海外Weld Range大型露天鐵礦內部排土

黃土龍 章 林

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室，安徽馬鞍山243000;3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

在露天開采中，為了開采境界內的礦石，必須剝離剝離境界內的巖土，而剝離的巖土量往往是礦石量的數倍。礦山規模、剝采比越大，剝離的巖土量越大，所需要排土場容量越大。

根據排土場與露天采場的位置關系，將排土場分為內部排土場和外部排土場。內部排土場是指將露天開采結束后形成的采空區作為廢石的排棄場地［1］。內部排土場利用采空區進行排巖，相比于外部排土場，不需要額外征地，可大大減少征地費用。開采結束的露天礦，不進行處理，易發生地質災害，而回填采空區是解決露天礦坑發生地質災害的有效措施，有利于露天坑復墾工作的開采［3］。因此，在露天開采中，應優先考慮內部排土場。

1 礦山概況

Weld Range鐵礦石項目，位于Meekathara的西南65 km，主要有Beebyn和Madoonga 2個礦區。礦產資源總量2.038億t，設計規模為1 500萬t/a，其中Madoonga礦區生產規模為800萬t/a。Madoonga礦區礦體走向北東東，傾向南南東，傾角陡(＞70°)，礦體厚度20～50 m。Madoonga礦區最終開采境界分為2個采區，分別是Madoonga主采區和Madoonga小礦體采區。Madoonga主采區露天境界長大約3.5 km，平均寬度為400 m，開采最高標高為+640 m，最低標高為+265m。Madoonga小礦體采區為Madoonga主采區附屬采區，位于Madoonga主采區的東北部，與Madoonga主采區露天境界最近距離約40 m，開采最高標高為+640 m，最低標高為+535 m。

按照原設計，Madoonga主采區自東向西分為東區、中區、西區3個區域(如圖1)，依次開采。Madoonga礦區平均剝采比為4.1，Madoonga礦區廢石共計2.638億t，原設計全部排入外部排土場，需排土場容積約 1.817 9億 m3，排土場占地面積將達 2.5 km2。Madoonga礦區的南面地形坑洼不平，限制了廢石堆的容積，并且存在許多重要的野生動物群系，外部排土場只能布置在Madoonga礦區北側。

圖1 Madoonga采區最終境界Fig.1 Final boundary of M adoongam ining area

2 實行內排的可行性

在露天礦場內能否建立內部排土場，取決于礦體的賦存特征(傾角、厚度、層數等)、水文地質和工程地質條件，露天礦開采程序和工藝系統等［4］。內部排巖底盤都是建立在露天坑底標高上，因而露天坑內部排土首先必須使開采臺階降低到露天坑底。對于急傾斜礦床，開采深度往往較深，無法實現倒堆開采。只有當露天境界平面范圍較大，或沿走向采場較長，且可以分期或分區開始時，將其中一個區域早于其他區域開采完，作為內部排土場，才能實現內部排巖。Madoonga礦區分沿走向長約4 km，沿走向劃分為3個區域，將其中一個區域優先開采完，形成采空區，將其他區域剝離的巖石排入采空區，即可實現內部排土。

3 內部排巖方案

開采順序決定了礦石供應和內部排土規模。根據開采順序的不同，存在3個可選方案:一是首先開采東區;二是首先開采中區;三是首先開采西區。對這3個方案進行比較，最大限度的提高內部排土規模，減少外部排土場的規模。各區段參數以及產生的廢石量見表1。

表1 各采區規模Table1 The scale of each m ining area

(1)3個方案中，首采區開采完后形成的采空區體積大小，依次為方案一＞方案二＞方案三，形成的采空區體積越大，能夠排入的巖土量越大，即內部排土規模:方案一＞方案二＞方案三。

(2)西區地勢低，坑底標高最高，規模最小，實現內部排土最快，實現內部排土的所需要的時間依次為方案一＞方案三＞方案二＞方案四。

(3)從內部排土運輸距離考慮，方案二，中段作為首采區，運輸距離最短，但是中區排土東西兩側均存在排土場邊坡，邊坡的存在使排土空間大大減少。

(4)方案三中，西區開采結束后形成的采空區太小，很快就會達到排土極限，內排不得不中斷，此時中區產生的大部分廢石需要外排，在中區開采結束后，方可繼續內排。

(5)方案三中，西區空間狹小，首先開采西區，所能布置的設備有限，新水平準備壓力大，很難達到800萬t/a的產能要求。

綜合以上分析，方案一形成內排需要的時間太長，方案二人為造成內排空間浪費，只有方案三較為合理。對方案三進行優化，改為同時開采西區和中區，一方面解決方案三間斷排土，生產組織困難的問題，另一方面同時開采西區和中區，可以布置更多的設備，加快開采進度，使產能更加均衡。

4 新水平準備

與緩傾斜礦床一次采掘礦體全厚不同，能夠快速實現內部排土不同，急傾斜礦床開采深度大，不可能一次采掘全厚，為加快實現內部排土，需要對首采區進行強采。除布置更多的采掘設備外，強采的關鍵在于加快采場下降速度，縮短新水平準備時間，這是因為新水平準備工作中，施工條件惡劣，空間狹小，缺少自由面，爆破效果差，能布置的設備非常有限。

新水平準備時間由掘進出入溝時間、掘進開段溝時間、和為掘進出入溝、開段溝所需空間的擴幫工作時間3部分組成。出入溝掘進時間基本是固定的。從表1可知，即使分區后，走向長度仍然遠大于采區寬度，即開段溝橫向布置，掘溝工程量將遠小于縱向布置，掘進開段溝的時間最短。同理，擴幫工作量最少，擴幫工作所需時間最少。因此，開段溝橫向布置，橫向采剝，新水平準備時間將大大減少。

5 排土工藝及參數

為充分發揮內部排土場運距短的優勢和適應多臺階組合開采的生產方式，排土場排土工藝為覆蓋式多臺階排土方式，廢石堆置標高盡可能與廢石剝離標高保持一致，保證水平運輸，節省運輸費用。

由于是在露天采空區內排土，排土場西、南、北面均為采場固定邊幫，只有東面是露天坑。排土場基本不會高出地面，只有東面邊坡可能發生失穩，生產過程中，排土場坡腳線至采場工作面保持一定的安全距離，發生失穩的主要影響為影響生產，損失輕微。因此沿用外部排土場參數，排土場是安全的。

內部排土場參數:臺階坡面角18°，總體邊坡角為15°，排土臺階高度為10 m，臺階外緣留有10 m安全平臺。

圖2 西區排土結束后內部排土場示意Fig.2 A schematic diagram of the internal dum ping site after the end of theW est dump

6 結論

(1)Weld Range鐵礦Madoonga礦區，走向長，礦區平面大，具備分區開采，內部排土的條件。通過調整首采區，確定內部排土方案，外部排土場規模可縮小近一半。

(2)內排運輸距離比外排減少了500 m，內部排土基本屬于水平運輸，與重車上坡運輸相比，汽車運輸效率將極大提高，運輸成本大大降低。

(3)通過實施內排，內部排土占比將達到48%，減少排土場占用土地購買費用和后期復墾費用。

(4)內部排土，減少了露天邊坡暴露面積和時間，降低了發生地質災害的可能性，由于排土場是散體，相比于巖石邊坡，復墾要容易的多。

［1］ 高永濤，吳順川.露天采礦學［M］.長沙:中南大學出版社，2010: 238.

Gao Yongtao，Wu Shunchuan.Open-pit Mining Engineering［M］.Changsha:Central South University Press，2010.

［2］ 甘德清，楊福海.露天礦內部排土模擬優化研究［J］.唐山工程技術學院學報，1995(1):12-20.

Gan Deqing，Yang Fuhai.Study on Simulation and optimization of internal dump in open-pit［J］.Journal of Tangshan Vocational Technical College，1995(1):12-20.

［3］ 宋子嶺，賈蘭，范軍富，等.深凹露天礦坑回填工藝［J］.科技導報，2012，30(4):51-54.

Song Ziling，Jia Lan，Fan Junfu，etal.Backfill technology for the deep and concave open-pit［J］.Science and Technology Review，2012，30 (4):51-54.

［4］ 劉淑讓.對露天礦內部排土問題的探討［J］.露天采礦，1985(2): 30-35.

Liu ShuLang.Discussion on the problems of internal dumping in open-pitmine［J］.OpencastMining Technology，1985(2):30-35.