組合臺階陡幫開采在露天礦開采中的應(yīng)用

摘 要：本文以緬甸Kyisintaung銅礦項目一期工程為研究案例，討論了陡幫開采工藝在急傾斜礦體開采中的適用性，同時，從技術(shù)上論述了采用工作幫臺階分組輪流開采時，陡幫開采各主要參數(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；陡幫開采；組合臺階開采；參數(shù)確定

中圖分類號：TD861 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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

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

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

通過生產(chǎn)實踐表明，在工作幫，將傳統(tǒng)的單臺階等寬平臺變?yōu)槎嗯_階組合，有效的增大開采平盤寬度，加陡了剝離臺階的工作幫，能夠提高礦山開采作業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

Kyisintaung銅礦項目位于緬甸聯(lián)邦西北部實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，最早見礦區(qū)域標(biāo)高為710m，其項目一期開采工期為1年，計劃采剝615m標(biāo)高工程量共3600萬t，其中廢石剝離3000萬t，礦石開采600萬t。

2 Kyisintaung銅礦組合臺階陡幫開采方案的確定

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)露天礦開采從H1下降到H2時，使用陡幫開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-后期開始剝離初始深度，m；ΔH-露天礦年降深速度，m/a，ΔH=Vcsinγ；α-單臺階等寬平臺開采時的工作幫坡角，（°）；β-組合臺階陡幫開采時的工作幫坡角，（°）；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，ΔV還將繼續(xù)增大，由此可見，在Kyisintaung銅礦這種礦體分布與走向的情況下，采用陡幫臺階分組輪流開采，可有效縮小前期生產(chǎn)剝采比、推遲剝巖時間，增加前期可采礦量和備采礦量，以取得良好經(jīng)濟效益。

3臺階分組輪流開采工藝各參數(shù)的確定

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

3.1 平臺寬度的確定

3.1.1 工作平臺

工作平臺即作業(yè)平臺，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，陡幫開采推遲的剝巖量越多，經(jīng)濟效果越優(yōu)，但是過于小的剝巖平臺會導(dǎo)致設(shè)備的上下調(diào)動次數(shù)增多，從而對大型采掘設(shè)備的使用造成不良影響，同時也會影響到采掘效益。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，（°）；“+”-用于下盤向上盤推進(jìn)；“-”-用于上盤向下盤推進(jìn)。

根據(jù)Kyisintaung銅礦現(xiàn)場情況及采剝設(shè)計經(jīng)驗，在實際施工組織中，作業(yè)平臺寬度Bs值確定為30m；

3.1.2 臨時非工作平臺寬度

臨時非工作平臺寬度與工作幫坡角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，臨時非工作平臺可以看作是采場作業(yè)的安全平臺或是運輸平臺，其設(shè)計一定要滿足安全生產(chǎn)要求，一般b值可按5-15m設(shè)計，考慮到Kyisintaung銅礦項目中臨時非工作平臺會用作部分車輛運料使用，因此該平臺最終設(shè)計寬度為10m。

3.2 臺階高度及坡面角

確定臺階的高度及組合臺階的高度是影響經(jīng)濟效益和技術(shù)復(fù)雜程度的關(guān)鍵性因素，它由礦山的規(guī)模、挖掘機的生產(chǎn)能力及一次性擴幫寬度等決定。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6.5m3EX1200挖掘機，685m以下為5臺12m3PC2000挖掘機。根據(jù)主要挖掘設(shè)備安全高效工作參數(shù)要求，臺階高度h最終確定為10m，臺階坡面角λ設(shè)定75°。

3.3 一次作業(yè)臺階數(shù)

通過增加臺階數(shù)量來提高工作幫坡角是實行陡幫開采的主要理論依據(jù)之一。在組合臺階開挖的過程中，通常來講，一組內(nèi)的臺階數(shù)越多，工作幫坡角越大，尤其是當(dāng)n從1增加到5時，工作幫坡角增加速度非常快；當(dāng)n大于5后，通常稱為臺階尾隨開采方式，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)過程中，臺階數(shù)不宜大于8個。具體的一組內(nèi)臺階數(shù)n還是需要根據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)能力來決定。因為，隨著臺階數(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)備臺數(shù)，臺；Q-采掘設(shè)備生產(chǎn)能力，萬t/臺年；v-采掘設(shè)備推進(jìn)寬度，m/a；L-臺階工作線長度，m；h-臺階高度，m；r-采剝巖石比重，t/m3。

根據(jù)Kyinsintaung銅礦采剝工作面的實際情況，結(jié)合所使用的EX1200及PC2000挖掘機生產(chǎn)能力，最終設(shè)計每組內(nèi)開采臺階數(shù)n為4，實踐證明，這一組合內(nèi)臺階數(shù)是符合現(xiàn)場生產(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銅礦采剝設(shè)計中，采用陡幫臺階分組輪流開采，其主要目的之一就是要通過加大工作幫坡角以提高礦山開采的經(jīng)濟效益。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-臺階高度，m；λ-臺階坡面角，（°）；n-工作幫上的臺階數(shù)，個；b-臨時非工作平臺寬度，m；nz-工作臺階個數(shù)，個；Bs-作業(yè)平臺寬度，m；ny-剖面上運輸?shù)缆窏l數(shù)，條；By-剖面上運輸?shù)缆穼挾?，m。

當(dāng)設(shè)計的臺階高度及寬度、臺階坡面角、每組內(nèi)臺階個數(shù)、運輸?shù)缆返葏?shù)均已設(shè)定時，根據(jù)以上公式，即可計算出工作幫坡角φ值是否達(dá)到設(shè)計需要，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)行組合臺階開采其他參數(shù)的設(shè)計和修改。

結(jié)語

通過組合臺階陡幫開采工藝的合理運用，可以有效的將單臺階等寬平臺進(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目中，出礦主要靠降深來完成，降深速度快，形成臺階多，能有效的均衡剝采比，提高礦山前期的經(jīng)濟效益。但同時我們也應(yīng)該看到，組合臺階陡幫開采還是存在部分不足，如：①采掘設(shè)備會經(jīng)常調(diào)動，增大設(shè)備行走移動時間，影響其生產(chǎn)能力；②運輸?shù)缆芳安蓤鲚o助工作量大；③對現(xiàn)場工作協(xié)調(diào)性要求極高等。因此，如何因時因地制宜、合理優(yōu)化陡幫開采設(shè)計方案，在實際露天礦開采管理中將其正確運用仍然是我們今后很長一段時間內(nèi)研究的重點。

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