永学艳，齐炎，陈振超

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西 南昌 330038）

某钨矿是一个规模巨大的细脉型含钼黑白钨矿床，品位分布上富下贫。矿区地处武夷山脉中段，属中山区，系由浅变质岩及花岗岩组成。矿区地形陡峻，切割强烈，山地坡度在30°~40°之间。矿区最高海拔为+950.37 m，最低海拔在+660 m左右，高差大于290 m。

该钨矿于2007年建成投产，露天开采，生产能力达5 000 t/d，采用境界内汽车+溜井+平硐联合开拓运输系统，选厂采用破碎—磨矿—重选—浮选工艺流程，产出钨精矿和钼精矿。矿区供水、供电及外部交通条件均较好。目前，矿区保有资源量（探明的+控制的+推断的）为1.068 6×108t，WO3的平均地质品位为0.233%，Mo品位为0.023%。近年来，该矿山为提高入选矿石品位、增加年精矿产量，正推进矿石入选前预抛项目；同时，为响应国家倡导矿山固体废弃物利用的相关政策，计划新建废石加工和存储系统。在此背景下，本文拟依据该矿矿体资源情况及开采技术条件，结合矿石“预抛”产率及废石综合利用要求，对矿石和废石的开拓运输系统升级改造方案进行比选，以期为矿山项目提供参考借鉴。

1 矿区概况

1.1 矿区开采现状

矿区矿体资源量巨大，但矿体覆盖层较厚，露采境界上部剥离量大，为尽早回收项目投资，推荐采用分期开采方式[1]，具体分为三期：一期境界、一期扩帮境界和终了境界。目前，该矿已在一期境界基础上向一期扩帮境界实施剥离，后续还将由一期扩帮境界扩展至终了境界。

一期扩帮境界内开采最高台阶标高为+876 m，最低为+516 m，台阶高度为12 m。采场采剥、矿岩汽车运输均采用外包方式。目前主要采矿台阶位于+732 m~+660 m平台，矿岩开拓运输系统为采场汽车+1#溜井+电机车系统。采场矿石由汽车运至溜井卸矿，由井底振动放矿机装入电机车，经平硐运至选厂粗碎站卸矿。溜井口初始标高为+720 m，净直径为5 m，底部装矿点标高为+616 m，溜井随开采的延深而降段，现已降段至+696 m~+684 m。通过溜井适时降段，原矿采场内运距多年来均保持在1 km以内。采场剥离的废石由汽车运往排土场堆排，运距约为2 km。分期开采境界及溜井、运输平硐位置见图1。

图1 分期开采境界及溜井、运输平硐位置

图1 中，终了境界上口水平投影长1 260 m，宽950 m，边坡最高点为+900 m，坑底标高为+432 m。边坡最大垂高为468 m。截至目前，一期扩帮境界和终了境界内剩余矿岩量见表1。

表1 矿体资源量

1.2 矿岩开拓运输系统升级改造背景

一方面，近年来该矿计划推进矿石入选前预抛工程。该项目建成投产后，按5 kt/d原矿供入量计算，经预抛流程后，仅有3 570 t合格矿石进入现有的磨矿、选别系统。为保证系统满负荷运行，提高矿山经济效益，原矿的供给能力需提升至7 kt/d，然而这一供给能力仅通过提高电机车运输平硐的运输能力是难以实现的。

另一方面，国家正在大力扶持利用废石、尾矿等工业固体废弃物生产建筑材料、机制砂石，以减少环境污染[2]，并给予了此类项目一系列优惠政策。因此，该矿计划新建一套利用采场废石的砂石骨料加工系统，这意味着该矿还需要建设1套送废石利用项目的运输系统。

综合二者的需求，该矿决定建设1套矿岩开拓运输系统。

2 矿岩开拓运输系统的选择

2.1 选择依据

根据该矿具体情况，矿岩开拓运输系统的选择、设计应主要考虑以下几点：1）选厂位于露天采场西北方向，采场到选厂之间有金龙山等多个山头及山坳，地形崎岖；2）矿岩开拓运输系统服务于终了境界内全部矿石，运输能力为7 kt/d，预留到10 kt/d；3）废石综合利用规模为5 kt/d，加工及存储场地布置于选厂区域；4）现有1#溜井—平硐—无人驾驶电机车运输系统的运输能力为5 kt/d；5）选厂已有5 kt/d粗碎设施，现有中碎设施附近不具备空间再建矿石粗碎系统；6）采场长期处于扩帮过渡阶段，上部剥离，下部采矿，且采场幅面小。

2.2 选择原则

选择原则：1）矿区地形崎岖，境界采深大，服务年限长（31 a），应选择尽量减少矿岩运距的开拓方式；2）尽量考虑利用现有开拓运输工程及配套设施，最大限度减少新增投资；3）在保证安全的前提下，以服务年限内费用现值最低作为开拓运输方案的选择标准；4）露天采场长期处于上部剥离、下部采矿的作业模式，开拓运输方式应尽量保证生产管理简单易行；5）开拓运输系统的建设不能影响矿山正常生产。

2.3 方案思路

目前，矿石需要建10 kt/d粗碎+运输系统，其中由于废石加工位于选厂区域，综合利用的废石需满足5 kt/d的运输要求，剩余废石则通过汽车运至废石场堆排。选厂区域已无空间再建粗碎设施，故粗碎设施应安排在采场区域。为减少项目投资，采场现有1#溜井+平硐+电机车设施（标高为+610 m），选厂已有5 kt/d粗碎设施，应尽量利用。基于此，考虑平硐利旧和“利旧+新建”两种思路。思路一“平硐利旧”，即在已有平硐内建矿石、废石胶带运输系统（平行或双层胶带），在采场区域设粗碎站，矿石、废石粗碎后接入平硐胶带。该思路井巷工程量少，但选厂已有破碎设施未被利用。思路二“利旧+新建”，即将采场的1#溜井、平硐、电机车，以及选厂已有的粗碎设备均用于废石的运输与破碎，然后另外新建1套矿岩开拓运输及粗碎系统。该思路已有设施能完全被利用，而且矿石、废石单独配一套运输系统，相对独立。

2.4 方案思路的拓展分析与选择

2.4.1 思路一

1）从设备总体安排角度考虑，该方案不利于后续生产管理。

首先，本矿露天采场将长期处于扩帮过渡阶段，上部扩帮剥离和下部开采同时进行，已有平硐顶部标高为+616 m，底面中心线标高为+610 m，终了境界内矿石主要位于+672 m～+504 m之间，现状采场幅面较小，且均为临时边帮。若在采场内布置2台套破碎机，不仅破碎站的布置较为困难，而且破碎机还需要根据生产情况适时移设，增加了生产管理难度。

其次，破碎机出料胶带和已有平硐内新建胶带的搭接较为困难，尤其是现有平硐位于一期扩帮境界内，将来随上部扩帮及下部采剥的推进（预计9 a以后），目前200多米的已有平硐都会遭到破坏（采穿），届时破碎机出料胶带与平硐内胶带搭接将更为困难，见图2。

图2 一期扩帮境界与已有平硐

再次，由于后续被破坏段的出口位置需进行安全加固，胶带在采场内布置的位置会导致压矿，影响扩帮和采剥推进，对生产管理带来严重影响。

2）从胶带运输角度考虑，矿石和废石共用一套胶带运输系统易互相干扰，增加管理难度。

从平硐内新设胶带类型来看，双层胶带的造价比单层的低，但双层胶带布置方式多在煤矿应用，在金属矿山主运输系统上尚属罕见，缺少经验参考。且无论双层胶带还是单层平行胶带，矿石与废石的运输在胶带运行过程中均会相互干扰，检修难度非常大，对生产管理能力提出了较大挑战。

3）从破碎机选择角度考虑，投资、移设、运营费用高。

破碎机类型可考虑移动破碎站、半移动破碎站和半固定破碎站。据了解，国内达到本矿规模要求的移动破碎站单台套设备费为3 000万元，半移动破碎设备费为2 000万元，半固定破碎站设备费为900万元，因此从投资上看，半固定破碎站更有优势。然而，半固定破碎站移设即为新建，且耗时长4～5个月，其间采场、选厂均需停产等待，移设成本巨大。半移动破碎站投资相比移动破碎站低一些，但移设也较为麻烦，需耗时20 d左右，移设费用也较高。

即使完成破碎站移设，露天境界内矿石和需综合利用的废石还需由汽车运至破碎站卸矿，在运距上明显大于目前矿山采用的溜井降段模式。现采场内1#溜井随开采深度下降适时降段，保证临近台阶的矿石运距大幅缩短。矿山投产十余年来，采场内矿石运距一直保持在1 km以内。而采用移设破碎站方案，经计算矿石废石运输成本相对降段溜井方案将额外增加1 000万元/a，服务年限内运营费用也大幅增长，经济上不合理。

综上分析，认为思路一无论是技术上还是经济上均有明显缺点，所以不推荐采纳。

2.4.2 思路二

1）设施的利旧。

采用思路二，已有溜井、平硐、电机车和选厂粗碎设施均可直接用于废石运输和破碎，便于促成废石利用尽早创收。同时，溜井可适时降段，减少采场内废石的运距，9 a后当现有平硐被部分破坏时，保留部分仍可在对端口进行安全支护后继续使用。

2）方案的可持续性。

随开采深度下降，现有1#溜井也会被破坏，届时只需在一期扩帮境界+672 m宽平台上新建深度为56 m的废石溜井即可，见图3。待一期扩帮境界再次向终了境界扩帮时，+672 m废石溜井被破坏后，可再在终了境界+648 m宽平台上新建废石溜井，深度为32 m，见图4。终了境界内87%的废石主要集中于+610 m标高以上，所以已有+610 m平硐可用于矿山全部服务年限，经济性好，用于运输废石最为合适。

图3 一期扩帮境界新建废石溜井

图4 终了境界新建废石溜井

3）新建矿岩开拓运输系统的选择。

由于矿石赋存标高主要位于+480 m～+720 m，采场和选厂之间隔着最高标高为+876 m的山头，如考虑在采场和选厂之间设粗碎站，用汽车将矿石运输至粗碎站卸矿，粗碎后再运至选厂，则汽车需要爬坡经过+876 m的山顶，运输距离太长，运输成本太高，经济性差，因此首先排除全汽车运输方案。

若能充分利用采场和选厂间地形高差较大的特点，采用溜井系统则可大幅缩短矿石运距，显著提高项目效益[3]。如果采用“溜井+电机车”运输系统，考虑到终了境界坑底标高为+432 m，确定的选厂中碎系统接入标高为+590.7 m，则电机车运输上坡坡度预计为6°左右，不能满足电机车运行的坡度要求。

胶带的运输能力大、运营费用低，适应的运输坡度可达15°，更加适合该矿矿石运输量大、且未来运输量还有继续提升空间的实际情况。另外，原矿破碎到250 mm以下块度通过胶带运至选厂，还能解决现有选厂无空间建矿石粗碎设施的问题。因此，本文认为选择“溜井+胶带”运输方式作为新建矿岩开拓运输系统更为合适。

基于“溜井+胶带”运输的主思路，根据矿区地形及采场、选厂的相对位置，破碎站可以考虑井口破碎、井底破碎两种形式[4]，溜井有布置在采场内、采场外两种形式。综合考虑破碎站和溜井的布置形式，辅以相应的井巷工程，最终提出3个矿岩开拓运输方案。（1）方案Ⅰ，“汽车+采场内溜井（井底破碎）+胶带”。在采场内设溜井，溜井底部设破碎硐室，矿石由汽车运至溜井卸矿，下放至溜井底部，经井底破碎机破碎至合格块度后由胶带输送机经斜井运至选厂。该方案中溜井随生产台阶的下降逐步降段。（2）方案Ⅱ，“汽车+坑口破碎+溜井+胶带”。在采场出入沟口附近设溜井和固定破碎站，原矿由汽车运至破碎站卸矿，矿石破碎至合格块度后经溜井下放，再由胶带输送机经斜井运至选厂。生产过程中溜井和破碎站固定不变。（3）方案Ⅲ，“汽车+采场半移动破碎+溜井+胶带”。在采场内设溜井和半移动破碎站，原矿由汽车运至半移动破碎站卸矿，破碎至合格块度后经溜井下放，再由胶带输送机经斜井运至选厂。该方案的溜井和破碎站隔若干年需进行一次降段和移设。3个方案的技术经济指标比较详见表2。

表2 开拓运输方案技术经济指标比较

上述3个方案中，方案Ⅰ将溜井布置在终了境界内，根据生产适时降段，大大缩短了矿石运距，但破碎站设置在溜井底部，破碎硐室工程量大，破碎设备位于井底，安装维修相对不便。方案Ⅱ将溜井和破碎站设在终了境界外，溜井无须降段，生产管理简单，破碎站设于地面，安装维护方便，但该方案需要将所有矿石运至出入沟口东南侧的破碎站粗碎后，再由胶带运至西北方向选厂，一定程度上存在矿石的“反向”运输。方案Ⅲ在采场内设半移动破碎站，矿石运至半移动破碎站破碎后，再由胶带输送机转入溜井卸矿，后通过胶带输送机运至选厂。该方案破碎站根据生产计划在采场内适时移设，溜井降段同步进行。本方案能较大幅度地减少矿石运距，但破碎站移设和溜井降段会对生产管理带来不便，移设费用也较为昂贵[5]。

从建设投资上看，方案Ⅰ虽然井下破碎硐室工程量较大，但胶带斜井相对较短，方案Ⅱ中竖井支护工程量较大，这就使得方案Ⅰ和方案Ⅱ井巷工程的投资相差不大，但方案Ⅱ胶带较长及地表破碎站土建工程量大导致其总投资超过方案Ⅰ。方案Ⅲ虽然胶带运输距离短、井巷工程投资少，但是地表半移动破碎站的设备安装投资大，导致该方案建设投资最高。

从运营成本上看，方案Ⅰ由于将溜井置于矿体中心，能大幅减少汽车运距，从而大幅降低运营成本，终了境界开采后期，由于溜井已降段到一定标高，届时矿石运输距离会有所增加，但本方案运距总体较短，使得运营成本较低。方案Ⅱ将溜井布置在出入沟口附近，位置固定，只有赋存在出入沟口标高附近的矿石才有较短的运距，其他标高的矿石运输距离较长，所以整体运营成本高。方案Ⅲ破碎站和溜井均布置在采场内，矿石运距较短，矿石运输成本较低，但破碎站需要每4年移设一次，会产生较高的移设费用，所以整体运营费用高。

综合对比分析可知，方案Ⅰ的投资和成本均低于方案Ⅱ和方案Ⅲ，费用现值最低，经济性最好，所以本研究推荐采用方案Ⅰ。

3 结论

通过本文对矿山矿石、废石开拓运输方案的研究，可以形成以下结论：1）在对在产矿山的矿石、废石开拓运输进行改扩建时，为了使选择的方案既在技术和经济上最优，在管理上也最简单便捷，需充分结合开拓运输系统升级建设的基础条件，尽量利用已有设施，挖掘已有设施的利用潜力，实现能用尽用，减少新增投资。2）进行开拓运输多方案比选时，需以服务年限内费用现值最低作为主要选择标准。投资较小的方案，如将来运营成本较高也不能作为推荐方案。3）当采场幅面小时，若同时布置矿石、废石破碎站在采场内，未来还需移设，会对生产和管理造成较大影响。4）溜井降段方式在该矿应用了十余年，对缩短矿石汽车运距非常有利，且生产管理人员对溜井降段技术已有了全面的掌握，应将该方式的优点继续发扬。