傾斜條帶陡幫開(kāi)采在分期境界擴(kuò)幫中的應(yīng)用

雷 雨

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

S礦地質(zhì)資源儲(chǔ)量較大、品位較高，但是礦體埋藏深度大，覆蓋巖層厚，如果采用全境界開(kāi)采，勢(shì)必會(huì)面臨礦山基建剝離量大、初期生產(chǎn)剝采比高等不利局面。為了降低項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，提升礦山前期經(jīng)濟(jì)效益，項(xiàng)目最終采用分期建設(shè)的模式，一期礦山開(kāi)采規(guī)模455萬(wàn)t/年，二期規(guī)模擴(kuò)大到910萬(wàn)t/年。礦山2013年開(kāi)始一期基建，已于2016年達(dá)到一期455萬(wàn)t/年設(shè)計(jì)規(guī)模?？紤]到礦山一期經(jīng)濟(jì)效益較好，投資資金充沛，電力制約解除等因素，業(yè)主要求盡快開(kāi)展礦山二期建設(shè)，實(shí)現(xiàn)礦山規(guī)模效益。但是，S礦礦體埋藏深、覆蓋巖層厚度大的特點(diǎn)依然存在，而且一期開(kāi)采將大量的巖石剝離推遲至二期境界內(nèi)，因此如何經(jīng)濟(jì)合理地?cái)U(kuò)幫過(guò)渡至二期境界成為了項(xiàng)目二期建設(shè)的首要難題。本文深入研究分析了礦山礦巖空間分布特征，引入了傾斜條帶陡幫開(kāi)采工藝，針對(duì)傾斜條帶的合理劃分，采用礦山計(jì)劃三維編制軟件反復(fù)大量地進(jìn)行方案試排，最終得到了技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上較優(yōu)的擴(kuò)幫過(guò)渡方案，可為今后類似礦山項(xiàng)目的分期境界擴(kuò)幫過(guò)渡提供參考與指導(dǎo)。

1 礦山概況

1.1 礦床地質(zhì)特征

S礦屬于“早期沉積富集”“晚期熱液改造富集”“表生富集”，受“區(qū)域性逆沖推覆構(gòu)造”和“層間斷裂”等控制的多成因多重控制的層狀特大型銅鈷礦床。礦區(qū)范圍內(nèi)主要圈定出兩條平行層狀產(chǎn)出礦體，礦體產(chǎn)狀沿南北方向，向北傾斜，沿東西向上呈波浪狀起伏，傾角變化在10°～55°，局部近于直立，地表邊界呈現(xiàn)向西北開(kāi)口的不規(guī)則的倒元寶狀。主礦體賦存標(biāo)高1 435 m～1 000 m，東西方向?qū)捈s2 700 m，南北方向?qū)捈s2 000 m，礦體厚度1.95 m～72.54 m，礦體平均厚度18.72 m。Cu品位變化范圍0.19%～21.67%，Cu平均品位值3.60%。

1.2 礦山開(kāi)采

S礦在20世紀(jì)70年代已進(jìn)行過(guò)露天開(kāi)采，于90年代停采，形成東、西兩個(gè)采坑，通過(guò)對(duì)過(guò)去礦山生產(chǎn)資料的分析，礦山的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件均比較復(fù)雜，如果采用地下開(kāi)采方式，無(wú)論是礦山建設(shè)還是生產(chǎn)安全都將面臨許多不確定性因素，需要解決諸多技術(shù)難題；相反，采用露天開(kāi)采，雖然存在剝采比高、排土場(chǎng)占地面積大等不利因素，但具有建設(shè)可控性強(qiáng)，基建周期短，生產(chǎn)成本低等有利因素。因此，推薦繼續(xù)采用露天開(kāi)采的方式進(jìn)行采礦工作。

1.2.1露天境界

依據(jù)建立的三維地質(zhì)模型，結(jié)合礦山現(xiàn)狀圖、邊坡參數(shù)計(jì)算推薦值、經(jīng)濟(jì)參數(shù)參考值，采用Whittle-4X軟件優(yōu)化比選之后，最終圈定了礦山的露天開(kāi)采終了境界(見(jiàn)圖1)，境界內(nèi)礦石量16 479.49萬(wàn)t，廢石總量為151 800.32萬(wàn)t，平均剝采比9.21 t/t，詳見(jiàn)表1。

表1 露天境界要素

1.2.2分期開(kāi)采

通過(guò)對(duì)境界內(nèi)礦巖分布特征分析，不難發(fā)現(xiàn)礦體上部覆蓋層較厚，最大厚度達(dá)300 m以上，1 275 m以上礦石累計(jì)只有777.25萬(wàn)t，占境界內(nèi)礦石總量4.72%，而1 275 m以上巖石累計(jì)7.37億t，占境界內(nèi)巖石總量48.57%；而且，集中分布在境界南部區(qū)域的淺部礦體平均厚度較小。如果采用全境界開(kāi)采，勢(shì)必形成礦山基建剝離量大、初期生產(chǎn)剝采比高、達(dá)產(chǎn)周期長(zhǎng)等不利局面。

為降低項(xiàng)目建設(shè)投資風(fēng)險(xiǎn)，S礦分兩期建設(shè)，一期礦山開(kāi)采規(guī)模455萬(wàn)t/年，二期規(guī)模擴(kuò)大到910萬(wàn)t/年。為減少基建剝離，在東、西采坑區(qū)域位置圈定了一期臨時(shí)境界，從而把大量巖石推遲到后期剝離，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。一期境界內(nèi)礦石量合計(jì)5 085.83萬(wàn)t，巖石量合計(jì)40 280.85萬(wàn)t，平均剝采比7.92 t/t，詳見(jiàn)表2。一期臨時(shí)境界與最終境界平面關(guān)系見(jiàn)圖2。

表2 一期臨時(shí)境界要素

2 傾斜條帶陡幫開(kāi)采工藝

傾斜條帶陡幫開(kāi)采方式是為了最大程度推遲剝離洪峰[1]，改變?cè)凶陨隙碌闹鹚酵七M(jìn)方式，沿?cái)U(kuò)幫方向劃分為若干個(gè)傾斜條帶，逐條帶擴(kuò)幫推進(jìn)[2]；為進(jìn)一步推遲剝巖，加陡工作幫坡角，擴(kuò)幫條帶上工作幫上并不是每個(gè)臺(tái)階都布置挖掘機(jī)設(shè)備，即其中一部分臺(tái)階是作業(yè)臺(tái)階，另一部分臺(tái)階則是暫不作業(yè)臺(tái)階。作業(yè)臺(tái)階和暫不作業(yè)臺(tái)階輪流開(kāi)采[3]。

傾斜條帶陡幫開(kāi)采示意圖如圖3所示。

為滿足傾斜條帶陡幫開(kāi)采安全生產(chǎn)要求，傾斜條帶臨時(shí)邊幫參數(shù)確定如下[4,5]：

1)臺(tái)階高度15 m，并段高度30 m；2)臺(tái)階坡面角：60°；3)安全平臺(tái)寬：15 m；4)接碴平臺(tái)寬：30 m(每隔60 m高差留設(shè)一個(gè));5)臨時(shí)邊幫道路寬度：36 m。

3 分期境界擴(kuò)幫過(guò)渡方案

3.1 礦山開(kāi)采現(xiàn)狀

S礦采場(chǎng)現(xiàn)在生產(chǎn)是按照《S礦項(xiàng)目一期工程初步設(shè)計(jì)》進(jìn)行，采用外包方式生產(chǎn)。一期工程分東、西兩個(gè)露天開(kāi)采臨時(shí)境界，東區(qū)境界露天底標(biāo)高1 230 m，封閉圈標(biāo)高1 410 m。西區(qū)境界露天底標(biāo)高1 110 m，封閉圈標(biāo)高1 395 m。礦山目前正在一期境界內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，礦山2013年8月開(kāi)始基建剝離，2016年達(dá)產(chǎn)，達(dá)到455萬(wàn)t/年一期設(shè)計(jì)規(guī)模。礦、巖運(yùn)輸均采用公路開(kāi)拓汽車運(yùn)輸方式。礦石用汽車運(yùn)到采場(chǎng)北部位于選廠附近的礦石粗破碎站，破碎后的礦石經(jīng)膠帶運(yùn)至選廠原礦堆場(chǎng)。巖石通過(guò)汽車運(yùn)至采場(chǎng)南部的排土場(chǎng)，排土標(biāo)高為1 440 m和1 460 m。露天采場(chǎng)現(xiàn)有主要采礦生產(chǎn)設(shè)備為：阿特拉斯φ250 mm鉆機(jī)、卡特10 m3液壓鏟、北方重汽91 t礦用汽車及相應(yīng)數(shù)量的推土機(jī)、前裝機(jī)等輔助采礦設(shè)備。

根據(jù)業(yè)主提供的2018年采掘計(jì)劃，截至2018年年末：

東區(qū)采場(chǎng)開(kāi)采最低標(biāo)高為1 260 m水平，1 275 m以上已經(jīng)靠幫。一期境界內(nèi)剩余礦石量404.2萬(wàn)t，巖石量745.9萬(wàn)t。

西區(qū)采場(chǎng)開(kāi)采最低標(biāo)高為1 222 m水平，開(kāi)采最高標(biāo)高為1 320 m水平，1 320 m以上已經(jīng)靠幫。一期境界內(nèi)剩余礦石量2 794.4萬(wàn)t，巖石量1.63億t。

整個(gè)一期境界內(nèi)剩余礦石量3 198.67萬(wàn)t，巖石量1.71億t。

3.2 擴(kuò)幫過(guò)渡方案總體目標(biāo)及要求

1)2019年開(kāi)始擴(kuò)幫過(guò)渡，2021年實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)，確保2022年達(dá)到二期910萬(wàn)t/年規(guī)模；

2)為保證礦山經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)產(chǎn)后生產(chǎn)剝采比應(yīng)不超12 t/t；

3)盡可能降低擴(kuò)幫過(guò)渡期間剝離量。

3.3 擴(kuò)幫首采區(qū)選擇

通過(guò)分析淺部礦體的空間分布位置，選擇南部“鼻梁”區(qū)域作為擴(kuò)幫首采區(qū)域，一方面可通過(guò)擴(kuò)幫早日見(jiàn)礦，盡快過(guò)渡到910萬(wàn)t/年規(guī)模；另一方面，該部位開(kāi)采能盡早使二期境界南部區(qū)域靠幫，為整個(gè)礦山礦巖開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置創(chuàng)造有利條件。

3.4 擴(kuò)幫條帶劃分

傾斜條帶的劃分不僅要推遲足夠的剝巖量，同時(shí)也要考慮條帶下部礦體能夠滿足年采礦石規(guī)模。通過(guò)分析，單靠一期境界出礦不能滿足2021年投產(chǎn)要求，因此必須縮小二期第一條帶寬度、加快條帶下降速度，確保擴(kuò)幫區(qū)域2021年能夠配合出礦，實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)目標(biāo)；考慮到合理的擴(kuò)幫條帶寬度以及二期境界內(nèi)礦巖量等因素，本文認(rèn)為劃分三個(gè)條帶擴(kuò)幫比較合理；進(jìn)一步對(duì)逐水平礦巖分布特點(diǎn)分析后，認(rèn)為將第一條帶向東北方向旋轉(zhuǎn)傾斜布置，第二條帶向西南方向旋轉(zhuǎn)傾斜布置，可以更好地推遲剝巖，同時(shí)能解放出更多的深部礦量，詳見(jiàn)圖4。

3.5 最終擴(kuò)幫過(guò)渡方案

為了優(yōu)化條帶位置，本文對(duì)3個(gè)條帶的寬度以10 m為一個(gè)步長(zhǎng)，進(jìn)行了大量試排后，最終確定了條帶位置及擴(kuò)幫過(guò)渡方案：

1)第一條帶寬約1 100 m，2019年開(kāi)始擴(kuò)幫，2022年與一期境界正常采剝區(qū)銜接。開(kāi)采深度1 425 m～1 230 m，擴(kuò)幫平均下降速度為48.7 m/年；

2)擴(kuò)幫第二條帶寬約350 m，2021年開(kāi)始擴(kuò)幫，2028年與第一條帶采剝區(qū)連通。開(kāi)采深度1 425 m～1 110 m，擴(kuò)幫平均下降速度為39.4 m/年；

3)擴(kuò)幫第三條帶寬約350 m，2026年開(kāi)始擴(kuò)幫，2034年擴(kuò)幫結(jié)束。開(kāi)采深度1 395 m～1 080 m，擴(kuò)幫平均下降速度為34.5 m/年。

4 結(jié)論

1)采用傾斜條帶陡幫開(kāi)采工藝擴(kuò)幫過(guò)渡，有效地推遲剝離洪峰，減少了二期基建剝離量，節(jié)省了投資；

2)采用傾斜條帶陡幫開(kāi)采工藝擴(kuò)幫過(guò)渡，2021年采出礦石728萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)了投產(chǎn)目標(biāo)，2022年順利達(dá)到910萬(wàn)t/年二期生產(chǎn)規(guī)模；

3)采用傾斜條帶陡幫開(kāi)采工藝擴(kuò)幫過(guò)渡，達(dá)產(chǎn)及以后年限生產(chǎn)剝采比控制在12 t/t，保障了礦山二期生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。