中型矿山斜坡道开拓方案比选实践

张延国，刘振国，赵有国

(中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北 石家庄 050021)

0 引言

矿山开拓系统是决定矿山基建工程量、基建投资、基建工期和经营费用高低的最关键因素之一，对矿山开发利用具有长远影响。矿山开拓系统的择优选择，需要对基建投资、基建工期、经营费用、生产管理水平、系统的安全可靠程度等进行综合技术经济比较后确定。随着矿山无轨采掘设备的迅速发展和广泛应用，使用无轨斜坡道开拓在矿山开采中起到非常重要的作用[1]。在无轨设备的应用下，将矿废石直接从采场通过斜坡道向地表运输，使采装运工序得到了很大程度的节省，并且也使矿产开采的强度得到了很大的提升[2]。大型、超大型矿山采用掘进台车、凿岩台车、铲运机、装药车、锚杆台车和多功能运输车等众多的无轨设备，如果没有斜坡道，这些无轨设备的机动性、灵活性也就不能充分发挥，为了方便铲运机进入各出矿分段，中型矿山考虑基建工期、基建投资、安全出口等因素以后，倾向于施工一条直通地表的辅助斜坡道[2-4]。拥有这条辅助斜坡道以后，需要对施工1条专门提升矿石的箕斗井的可行性进行详细的分析比较。本文以某中型矿山开拓方案比选为例，分析中型矿山优选开拓系统所面临的问题，为同类型矿山开拓系统设计提供了参考经验。

1 矿山概况

矿山位于山前洪冲积平原，滦河一、二级阶地，区内地形平坦，北部略高于南部，地面标高70m左右，当地最低侵蚀基准面滦河水位标高一般为42.87m。矿体长为1326m，两翼宽为256m～366m，矿体最大埋藏深度为210m。矿区全部被第4系地层覆盖，厚度为43.0m～70.60m，平均为55.10m，主要岩性为亚砂土、黏土、粉细砂及砂卵石。砂卵石层位于第4系的底部与矿体直接接触。在砂卵石层含有丰富的承压水，对矿山开采构成非常不利的影响（见图1）。

图1 典型剖面

第4系以下主要岩性为黑云斜长片麻岩、混合质角闪辉石岩及角闪辉石磁铁石英岩。靠近第4系为强风化带，岩性主要为角闪辉石磁铁石英岩、黑云斜长片麻岩、混合花岗岩等，风化强烈，岩芯多呈砂状—碎块状，发育深度为51.88m～82.50m，厚度为6.87m～26.88m，RQD分级值为0～41.49%，平均为14%，岩石质量描述为极劣，岩体完整性评价为岩体破碎。弱风化带岩性主要为黑云角闪斜长片麻岩及角闪辉石磁铁石英岩，风化程度较弱，岩芯以柱状为主，局部呈短柱状、扁柱状或碎块状，发育深度为67.10m～109.33m，厚度为2.27m～52.92m，RQD分级值为61.03%～86.17%，平均为75.08%，岩石质量描述为中等，岩体完整性评价为岩体中等完整。矿体基岩岩芯均较完整，RQD分级值在85.0%～100%之间，岩石质量为好至极好，岩体完整性评价为岩体较完整至岩体完整。

2 开拓方案初选

中型矿山常用的开拓方案有竖井开拓方案、斜坡道开拓方案和联合开拓方案。

2.1 竖井开拓方案

竖井开拓方案工艺成熟，使用广泛。通常认为生产规模小于40万t/a可以采用双罐笼井+回风竖井方案，如果生产规模大于40万t/a则需采用主井（箕斗井）+副井（罐笼井、设备井、进风井）+回风竖井方案。为了解决频繁破碎大块的难题，箕斗井提升一般需要配套井下破碎系统，破碎系统为大断面的硐室掘进，工程相对复杂，工程量大，基建施工期长，投资高，不利于矿山尽快投产。另外，由于矿石的长期磨损，溜破系统的日常维护工作量很大，高溜井会发生溜井堵塞现象，生产管理比较复杂。

2.2 斜坡道开拓方案

从1970年代初开始，斜坡道开拓技术就已经被应用到矿井开拓中。斜坡道开拓方法生产工艺简单，可以提高矿山的建设速度，成为许多改扩建矿山的首选[5]。由于铲运机具有机动灵活、效率高，劳动生产率高等优点，逐渐取代了传统的电耙、气动装岩机等出矿设备。铲运机在中短距离内使用比较经济，距离较远应采用溜井下放至有轨运输中段或配备运矿汽车运输。铲运机+运矿汽车作为成熟、简单的采场运搬+提升运输生产工艺，促进了斜坡道开拓方案在矿山的广泛应用[6]。斜坡道开拓方案受使用的车辆载重不同、辅助运输占用的时间不同、管理能力不同等因素的影响，一般运输能力为30万t/a～100万t/a。斜坡道开拓方案生产规模较小时一般采用主运输斜坡道+进风竖井+回风竖井方案，生产规模较大时可采用双运输斜坡道+进风竖井+回风竖井方案。

2.3 联合开拓方案

联合开拓方案是竖井和斜坡道同时出矿的方案，根据斜坡道的出矿占比分为主井（箕斗井）主力出矿方案和斜坡道主力出矿方案2个方案。

其中，主井（箕斗井）主力出矿方案一般采用主井（箕斗井）+进风竖井+辅助运输斜坡道+回风竖井方案。斜坡道主力出矿方案一般采用主运输斜坡道+副井（罐笼井兼进风井）+回风竖井方案。

本次设计矿山规模为95 万t/a，矿体埋深小于210m，经过初步分析初选斜坡道开拓方案（双运输斜坡道出矿）和竖井开拓方案（箕斗井出矿），具体的开拓选择需要进行详细的技术经济比较。

3 2种开拓方案的主要技术特征

3.1 斜坡道开拓方案

采用2条平行双向单车斜坡道运输矿岩及材料，另配1条进风竖井、1条回风竖井。上行斜坡道最大坡度为15%，线路平均坡度值12.13%，总长度为1137m，净断面为15.9m2，掘进断面为16.8m2。下行斜坡道最大坡度为15%，线路平均坡度为12.85%，总长度为1090m，净断面为16.8m2；掘进断面为17.7m2。

进风竖井井口标高为+55m，井底标高为−122m，井深177m，井筒直径Φ3.0m。回风竖井布置在矿体西侧。

3.2 竖井开拓方案

采用竖井（箕斗井）提升矿岩，另配1条进风竖井（罐笼井）、1条辅助斜坡道和1条回风竖井。主井采用箕斗井，负担矿石提升任务。井筒净直径为4.0m，井深为312m。提升容器采用8m3单箕斗，箕斗载重为18t。采用JKM-2.8×6（Ⅲ）E型多绳塔式提升机，电机功率为900 kW，井下破碎采用CT4254型复摆颚式破碎机1台。

进风竖井为罐笼井，井筒内设有管缆间和梯子间，负担部分人员和废石提升任务，采用单罐笼带平衡锤提升。副井井筒净直径为4.2m，井深为208m。提升容器为3号单绳单层罐笼，每次提升1辆0.7m3翻斗式矿车。采用2JK-2.5×1.5/20型缠绕式矿井提升机，电机功率为155 kW。

矿山开拓1条直通地表的辅助斜坡道，用于无轨运输设备、无轨重载车辆运送设备和各种材料通行，斜坡道总长度为1090m。回风竖井同斜坡道开拓方案布置在矿体西侧。

4 开拓方案比较

2个方案分别从基建工程量、基建投资、基建时间和经营费用4个方面进行比较，见表1和表2。

从表1和表2可以看出，斜坡道开拓比竖井开拓基建工程量多17539.6m3，但投资节省1252.4万元。年经营费用汽车运输成本比竖井提升每年多9.1万元，按开采矿石总量1719.9497万t计算，矿山生产期间经营费用增加130.4万元。

表1 可比部分基建工程量及基建投资

表2 经营费用比较

斜坡道开拓方案不用建设复杂的破碎系统，不用采用临时改绞等基建措施，基建采切工程可以和斜坡道掘进同时进行，基建时提升运输能力大，基建时间短。经测算，斜坡道开拓方案的基建施工期为2 a，竖井开拓方案基建施工期为3.5 a。斜坡道开拓方案的基建施工期比竖井开拓方案基建施工期缩短1.5 a。由于基建施工期缩短1.5 a，可以比竖井开拓提前采出矿石142.5万t，按每t矿石效益100元计算，提前实现效益14250万元。

5 结论

从基建工程量、基建投资、基建时间和经营费用4个方面对某中型矿山斜坡道开拓方案和竖井开拓方案进行了比较，比较结果显示：斜坡道开拓方案基建工程量大、经营费用高，但是基建投资小、基建时间短，提前投产、达产创造的效益巨大，因此，斜坡道开拓方案为该矿山的首选开拓方案。本次中型矿山开拓方案确定的斜坡道开拓方案具有一定的推广价值，为同类型矿山开拓方案选择提供了参考经验。