引 言
地下矿山提升运输系统是矿山生产的重要环节，它不仅决定着矿山能否安全、经济、高效地生产，而且还关系到矿山企业的经济效益和经营目标的实现[1~3]。
近几年，随着计算机技术及优化理论的发展，模糊数学、层次分析、灰色理论、神经网络、遗传算法、蚁群算法等优化算法越来越多的应用于矿山生产各环节的优化之中[4~6]。目前，优化方法用于参数优化已取得较全面、较成功的进展，但对空间优化问题的应用存在一定局限性，空间优化主要借助于传统的专家经验定性分析、工程类比等方法[7~9]。提升运输系统受多种因素的影响[10]，且各因素在系统优化中的影响程度不同，其优化仍以传统的
经验类比法为主。
论文以某铅锌银矿地下开采为实例，在充分分析矿区地质及提升运输系统现状的基础上，对矿区现有提升运输系统进行优化，保证了矿区的提升运输能力，提高了系统的安全可靠性。
1 矿区地质概况
某铅锌银矿矿区出露主要地层为太古界太华群草沟组和石板沟组的古老结晶变质岩和规模不大的岩浆岩脉。地质构造发育，地表岩石风化作用较弱，岩体稳定性较好，局部地段有工程地质问题。矿区以块状岩类为主，工程地质条件中等（偏上）。
矿区范围内无大的地表水体，东、南、西皆为地表分水岭，但矿区西北毗邻故县水库，设计极限水位标高+535m，可视为当地侵蚀基准面，矿体一部分在侵蚀基准面以下。除却大气降水自构造断裂入渗外，岩体多为不含水岩组，富水性弱。矿床以裂隙含水层充水为主、矿床顶板间接充水、水文地质条件简单。
该铅锌银矿属于薄脉状构造破碎带蚀变岩型矿床，矿体位于蚀变破碎带中，含矿破碎带延伸方向以北东、北北东向为主，其次为近南北向和近东西向，其中规模较大的含矿破碎带自西向东依次为s2、s6、s14、s16、s16e、s7、s8、s32。矿体形状以脉状、透镜状为主，次为扁豆状、不规则似层状，沿走向和倾向均变化较大，分枝复合、膨大缩小特点明显。矿体具有上贫下富、上薄下厚的特点，但相对厚大的矿体向深部又有重新变薄变贫的趋势。矿体平均厚度为0.5m，矿体平均产状为295゜∠71゜，矿石平均品位为ag 441．07 g/t，pb8.78％，zn 7.95％，属于急倾斜薄矿脉。
2 系统现状分析
2.1 提升运输系统现状
该铅锌银矿现已开采至260m标高，正在进行260m以下的开拓和探矿作业。正在使用的提升运输系统有cm105、cm101、pd16、cm102、cm103、pd700、cm105-2#，主要开采中段有490m、450m、400m、350m、300m以及260m中段，是典型的多系统、多阶段开采矿山。
cm105系统有cm105箕斗井一条和cm105罐笼井一条，cm101、pd16、cm102、pd700、cm105-2等系统各有一条罐笼井，cm103系统有多条斜井。各系统内的井筒承担本系统内的矿石和废石的采装运输，采下的矿石和废石在本系统内倒运，由罐笼井提升至井口，矿石和废石分别被拉运至地表矿仓和废石场。各系统之间虽有巷道或天井相连，但运输线路不通。
该铅锌银矿区提升运输系统空间位置关系见图1。
图1 某铅锌银矿区提升运输系统图
2.2 提升运输系统存在问题
随着该铅锌银矿生产的继续，现在的提升运输系统面临很多安全和管理问题，具体表现如下：
（1）提升运输能力不足：矿区生产系统有七个，但主要的提升系统为cm105、cm101和pd16，受矿体赋存特点和生产组织的影响，其余系统的提升量较小。虽然部分提升系统在满负荷运转状态下的矿废总提升能力能够达到60万t，但提升系统负荷较大，难以连续运行。井下没有形成主运输中段，各中段的矿石和废石分别都运至本中段的井口，中段内的运输依靠大量的人工推车，井下的运输能力受到极大的限制。
（2）生产成本居高不下：矿区现有的各个系统都有提升运输任务，多系统提升运输增加了系统运行的固定消耗，导致了生产成本的居高不下；矿石和废石的中段运输依靠大量的人工推车，不仅降低了运输能力，还导致人工费用的增加；矿区内多个生产系统出现斜井/多级斜井+竖井的联合提升方式和矿车+矿车/三轮车的多级运输，矿废倒运次数的增加，也带来了较高的生产成本。
（3）安全隐患较多：随着矿区生产能力的扩大，主要生产系统的提升运输处于满负荷运转状态，导致系统的安全系数低；矿区的提升运输系统是安全防范的重点区域，该矿区多个系统同时承担提升运输任务，带来了多个安全隐患点；井下依靠大量的人工推车运输矿废，不仅作业效率低下，而且增加了安全隐患。
（4）诸多其他问题：各系统之间存在巷道连通的情况，矿区通风系统较复杂，风流紊乱，影响现场作业；多系统运行带来管理的分散化，系统与系统之间的协作配合执行难度大，高效集约化管理难度大。
3 提升运输系统优化
3.1 系统整合与分区
该铅锌银矿正在使用中的系统达七个之多，部分提升运输系统运行越来越难以达到继续开采的要求，系统优化需对现有的系统进行整合，在满足提升运输能力的前提下，尽可能减少系统数量，以方便生产运行的组织管理。
矿区中的cm102系统490m中段以上和cm103系统的规模开采已经结束，现在处于残采阶段，难以形成规模，系统优化不将其列入考虑（命名为三区）。
矿区西北面为故县水库，靠近水库的cm105-2系统除在基准面以上与cm105和cm103系统有井巷连接外，无其他井巷与周围的系统相连。为充分保证故县水库不会影响到整个矿区的正常生产，cm105-2系统仍作为独立系统运行（命名为二区）。该区主要开采12#勘探线以北的s2、s4、s6号矿体。
cm105、cm101、pd16、pd700、cm102（490m以下）等系统有井巷贯通，将其作为一个大的系统进行优化（命名为一区）。该区主要开采12#勘探线以南的s2至s6号矿体以及20#勘探线以南的s14至s8号矿体。
3.2 提升系统优化
一区可用于提升的井筒有：cm105箕斗井、cm105罐笼井、cm101罐笼井、pd16罐笼井、cm102罐笼井、pd700罐笼井。其中，cm105箕斗井由于没有充分利用，提升量很小；cm105罐笼井、pd16罐笼井靠近矿体中心位置，提升量较大，已超过额定提升能力；cm101罐笼井、cm102罐笼井的提升处于正常运行之中；pd700罐笼井负责的矿体开采即将结束，提升量难以保障。
一区的提升系统的优化将cm105箕斗井的提升能力加以充分利用，将cm105罐笼井、cm101罐笼井、pd16罐笼井、cm102罐笼井的提升能力降至正常状态，取消pd700罐笼井的提升，将其用作回风井。
二区可用于提升的井筒有cm105-2罐笼井，该罐笼井的提升处于正常运行之中，考虑到一区和二区的生产同步，适量降低cm105-2罐笼井的提升量。
提升系统优化前后各主要井筒提升能力前后对比见表1。
表1优化前后提升系统能力对比表
|
提升系统 |
额定提升能力 |
2013年生产 |
优化后 | ||||||
|
矿石（wt） |
废石（wt） |
合计（wt） |
利用率（%） |
矿石（wt） |
废石（wt） |
合计（wt） |
利用率（%） | ||
|
cm105箕斗井 |
24 |
0.00 |
4.25 |
4.25 |
17.70 |
20.00 |
0.00 |
20.00 |
83.33 |
|
cm105罐笼井 |
10 |
6.37 |
4.59 |
10.96 |
109.64 |
1.75 |
6.75 |
8.50 |
85.00 |
|
cm101罐笼井 |
10 |
4.81 |
4.16 |
8.96 |
89.64 |
1.75 |
6.75 |
8.50 |
85.00 |
|
pd16罐笼井 |
10 |
6.11 |
4.12 |
10.23 |
102.31 |
1.75 |
6.75 |
8.50 |
85.00 |
|
cm102罐笼井 |
10 |
5.30 |
3.56 |
8.86 |
88.58 |
1.75 |
6.75 |
8.50 |
85.00 |
|
pd700罐笼井 |
10 |
0.44 |
0.45 |
0.89 |
14.83 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
|
cm105-2罐笼井 |
10 |
2.75 |
3.86 |
6.61 |
66.08 |
3.00 |
3.00 |
6.00 |
60.00 |
|
cm103斜井 |
6 |
3.69 |
3.94 |
7.63 |
76.32 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
|
合计 |
90 |
29.46 |
28.93 |
58.39 |
64.88 |
30.00 |
30.00 |
60.00 |
66.67 |
从表1可以看出，提升系统优化在取消pd700罐笼井和cm103斜井提升的同时，保证了系统的提升能力。除二区的cm105-2罐笼井的提升能力利用率为60%之外，其余各在运行的系统提升能力利用率都介于80%~90%之间，这样既保证了系统提升能力的充分利用，又避免了因超过提升能力的提升而导致的提升系统安全性能降低。
3.3 运输线路优化
目前各系统内矿石和废石的运输都是由各中段经有轨矿车运至本系统的罐笼井，由罐笼井提升至地表，再通过地表运输设备运至矿石堆场。井下运输与地表运输之间存在大量的反向运输，造成运输功过大，单位运输成本偏高。
一区运输线路的优化通过增加溜井形成主中段运输，扩刷主中段巷道断面，保证主中段的运输能力。具体方案为分别在cm105、cm101和pd16附近各布一条溜井，溜井从350m中段通往260m中段，用于溜放本系统内350m中段和300m中段的矿石；260m中段巷道通过扩帮、找平使该中段的cm101系统和pd16系统的矿石能够顺畅的运往cm105系统的箕斗井；260m中段的箕斗井附近通过掘进巷道使之形成环形的运输车场，以增加箕斗井附近的倒运能力。二区由cm105-2形成独立的系统，运输线路不进行优化。一区优化后的运输线路如下：
（1）260m中段以上的矿废运输
490m~400m各中段的矿石在中段巷道装车后，根据运输距离，由电机车牵引至各cm105、cm101、pd16和cm102罐笼井，然后提升至各硐口，由电机车牵引至地表矿仓；350m~260m各中段的矿石通过溜井下放至矿车，由电机车牵引至260m中段的下部矿仓，经漏斗向箕斗装载，再由翻转式箕斗提升至565m主井井口矿仓卸载；490m~260m各中段的废石在中段巷道装车后，根据运输距离，由电机车牵引至各cm105、cm101、pd16和cm102罐笼井，然后提升至各硐口，再由电机车牵引至地表废石场。部分废石通过中段巷道倒运至采空区。
图2 一区260m中段以上运输系统图
（2）260m以下中段的矿废运输
260m以下各中段矿石通过cm105、cm101、pd16二级罐笼井提升至260m中段，经中段倒运至主井箕斗，然后提升至地表。废石在中段巷道装车后，根据运输距离，由电机车牵引至各cm105、cm101、pd16二级罐笼井，提升至260m中段，再由各cm105、cm101、pd16一级罐笼井提升至硐口，由电机车牵引至地表废石场。部分废石通过中段巷道倒运至采空区。
4 评价与结论
（1）经过系统优化，该铅锌银矿的提升运输系统数量由七个降低为三个，提高了系统的安全可靠性，有利于现场生产组织管理。
（2）在保证矿区矿岩总提升能力60万t的前提下，承担整个矿区提升任务的井筒数量由八个降低为六个，形成以cm105箕斗井为主提升矿石、以cm105、cm101、pd16和cm102罐笼井为主提升废石的提升系统。各竖井的提升能力利用率在80%~90%，既保证了提升系统的安全，又增加了提升能力的利用率。
（3）在cm105、cm101、pd16罐笼井附近新设350m~260m的溜井三条，对260m中段进行巷道扩帮、找平和车场改造。通过对运输线路的优化，井下运输出现往返的线路减少，矿区运输功降低，采用主中段运输，运输的集中度提高，节省了矿区的运输费用。
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