斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓在南非某金礦的應(yīng)用研究

尚曉明, 孫 揚(yáng)

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 前言

在礦山及其他地下工程領(lǐng)域，構(gòu)筑通往地下的物流通道是進(jìn)行工程活動(dòng)的先決條件，在礦山領(lǐng)域稱為開拓系統(tǒng)。開拓系統(tǒng)的形成占據(jù)礦山基建的大部分投資，也占據(jù)礦山基建工期的大部分時(shí)間；不同的礦體特點(diǎn)及開采工藝，所選擇的開拓方法也各不相同。通常采用的開拓系統(tǒng)有豎井、斜坡道、斜井以及各個(gè)組合形成的開拓系統(tǒng)。各種開拓系統(tǒng)都需要從地表正向掘進(jìn)，自上而下掘進(jìn)形成。隨著技術(shù)發(fā)展，豎井掘進(jìn)形成了正向和反向兩種建井工藝；但反向建井工藝，必須具備已有工程的先決條件。因此，反向建井工藝一般僅應(yīng)用在已有礦山的改造工程中[1-3]。

國內(nèi)外新建礦山基建豎井常采用正掘豎井方案，但在一些特殊區(qū)域或國家，正掘豎井受制于復(fù)雜的地質(zhì)條件或嚴(yán)格的規(guī)程規(guī)范，導(dǎo)致正掘豎井投資巨大，基建進(jìn)度緩慢，達(dá)產(chǎn)時(shí)間長，最終直接影響到項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

2 礦床開采技術(shù)條件

該金礦位于南非自由邦的Matjhabeng地區(qū)

Ventersburg鎮(zhèn)西北部，距Welkom鎮(zhèn)東南約25km，海拔1 340～1 500m，地形以草原連綿起伏的丘陵為特征。

礦體賦存深度在距地表340～1 300m，礦體平均傾角14°，平均厚度1.48m。

礦體賦存于夾有石英巖的礫巖中，上下盤巖石大都為石英巖，巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件簡單。

3 開拓方式研究

3.1 開拓系統(tǒng)概述

該金礦已由某咨詢單位于2013年完成可研工作，2016年對財(cái)務(wù)模型中的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了修正，修正后項(xiàng)目IRR為8.7%。開拓系統(tǒng)選擇為豎井+斜坡道接力提升的方案。采區(qū)內(nèi)礦石通過下盤沿脈由30t柴油卡車將礦石卸載到斜坡道，再由50t柴油卡車通過斜坡道運(yùn)輸?shù)街骶詡?cè)的卸載站，卸載后通過主井雙箕斗系統(tǒng)提升到地表。

2018年由另一咨詢公司對該項(xiàng)目進(jìn)行評估，同時(shí)由一南非本地建井公司根據(jù)南非最新規(guī)范要求，對主井和風(fēng)井施工費(fèi)用和進(jìn)度進(jìn)行了重新估價(jià)，并在財(cái)務(wù)模型中升級，升級財(cái)務(wù)模型后得出項(xiàng)目IRR為4.4%。

該金礦IRR由原先8.7%降到4.4%，主要原因是項(xiàng)目采用豎井提升與通風(fēng)，豎井采用正掘方案，建井公司根據(jù)南非最新的規(guī)范要求，新增了相當(dāng)大的投資在正掘豎井上，由此導(dǎo)致項(xiàng)目內(nèi)部收益率急劇下降。

3.2 斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓研究

1)總體思路

通過分析對比，對項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效果影響較大的是正掘主井和風(fēng)井導(dǎo)致施工投資增加及工期延長，為提高項(xiàng)目內(nèi)部收益率，本文提出斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓，豎井由正掘改為反掘，以達(dá)到降低總投資和投資強(qiáng)度等目的。

豎井反掘的前提是要有工程能提前到達(dá)井筒下部，以便有安裝擴(kuò)孔鉆頭的空間及反掘時(shí)產(chǎn)生廢渣的出渣通道。故基建時(shí)先從地表掘進(jìn)斜坡道，當(dāng)斜坡道掘進(jìn)到一定深度后，對主井和風(fēng)井進(jìn)行反掘，從而實(shí)現(xiàn)豎井反向建井工藝。為減少井筒的偏斜并降低施工難度，主井和風(fēng)井都在斜坡道到達(dá)200m的深度時(shí)進(jìn)行第一段的反掘，第二段在斜坡道到底后再進(jìn)行反掘。

2)具體實(shí)施例

該金礦需基建2條豎井，一條為主井，井筒凈直徑6.0m，深度為466m；一條為風(fēng)井，井筒凈直徑6.5m，深度為393m。若按正掘豎井方案，正掘豎井的進(jìn)度慢、投資大，達(dá)產(chǎn)期晚，故考慮采用斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓的方案，具體如圖1所示。

圖1 斜坡道與反掘豎井協(xié)同開拓示意圖

基建時(shí)從地表掘進(jìn)斜坡道，滯后進(jìn)行主井和風(fēng)井導(dǎo)孔的施工，主井導(dǎo)孔深度235m，風(fēng)井導(dǎo)孔深度207m。當(dāng)斜坡道掘進(jìn)到距地表深度207m時(shí)，進(jìn)行斜坡道與風(fēng)井導(dǎo)孔之間聯(lián)絡(luò)道的施工；聯(lián)絡(luò)道施工完畢后，將導(dǎo)孔鉆頭卸下安裝擴(kuò)孔鉆頭，由下而上擴(kuò)孔進(jìn)行風(fēng)井的反掘。 當(dāng)斜坡道掘進(jìn)到距地表深度235m時(shí)，進(jìn)行斜坡道與主井導(dǎo)孔之間聯(lián)絡(luò)道的施工，聯(lián)絡(luò)道施工完畢后反掘主井。

第一段風(fēng)井(深207m)反掘完成后，在風(fēng)井深度207m處的聯(lián)絡(luò)道中施工第二段風(fēng)井的導(dǎo)孔，導(dǎo)孔深度186m。第一段主井(深235m)反掘完成后，在主井深度235m處的聯(lián)絡(luò)道中施工第二段主井的導(dǎo)孔，導(dǎo)孔深度231m。

當(dāng)斜坡道掘進(jìn)到距地表深度393m時(shí)，進(jìn)行斜坡道與風(fēng)井導(dǎo)孔之間聯(lián)絡(luò)道的施工，聯(lián)絡(luò)道施工完畢后反掘風(fēng)井第二部分工程；當(dāng)斜坡道掘進(jìn)到距地表深度466m時(shí)，進(jìn)行斜坡道與主井導(dǎo)孔之間聯(lián)絡(luò)道的施工，聯(lián)絡(luò)道施工完畢后反掘主井第二部分工程。反掘時(shí)產(chǎn)生的廢渣由卡車通過斜坡道運(yùn)到地表。

斜坡道到底后，除了進(jìn)行豎井的反掘外，還可同時(shí)進(jìn)行井下其他工程的開拓，當(dāng)開拓工程到達(dá)礦體后，在豎井還沒有安裝調(diào)試好之前，礦廢石可以通過斜坡道運(yùn)輸?shù)降乇恚瑢?shí)現(xiàn)礦山的早投產(chǎn)，當(dāng)豎井工程安裝調(diào)試好之后，礦廢石可以轉(zhuǎn)為豎井提升。

該方案的關(guān)鍵線路是斜坡道的掘進(jìn)，斜坡道掘進(jìn)速度越快，后面的工程就能相應(yīng)提前基建，也能盡早到達(dá)礦體，快速投產(chǎn)。經(jīng)過測算，當(dāng)斜坡道掘進(jìn)速度在80m/月時(shí)，IRR為7.5%；當(dāng)斜坡道掘進(jìn)速度在100m/月時(shí)，IRR為9.7%；當(dāng)斜坡道掘進(jìn)速度達(dá)到120m/月時(shí)，IRR為11.7%。

4 結(jié)論

本文利用斜坡道能靈活布置的特點(diǎn)，構(gòu)筑形成反掘豎井工程條件，充分利用斜坡道+豎井開拓系統(tǒng)之間的聯(lián)系，復(fù)合利用，聯(lián)合基建，實(shí)現(xiàn)豎井反向建井工藝。利用反井鉆機(jī)反掘豎井，速度快、效率高、安全性易保證。斜坡道到達(dá)礦體后即可通過斜坡道出礦，不受豎井安裝調(diào)試的限制，當(dāng)豎井安裝調(diào)試好，礦石即可通過豎井提升，出礦方式靈活多樣。在豎井正掘投資大、進(jìn)度慢的情況下，通過利用通地表斜坡道創(chuàng)造工程條件，豎井采用反向掘進(jìn)建井工藝，可有效降低豎井投資。