富家塢采區陡幫開采設計優化

李小軍，黃雷波

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

富家塢采區陡幫開采設計優化

李小軍，黃雷波

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

中國恩菲有色工程設計研究總院在2003年設計了富家塢采區陡幫開采設計，其設計的最終能力4.5萬t/d的生產規模達產期遠遠落后于德興銅礦13萬t/d的擴能達產時間，只能通過擴大銅廠采區的日出礦量，才能達到德興銅礦13萬t/d生產規模，這又導致銅廠采區的供礦壓力增大，服務年限縮短。本設計通過對富家塢原設計進行優化，圈定合理的過渡境界，提出更為合理的“開放式”臺階下降方法，以提前實現達產。

德興銅礦;富家塢采區;陡幫開采;設計優化;邊坡角;工程布置

1 概況

為了充分有效地回收利用德興銅礦深部表內礦和原開采境界內外的表外礦銅資源［1］，有效延長德興銅礦服務年限，為江銅集團提供穩定的銅原料供應，經過可行性研究論證，江銅集團計劃對銅廠、富家塢、朱砂洪三個采區和大山選礦廠進行綜合技術改造和擴建，通過對大山選礦廠改擴建、銅廠和富家塢采區擴幫延深、改造銅廠現有的廢石運輸系統、增加新型的大型高效采選裝備等綜合技術措施，使德興銅礦采選綜合生產能力從目前的10萬t/d增加到13萬t/d，在提升礦業技術水平和裝備水平、節能降耗的同時，開發并充分利用現有露天境界內的表內表外礦石和深部的銅礦資源，以進一步加大規模效益，延長德興銅礦整體服務年限，強化德興銅礦可持續發展能力。

中國恩菲有色工程設計研究總院在2003年做了富家塢采區陡幫開采設計，設計在2007年達到1.5萬t/d的生產規模上，經過3～4年的時間達到過渡3萬t/d的生產規模，再用3年時間才達到最終設計4.5萬t/d出礦能力。銅業公司制定德興銅礦在2011年實現13萬t/d采選能力的目標，目前銅廠采區的供礦能力為10萬t/d，若富家無塢采區不能在短期內達到4.5萬t/d供出礦能力，銅廠采區需進一步加大日供礦量，導致其剝采比嚴重失衡、大大縮短銅廠采區的服務年限［2］。為了盡早使富家塢采區達到4.5萬t/d的生產能力，并消除原官帽山滑坡體再次產生滑坡的可能性，必需對原初步設計進行相關的優化，方能解決以上提到的各種問題。

2 富家塢采區現狀

富家塢采區北部分布有官帽山、西部分布有張家山，礦體周邊均有高山分布，官帽山、張家山為富家塢采區的兩座主山峰，原始標高在600m以上。由于富家塢采區的礦石儲量分布的最高標高為425m，最低標高為－325m，要達到4.5萬t/d的生產能力上部需要剝離的廢石量大，時間長，不利于兩個采區的均衡供礦。

根據地質資料建立的礦體模型，采區的礦體主要集中在350m標高以下，且跨越在兩個主山峰下部。設計院設計的最終開采境界跨越了官帽山和張家山山頭，因此要實現均衡穩定供礦，加快兩個主山峰的下降速度就成為必然。

由于采區的山勢陡峭，造成設備作業面狹小，通過前期的基建剝離和生產采剝已經降至500m標高。目前富家塢采區出礦臺階集中在張家山下部，有兩臺電鏟出礦作業，最低開采臺階標高為320m，臺階作業面較小，若上部擴幫剝離不能及時下降，下部出礦臺階的作業面越來越小，工程布置越來越困難，甚至會出現出礦停滯的局面，采區要按計劃達到4.5萬t/d的生產能力將不可能會實現。

根據采區達到4.5萬t/d生產能力的計劃要求，降低前期剝采比，使二期剝離形成的出礦臺階與現有的下部出礦臺階相銜接，減少臺階高差，消除原官帽山滑坡體再次產生滑坡的可能性，以及減少官帽山泥石流對下部出礦系統的影響，對官帽山和張家山陡幫開采進行優化是非常必要和重要的。

富家塢采區處于構造剝蝕山區，地形切割強烈，山勢陡峻，一般山坡自然坡度在40°～44°之間。礦體賦存于官帽山主峰東南側的盆地中，四面環山，礦床成因類型屬典型斑巖銅鉬礦床。該礦床規模巨大，礦體形態簡單，產狀穩定，品位均勻，礦化連續性好。全區共圈出礦體50個，主礦體1個(1#礦體)，其儲量占總儲量的99.5%以上。1#礦體呈厚大的筒狀礦環，圍繞花崗閃長巖內、外接觸帶分布，為本次設計開采對象。

3 實施方法與過程

露天開采有兩種基本方法，即臺階式開采(open pit mining)和條帶剝離式開采(strip mining)［3］。近年來，我國大部分有色金屬露天礦山仍以臺階式開采為主，幾十年來，露天開采方法沒有根本性變化，但采礦設備卻飛速發展，包括設備大型化及其性能的不斷改進。采礦工程中的陡幫開采技術具有基建剝離量小，基建時間短，投產早，達產快，效益明顯的特點［4］，根據富家塢采區基建和生產現場情況，結合礦體模型進行方案的可行性與技術經濟比較，該技術應用于擴建改造的富家塢采區無論是在經濟上，還是在技術上都可行。富家塢陡幫開采設計主要涉及到臨時開采境界、陡幫角度及安全平臺等系列參數的設計、采區內運輸道路的設計與原運輸道路的銜接等問題。

3.1 技術參數的選擇

富家塢陡幫開采擴幫境界和技術參數均參考中國恩菲有色工程設計研究總院設計的最終境界和技術參數，470m坡頂線基本相似，其以上臺階因為現狀原因，略有差異。富家塢陡幫開采在張家山與官帽山下方布置較為明顯，臺階按照每兩個臺階做并段處理，留14m安全清掃平臺，根據礦山的地質條件，主要是巖性條件，采用類比法確定露天礦的最終邊坡角［5］，設計陡幫邊坡角48°，張家山下部因布置了折返的運輸道路、預留了采區至排土場的通道，其陡幫邊坡角略小。陡幫開采設計的總體剝離總量控制在1.5億t以內，預計在2012年擴幫臺階下至350m臺階，形成4.5萬t/d供礦能力。因陡幫開采，相近臺階作業互相影響較大，在實施過程中控制臺階一般布置在四個臺階之內，且要加強生產組織的管理，以提高作業設備的效率。

3.2 工程布置

中國恩菲有色工程設計研究總院在2003年設計了富家塢采區陡幫開采圖，在后面的闡述里都簡稱“原設計”，圖1所示的是原設計富家塢采區“4.5萬t生產第一年年末圖”，本次的陡幫開采規劃與其相比較，主要有如下方面的優化:

3.2.1 臨時邊坡的處理

原設計富家塢破碎站西面山頭的臨時邊坡處沒有預留電鏟作業所需的平臺和對應的道路布置，到時第三期擴幫時，電鏟、大車的聯合作業無法展開，需要用小型設備先打開工作面，將要花費更多的時間、金錢;另一方面，因作業位置狹小，給設備作業留下不安全因素。原設計如圖1所示:

圖1 富家塢破碎站西部山頭——原設計

本次規劃充分考慮了最終境界的因素，預留了合適的作業平臺及大車運行的道路，為采區的下輪大擴幫工作做好了準備。優化后設計如圖2所示:

圖2 富家塢破碎站西部山頭——優化設計

3.2.2 排土場出口優化

原設計整個上部采區只留有500m、410m、320m三個排土場出口，上、下兩排土場之間段高為90m，排土段高相對較大，為今后的排土作業留下不安全因素［6］;待三期擴幫剝離時，需多個臺階的廢石要連續上坡方能抵達排土場，如:電鏟作業至440m臺階時，電動輪需要經440m－455m－470m－485m－500m斜坡道方能到排土場排土，增加了生產成本。

本次規劃則留了500m、485m、455m、410m、350m、320m等多個排土場出口，上下排土場段高平均只有45m，提高了排土作業安全性;可選擇的排土點多，節省了排土的運輸成本。

3.2.3 優化陡幫封閉圈

富家塢采區的礦藏特點是，剝離量集中在采區上部，當擴幫達到4.5萬t/d的生產能力后，采區下部的剝采比小于1，下部出礦只需要3臺電鏟便能滿足供礦需求，其余的設備需返回上部采區，進行三期的擴幫作業。原設計最大的缺陷就是采區四周圍都使用了高陡邊坡設計，其中東面為最終邊坡，別外三面為臨時邊坡(圖3)，若進行三期擴幫剝離作業，設備需重新返回上部臺階(500m以上)進行陡幫開采，經計算需要五年以上的時間方能降至下部出礦臺階，可以看出，原設計的剝離作業表現為長周期性，再次擴幫所需下降的臺階太多，達20個以上，剝離持續時間長，對下部出礦能力的銜接性和及時性都不能準確預計。

本次陡幫開采規劃中，結合了富家塢采區的原始地形特點，在采區北面做了“開放”式設計(圖4)，即富家塢破碎站西面山頭整體降至395m水平后，在不壓礦的前提下，合理預留電鏟作業平臺，一方面減少了該處的剝離作業量，盡早實現富家塢采區4.5t/d出礦能力，另一方面，當4.5t/d出礦能力形成后，可調配一臺電鏟至此處擴幫剝離，與下部出礦臺階相差3至4個臺階，能在短時間內降至下部出采區域，能延長4.5t/d出礦能力的持續年限，甚至為形成更大的出礦能力做好準備。

3.3 剝離工程量比較

與原設計相同的是，待形成4.5萬t/d的出礦能力生產第一年后，擴幫臺階最低降至275m臺階。各臺階作業量如下附表所示，中國恩菲有色工程設計研究總院在2003年設計的富家塢采區陡幫開采設計中，擴幫總作業量為2.37億t，本次開采規劃中，擴幫總體作業量為1.89億t，相差近5000萬t作業量，可提前將近一年的時間形成4.5萬t/d的出礦能力。

3.4 預計圖對比

(圖3)為:中國恩菲有色工程設計研究總院在2003年設計的富家塢采區陡幫開采設計達產第一年年末預計圖:

圖3 原設計達產一年年末圖

(圖4)為:本次優化后的設計達產后第一年年末圖:

圖4 優化設計達產一年年末圖

4 預計效果

合理的擴幫境界及陡幫開采，大大加快了富家塢采區上部剝離的下降速度，能更好地與下部出礦臺階實現工程上的銜接，能更早形成4.5萬t/d供礦能力，減小銅廠采區供礦壓力，均衡兩采區的服務年限，為德興銅礦13萬t/d擴能項目穩產做好工程上的準備。

由于加快了官帽山下降速度，塌陷邊坡得到了極早處理，減少了官帽山滑坡體、泥石流等地質災害的發生，減少了其對運礦公路及富家塢采區供出礦的影響。

［1］朱國山.德興銅礦表外礦的綜合利用［J］.有色金屬，1998，(1).

［2］郭振春.經濟合理剝采比的計算方法和分析［J］.現代礦業，2010，(10).

［3］周連碧.有色金屬進展［A］.中南大學出版社，2007.

［4］高永濤，吳順川.露天采礦學［A］.中南大學出版社，2010.

［5］趙文.巖石力學［A］.中南大學出版社，2010.

［6］劉志強.德興銅礦富家塢采區高段排土安全管理［J］.銅業工程，2008，(1).

The Optimization of Fujiawu Steep Slope Mining Design

LI Xiao－jun，HUANG Lei－bo

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

China Nonferrous Engineering and Research Institute designed the steep slope mining project of Fujiawu mining area in 2003.The designing production capacity of 45，000 t/d is far behind the time to reach the expanded production capacity of 13 million t/d at Dexing Copper.The only way to achieve Dexing Copper＇s production capacity of 130，000 t/d is to increase daily mining capacity of Tongchang mining area.However，it increases the mining pressure of Tongchang mining area and shortens the service time as well.This design optimizes the original Fujiawu mining design，sets a reasonable transition state，and proposes a more reasonable" open"step－down approach to realize the production target ahead of schedule.

Dexing copper mine;Fujiawu mining area;steep slope mining;design optimization;slope angle;project layout

TD862

C

1009－3842(2011)04－0019－03

2011－04－12

李小軍(1978－)，男，漢族，湖南永州人，大學本科，采礦工程師，主要從事露天礦山的工程設計和計劃編制，E－mail:26620701@qq.com