談談我國地下鐵礦設計的創(chuàng)新之路

摘要：自改革開放，設計院企業(yè)化與市場經(jīng)濟接軌以來，從領導到設計人員逐漸轉變設計思路，承擔許多設計項目，取得很大的成績，但由于受過去計劃經(jīng)濟的影響，走老路和墨守舊框框的弊病，仍十分嚴重。我認為有必要在總結經(jīng)驗和教訓基礎上，迎接挑戰(zhàn)，走我國地下鐵礦設計的創(chuàng)新之路。

關鍵詞：地下鐵礦；設計；創(chuàng)新

Abstract: since the reform and opening up, design institute and enterprise of market economy since, from the leadership to the design staff gradually transforms the design train of thought, assume many design project, gained very great success, but due to the influence of past planned economy, walk along old road and the old set pattern malady, still very serious. I think it necessary to sum up experience and lesson foundation, meet a challenge, walk along our country underground mine design innovation road.

Key words: underground mine design; innovation;

我國地下鐵礦現(xiàn)狀及未來展望

我國十二大鋼鐵集團公司（鞍鋼、首鋼、本鋼、武鋼、包鋼、寶鋼、酒鋼、唐鋼、攀鋼、山東萊鋼、江蘇沙鋼和南京鋼鐵集團），鐵礦石自給量僅占50%左右，其余均靠進口鐵礦石維持。國內(nèi)鐵礦山建設嚴重滯后，造成鋼鐵工業(yè)因過度依靠進口礦，成本增加，整體效益呈逐年下降趨勢。在利用兩種資源政策前提下，不應忽視國內(nèi)鐵礦資源的合理開發(fā)。

我國鐵礦資源量約為631億噸，排名世界前五名，屬鐵礦資源大國。但我國鐵礦資源特點多為貧礦，平均品位TFe25~30%,需選礦加工成鐵精礦方可利用。尚未開發(fā)的鐵礦床，尚存在埋藏較深，水文地質條件復雜等特點，大都需采用地下開采。另外，我國各大鋼鐵集團的重點礦山大都為露天開采，處于深凹開采階段，面臨向地下開采過程問題。也就是今后鐵礦山設計項目屬難采的地下開采的礦山，設計單位必須有清醒的認識。

為適應鐵礦山設計市場的新形勢，我們必須強化地下開采設計隊伍的建設，認真研究地下鐵礦設計的新思路、新舉措和新方法，實現(xiàn)思路更新，走創(chuàng)新之路。

轉變設計理念，樹立設計新思路

我院技術骨干，大都在上世紀六十年代至八十年代，參與了我國十大地下鐵礦的設計工作，這些礦山已達產(chǎn)多年，已成為鋼鐵公司的骨干礦山，詳見表

1。本世紀初我國自主設計的地下鐵礦列于表2。

眾所周知，鞍山院為承擔酒鋼鏡鐵山和梅山鐵礦設計，從上世紀六十年代至八十年代，從瑞典引進先進的采礦技術和設備，形成自己的設計思路，在國內(nèi)處于領先地位，在設計中采用如下的先進技術：

大型多繩箕斗豎井提升技術；

增大階段高度，設置主運輸水平；

廣泛采用高效率的無底柱分段崩落法；

采掘設備大型化、無軌化；

多級機站通風；

豎井采用鋼繩罐道。

該設計思路概括為設備大型化、采礦高效化、運輸和提升自動化。

表1 我國自主設計已達產(chǎn)的大型地下鐵礦

進入21世紀，我院承擔的礦山設計任務發(fā)生了變化，設計思路也要與時俱進，才能適應市場，維持設計院的生存，必須盡快掌握新技術，才能完成設計任務。我院必須在以下方面，有所作為：

（1）豎井提升要突破舊框框

長期以來，我院習慣在設計中采用單箕斗（帶平衡錘）豎井提升，礦山生產(chǎn)實際證明，采用雙箕斗提升是可行的，兩中段過渡時，上中段通過采區(qū)溜井將礦石溜至主運輸水平。同一臺多繩提升機，需采用雙箕斗提升，提升能力將提高30~40%，是增產(chǎn)節(jié)能重大舉措。

（2）對混合提升豎井，應重新認識

許多老同志，對混合井反感，而有色系統(tǒng)設計院近年來在設計中廣泛采用混合井。采用混合井的好處是減少開拓井筒數(shù)量，地面總圖布置緊湊，井下車場減少井巷工程量。其缺點有二，一是井筒內(nèi)隔離困難易磨蝕，二是井口入風粉塵超標。目前前者可用防腐材料解決（如玻璃鋼），后者可用密閉解決。我院目前在開拓設計中，開拓豎井數(shù)量偏多，造成礦山基建投資偏大，且基建時間拖長。

（3）由于新項目，地質條件復雜，埋藏深，再加上地面尾礦庫選址困難，或因安全、環(huán)保要求，往往要求將選廠尾礦就近充進地下采空區(qū)，因此，深孔崩礦嗣后充填采礦方法應運而生，解決此問題。

如果我院盡快掌握以上三項關鍵技術，也是對地下鐵礦設計，在新形勢下的創(chuàng)新。

地下充填是礦山解決無廢開采，實現(xiàn)礦山循環(huán)經(jīng)濟的重大舉措

近十年來，隨著國內(nèi)增產(chǎn)鐵礦石的需要，過去認定埋藏深、水文地質條件復雜的鐵礦床合理開采問題，已呈現(xiàn)在設計院面前。南京鋼鐵集團草樓鐵礦就是一個實例。實踐證明，該礦在200m第四紀內(nèi)含充水流砂層下，采用高效率深孔崩礦嗣后充填采礦方法在技術上是成功的。為我國大型地下鐵礦開采，采用膠結充填法，走出一條成功之路�，F(xiàn)簡述如下：

地面充填站設計是充填工藝設計的核心

草樓鐵礦年產(chǎn)礦石200萬t/a；干選尾礦產(chǎn)率14.12%，粒度-70mm，用于地面建筑工程；用于井下充填的尾礦量135.99t/h（干重），尾礦濃度ρ=11.88%，尾礦密度2.78t/ m³，該尾礦由磁選車間排出，全部用于充填井下采空區(qū)。

地面充填站的組成（詳見附圖1）：

地面充填站共設4套充填系統(tǒng)，每套系統(tǒng)由立式砂倉、水泥倉、高濃度攪拌槽以及相關輔助設施組成。

立式砂倉直徑為Φ10m，有效容積1500 m³，砂倉本體采用鋼結構。砂倉頂部設料位計，底部設造漿系統(tǒng)和放砂管路，放砂濃度70%左右，放砂濃度和流量均設儀表檢測，放砂流量由電動調(diào)節(jié)閥門控制。

每個水泥倉有效容積為170 m³，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，其下部漏斗為鋼結構。水泥倉頂部設除塵器、料位計，水泥倉底部設有雙管螺旋給料機一臺，該給料機采用變頻控制，將低標號水泥送至高濃度攪拌槽。

高濃度攪拌槽將充填料攪拌均勻后由充填料管道放至充填鉆孔，充填料經(jīng)充填鉆孔自溜至井下采空區(qū)。充填料管道設流量，濃度檢測儀表以及流量控制。

采礦方法選擇至關重要（見附圖2）

按鐵礦床賦存特點，儲量大、礦體厚、急傾斜，盡量選用高效率高強度采礦方法，草樓鐵礦就選用深孔崩礦嗣后充填采礦方法。而待形成采空區(qū)后再行充填，這就區(qū)別于有色礦山邊采邊充的低效率高成本采礦方法。

對井下充填體強度的要求

依據(jù)所選采礦方法的要求，為保證相鄰第二步驟采場回采布置回采巷道和下中段回采的安全，采場底部10m均需要膠結充填，灰砂比（水泥：尾砂）為1:6，濃度70%左右，充填體強度3~4Mpa；為滿足第二步驟回采時，第一步驟采場充填體直立不冒落，第一步驟其余部分也需膠結充填，灰砂比為1:10，濃度70%左右。第二步驟采場其余部分為尾礦填充，濃度70%，對其充填體無強度要求。

充填設施（包括地面充填站及井下管線）投資

按2005年設計估算計，草樓鐵礦充填設施投資為：4454萬元。分項詳見表3.

表3 草樓鐵礦充填設施投資構成表

從草樓鐵礦充填設施設計文件分析，建筑工程投資占比重較高，約為50%左右，設備和電器儀表均為國產(chǎn)，在有色礦山已有多年生產(chǎn)實踐，在鐵礦中使用屬成熟技術。

在鐵礦應用充填的成本分析

按草樓鐵礦2005年設計成本，每噸采出原礦成本為79.99元/t，其組成如下：

表4 礦石成本匯總表

從上表數(shù)據(jù)得知，充填作業(yè)成本約占每噸原礦總成本的10%左右。

表5中說明，水泥費用占充填作業(yè)成本的64.5%。

表5充填作業(yè)成本組成

＊充填作業(yè)所消耗低標號水泥的費用占充填作業(yè)成本的64.5%，盡快研究水泥替代物是降低成本的重點課題。

＊草樓礦年耗水泥4.1萬噸。

（6）對地下鐵礦應用膠結充填采礦方法的技術經(jīng)濟評價

綜上所述，對地下鐵礦采用深孔崩礦嗣后充填采礦方法，提出如下技術經(jīng)濟評價意見：

a、在大型地下鐵礦采用膠結充填采礦方法，在技術上是可行的。它適用于埋藏深，水文地質條件復雜，礦石屬易選品位精高的鐵礦床，礦石TFe品位應在35~40%為宜。

b、一般地質條件的地下鐵礦，是將尾礦充至井下采空區(qū)，還是另建尾礦庫，應進行技術經(jīng)濟比較后再確定方案。

c、如果采出原礦品位過低，如草樓鐵礦為27%，則因膠結充填加大礦山成本，而在市場競爭中處于被動局面，甚至與進口礦石相當或高于。近來由于原材料、工資、電力漲價，礦山目前成本遠高于2005年水平，這應引起重視。

d、我國利用兩種資源政策是長久之計，有些難采難選鐵礦資源應暫緩開采，不應盲目在低價值鐵礦山推廣充填采礦方法。礦山設計和生產(chǎn)必須適應市場經(jīng)濟，才能興盛發(fā)達。

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四、結束語

以上幾方面，是本人浮淺的看法，有不妥之處，望專家多加指正批評。

參考文獻

【1】《安徽草樓鐵礦采礦方法優(yōu)化論證》，2005年5月，中國有色工程設計研究院；

【2】《草樓鐵礦初步設計》，2004年3月，邯鄲華北冶建設計公司和馬鞍山礦山研究院；

【3】《采礦設計手冊》，1987年，中國建筑工業(yè)出版社。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。