白云鄂博鐵礦東礦境界外露天開采可行性分析

閆國英 孫麗軍 常 劍 楊家冕 陸玉根

(1.包鋼集團礦山研究院(有限責任公司)；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.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)

白云鄂博礦區經過60多年的開采，東礦采場按照設計，開采境界內保有儲量不足2 000萬t[1-3]。根據目前礦山生產規劃，東礦露天開采將在5 a后閉坑。結合礦山開采現狀、現有礦權范圍及最新地質報告，以現有采礦證最低標高(1 230 m)為界可將東礦境界外的鐵礦資源分為2個部分，即1 230 m以上境界外主要賦存于現有露天邊幫附近，平面上可將境界外資源分為東北、東南、西南、西北4個區域；1 230 m以下境界外資源主要賦存于露天坑底。東礦境界外的礦體主要為2#、2-1#礦體的延深。為合理開發利用開采境界外的資源，本研究對東礦開采境界外的露天擴幫開采方案進行可行性分析。

1 境界外礦體露天開采方案

1.1 境界圈定

東礦采場外北部為Ⅳ#排土場，西南部為0#倒裝臺，東部為1#倒裝臺，采場內東南側1 502 m水平為破碎站，境界外擴時對1 502 m水平破碎站予以保留。經計算，露天開采礦石成本為16.01元/t，露天開采廢石成本為14.51元/t，經濟合理剝采比為6.27 t/t。臺階、平臺、道路參數沿用原設計參數。按境界剝采比不大于經濟合理剝采比的原則，圈定了擴幫后的露天開采境界(圖1)。擴幫方案最終境界露天底標高1 170 m，平均剝采比2.80 t/t。擴幫方案較原設計境界增加礦石量1 848.51萬t(東北、東南、西南、西北區域以及1230 m水平以下的礦石量分別為664.27，256.69，541.75，170.12，215.68萬t)，增加巖石量8 136.04萬t，增量剝采比為4.40 t/t。擴幫境界邊坡角見表1。

圖1 開采境界

表1 擴幫境界邊坡角 (°)

1.2 生產能力

東礦采場內采用上部擴幫、下部正常采剝作業方式生產，因此生產能力主要按現有作業臺階情況進行計算。本研究按照礦山工程延深速度確定生產能力，公式為

A=PVη/[h(1-e)] ，

式中，A為礦山可能達到的生產能力，萬t/a；P為水平分層礦量，234.88萬t；V為礦山工程延深速度，20m/a；h為臺階高度，15m；η為礦石回采率，98%；e為廢石混入率，2%。

經計算，A≈313.2 萬t/a。本研究礦山生產能力按300萬t/a設計。

1.3 采剝計劃

在擴幫過渡期內，采用采場內下部正常采剝作業、上部擴幫的方式生產。在上部臺階擴幫完畢前，采場下部仍采用原設計境界進行生產，采剝進度計劃見表2。

表2 采剝進度計劃

1.4 設備需求分析

(1)穿孔設備。目前，東礦采場采用2臺KY-310 型牙輪鉆機進行穿孔作業，分別用于采場下部正常采剝作業及掘溝作業。單臺牙輪鉆機實際效率為30000m/a，鉆孔利用率為95%，延米爆破量為164 t/m(2016年)，實際穿爆能力達934.8萬t/a，無法滿足擴幫境界前7 a的生產需求，需增加2臺KY-310型牙輪鉆機。

(2)鏟裝設備。目前，東礦采場采用4臺10 m3電鏟裝載廢石，設備正常作業效率為250萬t/a，采場上部擴幫作業空間有限，設備移動頻繁，設備工作效率為正常作業時的80%，即200萬t/a。2臺用于采場下部作業，2臺用于上部擴幫作業，仍需增加5臺10 m3電鏟。考慮到現有滑體需要清理，共需增加6臺10 m3電鏟。

(3)運輸系統。東礦采場巖石膠帶運輸系統能力為700萬t/a，根據采場巖石至破碎站和排土場的運距，采場1 558 m水平以上剝離巖石采用汽車運至排土場較為經濟，1 558 m水平以下(第3～13 a)宜采用膠帶運輸，現有膠帶運輸系統無法滿足擴幫境界第3～6 a的巖石運輸要求，超出現有膠帶運輸能力的巖石采用汽車運輸。目前，東礦現有108 t電動輪汽車12輛，正常作業年臺效取260萬t·km，擴幫作業時設備效率取正常作業時的80%，即208萬t·km。根據采剝進度計劃，礦山年礦巖運輸能力需達到5 349萬t·km，其中，下部采剝作業運輸能力需達到1 820.6萬t·km，擴幫作業運輸能力需達到3 528.4萬t·km。結合礦巖運輸能力并考慮到滑體治理的需要，共需增加12臺108 t電動輪汽車。

2 方案可行性論證

擴幫過渡期內，采場內下部進行正常采剝作業，上部進行擴幫作業。目前，采場內最低開采水平為1 348 m，擴幫過渡期內，擴幫工程由1 642 m水平下降至1 348 m水平，境界下部生產作業由1 348 m水平下降至1 260 m水平，擴幫工程與境界下部生產作業分別下降294，88 m，擴幫工程下降速度為采剝作業下降速度的3.3倍，平均每年下降3～4個臺階，達42～56 m，難度極大。同時，礦山對C區滑體進行了多次治理，效果均不理想。目前通過在C區滑體(圖2)下方1 404 m水平留設長380 m、寬40 m的安全擋碴平臺，保障采場底部作業安全[4-5]。未來擴幫作業時需對滑體進行清(治)理，勢必會進一步約束擴幫工程的下降速度。

擴幫帶寬度為30～90m，1390m水平以上臺階已按原設計境界靠幫到界，設計并段后的臺階高度為28m，清掃平臺寬12m，安全平臺寬8 m。臨近邊坡的爆破作業過程中，尤其是并段臺階上部14 m 的爆破作業過程中，爆堆前沖或旁沖，易導致爆堆沿臺階坡面下滑，威脅采場底部采剝作業及運輸安全。在擴幫過渡期間，一般可設置約30 m寬的截滾石平臺來減小上部擴幫對下部作業的影響，但在擴幫作業區域和下部開拓運輸道路之間已無設置截滾石平臺的空間。現場除了對C區滑體設置了底部設擋碴平臺外，對其余不穩定邊坡也采取了加固措施。擴幫作業將會破壞現有的邊坡治理工程，使其后方的邊坡體再次處于不穩定狀態，而擴幫作業時大型設備在不穩定邊坡體上的平臺通行，增加了邊坡載荷，進一步惡化了邊坡的穩定性狀況，也給擴幫作業帶來了安全隱患。

圖2 C區滑體

經計算，擴幫境界累計經營成本為原境界的 3.3倍，累計財務凈現值較原境界減少16 397.72萬元(表3)。可見，擴幫境界的實施，將導致成本急劇上升，經濟效益大幅下降，經濟上不合理。

表3 擴幫境界與原境界的技術經濟參數對比

3 結 語

對白云鄂博鐵礦東礦境界外的礦體賦存特征進行了分析，并對該礦境界外的露天開采方案進行了可行性論證，認為該礦境界外礦體繼續采用露天擴幫開采方案存在難度大、安全性差、經濟上不合理等缺點。