朱礦采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)的改造

周祥利

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司設(shè)計(jì)研究院，四川 攀枝花，617000）

1 引言

朱家包包鐵礦（以下簡(jiǎn)稱朱礦）始建于1970年，是攀鋼大型露天開(kāi)采釩鈦磁鐵礦山，原設(shè)計(jì)露天底為1030m水平。經(jīng)過(guò)40多年的開(kāi)采，采場(chǎng)逐漸進(jìn)入深部，現(xiàn)最低開(kāi)采水平為1180m，封閉圈為1270m。設(shè)計(jì)開(kāi)采規(guī)模幾經(jīng)調(diào)整，由當(dāng)初的5000kt／a，后來(lái)修改為7000kt／a，再到現(xiàn)在的8000kt／a。設(shè)計(jì)采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸方式也由單一的汽車(chē)運(yùn)輸，后來(lái)修改為鐵路—公路聯(lián)合運(yùn)輸方式，再到現(xiàn)在的汽車(chē)—半移動(dòng)破碎—膠帶運(yùn)輸。由于采場(chǎng)空間及工程地質(zhì)條件發(fā)生了較大變化，以及攀鋼對(duì)礦石需求量的增加，原來(lái)的鐵路—公路聯(lián)合運(yùn)輸方式不能滿足生產(chǎn)要求，經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性都顯得落后，2010年中冶北方工程技術(shù)有限公司對(duì)朱礦采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采場(chǎng)深部的礦石和巖石都采用汽車(chē)—半移動(dòng)破碎—膠帶運(yùn)輸方式。通過(guò)對(duì)朱礦采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸方式的演變過(guò)程的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)由山坡露天礦向深凹露天礦過(guò)渡的大型金屬露天礦山有較好的參考借鑒作用。礦山應(yīng)高度重視采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸，需提前做好研究工作，防止在過(guò)渡期使生產(chǎn)處于被動(dòng)。

2 朱礦采場(chǎng)開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)

2.1 采場(chǎng)中部的實(shí)際運(yùn)輸系統(tǒng)

朱礦采場(chǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)采標(biāo)高為1450～1030m，封閉圈標(biāo)高為1270m，上部巖石全部采用汽車(chē)運(yùn)輸，廢石就近排棄在采場(chǎng)外北部和南部附近的溝谷中。開(kāi)采1360～1300m期間，礦山屬于山坡露天，采場(chǎng)范圍東西長(zhǎng)度約1300～1600m，南北寬度約600～800m，有利于鐵路線的展布。因此，采場(chǎng)礦巖由WK－4挖掘機(jī)向礦車(chē)裝車(chē)，采用準(zhǔn)軌鐵路直接運(yùn)往排土場(chǎng)和選礦廠。當(dāng)采場(chǎng)降至1285m后，由于地形條件的限制，必須先采用汽車(chē)開(kāi)溝運(yùn)輸，當(dāng)臺(tái)階長(zhǎng)度和寬度滿足鐵路線的布置時(shí)，再鋪設(shè)鐵路，采用鐵路運(yùn)輸?shù)V巖，即該期間采用的是公路—鐵路聯(lián)合運(yùn)輸方式。為實(shí)現(xiàn)二者的銜接，在采場(chǎng)的西部外側(cè)附近，靠近總出入口處建有一礦巖倒裝站（卸載水平標(biāo)高為1290m），倒裝站有3個(gè)料倉(cāng)，其中二個(gè)用于裝礦，一個(gè)裝巖，開(kāi)溝時(shí)的礦巖及不適宜進(jìn)鐵路線的邊角處的礦巖采用汽車(chē)運(yùn)輸至1290m倒裝站。倒裝站下方裝電機(jī)車(chē)運(yùn)至離采場(chǎng)距離分別為5.1km和2.8km的選廠和排土場(chǎng)，外部運(yùn)輸全部采用準(zhǔn)備軌鐵路運(yùn)輸?shù)V石和廢石。

2.2 采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱礦采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸方案經(jīng)過(guò)多次修改設(shè)計(jì)，修改時(shí)的主要考量:一是充分利用鐵路系統(tǒng)等固定資產(chǎn)，減少投資；二是多年來(lái)職工已熟練掌握整個(gè)生產(chǎn)工藝流程，盡量避免對(duì)流程和設(shè)備做太大的改動(dòng)，減少生產(chǎn)的波動(dòng)。因此，直到2005年的設(shè)計(jì)，仍沿用公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路的開(kāi)拓運(yùn)輸方案。

公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路運(yùn)輸方案的運(yùn)輸過(guò)程為:采場(chǎng)礦巖用汽車(chē)運(yùn)至礦巖轉(zhuǎn)載站，并卸至其料倉(cāng)，料倉(cāng)下方用板式給礦機(jī)裝60t礦車(chē)，再由224t電機(jī)車(chē)牽引運(yùn)出采場(chǎng)。該方案具體布置是:從采場(chǎng)南側(cè)總出入口（標(biāo)高為1270m）處，分東西兩側(cè)（東進(jìn)線系統(tǒng)和西進(jìn)線系統(tǒng)）沿下盤(pán)固定幫以40‰的坡度布置陡坡鐵路線折返下到各水平，東進(jìn)線和西進(jìn)線在1180m站匯合，如圖1。1180m以下由于巖石量逐漸減少，采剝總量也將減少，故設(shè)計(jì)1180m以下采用一條鐵路線就可滿足采場(chǎng)運(yùn)輸能力的要求。在采場(chǎng)下降過(guò)程中，在靠近下盤(pán)固定幫的合適位置建轉(zhuǎn)載站，其形式為礦倉(cāng)轉(zhuǎn)載，每隔大約3個(gè)臺(tái)階移設(shè)一次轉(zhuǎn)載站，將先后設(shè)置1255m、1210m、1180m、1165m、1135m轉(zhuǎn)載站。每個(gè)轉(zhuǎn)載站的服務(wù)期大約3～4年。陡坡鐵路區(qū)間線路均為單線，向下經(jīng)過(guò)多次折返，到達(dá)采場(chǎng)深部各開(kāi)采水平和轉(zhuǎn)載站，最低一個(gè)轉(zhuǎn)載站布置在1135m水平，其下至露天底1030m的礦巖由汽車(chē)運(yùn)輸至1135m站，再由板式給礦機(jī)裝機(jī)車(chē)通過(guò)鐵路運(yùn)出采場(chǎng)。

圖1 運(yùn)輸過(guò)程示意圖

這種聯(lián)合開(kāi)拓運(yùn)輸方式，將汽車(chē)運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活、爬坡能力強(qiáng)和鐵路運(yùn)輸能力較大的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，經(jīng)驗(yàn)算，礦石生產(chǎn)規(guī)?？蛇_(dá)5500kt／a，采剝總量為13000kt／a。

這種聯(lián)合開(kāi)拓運(yùn)輸方式，每個(gè)水平在開(kāi)溝和擴(kuò)幫過(guò)程中將先用汽車(chē)向上運(yùn)輸至轉(zhuǎn)載站，只有當(dāng)擴(kuò)幫到滿足鐵路線的布置時(shí)，再鋪設(shè)鐵路，此后本水平的礦巖才能采用鐵路運(yùn)輸，因此，相當(dāng)部分的礦巖將由汽車(chē)采用重車(chē)上坡運(yùn)輸方式。隨著開(kāi)采水平的下降，采場(chǎng)空間越來(lái)越小，汽車(chē)運(yùn)輸比例會(huì)逐漸增加，據(jù)測(cè)算，在封閉圈下的第一個(gè)臺(tái)階即1255m水平，汽車(chē)運(yùn)輸比例大約為30%，到了1135m水平，這一比例超過(guò)50%，而汽車(chē)運(yùn)輸?shù)某杀敬蠹s為鐵路運(yùn)輸?shù)?～3倍，因此，隨著采場(chǎng)的下降，經(jīng)濟(jì)效果將會(huì)越來(lái)越差。

3 采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)改造的必要性

朱礦采場(chǎng)在下降過(guò)程中，實(shí)際情況與原設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)生了許多變化，如采場(chǎng)邊坡的工程地質(zhì)條件、采場(chǎng)采剝部位和進(jìn)度計(jì)劃未嚴(yán)格執(zhí)行，以及生產(chǎn)工藝和設(shè)備的進(jìn)步等，使得作業(yè)環(huán)境和條件與當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)有較大的不同，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不能付諸實(shí)施，或者無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，因此，必須對(duì)原設(shè)計(jì)的采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸方案進(jìn)行大的改造。

3.1 采場(chǎng)東南幫工程地質(zhì)條件的變化

如前所述，采場(chǎng)深部鐵路線分東進(jìn)線和西進(jìn)線兩個(gè)系統(tǒng)，其中東進(jìn)線設(shè)計(jì)從1270m總出入口起，沿下盤(pán)南幫固定幫鋪設(shè)，并經(jīng)由東端幫繞到北幫的1210m站再折返，折返線再次經(jīng)過(guò)東南幫才能到達(dá)1180m站和1135m站。

朱礦采場(chǎng)東南幫在2004年至2006年間發(fā)生過(guò)兩次大的滑坡，滑坡范圍標(biāo)高1345～1255m，長(zhǎng)度約120m，需處理的滑體方量超過(guò)2000km3，加上對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)處理，共耗時(shí)3年，使東南幫的推進(jìn)嚴(yán)重滯后，從1270m和1255m臺(tái)階向下延伸鐵路線的計(jì)劃被擱置，因而錯(cuò)過(guò)了最佳進(jìn)線時(shí)機(jī)。另外，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的工程地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，采場(chǎng)東南幫有NW向的兩條大斷層F106和F107，均為早期斷層，邊坡破壞受斷層與優(yōu)勢(shì)節(jié)理的組合形式控制，上部沿?cái)鄬用婊虻V巖接觸帶滑動(dòng)，下部追蹤優(yōu)勢(shì)節(jié)理面剪出，形成復(fù)合型平面剪切破壞，從而將邊坡切割分成若干段，即使對(duì)邊坡進(jìn)行了加固處理，仍存在發(fā)生滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，使得東進(jìn)線方案再無(wú)實(shí)施的可能。

原設(shè)計(jì)東進(jìn)線和西進(jìn)線都為區(qū)間單線，從兩個(gè)不同方向鋪設(shè)，優(yōu)點(diǎn)是互不干擾，能滿足礦石5500kt／a的生產(chǎn)規(guī)模。由于東進(jìn)線方案無(wú)法實(shí)施，自然考慮到將西進(jìn)線系統(tǒng)的單線全部改為雙線。如果區(qū)間線路改為雙線，這又必然導(dǎo)致在每個(gè)折返站采用交叉渡線，線路非常復(fù)雜，雖然區(qū)間線路為雙線，但咽喉道岔制約著線路通過(guò)能力，經(jīng)過(guò)論證，即使鋪設(shè)雙線，也只能達(dá)到近4000kt／a的礦石規(guī)模，遠(yuǎn)小于兩條獨(dú)立單線的通過(guò)能力，不能滿足礦石生產(chǎn)規(guī)模的要求。同時(shí)，在西幫上鋪設(shè)雙線，臺(tái)階寬度將由7.5m 增加到12.5m，西部境界將向內(nèi)縮，采出礦石量將減少約1200kt。

3.2 礦石需求量的增加

2009年，攀鋼在西昌開(kāi)始建設(shè)新的冶煉基地，因而對(duì)礦山產(chǎn)能提出了新的要求，要求朱礦礦石生產(chǎn)規(guī)模增加到8000kt／a，這就意味著采剝總量將增加到17600kt／a，較原設(shè)計(jì)規(guī)模5500kt／a有了大幅度的增加，若仍采用公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路的開(kāi)拓運(yùn)輸方案，又只能布置西進(jìn)線系統(tǒng)，只可滿足公司要求產(chǎn)能的50%。

綜上所述，原設(shè)計(jì)的公路—轉(zhuǎn)載站—鐵路開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)新的條件和要求，必須進(jìn)行改造。

4 采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)的改造

4.1 開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)改造的思路

朱礦已采用公路—鐵路聯(lián)合運(yùn)輸方案開(kāi)采多年，建立有完善的內(nèi)外部運(yùn)輸系統(tǒng)及相應(yīng)的輔助維修設(shè)施，外部運(yùn)輸都采用準(zhǔn)軌鐵路系統(tǒng)分別運(yùn)往排土場(chǎng)和選礦廠，因此，系統(tǒng)改造時(shí)應(yīng)密切聯(lián)系礦山現(xiàn)狀，充分利用已有的礦山開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)和設(shè)備，以利于減少投資。另外，改造后的生產(chǎn)能力要與礦山的生產(chǎn)規(guī)模要求相適應(yīng)，必須做到礦山的平穩(wěn)增產(chǎn)過(guò)渡和改造后礦石生產(chǎn)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。還有，采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)與外部運(yùn)輸要合理銜接，減少轉(zhuǎn)載次數(shù)。

4.2 開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)的改造方案

朱礦采場(chǎng)封閉圈為1270m，到露天底采深至少有240m，礦石生產(chǎn)規(guī)模要達(dá)到8000kt／a，巖石剝離量為9600kt／a，屬大型深凹露天礦。在改造方案的選擇過(guò)程中考慮了多個(gè)方案:采場(chǎng)內(nèi)溜井—膠帶斜井、溜井—平硐、全汽車(chē)運(yùn)輸和汽車(chē)—半移動(dòng)破碎—膠帶系統(tǒng)方案，由于前二個(gè)方案基建工程量太大，溜井施工難度大且容易堵塞，因而被放棄。全汽車(chē)運(yùn)輸方案中，只有75%的礦巖量運(yùn)至采場(chǎng)西側(cè)的1290m倒裝站運(yùn)輸距離在3km以內(nèi)，有近1億噸的礦巖運(yùn)距在3km以上，3km通常被認(rèn)為是汽車(chē)運(yùn)輸較經(jīng)濟(jì)的合理范圍。經(jīng)過(guò)對(duì)后兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的全面比較，采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸設(shè)計(jì)采用汽車(chē)—半移動(dòng)破碎—膠帶系統(tǒng)。

汽車(chē)—半移動(dòng)破碎—膠帶系統(tǒng)方案，礦石和巖石膠帶系統(tǒng)沿采場(chǎng)下盤(pán)西側(cè)固定幫布置，巖石破碎站首站設(shè)在1240m，礦石破碎站首站設(shè)在1210m，如圖2。

圖2 汽車(chē)一半移動(dòng)硫碎一脈帶系統(tǒng)方案示意圖

破碎站選用易于搬遷的鄂式破碎機(jī)，每個(gè)破碎站采用山特維克CJ815鄂式破碎機(jī)2臺(tái)，年處理能力為10000kt／a，滿足礦石和巖石處理能力的要求，其中礦石破碎站富余的2000kt／a能力用于對(duì)廢石中部分表外礦的加工，以便后續(xù)進(jìn)行磁滑輪干選拋尾得到較高品位的礦石。膠帶運(yùn)輸采用鋼繩芯膠帶運(yùn)輸機(jī)，帶寬1.2m，帶速2.5m／s。隨著采場(chǎng)的下降，每隔大約3個(gè)臺(tái)階移設(shè)一次破碎站，最低巖石破碎站設(shè)在1150m水平，礦石破碎站設(shè)在1120m水平，如圖3。由于采場(chǎng)空間的限制，其下至露天底的礦巖用汽車(chē)運(yùn)至礦巖破碎站處理，露天底至1120m破碎站的運(yùn)距在2km左右。

采場(chǎng)內(nèi)的礦石用膠帶輸送至采場(chǎng)西側(cè)外的1290m倒裝站卸載至礦倉(cāng)，然后裝機(jī)車(chē)運(yùn)往5.1km里外的選礦廠，巖石輸送至采場(chǎng)外經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)運(yùn)后仍用膠帶機(jī)輸往排土場(chǎng)。

經(jīng)過(guò)改造后的運(yùn)輸系統(tǒng)，采場(chǎng)內(nèi)各采裝點(diǎn)到破碎站采用汽車(chē)運(yùn)輸，外部礦石運(yùn)輸采用準(zhǔn)軌鐵路運(yùn)輸，這樣盡可能利用了原有公路、鐵路運(yùn)輸設(shè)施和設(shè)備，并減少了人員轉(zhuǎn)崗培訓(xùn)的壓力及對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)的沖擊。

圖3 破碎站示意圖

運(yùn)輸系統(tǒng)改造后，下盤(pán)固定幫上不再鋪設(shè)鐵路，因此臺(tái)階寬度由7.5m減小到4～5m，西幫最終邊坡角由410提高到460，從而使得露天底降至1000m，較原設(shè)計(jì)露天底1030m下降了30m，開(kāi)采境界內(nèi)增加礦石量5300kt。

5 結(jié)語(yǔ)

大型露天礦在向采場(chǎng)深部過(guò)渡時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)高陡邊坡，隨著邊坡巖石風(fēng)化或地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，邊坡穩(wěn)定性受到威脅甚至破壞，影響采場(chǎng)深部開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)的布置。另外，采場(chǎng)轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采后，空間越來(lái)越小，運(yùn)輸條件變差，產(chǎn)能受到制約，既有山坡露天礦的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)往往不能適應(yīng)采場(chǎng)深部的開(kāi)采。因此，采場(chǎng)深部的開(kāi)拓運(yùn)輸是關(guān)系到礦山長(zhǎng)期發(fā)展的重要課題，應(yīng)結(jié)合中部采場(chǎng)的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)、邊坡地質(zhì)條件、礦石需求量和外部運(yùn)輸方式等綜合研究。

［1］王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)，冶金工業(yè)出版社［M］.2012年1月.

［2］李寶祥.金屬礦床露天開(kāi)采［M］.冶金工業(yè)出版社，1986年2月.

［3］中冶北方工程技術(shù)有限公司.朱蘭采場(chǎng)深部開(kāi)采總體規(guī)劃可行性研究.2009年9月.