大红山铁矿高中段的应用

魏建海

(昆明有色冶金设计研究院股份公司)

大红山铁矿高中段的应用

魏建海

(昆明有色冶金设计研究院股份公司)

大红山铁矿一期工程采用了高集矿运输系统，开拓矿量很大，保证了矿山后续开发建设中能够高产、稳产；在二期工程建设过程中，结合一期和二期的接替时间、施工周期、工程难易程度、投资大小等诸多因素，权衡利弊，确定了适宜的中段高度，工艺及效益达到了国内先进水平，为矿山后续的发展奠定了坚实基础。

高中段 深溜井 集矿运输

在大红山铁矿一期工程设计时，国内矿山配置的中段高度比较小，很少有100 m以上的中段。国外著名矿山基鲁纳铁矿采用了200 m的高中段开拓，为实现大规模生产创造了条件。因此，参考国外先进经验，采用大的中段高度是实现大红山铁矿大规模开采总体目标的需要。在工程量增加不多的情况下，可以大幅度增加开拓矿量，减少新中段准备的频度，从而相应减少大量的运输、通风、技术管理和工程管理等难度，以及大量减少生产开拓量、安装工程量及投资，达到高产、稳产的目标。

1 大红山铁矿一期工程

1.1 中段高度的确定

1.1.1 阶段高度划分原则

(1)以坑口工业场地的合理布置为基准，把矿体划分为上部平硐溜井开拓和下部胶带斜井开拓两部分,725 m标高作为阶段划分的基准标高。

(2)依据矿体的产状和赋存条件及各块段的矿量确定和划分阶段，充分考虑短距离无轨运输的灵活性;急倾斜矿体开采时，可利用高溜井放矿,以扩大主要有轨运输水平的服务范围,简化运输系统。

1.1.2 阶段高度及集矿运输水平的设置

大红山铁矿的主矿体厚大,矿岩稳固性好,水文地质条件简单，具有采用高中段的有利条件。由于矿山生产能力大，并考虑到首采400～705 m矿体，为减轻新阶段准备工作的压力，简化运输系统和环节，保有长足稳定的开拓矿量，采用高阶段集中运输的方式，分别设720，380 m 2个有轨集中运输水平，集矿高度达340 m。

720 m平硐以上矿体为倾斜中厚-厚矿体，为头部区段，拟采用分段空场法开采，铲运机(或电耙)出矿，平硐溜井开拓，自720 m平坑末端的适当位置延伸，形成有轨运输水平，按排水坡度延伸至矿体下盘时，标高已达到730 m，由730 m标高至最上分段标高850 m，段高约120 m。

500～720 m主要为倾斜—急倾斜矿体，为中部区段。其中大致在A40线以西，矿体呈东西向展布，大体上以625 m标高为界，以上矿体较薄矿量少，以下矿体逐步变厚，划分为中部区段Ⅱ采区，采用无底柱分段崩落法，垂直走向布置。大致在A40线以东，矿体总体上呈南北向展布，北薄南厚，大致在标高700 m和500 m左右倾角变缓，划分为中部区段Ⅰ采区，采用无底柱分段崩落法，沿走向布置。分段高度除首采分段为30 m以外，其余为20 m。由于延伸下部区段下盘的采场溜井可以兼顾中部区段的矿石运输，所以中部区段不单独设置有轨运输阶段，其中Ⅱ采区的矿石由采场出矿铲运机直接卸进溜井，Ⅰ采区的矿石则需用卡车短距离倒运后卸进溜井，之后集中由380 m有轨运输水平运出。

400～500 m主要为极厚大缓倾斜矿体，为下部区段，并将被中部区段压矿的部分划分为南翼采区，未压矿部分A36线以东划分为主采区，A36线以西划分为西翼采区，3个采区均采用无底柱崩落法开采，分段高度为20 m。其中主采区480 m以上主要矿体已划为50万t/a工程的开采范围，所以主采区以460 m为首采分段。本区段的有轨运输阶段设置在380 m水平，各分段矿石均用采场溜井下放至380 m有轨运输水平。

1.2 高中段存在的问题及解决办法

高中段虽然为大规模生产矿山提供了较大的开拓矿量，但也有弊端：①矿石溜放问题；②竖向交通问题；③采场通风问题。

为解决高中段开拓的矿石溜放问题，一期工程中充分利用中部主采区矿体主要部分呈缓倾斜产出的条件，将溜井布置在380～480 m，高度小于100 m，多为数十米，采用吊罐法施工。南侧中Ⅱ采区及中Ⅰ采区倾角较大，中Ⅱ采区的溜井布置在380～560 m，高度小于180 m，利用主采区480 m落顶分段水平巷道和380 m运输水平巷道进行分段施工。中Ⅰ采区的溜井分段主要布置在625～675 m，从中Ⅰ采区625 m分段采矿水平往下，设转运溜井通至380 m水平，高达245 m，利用中Ⅱ采区560 m分段采矿水平、主采区480 m落顶水平进行分段施工。一期工程个别高溜井施工有一定困难，最终通过各种办法克服了困难，顺利地实现了高溜井投产。

为解决竖向交通问题，主要采用辅助斜坡道和辅助盲竖井，辅助斜坡道运行无轨设备，和采场平巷无缝对接，可以快速抵达各采区工作面，主采区部分主要使用辅助斜坡道与各采场联通，中Ⅰ、中Ⅱ采区主要通过斜坡道联通，斜坡道构建了快速交通网络。

为解决高中段的通风问题，主要采用采区进风天井、辅助盲竖井和采区回风天井，使新鲜风流可以快速到达各采区，同时采用多级机站，构成高效的通风网络。

1.3 一期工程实施的效果

与传统的低中段相比，减少一个运输中段，就少了6万多m3工程量，减少投资2 000多万元，也节约了生产开拓中段的时间。一期工程完成后，矿山的开拓矿量达到5 413.67万t，保有年限达到13.53 a，备采矿量728.57万t，采准矿量728.57万t，保有年限达到1.82 a。同时720 m主平巷为开采720 m 头部矿体提供了运输保障，为后续的扩产提供了通道，720 m头部矿体的矿量未计入开拓矿量内。

2 大红山铁矿二期工程

在一期工程高中段成功使用的基础上，二期仍采用大的中段高度。二期工程设计时，施工设备有了较大的发展，天井钻机设备日益成熟，为高中段的应用提供了更好的手段。

二期工程地质条件和水文地质条件不复杂，具有采用高中段的有利条件。

二期工程开采对象Ⅱ1矿组总体为由东向西缓倾斜倾伏,其包含4个主矿体：Ⅱ1-4、Ⅱ1-3、Ⅱ1-2、Ⅱ1-1，其中Ⅱ1-4、Ⅱ1-3矿体挨得较近，主要分布在约200 m标高以上，A24～38线，在约A32线以东矿体完整厚大，其矿量主要集中在这一地段，在约A32线以西矿体分枝，其矿量相对较少；而Ⅱ1-2、Ⅱ1-1矿体也挨得较近，主要分布在约180 m标高以下，A26～35线，主要矿量分布在60 m标高之上，矿体中间部位完整厚大，周边有少量分枝矿体。Ⅱ1-4、Ⅱ1-3矿体与Ⅱ1-2、Ⅱ1-1矿体间有一分界的夹层。

另外，以赋存于Ⅱ1矿组北下侧的Ⅰ#铜矿带为150万t/a工程，选择基建有轨集中运输水平标高为380 m，生产持续的集中运输水平标高为180 m。

2.1 基建运输水平设置

考虑到矿体赋存状况及相关工程的情况，对基建运输水平标高的设置提出2个方案。

方案Ⅰ：在40 m标高设基建集中有轨运输水平，基本控制到二期开采矿体的底部，采用环形运输，沿脉装车，有轨中段覆盖大部分矿体，局部零星小矿体出矿采用汽车倒运至最近溜井,下放至40 m中段。

方案Ⅱ：先在180 m标高建立有轨运输水平，控制Ⅱ1-4、Ⅱ1-3矿体A32线以东的大部矿量，持续生产，再建设40 m有轨运输水平，采用环形运输，沿脉装车，有轨中段覆盖大部分矿体，A32线以西矿体采出矿石采用汽车倒运至最近溜井,下放至下部有轨中段。

根据以上2种思路，对水平运输和溜矿系统进行布置，形成2个完整的系统，开拓系统见图1。对2个方案的开拓工程进行对比，见表1。

图1 二期开拓系统

表1 运输水平开拓比较

由表1可知：

(1)方案Ⅰ中采场溜井最大高度为360 m，高溜井须采用进口天井钻机施工，成本高(1 336 USD/m)；单中段集矿运输水平巷道长，基建工程量大；溜井开工时间过于靠后，建设期延长，对持续接替影响大；基建投资高，虽持续生产工程量小，费用低，但投入净现值最高。

(2)方案Ⅱ中溜井最大高度为220 m，可采用国产天井钻机施工，成本相对较低；单中段集矿运输巷道长度短，基建工程量较小；建设周期短，对一、二期生产持续十分有利；基建投资低，虽持续生产工程量大，费用高，但投入净现值最低。

太深的溜井(300 m以上)采用天井钻机施工时，井筒的偏斜不好控制，同时溜井越深，井筒穿过的岩层越复杂，施工精度越难把握，容易打成废井，为解决施工精度问题，有时需要在中间标高施工一个辅助中段，将溜井分段施工，但这样做会增加工程量和延长施工周期。

由于深部矿体向西下倾斜，东部深溜井的下部段基本处于围岩中，溜井距离采场工作面较远，下部段基本用不上，该部分溜井不仅造价高，且造成浪费。同时，底部的集矿运输中段也存在一定程度的浪费，造成运输距离加长，运输成本增加。

深溜井在使用过程中磨损较大，会影响下部矿体的正常回采。深溜井的维护较为困难，由于大红山铁矿矿体较为厚大，为发挥铲运机的效率，大部分溜井位于采场内，溜井磨损严重时会影响到正常降段和采场布置，从而影响正常生产。

在经过对天井钻机的考察后，认为360 m深的溜井施工难度太大，根据天井钻机的施工工艺要求，溜井上下都需要有巷道贯通，会造成溜井的开工时间太靠后，影响一期工程和二期工程的正常接替，并且施工周期太长，不太适于大红山铁矿二期工程使用。同时，太高的中段高度，会造成巷道独头施工的时间较长，并且大红山铁矿地热情况较为严重，会造成通风困难，施工效率低下。

综合以上分析，权衡利弊，最终决定采用方案Ⅱ，设置2个运输水平，初期形成180 m运输水平，生产中持续建设40 m运输水平。

2.2 二期工程中段布置

二期工程中180m中段为有轨集矿运输中段，采用环形运输穿(沿)脉装矿，穿脉东西向布置，共6条装矿穿脉，间距为80m，穿脉长800m；沿脉南北向布置，共3条，其中2条为行车用沿脉，分别连接各条穿脉的东西两端，称为东沿脉和西沿脉，另一条装矿沿脉布置在西沿脉西侧，称为付西沿脉；为兼顾Ⅰ#铜矿带180m中段废石运输，在环形运输系统的东北角设置三角车场与Ⅰ#矿带运输系统相连；在运输水平的南侧布置卸载车场，共有2条卸矿线，一条卸废线，一条回车线。运输平巷弯道半径为60m，单轨运输平巷净宽3.6m，墙高2.25m，净断面面积为11.51m2；双轨运输平巷净宽5.95m，墙高2.25m，净断面面积为22.70m2。

生产中将在40 m标高建设完整的有轨运输中段，其布置形式及巷道参数与180 m中段大致相同。

2.3 预期效果

在二期工程完成的情况下，开拓矿量可以达到9 254.35万t，采准和备采矿量均为689.72万t，保有年限分别达到17.8 a和1.33 a。大红山铁矿仍然会稳产、高产，同时，也为40 m集矿运输水平的建设留下了足够的时间。

3 结 语

(1)大红山铁矿一期投产，第二年就达产，其主要原因就在于有大量开拓矿量和备采矿量作为支撑，有高效的采矿方法作为基础，有大型先进的无轨设备运作，还有高效的水平运输、溜破系统和大型胶带输送系统作为支持；大开拓矿量也为二期工程建设期间，在生产和基建并举的情况下，保持稳产、高产奠定了基础。

(2)在大红山铁矿二期工程开拓系统的拟定过程中，采用2个中段和单中段开拓方案进行比较，确定合理的开拓中段标高。高中段开拓能够控制更多的开拓矿量，延长中段使用时间，减少中段开拓数量和工程量。合理的高中段开拓使得矿山长时间稳产、高产，实现收益常态化，有利于解决矿山生产的不均衡性矛盾。

Application of High Middle Segment in Dahongshan Iron Mine

Wei Jianhai

(Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co., Ltd.)

The high concentrate ore transport system is used in the first phase of Dahongshan iron mine, the developed ore reserve is so large so as to ensure the high yield and stable yield in the subsequent development and construction of Dahongshan iron mine. During the construction process of the second phase, the suitable middle segment height is determined by considering the factors such as the succeed time of the first phase and second phase, construction period, difficulty and ease degree of engineering, investment size. According to the above analysis results, the technology and efficiency of Dahongshan iron mine reach the domestic advanced level so as to lay the solid foundation for the further development.

High middle segment, Deep chute, Concentrate ore transport

2014-08-02)

魏建海(1967—)，男，主任工程师，高级工程师，650000 云南省昆明市白塔路208号。