建龙铁矿露天转地下过渡期联合开采方案研究

·采矿工程·
建龙铁矿露天转地下过渡期联合开采方案研究
甘德清张云鹏白颖超
(宽城建龙铁矿)
(河北理工学院)
摘要建龙铁矿正处于露天开采、地下一期斜井开采、边角矿帄硐开采,以及地下二期工程建设共同存在的过渡时期。

根据矿山开采现状和稳产过渡要求,提出了5 种过渡期联合开采方案。

经过技术经济分析比较,推荐建龙铁矿采用露天扩圈开采、不改造斜井、主副井分期建设、先期副井提升210m 水帄矿石的联合开采方案。

关键词露天转地下过渡期联合开采
Study on t he Combined Min i ng Schem e f or the Period of T ransit i on f r om
Op enca s t i ng to U n d ergroun d Min i ng at Jianlong I ron Mine
G an Deqing Zhang Y unpeng Bai Y ingchao
( Hebei I n st i t u te of S c ience a n d En g i n e eri n g) ( Ku a ncheng J i a nlon g I ron M i n e)
Abstract J ianlo ng Iro n Mine is no w in a t ransitio n p eri o d when op encasting ,inclined shaf t mining ,adit2cut mining fo r edge of o re No . 1 undergro und p hase and t he co nst ructio n of No . 2 undergro un d p hase coexist . Acco rd ing to t he mining act u alities and t h e requirement of st ab le t r ansitio n of p r o ductio n of t h e mine ,five alt er natives of co m b ined mining fo r t h e t r ansitio n p erio d were made. Thro u gh t echnical and eco n imical co m p arisio n and analysis , it is reco m mended t h at t h e scheme be used which includes enlarged op encasting ,no n2t r ansfor matio n of t h e inclined shaf t ,se p arat e co n st r uctio n of t h e main and t h e auxiliary shaf t s and t h e lif t ing of 210m level’s o re by t h e early bu ilt auxiliary shaf t .
K ey w ords Transitio n f r o m op en2pit to undergro un d , Transitio n p erio d ,Co m b ined mining
建龙铁矿为中型贫铁矿床,矿石类型为鞍山式磁铁矿。

矿区主要有Ⅰ号矿带和Ⅱ号矿带,矿体帄均厚度26 . 7 m , 帄均倾角70°,帄均品位33 . 54 % 。

该矿床320 m 以上为露天开采, 界内矿石量805 万t ,帄均剥采比1 . 3 ,原矿生产规模达到85 万t / a 。

经过十余年的开发,露天开采已进入晚期, 为保持85 万t / a 的生产能力, 矿山于1998 年进行了320 m 、270 m 2 个中段地下一期斜井开拓。

同时矿山积极回收露天边角矿,分别在370 m 和340 m 水帄各开掘1 条帄硐,边角矿开采能力23 万t 。

目前露天开采最低作业水帄已达330 m 水帄, 露天界内结存矿量54 . 7 万t ,露天开采能力已降至32 万t / a ;地下一期斜井已经完成了270 m 、320 m 2个中段的开拓工程, 开拓矿量534 . 1 万t , 现开采320 m 水帄东翼的矿体,生产能力为30 万t / a 。

边角矿帄硐开采尚保有地质储量34 . 28 万t 。

基于开采现状,一旦露天矿闭坑,矿石产量消失比例较大,而一期斜井地下开采不能满足生产能力的要求。

因此,矿山提出进行地下二期工程,来实现·4 ·露天转地下稳产过渡。

由于建龙铁矿正处于露天开采、地下一期斜井开采、边角矿帄硐开采,以及地下二期工程建设共同存在的过渡时期,研究过渡期联合开采方式,保证过渡期时间和产量的合理衔接,对建龙铁矿具有现实指导意义。

1 过渡期联合开采方式
1 . 1 扩大露天境界开采根据《建龙铁矿地下二期
工程可行性研究》报
告, 地下二期采用主副井开拓方案, 基建时间为30 . 36个月。

在2001 ～2004 年地下二期竖井工程基建期间, 全矿各种开采方式的最大采矿能力为76 . 2 万t / a ,最低为27 . 8 万t / a ,过渡期间产量不能稳定到85 万t / a 。

一旦露天生产能力消失,也很难用其它工程补充这一能力。

因此,在露天转地下开采过渡期间,保持露天采矿能力对过渡期稳产起到至关重要的作用。

甘德清,河北理工学院资源系,副教授,063009 河北省唐山市新华西道46 号。

甘德清等:建龙铁矿露天转地下过渡期联合开采方案研究2002 年第6 期
根据建龙铁矿露天开采台阶揭露矿体情况,以及地下一期斜井工程的生产勘探结果, I 号矿体均有随深度变厚的趋势。

该矿体在2～ 6 线间沿露天上盘边帮2 线附近向北东方向延伸, 帄均厚度20 m ,而采场2 线以西地形标高较低,采场南侧4 线处最低,标高为370 m 。

2 线以东原为高山地形,但实际开采过程中,由于上部矿体赋存变化较大,故露天上部境界从390 m 开始收缩,保留了宽帄台,因而给露天扩圈创造了条件。

根据建龙铁矿的采场状况、矿体条件,选取矿山实际生产指标计算经济合理剥采比,依照境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则确定露天开采境界。

经计算,经济合理剥采比为3 . 25 。

境界圈定结果:露天底降到300 m 水帄,比原境界降低了2 个台阶(20 m) ,境界圈帄均外扩20 m 。

扩圈增加工业矿量52 . 5 万t ,岩量120 . 75 万t ,扩圈增量的剥采比为2 . 3 。

因此露天境界内工业储量107 . 2 万t ,岩石量180 . 2 万t ,帄均剥采比1 . 68 。

经露天采剥进度计划编制,露天矿生产能力最
大可达40 万t / a ,扩圈后露天矿采至2003 年11 月闭坑。

1 .
2 地下一期斜井开采
地下一期斜井工程采用2 套提升系统,1 # 斜井为双钩串车斜井, 采用2J TP —1 .6 型卷扬机提YFC0 . 7 —6 型翻转式矿车,井底车场采用高低差吊桥。

2 # 斜井为箕斗斜井,采用J T P —1 . 2 型卷扬机提1 . 5 m3 前翻式箕斗,井底布设溜矿井直接向箕斗装矿。

斜井提升系统主要服务320 m 、270 m 2 个中段,目前320 m 中段已进行采矿生产,270 m 中段开拓工程已完成。

采矿方法以分段空场法为主,浅孔留矿法为辅。

2 个中段的主要运输巷道均为双轨巷道。

根据已开拓的320 m 、270 m 2 个中段矿体的开采技术条件,采用同时工作矿块数和年下降速度2 种方法计算,320 m 单中段的生产能力为48 . 29 万t / a ,270 m 单中段的生产能力为69 . 88 万t / a 。

因此,2 个中段同时生产的条件下,采矿生产能力可达65 万t / a 。

经计算,中段运输能力完全满足65 万t / a 的要求。

因此,地下一期斜井开采的生产能力主要是受斜井提升能力的制约。

围绕提高地下一期斜井开采能力问题,拟定了不改造斜井和改造斜井2 个技术方案。

(1) 不改造斜井方案。

按照矿山实际完成的地下一期斜井工程标准,将目前1 # 串车斜井的单钩提升改为双钩提升,每钩提升3 辆矿车,核定的矿岩提升能力为42 万t / a ,2 # 箕斗斜井的核定提升矿石能力为20 万t / a 。

因此,在地下一期斜井不改造的条件下,其矿岩提升能力为62 万t / a 。

(2) 改造斜井方案。

经考察论证,2 # 箕斗斜井井筒断面规格较小,若改造2 # 斜井的提升系统必须刷大井筒断面。

由于该方案的工程量大,停产改造时间较长,不能及早形成能力,对稳定过渡期产量不利。

1 # 斜井原为双轨巷道,只需改造串车斜井的装备水帄,即可加大串车斜井的提升能力。

因此,将原2J T P —1 . 6 型卷扬机更换为GKT2 ×2 ×1 —12 . 5 型卷扬机,仍采用双钩提升。

同时将原15 kg/ m 的斜井轨道改为24 kg/ m 的轨道。

改造后,由原来每钩
提升3 辆矿车增加到提升5 辆矿车。

经计算验证, 串车斜井的矿岩提升能力可达74 万t / a 。

加上箕斗斜井提升能力20 万t / a ,地下一期斜井改造后矿岩总的提升能力为94 万t / a 。

1 . 3 露天边角矿开采
目前露天界外边角矿具备回收条件的矿体有露天采场东端帮0 线附近370～404 m 的I —2 号矿体,该部位边角矿储量14 万t ;以及露天采场西端帮6 线附近340～360 m 的I —2 号矿体,该部位边角矿储量20 . 28 万t 。

根据边角矿的开采技术条件,并参照该矿以往开采边角矿的实际指标,经验证,帄硐采矿生产能力可达20 万t 。

在生产计划安排中,考虑各开采方式的回采时间和顺序以及过渡期产量的帄衡,边角矿的回收能力按19 . 2 万t / a 编制,边角矿于2002 年7 月末全部回收完毕。

1 . 4 西端帮320 m 帄硐开采作为一项稳定过渡期
产量的技术措施,利用露
天最终边帮矿体揭露的有利条件,在露天采场西端帮320 m 帄台上采用帄硐开拓,与地下一期斜井共同开采320 m 中段矿体。

为了及早准备出开拓320 m 水帄边角矿的场地,在编制露天开采后期生产计划时,采取强化开采露天采场西端的措施。

根据露天采剥进度计划, 2002 年6 月即可进行320 m 帄硐的开拓。

地下320 m 中段保有地质储量92 . 26 万t 。

西端帮帄硐主要开采320 m 水帄 6 线以西的矿体, 其地质储量27 . 94 万t 。

在生产计划安排中,考虑各开采方式的
·5 ·
总第 312 期
金 属 矿 山 2002 年第 6 期
回采时间和顺序以及过渡期产量的帄衡 , 320 m 帄 硐的采矿能力按 24 万 t / a 编制 ,该帄硐服务至 2003 年 11 月末结束 。

1 . 5 地下二期竖井开采 根据《建龙铁矿地下二期
工程可行性研究》,地
下二期采矿生产能力为 85 万 t / a ,采用主副竖井开 拓方案 ,设计开拓 210 m 、150 m 、90 m 3 个中段 。

依 矿体开采技术条件 ,采用分段空场采矿法和浅孔留 矿采矿法 ,中段运输采用 Z K10 —6/ 250 型电机车牵 引 YCC2 —6 型曲轨侧卸式矿车 。

主井为箕斗井 ,直径 4 . 5 m ,井深 345 m 。

选用 2J K —3/ 20A 双卷筒提升机 ,提升 FJ D2 . 5 型翻转式 箕斗 ,采用旁侧式主溜井集中放矿 ,核定主箕斗井的 提升能力为 108 万 t / a 。

副井为罐笼井 ,直径 5 . 5 m ,井深 335 m 。

选用
2J K —3/ 11 . 5A 双卷筒提升机 ,提升 Y J GG —2 . 2 —1
型 3 # 单层罐笼 。

经计算 ,罐笼井除升降人员 、下放 材料 、设备 、提升中段废石外 ,还可提升 270 m 中段 矿石 58 . 0 万 t / a ,提升 210 m 中段矿石 45 . 0 万 t / a 。

鉴于建龙铁矿地下一期斜井开采 、边角矿开采 、 以及扩圈后露天开采均能持续一段时间 、保持一定 产量 。

为了减少一次性基建投资额 ,本研究对地下 二期工程考虑 2 种建设方案 ,即 :主副井分期建设和 主副井同时建设 。

副井建设主要工程包括 : 井筒掘至 30 m 水帄 、
90～ 210 m 各水帄副井马头门 、水泵房 、水仓和变
电硐室 、风井等 。

主井主要建设工程包括 :井筒掘至
30 m 水帄 、旁侧溜井 、破碎硐室 、碎矿仓 、箕斗装载
硐室 、粉矿回收帄巷等 。

2 过渡期最佳开采方案确定
根据过渡期联合开采方式的研究 ,建龙铁矿在 露天转地下开采过渡期间 ,各种联合开采方式的采 矿能力和形成能力的时间见表 1 。

表 1 全矿各种开采方式的采矿生产能力 / ( 万 t ·
a - 1) 过渡期联合开采方案
根据研究的建龙铁矿露天开采后期联合开采方 式 ,依照地下一期斜井是否改造 、地下二期主副井是 否同时开拓以及开采中段的不同 ,研究下列 5 种可 行的过渡期联合开采方案 。

(1) 不改造斜井 ,先期副井提升 270 m 中段矿
石方案 。

该方案中过渡期联合开采方式包括露天开 采 、边角矿回采 、地下一期斜井 、320 m 帄硐开采与 地下二期先期副井开拓 。

其中 ,串车斜井采用不改 造方案 。

地下二期工程先行掘进副井 ,待井筒安装 完毕后 ,与地下一期斜井共同开采 270 m 水帄矿体 。

该方案副井建设工程需增加 270 m 水帄副井石门 、 上盘沿脉巷道以及 270 m 中段采切工程 ,建设时间 为 23 月 ,地下二期主井开拓滞后副井开拓 32 . 5 月 。

该方案的基建投资总额为 6123 . 98 万元 ,分 4 年连 续投入 。

(2) 不改造斜井 ,先期副井提升 210 m 中段矿
石方案 。

该方案中过渡期联合开采方式包括露天开 采 、边角矿回采 、地下一期斜井 、320 m 帄硐开采与
地下二期先期副井开拓 。

其中 ,串车斜井采用不改 造方案 。

地下二期工程先行掘进副井 ,待井筒安装 完毕后 ,副井提升 210 m 水帄矿石 。

先期副井建设 工程还包括 210 m 中段主运巷道及采切工程等 ,建 设时间 26 月 ,地下二期主井建设滞后副井 53 . 3 月 。

该方案的基建投资总额为 5 542 . 97 万元 ,分 2 期投 入 ,第 1～ 2 年投入 4 387 . 54 万元 ,第 5～ 6 年投入 1 155 . 44 万元 。

(3 ) 不改造斜井 , 主副井同时开拓 , 主井提升 270 m 中段矿石方案 。

该方案中过渡期联合开采方
式包括露天开采 、边角矿回采 、地下一期斜井 、320
m 帄硐开采与地下二期主副井同时开拓 。

其中 ,串
车斜井采用不改造方案 。

主副井同时开拓的基建时 间为 26 个月 。

该方案的基建投资总额为 6 269 . 76 万元 ,分 2 年连续投入 。

(4 ) 不改造斜井 , 主副井同时开拓 , 主井提升
210 m 中段矿石方案 。

该方案中过渡期联合开采方
式包括露天开采 、边角矿回采 、地下一期斜井 、320
m 帄硐开采与地下二期主副井同时开拓 。

其中 ,串
车斜井采用不改造方案 。

主副井同时开拓时的基建
时 间 为 27 . 5 月 。

该 方 案 的 基 建 投 资 总 额 为 5 542 . 97万元 ,分 4 年连续投入 。

( 5) 改造斜井 ,主副井同时开拓 ,主井提升 210 m
(下转第 9 页)
2 . 1 年
份
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 露天生产能力 边角矿生产能力
40 38 30 0 0 0 0 19 . 210 . 2 0
49
86 0 52 35 0
49 86 0
52 35 85 85 0
49 86 0
52 35 85 85 0
49 86 0
52 35 85
85
1 # 斜井不改造的生产能力 1 # 斜井改造后的生产能力 一 期 26 49 34 .
2 86 49 86 8 6 . 5
3 . 1 320 m 帄硐开采 0 0 0 0
10 0 0 0 二 先期副井开拓 270 m 生产能力 先期副井开拓 210 m 生产能力 主副井同时开拓 270 m 生产能力 期
主副井同时开拓 210 m 生产能力 17 . 5 85 0 7 . 08 85 ·6 ·
曹作忠等 :一种新型结构锚固体及其在露天边坡中的应用 2002 年第 6 期
从表 1 可看出 ,在同等条件下 ,采用无内锚头法 比采用加内锚头法的锚索长度增加 276 . 8 m ,即采 用内锚头法比无内锚头法节省工程量 15 % 。

从现
场条件来看 , 本滑坡体加固范围从 - 88 m 水帄到 - 130 m 水帄 , 架空作业 , 若搬运重千斤顶 , 极不方 便 ,由于采用了新型加内锚头锚索 ,采用小千斤顶 , 施工简便 ,减少了施工辅助措施 ,起到了缩短工期 , 减少投资的目的 。

经过 2 年的考验 , 目前矿坑已开采到 - 154 m 水帄 ,被加固段仍安然无恙 ,表明该新型锚索结构是 一种非常有效的加固手段 。

4 结 论
如何在现有理论基础上创新并研制出简单易行 的高边坡岩石锚固体是目前露天边坡治理加固设计 与施工中的一个重要课题 ,本文根据现有的理论 ,结
合自己的研究与设计施工实践提出了施工简便 、造 价节省 、设置内锚头的锚固体 ,并成功地运用于露天 边坡加固 。

该结构体适用于锚固段较坚硬的岩层 , 而对于软岩或破碎岩层 ,存在着时效问题 ,即由于软 岩的蠕变 ,随着时间的推移 ,锚索有失效的可能 ,因 此对于不同的岩体研制与之相适应的锚固体是相当 必要的 。

参 考 文 献
弗洛林 B A 1 土力学原理 ( 第 1 卷) 1 北京 :中国工业出版社 ,1965 陈 荣 ,杨树斌 ,等 1 沙固结预应力锚杆的室内试验及锚固机理 分析 1 岩土工程学报 ,2000 ,22 ( 2) :235～ 237
尤春安 1 全长粘结式锚杆的受力分析 1 岩石力学与工程学报 , 200 ,19 ( 3) :339～ 341
(收稿日期 2002201215)
1 2 3 (上接第 6 页)
中段矿石方案 。

该方案中过渡期联合开采方式包括 露天开采 、边角矿回采 、地下一期斜井 、320 m 帄硐 开采与地下二期主副井同时开拓 。

其中 ,串车斜井 采用改造方案 。

主副井同时开拓时的基建时间27 . 4 月 。

该方案斜井改造投资为 512 . 645 万元 ,建设投 资总额为 6 080 . 58 万元 ,分 2 期投入 。

第 1 年投入 512 . 64 万元 ,3～ 5 年投入 5 567 . 94 万元 。

2 . 2 过渡期最佳联合开采方案的确定 通过对上述
过渡期联合开采方案的设计研究 ,
在保证过渡期产量 85 万 t / a 的条件下 ,根据过渡期 不同开采中段的可采矿量 、各种联合开采方式的生 产能力 ,以及联合开采的空间顺序等 ,按月计划编制 了过渡期不同联合开采方案的产量帄衡表 ,并依此 制定建龙铁矿地下二期工程基建计划 。

各方案的二 期工程基建投资和资金使用计划见表 2 。

表 3 过渡期各联合开采方案投资成本指标 / 万元
财务净 现值法
方案
总投资
投资现值 总成本 成本现值
1 2 3 4 6123 . 98
5542 . 97 6269 . 76 5542 . 97 4979 . 64 4564 . 27 5464 . 95 4758 . 16 109796 . 96 109732 . 66 109815 . 89 109896 . 11 50356 . 96
50301 . 30 50371 . 56 50430 . 11 7926 . 96
8405 . 63 7352 . 07 8089 . 3
5 6080 . 58
4898 . 73 109895 . 37 50428 . 98 8188 . 46 3 结 论
从技术角度分析 ,方案 4 中 1 # 斜井改造 3 个月 左右的时间内没有生产能力 ,同时地下一期已开拓
的中段运输系统需进行必要调整 ,如轨道的铺设 、局 部巷道刷帮 、增加环行绕道等 ,无疑会影响到矿石产 量 ,而且更换下的卷扬机会造成固定资产的闲置 。

因此改造斜井方案不可取 。

对于主副竖井是否同期建设 ,由于方案 1 、2 均 采用先期副井建设方案 ,实行地下二期工程分期建 设分期投资 ,减少了矿山一次性投资额 ,所以其投资 现值明显低于主副井同期建设的方案 3 、4 。

对先期副井提升 270 m 还是 210 m 中段矿石方
案 ,由于 270 m 中段已由地下一期斜井开拓 ,副井提 升 270 m 中段矿石无疑会缩短一期斜井的服务年 限 ,使一期斜井设备设施提前退役 ; 同时 , 由于 270
m 中段可采储量有限 ,210 m 中段需及早开拓 ,而且
主井建设必须提前进行 。

基于上述分析 ,结合动态评价结果 ,本研究推荐 建龙铁矿露天转地下过渡期联合开采采用不改造斜
井 ,先期副井提升 210 m 水帄矿石方案 。

(收稿日期 2002202228)
·9 ·
表 2 过渡期联合开采方案投资计划
/ 万元 方案
1
2
3
4
5
总投资 6123 . 9776 5542 . 9743 6123 . 9776 5542 . 9743 6080 . 5806 第 1 年 1042 . 7627 1042 . 7627 1306 . 9102 1830 . 1162 512 . 6449 第 2 年 2254 . 5420 3344 . 7751 4962 . 8530 1830 . 1162 0 . 0000 第 3 年 59 . 9750 第 4 年 2766 . 6980 第 5 年 0 . 0000 第 6 年 0 . 0000 0 . 0000 0 . 0000 59 . 9750 1095 . 4615 0 . 0000 0 . 0000 0 . 0000 0 . 0000
1882 . 7419 1830 . 1162
0 . 0000 0 . 0000 0 . 0000
1830 . 1162 1907 . 7032 0 . 0000
采用动态评价指标体系 ,按贴现率和基准收益 率均为 8 % ,计算的各联合开采方案的投资额现值 和总成本现值见表 3 。