組合臺(tái)階陡幫開(kāi)采在露天礦開(kāi)采中的應(yīng)用

摘 要：本文以緬甸Kyisintaung銅礦項(xiàng)目一期工程為研究案例，討論了陡幫開(kāi)采工藝在急傾斜礦體開(kāi)采中的適用性，同時(shí)，從技術(shù)上論述了采用工作幫臺(tái)階分組輪流開(kāi)采時(shí)，陡幫開(kāi)采各主要參數(shù)之間的相互關(guān)系以及確定這些參數(shù)的依據(jù)、原則和方法。

關(guān)鍵詞：露天礦；陡幫開(kāi)采；組合臺(tái)階開(kāi)采；參數(shù)確定

中圖分類(lèi)號(hào)：TD861 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

陡幫開(kāi)采工藝指在礦山開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采工作幫上部分臺(tái)階作業(yè)、部分臺(tái)階暫不作業(yè)，作業(yè)臺(tái)階和暫不作業(yè)臺(tái)階輪流開(kāi)采，使工作幫坡角加陡，以推遲部分巖石剝離的采剝工藝。核心是通過(guò)加陡工作幫坡角，推遲剝巖時(shí)間，增加備采礦量，均衡采剝比，以提高礦山生產(chǎn)能力。

根據(jù)剝巖挖掘機(jī)的大小及工作幫的臺(tái)階數(shù)目，陡幫開(kāi)采的作業(yè)方式可分為：工作幫臺(tái)階依次輪流開(kāi)采、工作幫臺(tái)階分組輪流開(kāi)采、臺(tái)階尾隨開(kāi)采、并段爆破分段開(kāi)采幾種不同作業(yè)方式。大型露天礦的開(kāi)采中，選取合理的陡幫開(kāi)采方法，順利實(shí)現(xiàn)開(kāi)采按水平依次延深、逐層推進(jìn)是實(shí)現(xiàn)陡幫開(kāi)采的關(guān)鍵。在Kyisintaung銅礦一期工程開(kāi)采中，經(jīng)過(guò)幾種采剝方法的對(duì)比，采用了工作幫臺(tái)階分組輪流開(kāi)采工藝，如圖1所示。

圖中，b-暫不作業(yè)臺(tái)階寬度，m；Bs-剝巖條帶寬度，m；h1-臺(tái)階高度，m；H-剝巖幫高度，m；λ-臺(tái)階坡面角，（°）；φ-工作幫坡角，（°）。

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐表明，在工作幫，將傳統(tǒng)的單臺(tái)階等寬平臺(tái)變?yōu)槎嗯_(tái)階組合，有效的增大開(kāi)采平盤(pán)寬度，加陡了剝離臺(tái)階的工作幫，能夠提高礦山開(kāi)采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

Kyisintaung銅礦項(xiàng)目位于緬甸聯(lián)邦西北部實(shí)皆省南部的蒙育瓦銅礦帶上，距離緬甸第二大城市曼德勒120km。該銅礦產(chǎn)于清墩江沖積平原西側(cè)的第三系火山碎屑巖和晚期的安山巖-英安巖侵入體內(nèi)，屬斑巖型銅礦床。礦山覆蓋層頂部高層為775m，最早見(jiàn)礦區(qū)域標(biāo)高為710m，其項(xiàng)目一期開(kāi)采工期為1年，計(jì)劃采剝615m標(biāo)高工程量共3600萬(wàn)t，其中廢石剝離3000萬(wàn)t，礦石開(kāi)采600萬(wàn)t。

2 Kyisintaung銅礦組合臺(tái)階陡幫開(kāi)采方案的確定

前期勘探資料顯示，Kyisintaung銅礦礦體傾角在55°-75°間為急傾斜礦體，如圖2所示。

因此，由上圖可知，當(dāng)露天礦開(kāi)采從H1下降到H2時(shí)，使用陡幫開(kāi)采可推遲的剝離量為：

ΔV=（2H1ΔH+ΔH2）（cotα-cotβ） （1）

降低初期生產(chǎn)采剝比值為：

Δη=（2H1ΔH+ΔH2）（cotα-cotβ）/LΔH，而ΔH= Vcsinγ，因此，

Δη=（2H1 + Vcsinγ）（cotα-cotβ）/L （2）

式中，H1-后期開(kāi)始剝離初始深度，m；ΔH-露天礦年降深速度，m/a，ΔH=Vcsinγ；α-單臺(tái)階等寬平臺(tái)開(kāi)采時(shí)的工作幫坡角，（°）；β-組合臺(tái)階陡幫開(kāi)采時(shí)的工作幫坡角，（°）；VC-露天礦延伸方向的推進(jìn)量，m/a；L-礦體的水平厚度，m；γ-礦體傾角。

由（1）、（2）可得，在其他條件不變情況下，當(dāng)?shù)V體的傾角γ越大時(shí)，ΔV還將繼續(xù)增大，由此可見(jiàn)，在Kyisintaung銅礦這種礦體分布與走向的情況下，采用陡幫臺(tái)階分組輪流開(kāi)采，可有效縮小前期生產(chǎn)剝采比、推遲剝巖時(shí)間，增加前期可采礦量和備采礦量，以取得良好經(jīng)濟(jì)效益。

3臺(tái)階分組輪流開(kāi)采工藝各參數(shù)的確定

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，露天礦的臺(tái)階分組輪流開(kāi)采，也叫組合臺(tái)階開(kāi)采，其主要開(kāi)采參數(shù)的選定與平臺(tái)寬度、臺(tái)階高度、坡面角、一次作業(yè)臺(tái)階數(shù)、工作幫坡角等因素有關(guān)。

3.1 平臺(tái)寬度的確定

3.1.1 工作平臺(tái)

工作平臺(tái)即作業(yè)平臺(tái)，其寬度即為一次剝巖條帶寬度Bs。Bs值越小，生產(chǎn)采剝比就越小，陡幫開(kāi)采推遲的剝巖量越多，經(jīng)濟(jì)效果越優(yōu)，但是過(guò)于小的剝巖平臺(tái)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的上下調(diào)動(dòng)次數(shù)增多，從而對(duì)大型采掘設(shè)備的使用造成不良影響，同時(shí)也會(huì)影響到采掘效益。通常剝巖條帶的最小寬度Bsmin必須滿足：

Bsmin=Tv（cotφ±cotζ）

式中，Bsmin-某期的推進(jìn)量，m；T-剝巖周期，a；v-某期采礦工程下降速度，m/a；φ-某期工作幫坡角，（°）；ζ-采礦工程延伸角，礦體傾斜方向與工作幫水平推進(jìn)方向夾角，（°）；“+”-用于下盤(pán)向上盤(pán)推進(jìn)；“-”-用于上盤(pán)向下盤(pán)推進(jìn)。

根據(jù)Kyisintaung銅礦現(xiàn)場(chǎng)情況及采剝?cè)O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際施工組織中，作業(yè)平臺(tái)寬度Bs值確定為30m；

3.1.2 臨時(shí)非工作平臺(tái)寬度

臨時(shí)非工作平臺(tái)寬度與工作幫坡角φ存在遞減函數(shù)關(guān)系，從提高工作幫坡角的意義上講，b值越小越有利，但從另一方面看，臨時(shí)非工作平臺(tái)可以看作是采場(chǎng)作業(yè)的安全平臺(tái)或是運(yùn)輸平臺(tái)，其設(shè)計(jì)一定要滿足安全生產(chǎn)要求，一般b值可按5-15m設(shè)計(jì)，考慮到Kyisintaung銅礦項(xiàng)目中臨時(shí)非工作平臺(tái)會(huì)用作部分車(chē)輛運(yùn)料使用，因此該平臺(tái)最終設(shè)計(jì)寬度為10m。

3.2 臺(tái)階高度及坡面角

確定臺(tái)階的高度及組合臺(tái)階的高度是影響經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)復(fù)雜程度的關(guān)鍵性因素，它由礦山的規(guī)模、挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力及一次性擴(kuò)幫寬度等決定。Kyisintaung銅礦礦山總體為南北走向，685m標(biāo)高以上整體剝離量較小，礦體分部較少，685-615m之間是礦體集中聚集段，剝離開(kāi)采量大。因此，在設(shè)備配置上685m標(biāo)高以上主要采掘設(shè)備為兩臺(tái)6.5m3EX1200挖掘機(jī)，685m以下為5臺(tái)12m3PC2000挖掘機(jī)。根據(jù)主要挖掘設(shè)備安全高效工作參數(shù)要求，臺(tái)階高度h最終確定為10m，臺(tái)階坡面角λ設(shè)定75°。

3.3 一次作業(yè)臺(tái)階數(shù)

通過(guò)增加臺(tái)階數(shù)量來(lái)提高工作幫坡角是實(shí)行陡幫開(kāi)采的主要理論依據(jù)之一。在組合臺(tái)階開(kāi)挖的過(guò)程中，通常來(lái)講，一組內(nèi)的臺(tái)階數(shù)越多，工作幫坡角越大，尤其是當(dāng)n從1增加到5時(shí)，工作幫坡角增加速度非?？欤划?dāng)n大于5后，通常稱(chēng)為臺(tái)階尾隨開(kāi)采方式，工作幫坡角增加速度逐漸變小；當(dāng)n大于8后，工作幫坡角趨于穩(wěn)定，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，臺(tái)階數(shù)不宜大于8個(gè)。具體的一組內(nèi)臺(tái)階數(shù)n還是需要根據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)能力來(lái)決定。因?yàn)?，隨著臺(tái)階數(shù)的增加，一次循環(huán)的采掘量大幅度增加，要求穿孔、采裝設(shè)備的生產(chǎn)能力也相應(yīng)增大。它們之間有如下關(guān)系：

n≤NQ/10-4vLhr

式中，N-一組內(nèi)采掘設(shè)備臺(tái)數(shù)，臺(tái)；Q-采掘設(shè)備生產(chǎn)能力，萬(wàn)t/臺(tái)年；v-采掘設(shè)備推進(jìn)寬度，m/a；L-臺(tái)階工作線長(zhǎng)度，m；h-臺(tái)階高度，m；r-采剝巖石比重，t/m3。

根據(jù)Kyinsintaung銅礦采剝工作面的實(shí)際情況，結(jié)合所使用的EX1200及PC2000挖掘機(jī)生產(chǎn)能力，最終設(shè)計(jì)每組內(nèi)開(kāi)采臺(tái)階數(shù)n為4，實(shí)踐證明，這一組合內(nèi)臺(tái)階數(shù)是符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況的，很好的做到了剝離中的安全、高效。

3.4 工作幫坡角

在Kyinsintaung銅礦采剝?cè)O(shè)計(jì)中，采用陡幫臺(tái)階分組輪流開(kāi)采，其主要目的之一就是要通過(guò)加大工作幫坡角以提高礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益。工作幫坡角的數(shù)值一般可由以下公式確定：

式中，H-剝巖幫高度，m；h-臺(tái)階高度，m；λ-臺(tái)階坡面角，（°）；n-工作幫上的臺(tái)階數(shù)，個(gè)；b-臨時(shí)非工作平臺(tái)寬度，m；nz-工作臺(tái)階個(gè)數(shù)，個(gè)；Bs-作業(yè)平臺(tái)寬度，m；ny-剖面上運(yùn)輸?shù)缆窏l數(shù)，條；By-剖面上運(yùn)輸?shù)缆穼挾?，m。

當(dāng)設(shè)計(jì)的臺(tái)階高度及寬度、臺(tái)階坡面角、每組內(nèi)臺(tái)階個(gè)數(shù)、運(yùn)輸?shù)缆返葏?shù)均已設(shè)定時(shí)，根據(jù)以上公式，即可計(jì)算出工作幫坡角φ值是否達(dá)到設(shè)計(jì)需要，也可先設(shè)定工作幫坡角預(yù)期目標(biāo)，然后根據(jù)此公式進(jìn)行組合臺(tái)階開(kāi)采其他參數(shù)的設(shè)計(jì)和修改。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)組合臺(tái)階陡幫開(kāi)采工藝的合理運(yùn)用，可以有效的將單臺(tái)階等寬平臺(tái)進(jìn)行分解，根據(jù)需要和采掘?qū)ο蟮牟煌M(jìn)行靈活掌握，以達(dá)到陡幫剝離，提前采礦的目的。在Kyisintaung銅礦這樣的急傾斜礦體項(xiàng)目中，出礦主要靠降深來(lái)完成，降深速度快，形成臺(tái)階多，能有效的均衡剝采比，提高礦山前期的經(jīng)濟(jì)效益。但同時(shí)我們也應(yīng)該看到，組合臺(tái)階陡幫開(kāi)采還是存在部分不足，如：①采掘設(shè)備會(huì)經(jīng)常調(diào)動(dòng)，增大設(shè)備行走移動(dòng)時(shí)間，影響其生產(chǎn)能力；②運(yùn)輸?shù)缆芳安蓤?chǎng)輔助工作量大；③對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作協(xié)調(diào)性要求極高等。因此，如何因時(shí)因地制宜、合理優(yōu)化陡幫開(kāi)采設(shè)計(jì)方案，在實(shí)際露天礦開(kāi)采管理中將其正確運(yùn)用仍然是我們今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)研究的重點(diǎn)。

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