永學(xué)艷，齊炎，陳振超

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330038）

某鎢礦是一個(gè)規(guī)模巨大的細(xì)脈型含鉬黑白鎢礦床，品位分布上富下貧。礦區(qū)地處武夷山脈中段，屬中山區(qū)，系由淺變質(zhì)巖及花崗巖組成。礦區(qū)地形陡峻，切割強(qiáng)烈，山地坡度在30°~40°之間。礦區(qū)最高海拔為+950.37 m，最低海拔在+660 m左右，高差大于290 m。

該鎢礦于2007年建成投產(chǎn)，露天開采，生產(chǎn)能力達(dá)5 000 t/d，采用境界內(nèi)汽車+溜井+平硐聯(lián)合開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，選廠采用破碎—磨礦—重選—浮選工藝流程，產(chǎn)出鎢精礦和鉬精礦。礦區(qū)供水、供電及外部交通條件均較好。目前，礦區(qū)保有資源量（探明的+控制的+推斷的）為1.068 6×108t，WO3的平均地質(zhì)品位為0.233%，Mo品位為0.023%。近年來，該礦山為提高入選礦石品位、增加年精礦產(chǎn)量，正推進(jìn)礦石入選前預(yù)拋項(xiàng)目；同時(shí)，為響應(yīng)國(guó)家倡導(dǎo)礦山固體廢棄物利用的相關(guān)政策，計(jì)劃新建廢石加工和存儲(chǔ)系統(tǒng)。在此背景下，本文擬依據(jù)該礦礦體資源情況及開采技術(shù)條件，結(jié)合礦石“預(yù)拋”產(chǎn)率及廢石綜合利用要求，對(duì)礦石和廢石的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)升級(jí)改造方案進(jìn)行比選，以期為礦山項(xiàng)目提供參考借鑒。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)開采現(xiàn)狀

礦區(qū)礦體資源量巨大，但礦體覆蓋層較厚，露采境界上部剝離量大，為盡早回收項(xiàng)目投資，推薦采用分期開采方式[1]，具體分為三期：一期境界、一期擴(kuò)幫境界和終了境界。目前，該礦已在一期境界基礎(chǔ)上向一期擴(kuò)幫境界實(shí)施剝離，后續(xù)還將由一期擴(kuò)幫境界擴(kuò)展至終了境界。

一期擴(kuò)幫境界內(nèi)開采最高臺(tái)階標(biāo)高為+876 m，最低為+516 m，臺(tái)階高度為12 m。采場(chǎng)采剝、礦巖汽車運(yùn)輸均采用外包方式。目前主要采礦臺(tái)階位于+732 m~+660 m平臺(tái)，礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)為采場(chǎng)汽車+1#溜井+電機(jī)車系統(tǒng)。采場(chǎng)礦石由汽車運(yùn)至溜井卸礦，由井底振動(dòng)放礦機(jī)裝入電機(jī)車，經(jīng)平硐運(yùn)至選廠粗碎站卸礦。溜井口初始標(biāo)高為+720 m，凈直徑為5 m，底部裝礦點(diǎn)標(biāo)高為+616 m，溜井隨開采的延深而降段，現(xiàn)已降段至+696 m~+684 m。通過溜井適時(shí)降段，原礦采場(chǎng)內(nèi)運(yùn)距多年來均保持在1 km以內(nèi)。采場(chǎng)剝離的廢石由汽車運(yùn)往排土場(chǎng)堆排，運(yùn)距約為2 km。分期開采境界及溜井、運(yùn)輸平硐位置見圖1。

圖1 分期開采境界及溜井、運(yùn)輸平硐位置

圖1 中，終了境界上口水平投影長(zhǎng)1 260 m，寬950 m，邊坡最高點(diǎn)為+900 m，坑底標(biāo)高為+432 m。邊坡最大垂高為468 m。截至目前，一期擴(kuò)幫境界和終了境界內(nèi)剩余礦巖量見表1。

表1 礦體資源量

1.2 礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)升級(jí)改造背景

一方面，近年來該礦計(jì)劃推進(jìn)礦石入選前預(yù)拋工程。該項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，按5 kt/d原礦供入量計(jì)算，經(jīng)預(yù)拋流程后，僅有3 570 t合格礦石進(jìn)入現(xiàn)有的磨礦、選別系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，原礦的供給能力需提升至7 kt/d，然而這一供給能力僅通過提高電機(jī)車運(yùn)輸平硐的運(yùn)輸能力是難以實(shí)現(xiàn)的。

另一方面，國(guó)家正在大力扶持利用廢石、尾礦等工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)建筑材料、機(jī)制砂石，以減少環(huán)境污染[2]，并給予了此類項(xiàng)目一系列優(yōu)惠政策。因此，該礦計(jì)劃新建一套利用采場(chǎng)廢石的砂石骨料加工系統(tǒng)，這意味著該礦還需要建設(shè)1套送廢石利用項(xiàng)目的運(yùn)輸系統(tǒng)。

綜合二者的需求，該礦決定建設(shè)1套礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。

2 礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的選擇

2.1 選擇依據(jù)

根據(jù)該礦具體情況，礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的選擇、設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn)：1）選廠位于露天采場(chǎng)西北方向，采場(chǎng)到選廠之間有金龍山等多個(gè)山頭及山坳，地形崎嶇；2）礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)服務(wù)于終了境界內(nèi)全部礦石，運(yùn)輸能力為7 kt/d，預(yù)留到10 kt/d；3）廢石綜合利用規(guī)模為5 kt/d，加工及存儲(chǔ)場(chǎng)地布置于選廠區(qū)域；4）現(xiàn)有1#溜井—平硐—無人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸能力為5 kt/d；5）選廠已有5 kt/d粗碎設(shè)施，現(xiàn)有中碎設(shè)施附近不具備空間再建礦石粗碎系統(tǒng)；6）采場(chǎng)長(zhǎng)期處于擴(kuò)幫過渡階段，上部剝離，下部采礦，且采場(chǎng)幅面小。

2.2 選擇原則

選擇原則：1）礦區(qū)地形崎嶇，境界采深大，服務(wù)年限長(zhǎng)（31 a），應(yīng)選擇盡量減少礦巖運(yùn)距的開拓方式；2）盡量考慮利用現(xiàn)有開拓運(yùn)輸工程及配套設(shè)施，最大限度減少新增投資；3）在保證安全的前提下，以服務(wù)年限內(nèi)費(fèi)用現(xiàn)值最低作為開拓運(yùn)輸方案的選擇標(biāo)準(zhǔn)；4）露天采場(chǎng)長(zhǎng)期處于上部剝離、下部采礦的作業(yè)模式，開拓運(yùn)輸方式應(yīng)盡量保證生產(chǎn)管理簡(jiǎn)單易行；5）開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)不能影響礦山正常生產(chǎn)。

2.3 方案思路

目前，礦石需要建10 kt/d粗碎+運(yùn)輸系統(tǒng)，其中由于廢石加工位于選廠區(qū)域，綜合利用的廢石需滿足5 kt/d的運(yùn)輸要求，剩余廢石則通過汽車運(yùn)至廢石場(chǎng)堆排。選廠區(qū)域已無空間再建粗碎設(shè)施，故粗碎設(shè)施應(yīng)安排在采場(chǎng)區(qū)域。為減少項(xiàng)目投資，采場(chǎng)現(xiàn)有1#溜井+平硐+電機(jī)車設(shè)施（標(biāo)高為+610 m），選廠已有5 kt/d粗碎設(shè)施，應(yīng)盡量利用?；诖?，考慮平硐利舊和“利舊+新建”兩種思路。思路一“平硐利舊”，即在已有平硐內(nèi)建礦石、廢石膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)（平行或雙層膠帶），在采場(chǎng)區(qū)域設(shè)粗碎站，礦石、廢石粗碎后接入平硐膠帶。該思路井巷工程量少，但選廠已有破碎設(shè)施未被利用。思路二“利舊+新建”，即將采場(chǎng)的1#溜井、平硐、電機(jī)車，以及選廠已有的粗碎設(shè)備均用于廢石的運(yùn)輸與破碎，然后另外新建1套礦巖開拓運(yùn)輸及粗碎系統(tǒng)。該思路已有設(shè)施能完全被利用，而且礦石、廢石單獨(dú)配一套運(yùn)輸系統(tǒng)，相對(duì)獨(dú)立。

2.4 方案思路的拓展分析與選擇

2.4.1 思路一

1）從設(shè)備總體安排角度考慮，該方案不利于后續(xù)生產(chǎn)管理。

首先，本礦露天采場(chǎng)將長(zhǎng)期處于擴(kuò)幫過渡階段，上部擴(kuò)幫剝離和下部開采同時(shí)進(jìn)行，已有平硐頂部標(biāo)高為+616 m，底面中心線標(biāo)高為+610 m，終了境界內(nèi)礦石主要位于+672 m～+504 m之間，現(xiàn)狀采場(chǎng)幅面較小，且均為臨時(shí)邊幫。若在采場(chǎng)內(nèi)布置2臺(tái)套破碎機(jī)，不僅破碎站的布置較為困難，而且破碎機(jī)還需要根據(jù)生產(chǎn)情況適時(shí)移設(shè)，增加了生產(chǎn)管理難度。

其次，破碎機(jī)出料膠帶和已有平硐內(nèi)新建膠帶的搭接較為困難，尤其是現(xiàn)有平硐位于一期擴(kuò)幫境界內(nèi)，將來隨上部擴(kuò)幫及下部采剝的推進(jìn)（預(yù)計(jì)9 a以后），目前200多米的已有平硐都會(huì)遭到破壞（采穿），屆時(shí)破碎機(jī)出料膠帶與平硐內(nèi)膠帶搭接將更為困難，見圖2。

圖2 一期擴(kuò)幫境界與已有平硐

再次，由于后續(xù)被破壞段的出口位置需進(jìn)行安全加固，膠帶在采場(chǎng)內(nèi)布置的位置會(huì)導(dǎo)致壓礦，影響擴(kuò)幫和采剝推進(jìn)，對(duì)生產(chǎn)管理帶來嚴(yán)重影響。

2）從膠帶運(yùn)輸角度考慮，礦石和廢石共用一套膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)易互相干擾，增加管理難度。

從平硐內(nèi)新設(shè)膠帶類型來看，雙層膠帶的造價(jià)比單層的低，但雙層膠帶布置方式多在煤礦應(yīng)用，在金屬礦山主運(yùn)輸系統(tǒng)上尚屬罕見，缺少經(jīng)驗(yàn)參考。且無論雙層膠帶還是單層平行膠帶，礦石與廢石的運(yùn)輸在膠帶運(yùn)行過程中均會(huì)相互干擾，檢修難度非常大，對(duì)生產(chǎn)管理能力提出了較大挑戰(zhàn)。

3）從破碎機(jī)選擇角度考慮，投資、移設(shè)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。

破碎機(jī)類型可考慮移動(dòng)破碎站、半移動(dòng)破碎站和半固定破碎站。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)達(dá)到本礦規(guī)模要求的移動(dòng)破碎站單臺(tái)套設(shè)備費(fèi)為3 000萬元，半移動(dòng)破碎設(shè)備費(fèi)為2 000萬元，半固定破碎站設(shè)備費(fèi)為900萬元，因此從投資上看，半固定破碎站更有優(yōu)勢(shì)。然而，半固定破碎站移設(shè)即為新建，且耗時(shí)長(zhǎng)4～5個(gè)月，其間采場(chǎng)、選廠均需停產(chǎn)等待，移設(shè)成本巨大。半移動(dòng)破碎站投資相比移動(dòng)破碎站低一些，但移設(shè)也較為麻煩，需耗時(shí)20 d左右，移設(shè)費(fèi)用也較高。

即使完成破碎站移設(shè)，露天境界內(nèi)礦石和需綜合利用的廢石還需由汽車運(yùn)至破碎站卸礦，在運(yùn)距上明顯大于目前礦山采用的溜井降段模式。現(xiàn)采場(chǎng)內(nèi)1#溜井隨開采深度下降適時(shí)降段，保證臨近臺(tái)階的礦石運(yùn)距大幅縮短。礦山投產(chǎn)十余年來，采場(chǎng)內(nèi)礦石運(yùn)距一直保持在1 km以內(nèi)。而采用移設(shè)破碎站方案，經(jīng)計(jì)算礦石廢石運(yùn)輸成本相對(duì)降段溜井方案將額外增加1 000萬元/a，服務(wù)年限內(nèi)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也大幅增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)上不合理。

綜上分析，認(rèn)為思路一無論是技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上均有明顯缺點(diǎn)，所以不推薦采納。

2.4.2 思路二

1）設(shè)施的利舊。

采用思路二，已有溜井、平硐、電機(jī)車和選廠粗碎設(shè)施均可直接用于廢石運(yùn)輸和破碎，便于促成廢石利用盡早創(chuàng)收。同時(shí)，溜井可適時(shí)降段，減少采場(chǎng)內(nèi)廢石的運(yùn)距，9 a后當(dāng)現(xiàn)有平硐被部分破壞時(shí)，保留部分仍可在對(duì)端口進(jìn)行安全支護(hù)后繼續(xù)使用。

2）方案的可持續(xù)性。

隨開采深度下降，現(xiàn)有1#溜井也會(huì)被破壞，屆時(shí)只需在一期擴(kuò)幫境界+672 m寬平臺(tái)上新建深度為56 m的廢石溜井即可，見圖3。待一期擴(kuò)幫境界再次向終了境界擴(kuò)幫時(shí)，+672 m廢石溜井被破壞后，可再在終了境界+648 m寬平臺(tái)上新建廢石溜井，深度為32 m，見圖4。終了境界內(nèi)87%的廢石主要集中于+610 m標(biāo)高以上，所以已有+610 m平硐可用于礦山全部服務(wù)年限，經(jīng)濟(jì)性好，用于運(yùn)輸廢石最為合適。

圖3 一期擴(kuò)幫境界新建廢石溜井

圖4 終了境界新建廢石溜井

3）新建礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的選擇。

由于礦石賦存標(biāo)高主要位于+480 m～+720 m，采場(chǎng)和選廠之間隔著最高標(biāo)高為+876 m的山頭，如考慮在采場(chǎng)和選廠之間設(shè)粗碎站，用汽車將礦石運(yùn)輸至粗碎站卸礦，粗碎后再運(yùn)至選廠，則汽車需要爬坡經(jīng)過+876 m的山頂，運(yùn)輸距離太長(zhǎng)，運(yùn)輸成本太高，經(jīng)濟(jì)性差，因此首先排除全汽車運(yùn)輸方案。

若能充分利用采場(chǎng)和選廠間地形高差較大的特點(diǎn)，采用溜井系統(tǒng)則可大幅縮短礦石運(yùn)距，顯著提高項(xiàng)目效益[3]。如果采用“溜井+電機(jī)車”運(yùn)輸系統(tǒng)，考慮到終了境界坑底標(biāo)高為+432 m，確定的選廠中碎系統(tǒng)接入標(biāo)高為+590.7 m，則電機(jī)車運(yùn)輸上坡坡度預(yù)計(jì)為6°左右，不能滿足電機(jī)車運(yùn)行的坡度要求。

膠帶的運(yùn)輸能力大、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，適應(yīng)的運(yùn)輸坡度可達(dá)15°，更加適合該礦礦石運(yùn)輸量大、且未來運(yùn)輸量還有繼續(xù)提升空間的實(shí)際情況。另外，原礦破碎到250 mm以下塊度通過膠帶運(yùn)至選廠，還能解決現(xiàn)有選廠無空間建礦石粗碎設(shè)施的問題。因此，本文認(rèn)為選擇“溜井+膠帶”運(yùn)輸方式作為新建礦巖開拓運(yùn)輸系統(tǒng)更為合適。

基于“溜井+膠帶”運(yùn)輸?shù)闹魉悸?，根?jù)礦區(qū)地形及采場(chǎng)、選廠的相對(duì)位置，破碎站可以考慮井口破碎、井底破碎兩種形式[4]，溜井有布置在采場(chǎng)內(nèi)、采場(chǎng)外兩種形式。綜合考慮破碎站和溜井的布置形式，輔以相應(yīng)的井巷工程，最終提出3個(gè)礦巖開拓運(yùn)輸方案。（1）方案Ⅰ，“汽車+采場(chǎng)內(nèi)溜井（井底破碎）+膠帶”。在采場(chǎng)內(nèi)設(shè)溜井，溜井底部設(shè)破碎硐室，礦石由汽車運(yùn)至溜井卸礦，下放至溜井底部，經(jīng)井底破碎機(jī)破碎至合格塊度后由膠帶輸送機(jī)經(jīng)斜井運(yùn)至選廠。該方案中溜井隨生產(chǎn)臺(tái)階的下降逐步降段。（2）方案Ⅱ，“汽車+坑口破碎+溜井+膠帶”。在采場(chǎng)出入溝口附近設(shè)溜井和固定破碎站，原礦由汽車運(yùn)至破碎站卸礦，礦石破碎至合格塊度后經(jīng)溜井下放，再由膠帶輸送機(jī)經(jīng)斜井運(yùn)至選廠。生產(chǎn)過程中溜井和破碎站固定不變。（3）方案Ⅲ，“汽車+采場(chǎng)半移動(dòng)破碎+溜井+膠帶”。在采場(chǎng)內(nèi)設(shè)溜井和半移動(dòng)破碎站，原礦由汽車運(yùn)至半移動(dòng)破碎站卸礦，破碎至合格塊度后經(jīng)溜井下放，再由膠帶輸送機(jī)經(jīng)斜井運(yùn)至選廠。該方案的溜井和破碎站隔若干年需進(jìn)行一次降段和移設(shè)。3個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較詳見表2。

表2 開拓運(yùn)輸方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

上述3個(gè)方案中，方案Ⅰ將溜井布置在終了境界內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)適時(shí)降段，大大縮短了礦石運(yùn)距，但破碎站設(shè)置在溜井底部，破碎硐室工程量大，破碎設(shè)備位于井底，安裝維修相對(duì)不便。方案Ⅱ?qū)⒘锞推扑檎驹O(shè)在終了境界外，溜井無須降段，生產(chǎn)管理簡(jiǎn)單，破碎站設(shè)于地面，安裝維護(hù)方便，但該方案需要將所有礦石運(yùn)至出入溝口東南側(cè)的破碎站粗碎后，再由膠帶運(yùn)至西北方向選廠，一定程度上存在礦石的“反向”運(yùn)輸。方案Ⅲ在采場(chǎng)內(nèi)設(shè)半移動(dòng)破碎站，礦石運(yùn)至半移動(dòng)破碎站破碎后，再由膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)入溜井卸礦，后通過膠帶輸送機(jī)運(yùn)至選廠。該方案破碎站根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃在采場(chǎng)內(nèi)適時(shí)移設(shè)，溜井降段同步進(jìn)行。本方案能較大幅度地減少礦石運(yùn)距，但破碎站移設(shè)和溜井降段會(huì)對(duì)生產(chǎn)管理帶來不便，移設(shè)費(fèi)用也較為昂貴[5]。

從建設(shè)投資上看，方案Ⅰ雖然井下破碎硐室工程量較大，但膠帶斜井相對(duì)較短，方案Ⅱ中豎井支護(hù)工程量較大，這就使得方案Ⅰ和方案Ⅱ井巷工程的投資相差不大，但方案Ⅱ膠帶較長(zhǎng)及地表破碎站土建工程量大導(dǎo)致其總投資超過方案Ⅰ。方案Ⅲ雖然膠帶運(yùn)輸距離短、井巷工程投資少，但是地表半移動(dòng)破碎站的設(shè)備安裝投資大，導(dǎo)致該方案建設(shè)投資最高。

從運(yùn)營(yíng)成本上看，方案Ⅰ由于將溜井置于礦體中心，能大幅減少汽車運(yùn)距，從而大幅降低運(yùn)營(yíng)成本，終了境界開采后期，由于溜井已降段到一定標(biāo)高，屆時(shí)礦石運(yùn)輸距離會(huì)有所增加，但本方案運(yùn)距總體較短，使得運(yùn)營(yíng)成本較低。方案Ⅱ?qū)⒘锞贾迷诔鋈霚峡诟浇恢霉潭?，只有賦存在出入溝口標(biāo)高附近的礦石才有較短的運(yùn)距，其他標(biāo)高的礦石運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，所以整體運(yùn)營(yíng)成本高。方案Ⅲ破碎站和溜井均布置在采場(chǎng)內(nèi)，礦石運(yùn)距較短，礦石運(yùn)輸成本較低，但破碎站需要每4年移設(shè)一次，會(huì)產(chǎn)生較高的移設(shè)費(fèi)用，所以整體運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。

綜合對(duì)比分析可知，方案Ⅰ的投資和成本均低于方案Ⅱ和方案Ⅲ，費(fèi)用現(xiàn)值最低，經(jīng)濟(jì)性最好，所以本研究推薦采用方案Ⅰ。

3 結(jié)論

通過本文對(duì)礦山礦石、廢石開拓運(yùn)輸方案的研究，可以形成以下結(jié)論：1）在對(duì)在產(chǎn)礦山的礦石、廢石開拓運(yùn)輸進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí)，為了使選擇的方案既在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)，在管理上也最簡(jiǎn)單便捷，需充分結(jié)合開拓運(yùn)輸系統(tǒng)升級(jí)建設(shè)的基礎(chǔ)條件，盡量利用已有設(shè)施，挖掘已有設(shè)施的利用潛力，實(shí)現(xiàn)能用盡用，減少新增投資。2）進(jìn)行開拓運(yùn)輸多方案比選時(shí)，需以服務(wù)年限內(nèi)費(fèi)用現(xiàn)值最低作為主要選擇標(biāo)準(zhǔn)。投資較小的方案，如將來運(yùn)營(yíng)成本較高也不能作為推薦方案。3）當(dāng)采場(chǎng)幅面小時(shí)，若同時(shí)布置礦石、廢石破碎站在采場(chǎng)內(nèi)，未來還需移設(shè)，會(huì)對(duì)生產(chǎn)和管理造成較大影響。4）溜井降段方式在該礦應(yīng)用了十余年，對(duì)縮短礦石汽車運(yùn)距非常有利，且生產(chǎn)管理人員對(duì)溜井降段技術(shù)已有了全面的掌握，應(yīng)將該方式的優(yōu)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)揚(yáng)。