金川露天转地下开采建设实践.pdf

年 7 馋，铬‘千 笮 彬，7 开 砺 彦 筮 ； 地质采矿 l 可 ” ” ／ ， 金川露天转地下开采建设实践 金 川 有 色 金 属 公 司 兰 民一 每 6 z 提要 本文对露天转地下开采的有关设计。施工等技术同题做了初步的探讨．并结台盍J l I 露天矿 的实际情况．对如何解 露天采坜末期生产与转地下开采工程建设的衔接协堪等同慝 ．进行了研究探 讨 ，提出了具体的措施和方案．经过实跷，这望措施和方案取得了较好的效果．在强制井匣吊装式加高 井筒、 框架结构井架基础和 提升机基础井桩的设计与施工中． 采甩了有韧新曲较先进曲施工方法， 解决 了工程建设中的技术难甩． 金川 一矿区西部露天矿是 一大型露天开 采的有色 矿山。露天矿 设计 开采 境界，地表 从1 2 行 至3 7 行 ，全 长1 2 8 0 m， 坑底 从l 7 行 至 3 2 行，长7 5 0 m，采 坑凹深1 6 8 m，坑底 设 计 标高1 5 2 0 m 露天矿采场按建 设先后可分为 东西 两大 部分。西部采场 老 坑始 建 于1 9 6 4年， 1 9 6 6 年l O 月’正式投产，1 9 8 6 年1 0 月闭坑。东 部采场 实际上是西 部采场的扩邦 工程。1 9 7 4 年在不影响老坑生产的情况下，开始了露天 矿采场的扩建 。1 9 8 2 年 l O 月东 部采场投产， 1 9 9 0 年 7 月闭坑。东部采场是金川公司一期 矿 山系统 中的技术 改造项 目， 是采 用露 天方 法开采东部毗邻龙首矿的上部贫矿。 1 9 8 7 年 ，根 据东 部采 场的 可采 矿量和生 产 能力，预计 到1 9 9 0 年末露 天矿将 闭坑。届 时每年将减少原矿含镍量5 0 0 0 t ，这 对 金 j iI 公 司的皂镍产量和 经济 效益会有 一 定 的 影 响。为了维持公司的 生产持 续稳定，解决 露 天矿 舟 } 坑后的 挖潜改造 问题，对 露天 转地 下开采进行 了可行 性研 究。同年 5月，完成 了 “ 一矿 区西部露天 转地下开采 可行性研究 报告 ，提出了采用竖井～一斜坡道汽车运 矿的歼拓方案和采 富保 贫，下 向分层胶结充 填 采矿法的 采 矿 方 案 。 闩 产 矿 石 l O O O t ， 有 色矿 山一 1 9 9 2． 6 1 9 8 7 年开 工，预计 1 9 9 0 年建成，投资3 5 0 0 万 元 。中国有色 金属工业总公司 于1 9 8 7 年n月 1 0 月批准 了这一方 案，并强 调要按新的办矿 模式建矿。 一 、金川露天矿转地下开 采设计概况 金川一矿区东部 2行至 l 8 行 由 龙 首 矿 地下开采，西部 1 8 行 至3 2 行 是 露 天 开 采。 一 矿区1 5 0 0 米水平 以上，富 矿体 主 要 集 中 于矿区东部 即 龙首 矿”采 区， 露天矿 采区以贫矿为主 ，富矿甚 少。露天矿深部， 1 5 2 0 米水平 以下， 已探明的 地质 储 量 共 有 5 0 0 0 多万 t ，其 中富矿近8 0 0 万t 。 露 天转井下后的开采 范围主要是 原露天 采 场深 部l 8 行 至2 8 行 之 间的富矿体 ，全 长约 5 O O m，视富矿体分枝复合情况将下盘及中间 带的贫矿带采 出来。 由于 1 4 3 0 米水平 以上富 矿体 较小，矿量不多 ，同贫矿一起 留作保 安 矿柱 待以后圄 采。此项设计 的开采 范围垂直 方 向是从 1 4 3 0 米水 平以下至矿体尖灭部分 ． 垂 深 约 2 4 0 m。 采矿方法 选用下向分层 胶结充填 法，为 了减轻劳 动强度 ，提高劳动 生产 率，采用机 械化盘区式 回采方案 。 漫计 中主要采 矿设备 维普资讯 露夫转 地下 开拓系统 示意 圈 选用水星一 H型垒液压双 臂凿岩 台车凿岩 ， Ei mc o 9 2 2 型 铲 运机 出矿，用 重型矿用卡 车 将 矿石从 井下经斜 坡道运 至地 表。 为 了减少基 建工程量，早 日建成投产 ， 尽快发挥经济效益 ，初步设计开采深度只 到 1 3 4 0 米水平，垂 深9 0 m，开采储量 约 占总储 量的3 5 ％左 右，可 生产 l 0年 。1 3 4 0米 水 平 以下， 一 将作为二期 工程 建设，其开拓方案仍 为竖井斜坡道联 合开拓。 二、工程设 计与施工 中的 几个技术问题 ． 1 ． 探矿与开拓 工程的设 计 ． 为 了提前探清矿体 ，加 快基 建进度 ，在 露天采 场坑底 中部2 6 行 ，1 5 4 0 米标高布置 了 一 条探矿井。该井净 直 径 3 ． 5 m，井 深 延 深 前1 4 5 m。初步设计与1 4 4 0 回 风 中 段 ， 1 4 2 4 开采 分段和1 4 0 0 运输 中段相 通 。探矿 井 于1 9 8 7 年开始建设，1 9 8 9 年 延 深 到1 3 4 0中 段 。基建时 期四个 水平的 探矿和开拓任务全 靠 探矿井完成 。探矿 井在 生产时 期作为通风 和辅助 提升井使 用。在矿 井通 风系统中，探 矿 井是 进风 井，斜坡道是 出风通道 。探 矿井 井 筒中安装有供风 ，供水管道 ，动 力、通 讯 电缆 ，以及 梯子 间等设施 。全 矿供风、供承 管 和动 力 电缆的 下井 均以此为 通路，该井还 是 除斜坡道外的 另一个安 垒 出口。由于探矿 井布置在 露天 采场 坑底，井 筒浅，距富矿体 一 2 一 近，基建工程量小，建设周期 短，有利 于加 快建设进度，节约投资，为早 日建成出矿创 造条件。探矿井集探矿 、开拓 、提 升、通 风 和风、水、 电通道于一身 ，充 分利用 了露天 凹坑的 地形优势 ，可使 即将 闭坑的 露天 矿的 挖潜 改造 早见成效，为矿 山建设提 供 了一个 很好的 范例。另外，探矿井布置在 富矿 体下 盘的 贫矿 区内，在 井筒下凿及平巷掘进 中都 有大量的 目 产矿 石可供 利用 ，经 济效益也 可 观 的 。 另一个重要的 开拓 工程斜 坡道，其开 口 在露天采 场西 部边 坡3 2 行 1 5 6 8 米平 台上，在 上盘围岩 中沿矿体 走向下掘 ，与 1 4 0 0 和1 3 4 0 两个主运输 中段贯通 。在 1 4 4 0 米 和1 4 2 4 米水 平及各采矿分层道有联 络遭 与其 沟通 。斜 坡 道 净 断 面宽4 ． 8 m，高4 ． I m，断 面 面 积 1 7 ． 2 1 m。 ，坡 度l；1 0 ， 全 长 2 5 1 6 m。随 着生产中段的下降，斜坡道将逐步延深。斜 坡道是矿石、废石，人员，设备、材料等运 输的 主要通道 ，还承担着 出风 井的作用。 1 4 3 0 米水平 以下的 富矿体 ，回风中段布 置在 1 4 4 0 米水平 ，充 填和 第一 回采 分段 布置 在 1 4 2 4 米水平 。运输 中段段高6 0 m，与一 矿 区东部龙首矿一致。第一运输中段为1 4 0 0 米 水平，第二运输 中段为 1 3 4 0 米水平 。各中段 都布置有沿脉和穿脉巷道负担探矿任务，部 分行线 以钻 孔辅 助探矿 。生产时期 以钻 探为 主，坑探为辅 。在1 3 4 0 中段设有 中 央 水 泵 房、水仓、坑内变电所和无轨 设 备 维 修碉 室 。在 运输 中段布置 有井下火药库 。 2 ． 钻孔 工程 由于探矿井和斜 坡道都布置 在 露 采 坑 内，受露采 坑地形条 件的 限锕，致 使供 风， 供水 、排 水、充填、采暖等管道的 敷设 比较 困难。采用钻孔解决管道 下到露采 坑和 下井 的问题，既克服 了在地表敷设管道的 困难， 又便于施工和管理。本次设计布置了三段钻 孔，共1 1 个孔。钻孔 总长度达 1 5 5 5 m。 第 一段 钻孔是 从露天 坑 口充 填 搅拌站旁 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 6 维普资讯 的钻孔房开始，至1 5 8 7 米水平的钻孔碉室结 束， 孔深8 8 mo该段 布置有六个钻 孔，其 中 充填 孔三个，供风 ，供水，供热孔各一个 。 充填管 为 l 8 0] 4 ，供风管为≠ 2 l 9 6，供 水和供热管为 l 5 9 7。供风，供水和 供热 管道 经2 8 0 m长的充填平硐沿采 场公 路 到 采 矿井 工业场地 。供风、供水管从 探 矿 井 下 井 ，为全矿提 供压缩空气和 工业 及 生 活 用 水 。供热管输 送的 高压 蒸汽 主要 为探矿井 空 气预热提 供热源，兼作 工业 场地 的 采 暖 用 汽 。 由于探 矿井是入风井 ，为防止冬 季井 筒 结 冰，需将进入井 筒的 冷空气预热 至 2℃送 入坑 内。 第二段 钻孔是专为解决充 填料下至地下 采场充填水平而设。钻孔从斜坡道 口1 5 7 3 米 水平 至地下l 4 2 4 米水平充 填钻 孔硐 室。孔深 1 4 9 m，布置有三个充填孔。三根充填管，两 根使用，一根备 用。从第一段钻 孔下来 的充 填管经充填平确至斜坡道 口旁的 第 段 钻 孔，再经 第二段 钻孔接力 下至1 4 2 4 米水 平充 填 分段。 第三段 钻孔是排水钻孔 。钻 孔开 口位置 在 露天 采场上盘1 6 2 8 m平 台2 8 行 附近 。孔 底 在1 3 4 0 中段 中央水泵房 旁的 钻孔硐室 ，孔深 2 9 0 m，布置两根 1 9 4 1 0 的排 水 管。其 作 用是将1 3 4 0 中段水仓的井 下 污水经钻 孔，沿 采场公路排至采场外 。 3 ． 探矿并的延深 探 矿井是1 9 8 7 年开工建 设的 ， 当时 东部 采场还在出矿。为 了尽快探清 下部 矿体，提 高储 量级 别，为设计提供可靠的依 据，该井 延深 前只下凿到 1 4 0 0 米水平 。1 9 8 9 年 4月， 1 4 4 0 米 、l 4 2 4 米和l 4 0 0 米 三个 水平的 探矿和 开拓工程量 已完成 了约6 0 。从工程总体设 计 和建设 总进度考 虑，有必 要尽快 开拓1 3 4 0 中段，完善供 电，排水和无 轨设备的 坑内维 修等辅助系统 。延深后的探 矿井 井探2 0 7 m， 从l 4 0 0 米水平到 1 3 4 0 米水平 ，延 深6 0 m。 在井筒延深施 工中，采 用 了两项技术改 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 6 进措施。一项是，在井筒的混凝土浇注支护 工艺 中，设计 制造 了整体 悬吊升降式钢 模 板 系统，取代术模 板 。钢模 板 外 径3 ． 5 m，高 2 ． 5 m，用 中厚钢 板和槽钢 制作 ，总重约 4 t 。 每 次浇注段 高2 ． 3 m。 钢模 板用 布置 在地 表工 业场地上的两台 8 t 绞车悬吊在井筒中。 使用 浏 ，开动 绞车， 下放钢模 板，定 位找正，即 可 进行 浇注混凝 土支护。完成 支 护作业 后， 收拢钢模板，开动绞车，把钢模板上提到适 当位置 ，进行 下 一道 工序。该方 法 的 优 点 是 ，实现 了模板整 体化 ，支 护系统实 现了机 械化，减少 了辅助作业 时问 ，劳动强度小 ， 支模速度快， 浇注 质量 好，节约 支护 费用 。 钢模 板坚 固耐用 ，无 需经 常保 养修理， 町长 期反复使 用。第二项是，用简 易固定盘取代 吊盘，缩短 了辅助作业时 间，简化 了施 工工 艺．加快 了施 工进度 。 4 ． 探矿并并 筒加高及工业场地 改造 由于探矿井位于露天采场坑底，受坑底 条件的限制和正在出矿的东部采场的制约， 1 业场地十分 狭小 。施 工场 地 约 1 5 0 0 m。 ， 东西长5 0 m，南北宽3 0 m。井 筒距南都 边 坡 坡 底约 1 0 m， 常有 边坡滚石 坠落， 危及井 筒 及 施工安全。井筒的南 面是 陡峭的边坡， 北 面是描 下盘边坡而 布置的采 场公 路， 东 面的 露天 采场还在 出矿，西 面有 一个 采 场 积 水 坑。这样 一个 工业 场地和建井 时的地表 设施 均不能满足生产的需要，必须进行扩建和改 造。在原标 高扩建 ，南北方 向无一点 余地， 因此决 定把井 口标 高提 高1 6 m， 即 由1 5 4 0 m 提高到1 5 5 6 m。在1 5 5 6 m米水 平建 设新 的 工 业场地和施 工生产 设施 ，从根本上解决 上述 』 珂题 。 在1 5 5 6 m标高建设新的工业场地，具体 方案 是； 1 井筒支护部分用钢 筋混凝 土 加 高 l6 m 2 井筒周 围硐东部采 场剥 离的 废 石 回填，形 成新的工业场地 J 一 3一 维普资讯 3 『 业场地各种施工和生产设 施 的 恢复与建设，如井架，提升机、井口设施及 地表建筑 物的 恢复和建 设等 。 井筒支护部分的加高，按常 规 施 工 方 法 ，需 自下而 上逐段浇 注钢筋混凝 土。这种 施 工方法，工 艺复 杂。 劳动强度 大，施 工进 度 慢。完成井 筒加 高任 务需要 土建 队伍施 工 一 个月 。为 了加快施 工进度，经 过反 复讨论 研 究，决定采用 预制井 圈吊装式施 工方案 。 该方案的实质是，事先在预制车间加工制作 1 6 个 高 1m， 内径3 ． 6 m，外径4 ． 4 m 的 钢 筋 混凝土预制井 躅。 然后运至施 工现场 ，用 两 台4 5 0 t 汽车吊一次吊装就位。井圈的设计为 钢筋混凝土结构，每节井圈重 约1 3 t ，布 置 在井筒内的梯子平台梁等钢结构件预埋在井 周 内， 以减少井筒设施的 安装作业 时 间。吊 装时在探矿井东西两侧各用一台4 5 t 的 汽 车 吊，由 3 台贝拉斯矿用汽车做井 圈 的 运 输 工作。边运输边吊装。第一至第十圈．用一 台超 重机 吊装 ，第十圈 以上， 由于井圈体积 大。超 重高度过 高，采 用两 台起重机抬 吊。 从上午 8 时开始出车运输。至晚 8 时吊完最 后一节井圈，用了1 2 h 就完成 了1 6 m井 筒 的 加 高任务 。 井筒支护部分加高后，工业场地需要大 量的 土石方 回填， 回填 总量约l 3 万m。 。在 回 填土上立井架，井架基础防沉降是个难题。 而井架是不允 许有 任何偏斜 和 下沉的 ，一 般 情况，井架必须座落在稳固的基岩上。解决 井架的沉 降问题。采用 了以下措施 ；现场浇 注 1 6 m高的钢 筋混凝 土框架基础．周 围回 填 土石至设计 标 高， 以支承3 0 多吨的 I型钢管 井 架。框架基础的施 工分段进 行，每 4 n l 浇 注一 次， 回填土方一 次。 分四次完 成，基础 施 工与土石方回填交替进行。探矿井豁廷深 和加 高后。井深 达2 2 3 m。 工业 场地 改造 的 另一 重大项 目是矿井提 升机的 更换 。探 矿井加 高前，在 1 5 4 0 米场地 布置有一 台1 ． 6 m临时提升机。为增 大提升能 4 一 力，要在探矿井以北的采场公路旁，安装 一 台2 ． 5 m的单筒提升机，其设备 总 重2 7 t ，设 备基础混凝土总量1 1 0 m ，基础重达2 6 0 多t 。 提 升机所在 位置地基是 回填 不久的松散 土， 厚 达1 6 r a 。提升机 和井架一样，不 能有丝 毫 沉降 。为 了防止地基下沉， 设计 了四个钢筋 混凝土基 础井 桩。井桩断 面1 ． O m x 1 ． 2 m， 相邻两桩 间最小 中心 距3 ． 2 m，桩 长1 6 m 左 右，桩底到 达基岩为 止。基 础井桩的施 工方 案 为，先挖 掘约] 6 r a 弹的 四个小井， 再配筋 浇注 混凝土。 经 过 上述改造 ，原场地 临时术井 架改为 钢 管井架 ，1 ． 6 m／ | 提丹机更换 为2 ． 5 m大提 升机，单层罐笼改为双层罐笼。探矿井的提 升设施更完善，提升能力有了较大的增长。 工业 场地 比原先增大 了近 3倍。建起 了空气 预热系统，运输设备充电系统、供电系统、 采暖系统 和各种建 筑物等永 久设施 。基 本满 足了基建和生产的 需要 。探矿井的安全 也有 了很 大的 改善，彻 底消除 了边坡 滚石和 暴雨 对 井 口的 威胁。 三、几点看法 1 ． 露天开采的矿 山，在生产末 期，临近 闭坑前 ，产 量在 逐年 下降。对于有 可能 进行 转地下开采的露天矿山，应尽早考虑转变开 采方式的 问题 。利用露 天开 采强盛对期的 人 力物力，适时地研究和实施深部矿律的开发 方案 ，将会使矿 山生产变被动为主动 ，使老 矿重新腾 飞。这样可 以避免矿 山生产 出现较 大的马鞍形 ，有利于 台理安排 闭坑 前的 富余 人员，稳定职工 队伍 。在 生产束期 进行 转地 下开采建设的露天矿 山，要注意生产和 基建 的协酒问题 。露天采 坑面积不 很大的 矿 山， 这个问题较为 突出。这类 矿山，生产和基建 在空 闻上 ，时 间上都容 易发 生冲 突，处理不 当，会严重影 响预期 目标的 实现 。 2 ． 坑 内开采的 矿山，探 矿工作很 重要 ， 细致认真的探 矿，对开拓工程的 布 置 与 设 有 色矿 山～l 9 9 2 ． 6 维普资讯 计，以及生产时采准工程的安排 等 至 关 重 要 。勘探程度的不 足，将会严 重影响工程的 进展 ，造成投资的 浪费，资 源的 损失 ，影响 矿山的 产量， 降低企业 的经济效益 。露天 转 地下开 采的矿 山， 由于开采 的是深部 矿体 ， 勘探程度和精度较 上部 矿体要差，探 矿工作 显 得尤为重要。在探矿 与开拓工 程 的 设 计 中，要 互相兼顾，布置探矿巷 遭时，要考 虑 到 生产 时的需要， 同样 ，要 尽可 能利用开 拓 工 程兼作探 矿工作 。能用钻探 解决问题的 ， 不应用 坑探， 以加快工 程进度 ，减少建设投 资 。 3 ． 矿床 的赋存条件 千差万 别，经过露天 开采后的矿山，更是复杂多样。每个矿山都 有 其特 殊的有 别于其他 矿山的情 况。 因此， 露天 转地下开采设计方案的 选 用，开 拓 工 程的布置，以及施工方案的采纳等方 面，都 不应千篇一律，墨守成规。应该根据 当时当 地 的实际条件， 因地制宜， 选择合理的方案 和方法。在宏观决策方面，应打 破 条 条 框 框，敢于开创前人未实践过的新 方 案 新 措 施。 4 ． 露天转地下 工程是在 露天 开采的基 础 上进行的技术改造项目。总体设计中充分考 虑了利用露天生产时的设施和建筑。在地表 的工业建 筑中，除 了充填 搅拌站 和空压机站 外，其他配套建筑 、辅助及 生活设施都不 再 建 设。在主流程设计 中，也考虑 了利用露 天 矿石转载系统的问题。从主斜坡道运至地表 的 矿石 ，经 露天采场公路， 至露 天 矿 石 堆 场 ，用 4 m。 电铲 装入 6 O t 自翻车， 由火车 送到 选 矿厂 。充 分利用 已有的露天设施 ，对 节约 建 设投 资，提高投资效益有十分 重 要 的 意 义 。 露 天转地下开采工程 是一个很复杂的系 统工程 ，在 工程设 计和建设 中， 需要各个方 面 许多 专业 的人力物力通力合作 。经过几年 的建设 实践 ，总的来说，这项工程设计是 合 理的，建设效果是好的。尤其是吊装式加高 井 筒，井架基础和提升机基础的防沉降处理 设计施工方案，有许多刨新之处，做了一些 开创性 的探索 。及时地 总结和 回顾这项工程 建 设的 经验 和教 训，将给露天转 地下开采这 一 专题，提供新的范倒，增加新的内容。 责任编辑黄堡中 X } 冰球 冰球 冰球 c K冰 达维黄金点 美 国盐湖城的黄金标准公司 G o l d s t a rt d a r d I n c 同圣塔太平洋铁矿物 公 司 S a - n t a Fe P a c i f i c Mi n e r a l s C o r p 的 子 公 司圣塔太平洋采铁公司达成 协议进行联合风 险投资，勘探与开发达 维 黄 金 资 源 D u g wa y 。圣塔 矿物公司是北美第 8位拥有 最 大 金储 量 的单 位。 达维 金 矿 占 地9 0 0 0 英 亩 1 英 亩 4 0 4 5 ． 8 7 m。 ，位于犹他州中西部，在 旧有 的达维采区内。矿区邻近 2个丰富的产金矿 带，累 计 已 采 出 黄 金 2 4 0 0万 o z1 o z 3 1 ． 1 g 。宾 汉 B i n g h a m、 内卡 Ne r c u r 有 电矿 山一 1 9 9 2 。 6 和廷蒂克 T i n t i c 三矿区也在该矿 带 内。 虽然达维矿区早在2 0 年代就在生产贱金属， 但在黄金标准公司于1 9 8 6 年 开始 租用之前 ， 从未进行过认真考察。 黄金标准公 司对达维资源散 了长 达4年 的勘探，提出了基本数据与综合技术报告。 并同圣塔铁矿物公司达成协 议，以1 0 0 万 美 元获得该项 目6 0 的股权。 圣塔太平洋铁矿物公司于1 9 8 9 年生产出 第一批黄金， 迄今已累计有5 8 0 万o z 金储量。 该公司 1 9 9 2 年可望产 金3 0 万 o z以 上，平 均 成 本将 为1 5 0 美元／O Z 。 李 怀先 摘 自S k i l l i n g s ’Mi n i n g Re v i e w 1 9 92，6． 20 ， 11 5一 维普资讯