缓倾斜薄矿体溜井布置与集中运输方案研究.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-07-17作者简介:李栓柱(1987),男,河南项城人,工程师。主要研究方向:采矿。缓倾斜薄矿体溜井布置与集中运输方案研究李栓柱(昆明有色冶金设计研究院股份公司,云南 昆明 650051)摘要:某磷矿属于沉积型矿床,矿体倾角较缓,厚度不大,属于缓倾斜薄矿体,开采时,采用溜井集矿,然后集中运输到主提升系统,而后通过主提升系统运输到地表;文章结合矿体的具体赋存条件,研究溜井布置与集中运输方案。关键词:缓倾斜薄矿体;溜井布置;集中运输方案;研究中图分类号:TD52文献标识码:B文章编号:1004-2660(2024)01-0001-04A Study on Layout and Centralized Transportation Scheme of Ore Pass in Gentle Inclined Thin OrebodyLI Shuanzhu(Kunming Engineering&Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650051,China)Abstract:The phosphorus mine is part of a sedimentary deposit characterized by a gentle dip angle and relative-ly thin strata.The ore body itself has a mild slope and is not very thick.During extraction,ore passes are em-ployed to collect the ore,which is then transported centrally to the primary hoisting system.From there,the ore is lifted to the surface.This paper focuses on the specific geological characteristics of the ore body and explores the optimal design for the ore passes and the centralized transportation system.Keywords:Gently inclined thin orebody;Pass layout;Centralized transportation scheme;Study0 引 言某磷矿属于沉积型矿床,矿体分布面积大,矿体东西长度约 5 km,南北长度约 2.3 km;矿体厚度不大,矿权内矿体平均厚度约为 4.45 m;矿体倾角较缓,矿体倾角大部分在 530之间,属于典型的缓倾斜薄矿体;矿体受到多条通地表的导水断层错动,分别为南北向的 F6 与 F7 断层,及东西向的 F4、F5 及 F1-3 断层,这些断层将矿体在垂直方向上错开;矿体埋深在 300600 m 之间。针对这样的矿体,该如何布置溜井,溜井集矿后,该选择无轨设备运输、有轨设备运输还是胶带运输,该文将从技术和经济上进行研究。1 开采技术条件1.1 矿体形态特征磷矿层赋存于寒武系下统渔户村组第二段(1y2)中,仅有 1 层矿,编号为 V1 矿体,呈层状产出。受断层影响,V1 矿体被断层切割成 8部分,编号为 V1-1V1-8 矿体;整个矿区划分为 9 个采区进行开采,分别为上部矿段西采区、上部矿段中采区、上部矿段东采区、下部矿段西采区、下部矿段东 1 采区、下部矿段东 2 采区、北矿段和南矿段,各采区开采范围见图 1。该文选择有代表性的上部矿段西采区和上部矿段中采区 2 个采区,研究溜井布置和集中运输方案。有色金属设计第 51 卷?2?1?图 1 采区划分示意图Fig.1 Division of mining areas上部矿段西采区负责开采 V1-1 矿体,矿体平均 厚 度 3.40 m,倾 角 5 12,东 西 长 约1.8 km,南北长约 0.7 km,开采标高为 2 360 2 280 m;上部矿段中采区负责开采 V1-2 矿体,矿体平均厚度 3.61 m,倾角 5 16,东西长约1.2 km,南北长约 0.8 km,开采标高为 2 3402 280 m。1.2 工程地质条件上部矿段西采区和中采区内的矿体与生产中的北矿段矿体所在的层位及顶底板的层位均是相同的,因此,矿围岩的稳固性可以在一定程度上参考北矿段的稳固性情况。根据北矿段的生产情况,矿体内部节理面发育,纵向与横向的节理面较多,矿体坚硬但爆破后易形成菱形状小方块,北矿段矿体内部的巷道 100%进行喷锚网支护,而北矿段部分开拓巷道位于灯影组内,巷道稳固性好。矿体开采过程中,部分矿体的白云岩的顶板缺失,直接顶板变为寒武系下统渔户村组第三段(1y3),矿体顶板稳固性变差,当矿体采幅宽度达到 7 m 左右时,矿体顶板容易垮塌。1.3 水文地质条件矿区内地下水的补给来源主要为大气降水。矿坑充水受大气降水季节性动态变化控制及季节性溪沟地表水体的影响,矿体直接充水含水层为寒武系下统渔户村组1y 白云岩类岩溶裂隙含水层夹砂岩类裂隙含水层,富水性中等强。矿区内大部分资源量位于矿区最低侵蚀基准面2 300 m之下,矿山采用胶带斜井开拓开采,矿坑水不能自然排放。区内断裂构造及层间破碎带发育,断层破碎带具有一定的富水性和导水性,对矿床充水有一定的影响。因此,矿区水文地质属以裂隙-岩溶裂隙含水层直接充水为主的中等类型。1.4 环境地质条件矿区内无重大污染,无毒害元素,无热害;开采对地表水、地下水质影响不大,无其它环境地质隐患,因此,矿区地质环境质量中等。2 溜井布置与集中运输方案2.1 采矿方法采用缓倾斜薄矿体连续进路充填法开采上部矿段西采区和中采区。盘区、采场划分及尺寸:盘区沿走向布置,盘区长度 200 m,盘区宽度为沿倾向长度 100 m,盘区之间留设15 m 的盘区间柱,每个盘区沿走向划分成 4 个采场,每个采场由多条进路组成,采场厚度为矿体的垂直厚度。采准及切割工程:采准工程为脉内采准,包括脉内沿脉干线、脉内底板斜坡道(坡度小于15%,矿体倾角较大时斜坡道在底板上伪倾斜布置)、充填回风联道;无切割工程。回采出矿:每个盘区划分为 4 个采场同时进行回采,每个采场沿倾向划分成多条进路进行回采,每条进路宽度 4.04.5 m;采用浅孔掘进台车进行凿岩,乳化药卷、数码雷管网络进行爆破落矿,电动铲运机出矿。2.2 设计产能上部矿段西采区设计采出矿石量 606 万 t,设计产能最大为 120 万 t/a;上部矿段中采区设计采出矿石量 958 万 t,设计产能最大为 120 万 t/a。这两个采区先采上部矿段中采区,后采上部矿段西采区。2.3 溜井布置与集中运输方案2.3.1 溜井布置方案关于溜井布置方案,有多溜井布置和少溜井布置方案。采场采出矿石,若采用电动铲运机直接出矿,即电动铲运机铲出矿石直接倒入溜井,由于电动铲运机存在经济合理运距(一般200 m)的限制,再加上采区范围较大,这样的话,采场布置的溜井就较多,即多溜井布置方案。采场采出矿石,若采用电动铲运机间接出矿,即电动铲运机铲出矿石装入井下卡车,而后2李栓柱:缓倾斜薄矿体溜井布置与集中运输方案研究由卡车倒入溜井,卡车的经济合理运距相对较大,这样就可以减少采场溜井的布置,即少溜井布置方案。2.3.2 集中运输方案采场采出矿石,通过采场溜井集矿后,可以通过有轨设备、胶带或者无轨设备运输到倒运溜井,而后通过主提升系统运输到地表。对于多溜井布置方案,采场溜井集矿后,可以布置环形运输线路,通过有轨设备或者无轨设备运输矿石。对于少溜井布置方案,采场溜井集矿后,可以设置沿脉运输干线,通过胶带或者无轨设备运输矿石。综上所述,对于采场采出矿石,提出以下 4种运输方案:方案 1,多溜井有轨运输方案;方案 2,多溜井无轨运输方案;方案 3,少溜井胶带运输方案;方案 4,少溜井无轨运输方案。2.3.3 方案比较(1)方案 1:多溜井有轨运输方案该方案矿石流向为:采场采出矿石铲运机运输采场溜井有轨设备运输倒运溜井胶带斜井地表矿石堆场。该方案采场溜井设置较多,共设置了 31 条直径 3 m 的采场溜井,溜井平均深度 50 m;在2 265 m 标高设置有轨运输平巷,采用环形线路,线路总长 12 840 m,巷道断面净宽 3.0 m,墙高2.0 m,净断面积 8.37 m2;经过计算,需要 4 列(3 用 1 备)车方能满足 120 万 t/a 运量要求,每列车由 1 台 14 t 电机车牵引 8 辆 4 m3矿车组成。多溜井有轨运输方案布置图见图 2。?N?2 335-2 090 m2 265-2 090 m2 315-2 265 m?2 265 m?图 2 多溜井-有轨运输方案图Fig.2 Schematic diagram of multi-pass-rail transportation scheme(2)方案 2:多溜井无轨运输方案该方案矿石流向为:采场采出矿石铲运机运输采场溜井无轨设备运输倒运溜井胶带斜井地表矿石堆场。该方案采场溜井设置较多,共设置了 31 条直径 3 m 的采场溜井,溜井平均深度 50 m;在2 265 m 标高设置无轨运输平巷,采用沿脉+穿脉布置线路,线路总长 8 330 m,巷道断面净宽4.2 m,墙高 2.2 m,净断面积 13.96 m2;经过计算,需要 8 辆 20 t 井下卡车才能满足 120 万 t/a运量要求。多溜井无轨运输方案布置图见图 3。?N?2 335-2 090 m2 265-2 090 m2 315-2 265 m?2 265 m?图 3 多溜井-无轨运输方案图Fig.3 Schematic diagram of multi-pass-trackless transportation(3)方案 3:少溜井胶带运输方案该方案矿石流向为:采场采出矿石铲运机装入井下卡车采场溜井胶带运输倒运溜井胶带斜井地表矿石堆场。该方案采场溜井设置较少,共设置了 7 条直径 3 m 的采场溜井,溜井平均深度 50 m;在2 265 m 标 高 设 置 胶 带 运 输 平 巷,线 路 总 长3 100 m,巷道断面净宽 4.5 m,墙高 2.0 m,净断面积 14.33 m2;经过计算,2 265 m 胶带运输平巷需要设置 1.2 m 宽胶带,电机功率为 2X315 kW;采场转运矿石需要10 t 井下卡车10 辆。少溜井胶带运输方案布置图见图 4。(4)方案 4:少溜井无轨运输方案该方案矿石流向为:采场采出矿石铲运机装入井下卡车采场溜井无轨设备运输倒运溜井胶带斜井地表矿石堆场。该方案采场溜井设置较少,共设置了 7 条直径 3 m 的采场溜井,溜井平均深度 50 m;在2 265 m 标高设置无轨运输平巷,设置双线,线路总长 6 880 m,巷道断面净宽 4.2 m,墙高3有色金属设计第 51 卷2.2 m,净断面积 13.96 m2;经过计算,需要 5辆 20 t 井下卡车才能满足 120 万 t/a 运量要求;采场转运矿石需要10 t 井下卡车10 辆。少溜井无轨运输方案布置图见图 5。?N?2 335-2 090 m2 265-2 090 m2 315-2 265 m?2 265 m?图 4 少溜井-胶带运输方案图Fig.4 Less pass-belt transportation scheme?N?2 335-2 090 m2 265-2 090 m2 315-2 265 m?2 265 m?图 5 少溜井-无轨运输方案图Fig.5 Less pass-trackless transportation scheme(5)方案比较从可比井巷工程量、设备投资和年运输费用等方面对这 4 个方案进行比较,对比情况见表 1。其中,可比井巷工程量包括采场溜井和 2 265 m运输平巷;有轨运输方案的设备投资包括电机车、矿车和铺轨架线等,无轨运输方案的设备投资包括 10 t 和 20 t 井下卡车等,胶带运输方案的设备投资包括胶带、电机和检修轨道等;有轨运输费用按 0.5 元/吨公里计算,无轨运输费用按1.5 元/吨公里计算,胶带运输费用按 0.2 元/吨公里计算。从表 1 的对比结果来看,方案 3 最优,虽然该方案设备投资最大,但是其可比井巷工程量和年运输费用最小,节省下来的井巷工程费用足以弥补设备投资的加大投入,并且,在十多年的生产中,运输费用会节省不少。表 1 采场采出矿石运输方案对比表Tab.1 Comparison of transportation schemes for mined ore in mining area对比项目方案 1方案 2方案 3方案 4可比井巷工程量/m3118 421 127 23746 89698 518采场溜井/条313177/m310 95010 9502 4732 4732 265 m 运输平巷/m12 8408 3303 1006 880/m3107 471116 28744 42396 045设备投资/万元1 3601 2802 6001 600电机车矿车/万元1 360井下卡车/万元1 2808001 600胶带/万元1 800年运输费用/万元39075639630平均运距/km6.54.21.62.1年运输费用/万元390756393783 结 语针对缓倾斜薄矿体的溜井布置和集中运输方案,该文提出了 4 个方案,通过技术和经济对比,少溜井胶带运输方案最适合该矿山的矿石运输。当然,该矿山的矿体除了具有倾角缓、厚度薄的特点外,还有走向和倾向长、设计产能大的特点,如果只是矿体倾角缓、厚度薄,资源量不大,设计产能小的话,对于胶带这种运输能力大的运输方案,未必是合适的。所以,针对缓倾斜薄矿体的开采运输,要具体问题具体分析,选择适合的开采运输方案。参考文献:1冶金工业部,北京有色冶金设计研究总院.新编矿山采矿设计手册(矿山机械卷)M.北京:中国矿业大学出版社,2006.2北京有色冶金设计研究总院.采矿设计手册(井巷工程卷)M.北京:中国建筑工业出版社,1989.4