九里山石灰石礦Ⅱ采區剝離——采礦工藝的探討

吳會杰

鹿泉金隅鼎鑫水泥有限公司，河北鹿泉 050226

0 引言

陡峭山坡露天礦整體剝離，盡快達到采礦條件一直是礦山生產的一個難題，直接影響到礦山的順產和生產成本。河北鹿泉九里山石灰石礦Ⅱ采區由于村民多年無序開采，形成一突出山體（圖中陰影部分示意），給下一步礦石生產和安全造成嚴重影響。為了經濟合理開采Ⅱ采區，礦山工程技術人員對傳統和系統規劃的兩種不同剝離-采礦工藝進行了積極分析和探討。

圖1

1 工程概述

九里山石灰石礦Ⅰ采區地勢平緩，高程為174m，表層覆蓋3m厚粘土風化巖層。此采區南北長600m，東西寬300m，巖層產狀273°∠5°。Ⅱ采區為一突出山體（圖中陰影部分示意），山體頂部高程為268m，頂層覆蓋2米厚粘土風化巖層，常年長有野山槐、酸棗樹等自然植被。此采區作為沉積巖，巖層產狀穩定，為273°∠5°，山體東、南、北三面為陡峭坡面，坡度達85°。

根據河北省地質勘探大隊所提供的原始地質資料和天津水泥設計院初步設計，Ⅱ采區山體219m水平以上為泥質灰巖，CaO含量低，要爆破剝離；219m水平以下為礦石，采用臺階深孔爆破開采方式；整個露天礦場開采終了底平面為144m水平。

按照設計的要求，已經在244m水平實行硐室松動爆破（水平均勻布置9個藥室）。首先清理完畢244m水平以上巖渣，共計27萬方；244m水平至219m水平巖層，采用臺階高度為25m的深孔爆破，巖渣共計28萬方；219m水平以下礦石采用臺階高度為15m的深孔爆破；巖石大塊進行二次淺孔爆破。

礦石生產采用自上而下，逐層開采技術。

緊鄰Ⅱ采區山體西側，留有底面面積為10500m2的洼地。此洼地底面平整，高程為204m，作為西排土場使用，為外部排土場。

穿孔設備：KQGS-150型鉆機，鉆孔最大深度為26.5m；

鏟裝設備：液壓反鏟CAT-336；

運輸設備：自卸式翻斗汽車；

排土設備：推土機排土。

2 傳統的剝離-采礦工藝

硐室松動爆破后，244m水平以上巖渣27萬方全部由反鏟CAT-336直接拋擲到山體南、北兩側；244m水平以下剝離巖層深孔爆破后，在219m水平平臺，通過裝運設備配合，部分巖渣運到西排土場，排土臺階高度為15m，堆放巖渣16萬方，剩余巖渣12萬方完全順著山勢繼續排放到山體的南北兩側；剝離完畢后，在山體北側開始進行穿孔作業，以備礦石的爆破開采，臺階高度15m；緊鄰山體北側巖堆，在204m水平修建裝車平臺和運輸道路。見圖1中傳統工藝道路。

3 系統規劃的剝離—采礦工藝

本工藝采用了系統規劃的方法，在Ⅱ采區的剝離-采礦過程中，對其各項工作進行整體分析和布置，使得各項工作有序的進行。

硐室松動爆破后，在244m水平平臺，裝運設備配合，巖渣運至西排土場，首先在排土場北側堆放，然后排土線采用平行方式，向南擴展。山體244m水平以上巖渣27萬方全部堆放在西排土場北部，排土臺階高度為40m。

山體西南側巖層25m臺階深孔爆破后，在219m水平平臺，利用運輸距離最短的優勢直接運輸到西排土場南側堆放，排土臺階高度為15m，堆放巖渣5.0萬方。

西排土場共計堆放巖渣32萬方，其縱剖面簡圖為：

在運礦道路干線外側，有三角形閑置空地，其地勢平緩，底面高程為153m，面積為20000m2，經過表層簡易修整后作為東排土場使用。作為外部排土場，東排土場有效容量為30萬方，一個排土臺階，排土臺階高度為15m[1]。

在219m水平平臺，向山體南側直接拋擲巖渣形成11萬方的長方形堆場，以堆場為路基修建臨時性運輸道路，運輸道路長500m，坡度為9%，符合礦山運輸道路的要求[2]。道路由山體西南側219m水平向東到174m水平與運礦道路干線連接，自卸式翻斗車沿此路將全部剩余巖渣12萬方運輸到東排土場。見圖1系統規劃工藝道路。

在山體西南側，鉆機穿孔作業，以備204m水平礦石爆破開采，臺階高度15m。在204m水平重新修建臨時性運輸道路，隨著開采水平的下降，道路坡度也隨之減小。原路基上巖渣陸續運往東排土場，直到11萬方巖渣全部清運完畢，東排土場最終堆放巖渣為23萬方。

下表為兩種工藝的不同地點巖渣堆放情況：（單位：萬方）

地點工藝 東排土場 西排土場 山體南側 山體北側 總計傳統藝 0 16 13 26 55系統規劃藝 12 32 11 0 55

4 兩種工藝的比較

4.1 對后續生產的影響

傳統工藝中，巖渣堆放在山體南、北兩側，共計39萬方，除13萬方巖渣在山體北側暫作運輸道路用途以外，其余26萬方巖渣堆壓在山體旁，巖渣由于不能及時清運而嚴重阻礙了下一臺階礦石的開采。而隨著開采水平的下降，這種阻礙制約作用就越明顯，甚至造成礦石供應的中斷，引起水泥生產線的停產。為了克服這種制約作用，在同一采區內，就必須采礦運輸和剝離運輸同時進行，這與“采剝并舉，剝離先行”的原則相悖的。

山體南北兩側堆放的巖渣最終要清運到開采境界外，如果不采取其他措施，對于容量只有30萬方的東排土場來說，堆放39萬方巖渣幾乎是不可能的。

系統規劃工藝中，通過整體性的布置，剝離的巖渣直接清運到外部排土場，由于巖渣及時清運，巖渣制約礦石生產的不利影響降到了最低限度，從而使得穿孔、爆破、鏟裝、運輸等各項工作有序進行。

4.2 生產成本的影響

傳統工藝中，在剝離過程時，CAT-336直接順山勢拋擲巖渣到山體南北兩側，由于CAT-336回轉工作半徑有限，在100×100m2作業范圍內，尤其山體中間位置的巖渣，必須經過二次拋擲，才能堆放到山體外側，這就出現兩臺反鏟串聯作業拋擲巖渣的極為被動的現象，柴油消耗和人工費用也大大增加。

山體兩側堆放的26萬方巖渣必須進行二次鏟裝和清運，只有這樣才能開采山體底部礦石。山體南北兩側的巖渣對外承包進行二次裝運，按5.2元/方價格計算，總計裝運費高達135萬元，無形中增加了生產的成本。

系統規劃工藝中，每次爆破后巖渣全部及時鏟裝和清運，為下一次爆破做好準備，這樣能夠極大縮短剝離工期，盡早投入礦石生產。

剝離的巖渣直接清運到開采境界以外，在整個礦山開采使用年限內，不必對排土場堆放巖渣進行二次鏟裝和運輸，這樣大大節約了生產成本。

4.3 運輸安全性的影響

傳統工藝中，巖渣沿設計的道路運輸到東排土場，礦石運輸和巖渣運輸并排交叉作業，極易引起生產調度及管理上的混亂，增加了車輛運輸的危險性。

系統規劃工藝中，剝離巖渣和運輸礦石兩個工序單獨分開，不會出現交叉作業的混亂現象，生產上更加便于調度和管理。

由于運輸道路變直，運輸線路變短了，這樣增加了汽車運輸的安全性，也延長了汽車的使用年限。

4.4 比較結論

可見，系統規劃的剝離—采礦工藝，對后續生產是有利可行的；生產成本是經濟合理的；道路運輸是安全可靠的；

由此得出，系統規劃的剝離—采礦工藝遠遠優越于傳統的工藝。

5 排土場復墾

5.1 生態礦山概述

生態礦山就是依據生態工程原理，把遭破壞的礦山區域建設成為一個人工生態系統的土地復墾活動。對于開采中的九里山石灰石礦，生態環境治理主要表現在排土場復墾工作上。

5.2 復墾技術的實施

經分析，排土場巖渣化學成分如下表（含量%）

SiO2 CaO Ai2O3 MgO Fe2O3 K2O（Na2O）61.0 28.0 8.0 1.5 1.0 0.5

作為泥質灰巖，排土場巖渣砂性強，低肥力，成熟表土少，但是不含鉻、鎘、鉛、汞、砷等有毒元素，pH值=6～8，石塊與土粒比例適中，可在排土場上面或邊坡魚鱗坑內種植速生或耐旱的檸條、沙棘、臭椿、野槐樹等樹木。它們當中有的根瘤固氮能力強，有的能吸收空氣中的SO2、Cl2等有毒氣體，防風固沙的同時，也凈化了環境。排土場表土中含鉀、鐵，鉀對糖分轉化、運輸和積累有很大促進作用，鐵可使果實中糖分增加，在排土場表土層種植果樹，水肥充足時我們還可以吃到香甜可口的水果[3]。

排土場表土摻黏土對土壤進行改良，達到0.5m厚時，直接種植耐瘠薄的豆科類等農作物，進行增磷補氮，以加速土壤熟化；植物的生長和落葉會自然形成腐殖層；隨著種植時間的延長，土壤中的有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量會逐年增加，黏粒、粉粒含量增加，砂粒含量減少。這些對提高土壤肥力和農作物產量水平都起著重要的作用。

生土逐漸熟化，甚至可以進行農作物輪作、農林間種，獲得可觀經濟效益；原有的貧瘠土壤真正恢復到可供利用的狀態，礦區生態環境也獲得了改善。

6 結論

在當今唐山和承德地區的許多礦山，復墾技術已經相當成熟，復墾工藝得到了廣泛的應用，數萬畝土地得以復墾。這不僅提高了林木覆蓋率，提高了土地開發復墾率，也大大改善了生態環境。我們應該積極行動起來，順應社會發展潮流，為復墾技術的大力推廣做出努力。

[1]李寶祥.金屬礦床露天開采[M].北京：冶金工業出版社，1995，5：107-110.

[2]周百川.露天礦運輸[M].北京：冶金工業出版社，1994，5：29-35.

[3]楊福海，李富平，甘德清，劉仁義.礦山生態復墾與露天地下聯合開采[M].北京：冶金工業出版社，2002，1：114-118.