿系统结构剖面图如图1 所示。

图1 现有出矿系统结构剖面Fig.1 Structural profile of current ore drawing system

2 现有运搬工艺系统存在的问题

(1)在采场矿石运搬过程中，Ⅰ矿采用三级电耙，Ⅱ、Ⅲ矿采用二级电耙，Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿矿石运搬工艺系统各自独立。Ⅰ矿第三级电耙耙矿距离短，电耙使用效率低。Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿采场矿石运搬总体上存在出矿效率低、工艺不顺畅、能耗损失大、生产组织困难、生产成本高等问题。

(2)在放矿工艺实施过程中，Ⅰ矿采用平底漏斗结构，Ⅱ、Ⅲ矿采用短溜井漏斗结构。Ⅰ矿的平底漏斗无储存矿石能力，极易产生生产组织失衡。Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿未从系统角度出发考虑溜井布置问题，掘进工程量大。

3 矿石运搬工艺系统优化研究

3.1 技术路线

矿石运搬工艺系统优化的总体研究思路为，先结合工程现状，初步研究出若干运搬系统优化方案，再结合方案的适用性和经济性进行优化方案优选。对优选的各方案从技术经济和合理性2 方面进行分析比较，选择出矿石运搬工艺系统的最终优化方案。

具体研究技术路线如图2 所示。

3.2 方案初选

图2 运搬系统优化研究技术路线Fig.2 The technical route of optimization of hauling system

结合现有工程现状，对矿石运搬工艺系统进行优化研究，初选了包括设置胶带运输机方案、设置溜槽方案、改变Ⅰ矿底柱结构方案、采用无轨运输设备方案、掘进短穿脉巷道方案、Ⅰ矿每个上山均布置放矿结构方案、从脉内巷道掘进弧形巷道方案、下盘脉外运输巷道a 方案(Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿分用溜井)、下盘脉外运输巷道b 方案(Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿采用瀑布式共用溜井)等9 种优化方案。

3.3 方案优选

设置胶带运输机和设置溜槽方案均未在电耙级数上实现优化;改变Ⅰ矿底柱结构和掘进短穿脉巷道两方案掘进工程量大、回采率低;采用无轨运输设备方案在矿上现有的采矿技术上不可行，因此这5 种方案均在优选中淘汰，故选取其余4 种方案作为优选方案进一步进行技术经济比较分析。

(1)Ⅰ矿每个上山均布置放矿结构方案。在Ⅰ矿每个上山下方均布置1 个放矿结构，并相应地增加底柱宽度到6 m，以保证底柱对巷道的保护作用，凿穿底柱，将电耙硐室布置于脉内巷道另一侧，通过上山中的电耙将矿房崩落的矿石耙至脉内巷道的底部放矿结构中，最后经放矿结构将矿石装入矿车中。该方案的Ⅰ矿电耙出矿结构如图3 所示。

图3 Ⅰ矿电耙出矿结构剖面Fig.3 Structural profile of scraper ore drawing of orebodyⅠ

(2)从脉内巷道掘进弧形巷道方案。从脉内运输巷道一侧掘进1 条20 m 长的弧形巷道，使其经过拉底巷道底部。弧形巷道转弯半径15 m，在弧形巷道对应拉底巷道底部处设置漏斗，从而使矿石能够自然的从放矿漏斗中放出，如图4 所示。矿房崩落的矿石通过布置在上山中的电耙耙至拉底巷道，再通过拉底巷道中的电耙耙至放矿漏斗中，从放矿漏斗将矿石装入半环形巷道内的矿车，以此达到Ⅰ矿运搬工艺系统优化的目的。

图4 Ⅰ矿二级电耙结构Fig.4 Structural diagram of secondary scraper of ore-bodyⅠ

(3)下盘脉外运输巷道a 方案。布置下盘脉外运输巷道代替现有脉内运输巷道，并将现有Ⅰ矿布置的顶柱4 m、底柱5 m 优化为Ⅰ矿顶底柱6 m。Ⅰ矿联络上山通过Ⅱ、Ⅲ矿联络上山后再通过Ⅰ矿顶底柱到达Ⅰ矿采场。由于脉内运输巷道下移，使得拉底巷道与下盘脉外运输巷道之间能够布置短溜井，从而达到Ⅰ矿运搬工艺系统优化的目的。Ⅱ、Ⅲ矿结构保持不变，其出矿结构也不作改变。Ⅰ矿矿房内崩落的矿石，通过布置在上山中的电耙耙至拉底巷道，再由拉底巷道中的电耙耙至短溜井，从放矿漏斗将矿石装入0.75 m3的矿车中，下盘运输巷道优化方案工程布置如图5 所示。

图5 下盘运输巷道优化方案工程布置Fig.5 Engineering arrangement of optimization scheme of footwall haulage

(4)下盘脉外运输巷道b 方案。该方案与下盘脉外运输巷道a 方案类似，布置下盘脉外运输巷道代替现有脉内运输巷道，将原有Ⅰ矿布置的顶柱4 m、底柱5 m 优化为Ⅰ矿顶底柱6 m。将脉内运输巷道下移至距矿体5 m 处，参考相关文献［2-6］，将Ⅱ、Ⅲ矿与Ⅰ矿放矿系统设计为改进的瀑布式溜井结构，从而达到Ⅰ矿运搬工艺系统和Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿放矿工艺系统优化的目的。Ⅰ矿矿房内崩落的矿石，通过布置在上山中的电耙耙至拉底巷道，再由拉底巷道中的电耙耙至瀑布式溜井中，并从共用放矿漏斗中将矿石装入0.75 m3矿车。该方案瀑布式溜井结构布置如图6所示。

图6 瀑布式溜井结构布置Fig.6 Structural arrangement of waterfall-style ore pass

4 优化方案比较及终选

4.1 各方案技术经济比较分析

Ⅰ矿三级电耙的耙矿效率为150 斗/工班，Ⅱ、Ⅲ矿两级电耙的耙矿效率为375 斗/工班。对Ⅰ矿现有工程量和对终选的4 种方案做具体工程量计算，工程量统计如表1 所示。

表1 各方案工程量统计Table 1 Statistics of each scheme＇s engineering quantity

将各方案的经济技术参数与Ⅰ矿现有经济技术参数进行比较，利用矿山开拓、采切各环节工程费用单价计算各方案投资成本及盈亏情况。

(1)Ⅰ矿各上山均布置放矿结构方案。Ⅰ矿各上山均布置放矿结构方案是将Ⅰ矿每个上山都连通脉内运输巷道，使其出矿结构变为现有的平底漏斗式结构。因此，优化方案的Ⅰ矿出矿能力为现有Ⅰ矿出矿能力的第一级上山和平底漏斗出矿能力的综合结果，经计算得出矿能力约450 斗/工班。

该方案与Ⅰ矿工程量现状相比，采切工程量增加103.4 m3，采切比增加1.98%，采出矿石量减少173.6 t，矿石回收率减少0.53%。电耙效率增加了300 斗/工班，每矿块需增加投资费用63 654 元。

该方案是终选方案电耙运搬效率最高的，但是该方案底柱被凿穿，导致底柱稳定性降低;电耙工作时，钢丝绳需跨过脉内巷道，不利于脉内巷道的人行和矿车运行，因此该方案未达到优化的目的，故而被淘汰。

(2)从脉内巷道掘进弧形巷道方案。弧形弯道优化方案将Ⅰ矿出矿系统变为二级电耙形式，省去第三级电耙，使得弧形弯道出矿结构与Ⅱ、Ⅲ矿出矿结构一致，均为溜井放矿。Ⅱ、Ⅲ矿的出矿能力为375斗/工班，因此，该优化方案电耙效率为375 斗/工班。使Ⅰ矿的出矿能力由原有的150 斗/工班变为了375斗/工班。

该方案与Ⅰ矿工程量现状相比，采切工程量增加141.4 m3，采切比增加1.31%，采出矿石量和矿石回收率保持不变，电耙效率增加225 斗/工班，每矿块需增加投资费用33 997 元。虽然该方案提高了电耙运搬效率，但采准工程量大，使得投资成本加大，未达到预期的优化目的，因此淘汰该方案。

(3)下盘脉外运输巷道a 方案。下盘脉外巷道优化方案将Ⅰ矿的出矿系统变为二级电耙形式，省去第三级电耙，使得下盘脉外运输巷道方案出矿结构与现有Ⅱ、Ⅲ矿出矿结构一样，均为溜井放矿，因此，该优化方案电耙效率为375 斗/工班。使Ⅰ矿的出矿能力由原有的150 斗/工班变为了375 斗/工班。

该方案与Ⅰ矿工程量现状相比，采切工程量增加12.16 m3，采切比减少1.0%，采出矿石量增加1 066.4 t，矿石回收率增加4.81%，同时电耙运搬效率增加225 斗/工班，每矿块可获得盈利79 858 元。

(4)下盘脉外运输巷道b 方案。该方案在下盘脉外运输巷道a 方案的基础上，将脉外运输巷道下移至距矿体5 m 处，并对Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿布置共用瀑布式溜井，使Ⅰ矿的出矿系统变为二级电耙形式。该方案使Ⅰ矿的出矿能力由原有的150 斗/工班变为了375 斗/工班。

该方案与Ⅰ矿工程量现状相比，采切工程量增加12.16 m3，但采切比减少1.0%，采出矿石量增加1 066.4 t，矿石回收率增加4.81%，同时电耙运搬效率增加225 斗/工班。该运搬系统优化方案较现有工程方案，每矿块可获得盈利82 311 元。

4.2 优化方案终选

综合上述比较分析可知，下盘脉外运输巷道a 方案和下盘脉外运输巷道b 方案都使矿石的回收率增加，电耙效率提高，但是下盘脉外运输巷道b 方案与下盘脉外运输巷道a 方案相比较，少布置了1 个出矿结构，系统地联系起Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿的放矿系统，且每个矿块的盈利额多出2 453 元，明显提高矿山企业经济效益。因此，推荐下盘脉外运输巷道b 方案为最优方案。

5 结 论

(1)针对运搬系统现状，进行了优化方案研究，从技术经济参数和工程合理性2 方面对方案进行了初选、优选和终选。最终选择下盘脉外运输巷道b 方案为西北重叠矿体矿石运搬工艺系统的最优方案。

(2)下盘脉外运输巷道b 方案不仅减少了Ⅰ矿的电耙级数，而且系统地联系起Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿的放矿系统，使得出矿工艺系统更加流畅，电能损耗少，矿块的出矿能力大，较大程度上提高了矿石运搬效率和矿石回收率，增大了矿山企业经济效益。

(3)该研究成果丰富了多层缓倾斜薄矿体矿石运搬系统，也为类似多层缓倾斜薄矿体开采矿石运搬工艺系统设计提供了一种技术参考。

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