白云鄂博铁矿东矿境界外露天开采可行性分析

2018-08-17闫国英孙丽军杨家冕陆玉根

现代矿业 2018年7期

闫国英孙丽军常剑杨家冕陆玉根

(1.包钢集团矿山研究院(有限责任公司)；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

白云鄂博矿区经过60多年的开采，东矿采场按照设计，开采境界内保有储量不足2 000万t[1-3]。根据目前矿山生产规划，东矿露天开采将在5 a后闭坑。结合矿山开采现状、现有矿权范围及最新地质报告，以现有采矿证最低标高(1 230 m)为界可将东矿境界外的铁矿资源分为2个部分，即1 230 m以上境界外主要赋存于现有露天边帮附近，平面上可将境界外资源分为东北、东南、西南、西北4个区域；1 230 m以下境界外资源主要赋存于露天坑底。东矿境界外的矿体主要为2#、2-1#矿体的延深。为合理开发利用开采境界外的资源，本研究对东矿开采境界外的露天扩帮开采方案进行可行性分析。

1 境界外矿体露天开采方案

1.1 境界圈定

东矿采场外北部为Ⅳ#排土场，西南部为0#倒装台，东部为1#倒装台，采场内东南侧1 502 m水平为破碎站，境界外扩时对1 502 m水平破碎站予以保留。经计算，露天开采矿石成本为16.01元/t，露天开采废石成本为14.51元/t，经济合理剥采比为6.27 t/t。台阶、平台、道路参数沿用原设计参数。按境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，圈定了扩帮后的露天开采境界(图1)。扩帮方案最终境界露天底标高1 170 m，平均剥采比2.80 t/t。扩帮方案较原设计境界增加矿石量1 848.51万t(东北、东南、西南、西北区域以及1230 m水平以下的矿石量分别为664.27，256.69，541.75，170.12，215.68万t)，增加岩石量8 136.04万t，增量剥采比为4.40 t/t。扩帮境界边坡角见表1。

图1 开采境界

表1 扩帮境界边坡角 (°)

1.2 生产能力

东矿采场内采用上部扩帮、下部正常采剥作业方式生产，因此生产能力主要按现有作业台阶情况进行计算。本研究按照矿山工程延深速度确定生产能力，公式为

A=PVη/[h(1-e)] ，

式中，A为矿山可能达到的生产能力，万t/a；P为水平分层矿量，234.88万t；V为矿山工程延深速度，20m/a；h为台阶高度，15m；η为矿石回采率，98%；e为废石混入率，2%。

经计算，A≈313.2 万t/a。本研究矿山生产能力按300万t/a设计。

1.3 采剥计划

在扩帮过渡期内，采用采场内下部正常采剥作业、上部扩帮的方式生产。在上部台阶扩帮完毕前，采场下部仍采用原设计境界进行生产，采剥进度计划见表2。

表2 采剥进度计划

1.4 设备需求分析

(1)穿孔设备。目前，东矿采场采用2台KY-310 型牙轮钻机进行穿孔作业，分别用于采场下部正常采剥作业及掘沟作业。单台牙轮钻机实际效率为30000m/a，钻孔利用率为95%，延米爆破量为164 t/m(2016年)，实际穿爆能力达934.8万t/a，无法满足扩帮境界前7 a的生产需求，需增加2台KY-310型牙轮钻机。

(2)铲装设备。目前，东矿采场采用4台10 m3电铲装载废石，设备正常作业效率为250万t/a，采场上部扩帮作业空间有限，设备移动频繁，设备工作效率为正常作业时的80%，即200万t/a。2台用于采场下部作业，2台用于上部扩帮作业，仍需增加5台10 m3电铲。考虑到现有滑体需要清理，共需增加6台10 m3电铲。

(3)运输系统。东矿采场岩石胶带运输系统能力为700万t/a，根据采场岩石至破碎站和排土场的运距，采场1 558 m水平以上剥离岩石采用汽车运至排土场较为经济，1 558 m水平以下(第3～13 a)宜采用胶带运输，现有胶带运输系统无法满足扩帮境界第3～6 a的岩石运输要求，超出现有胶带运输能力的岩石采用汽车运输。目前，东矿现有108 t电动轮汽车12辆，正常作业年台效取260万t·km，扩帮作业时设备效率取正常作业时的80%，即208万t·km。根据采剥进度计划，矿山年矿岩运输能力需达到5 349万t·km，其中，下部采剥作业运输能力需达到1 820.6万t·km，扩帮作业运输能力需达到3 528.4万t·km。结合矿岩运输能力并考虑到滑体治理的需要，共需增加12台108 t电动轮汽车。

2 方案可行性论证

扩帮过渡期内，采场内下部进行正常采剥作业，上部进行扩帮作业。目前，采场内最低开采水平为1 348 m，扩帮过渡期内，扩帮工程由1 642 m水平下降至1 348 m水平，境界下部生产作业由1 348 m水平下降至1 260 m水平，扩帮工程与境界下部生产作业分别下降294，88 m，扩帮工程下降速度为采剥作业下降速度的3.3倍，平均每年下降3～4个台阶，达42～56 m，难度极大。同时，矿山对C区滑体进行了多次治理，效果均不理想。目前通过在C区滑体(图2)下方1 404 m水平留设长380 m、宽40 m的安全挡碴平台，保障采场底部作业安全[4-5]。未来扩帮作业时需对滑体进行清(治)理，势必会进一步约束扩帮工程的下降速度。

扩帮带宽度为30～90m，1390m水平以上台阶已按原设计境界靠帮到界，设计并段后的台阶高度为28m，清扫平台宽12m，安全平台宽8 m。临近边坡的爆破作业过程中，尤其是并段台阶上部14 m 的爆破作业过程中，爆堆前冲或旁冲，易导致爆堆沿台阶坡面下滑，威胁采场底部采剥作业及运输安全。在扩帮过渡期间，一般可设置约30 m宽的截滚石平台来减小上部扩帮对下部作业的影响，但在扩帮作业区域和下部开拓运输道路之间已无设置截滚石平台的空间。现场除了对C区滑体设置了底部设挡碴平台外，对其余不稳定边坡也采取了加固措施。扩帮作业将会破坏现有的边坡治理工程，使其后方的边坡体再次处于不稳定状态，而扩帮作业时大型设备在不稳定边坡体上的平台通行，增加了边坡载荷，进一步恶化了边坡的稳定性状况，也给扩帮作业带来了安全隐患。