大西溝超貧磁鐵礦綜合開發利用

盧立松

(保利礦業投資有限公司, 北京 010010)

大西溝超貧磁鐵礦綜合開發利用

盧立松

(保利礦業投資有限公司, 北京 010010)

介紹了大西溝超貧磁鐵礦資源概況和區域地質環境，依據其開采技術條件確定了超貧磁鐵礦的開發利用原則，在此原則上確定其開采方式，進一步探討了該開采方式的開采工藝和邊坡參數，并初步確定了其臺階參數和最終邊坡角，為該超貧磁鐵礦的綜合開發利用和開采設計提供了指導性建議。

超貧磁鐵礦；露天開采；邊坡穩定；極限平衡；開采境界

1 概 述

大西溝鐵礦于2010年由民營企業整合而來，礦山主要產品為鐵礦石及鐵礦體內伴生TiO2化合物量和伴生P2O5化合物量，礦區距國道、省道較近，交通方便。

內采用地質塊段法，對礦區礦石資源量進行了估算。其采礦許可證內(+811 m至+471 m)鐵礦石資源量(332+333)6881.39萬t，TFe品位13.02%，mFe品位4.54%。鐵礦體內伴生TiO2化合物量(332+333)202.73萬t，TiO2品位2.95%；伴生P2O5化合物量(332+333)65.39萬t，P2O5品位0.95%。本文僅對大西溝礦露天開采部分綜合開發利用進行分析和探討。

2 礦區地質環境

2.1 區域地層

區域內出露地層由老至新主要有：太古界單塔子群白廟組、鳳凰咀組、劉營組、南店子組和太平莊組，中生界侏羅系中統土城子組、上統張家口組和金剛山組，中生界白堊系下統義縣組和九佛堂組，新生界第四系。太古界單塔子群白廟組地層與礦區超貧磁鐵礦的成礦關系密切。

2.2 區域構造

區域內多見斷裂構造，尤以近東西向斷裂最為發育，其中區域北部的長閣—鳳山斷裂最具代表性，該斷裂長達10余公里，向南傾，表現為張性特征。次為北東向斷裂，主要見于區域南部，斷裂多向南東傾，亦顯示張性斷裂特征。區內亦見北北東和南北向斷裂構造。近東西向和北東向斷裂對區域地層的總體走向具明顯的控制作用。區域內褶皺構造主要為小古口背斜，發育于太古界單塔子群白廟組地層中，背斜軸呈近東西走向，長2 km以上，對礦區地層以及礦層的產出特征具較強的控制作用。

礦區內未見有大的斷裂構造活動，但小的斷裂、節理、褶皺構造均較發育，其規模較小，多被后期脈巖填充，脈厚一般在0.20 ～1.70 m左右，最厚達十余米，其脈體產狀各異，對礦體沒有破壞作用。節理、裂隙按照走向可分為兩組，即NW向和NE或近EW向，以NW向較為發育。小褶皺較發育，局部對礦體有拉伸、增厚作用，但其規模均很小，整體上對礦體無影響。

2.3 巖漿巖

區域巖漿活動強烈，規模較大，分布面積較廣，巖石類型較為復雜，從超基性、基性、中性、酸性均有產出，巖漿活動以侵入為主，噴出次之。

2.4 礦體特征

礦區內共發現三條含磁鐵礦黑云母斜長角閃片麻巖帶，具有工業價值的有兩條，分別為FeⅠ、FeⅡ，其具體情況見表1。礦體圍巖及夾石成分相同，主要為含磁鐵礦角閃斜長片麻巖或斜長角閃巖以及弱磁性的斜長角閃片麻巖。

表1 礦區各礦體特征

3 礦床開采技術條件

(1) 工程地質條件。區內無大規模的斷裂破碎帶構造，小型斷裂構造多被石英脈、二長巖脈、閃長巖脈、斷層角礫等充填，巖石致密堅硬，呈塊狀。區內鐵礦石主要為含磁鐵斜長角閃巖和含磁鐵斜長角閃片麻巖，頂底板以斜長角閃片麻巖為主。礦區工程地質勘查類型屬第二類第一型，即以堅硬、半堅硬結晶變質巖等塊狀巖類為主的簡單型礦床。

(2) 環境地質條件。礦區處中低山區，侵蝕切割作用較強，新構造運動不發育，無活動性斷裂存在。礦區地質環境類型屬第二類，地質環境質量中等的礦區。

(3) 水文地質條件。礦區大部分礦體位于當地侵蝕基準面之上，地形有利于自然排水，屬于水文地質條件簡單的裂隙充水礦床。

(4) 礦區自然環境。礦區區域性氣候屬大陸性氣候，夏季短，多東南風，冬季長，多西北風，7～8月份屬雨季，年平均降雨量343.3～705.9 mm，11月開始冰凍，次年3月解凍，凍土最大深度1.31 m，最低溫度-28.3℃。

(5) 外部運輸條件。礦區北部10.5 km有G112國道通過，東南10 km有S244省道通過，石人溝鄉至G112國道、S244省道有鄉級公路相連，交通方便。

(6) 供電、供水。供電電源(10 kV)來自距采場約附近的干選車間，不設工業場地及生活用水設施，原生活設施設在破碎干選廠區東北方向，距離約100～400 m；用水系統由生活區統一考慮。

(7) 采剝施工。礦山基建的主要工程為露天采場擴幫剝巖，企業可自行施工，施工條件較好。對于圈定在境界內的共生磷和鈦礦石，設計時按利用考慮；對超貧磁鐵礦伴生磷和鈦礦石，設計全部利用。

4 采 礦

礦床屬沉積變質超貧磁鐵礦。礦區內除地表有植被處有較薄第四系覆蓋外，其他幾乎無第四系表土覆蓋。根據礦區自然地理及礦體賦存條件，為降低開采成本，確定大西溝超貧磁鐵礦淺部礦體采用露天開采。根據區域巖體條件和前期科研成果，確定露天邊坡垂直高度約200 m，臺階高度10 m，臺階坡面角65°，露天采場最終邊坡角不大于51°。

依照境界剝采比小于等于經濟合理剝采比、最終邊坡角不大于推薦值、332類及333類資源量礦體及圍巖中共生磷和鈦礦石資源量綜合利用等原則，采用浮動圓錐法圈定露天境界，共圈定兩個采場，其中：北采場位于13～7勘探線之間，地表長670 m，寬500 m左右。采場最低標高580 m，最高標高820 m，封閉圈標高670 m，總出入溝口位于采場東部9號勘探線附近。南采場位于5～12勘探線之間，地表長1600 m，寬320 m左右。采場最低標高470 m，最高標高660 m，封閉圈標高550 m，總出入溝口位于采場東部8號勘探線附近。

礦山開采臺階高度為10 m，開采至最終境界位置每2個臺階并段，并段高度為20 m；階段坡面角65°(地表風化部位46°)；采場安全平臺寬度5.5～8 m；采場運輸平臺寬度12 m(單車線9.5 m)；采場邊坡角46°～51°。

境界內礦石量3820.43萬t，巖石量5120.05萬t，平均剝采比1.34 t/t，其中北采場境界內礦石量1692.48萬t，巖石量2109.41萬t，平均剝采比1.25 t/t，南采場境界內礦石量2127.95萬t，巖石量3010.64萬t，平均剝采比1.41 t/t。

5 穿孔爆破與裝載工作

礦山選擇KQ200型潛孔鉆機穿鑿深孔，鉆孔直徑200 mm。采用微差爆破方法進行深孔爆破，根據底盤抵抗線的取值，設計礦石炮孔孔距為5.5 m，排距為4.5 m；巖石炮孔孔距a為6 m，排距b為5 m。每次爆破孔數45個，平均單孔炸藥消耗量為203.3 kg。

礦巖裝載設備均選用斗容3.5 m3的R964C型液壓挖掘機。北采場需液壓挖掘機3臺，配T220推土機2臺，ZL-50D前裝機1臺進行采場輔助作業；南采場需液壓挖掘機5臺，配T220推土機3臺，ZL-50D前裝機2臺進行采場輔助作業。

6 主要技術經濟指標

礦山主要技術經濟指標為礦山規模450萬t，北采場年采剝離總量475萬t，生產剝采比1.5 t/t，南采場年采剝離總量689萬t，生產剝采比1.65 t/t，北采場服務年限11 a，南采場服務年限10 a，開拓運輸方案采用公路開拓，汽車運輸，由上向下逐層開采，采礦單位產品耗電量0.69 kW·h/t，勞動定員318人，概算總投資25069.20萬元，礦石生產成本28.9元/t。

7 結論與建議

通過對大西溝超貧磁鐵礦的資源情況和綜合開采技術條件進行分析，確定了該礦的綜合開發利用方式，并利用現有技術資料，初步確定了礦山開采技術參數，為礦山進行下一步的設計和開采工作提供指導。但由于區域技術資料有限，有待進一步詳勘核實和進行實驗測量，因此提出以下建議：

(1) 礦區西北部礦體厚大，資源量向深部增加的可能性極大，礦山應申請擴大采礦權范圍，以科學合理利用礦山礦石資源；

(2) 本文僅是利用現有資料對礦區地下水涌水量進行了粗略估算，建議開展下一步工作前要進行專門的水文地質工作，查清礦區的水文地質條件，進一步核實地下水涌水量，為設計及生產提供詳實依據；

(3) 由于現有資料中巖石力學實驗數據有限，因此本文計算得到的邊坡安全系數與實際工程可能存在出入，僅對設計中的方案選擇有一定的參考價值，建議盡快開展邊坡工程地質勘查工作。

(4) 在生產中可通過爆破震動監測等手段的監測結果，不斷改進爆破方法和爆破參數，降低爆破擾動，減少地表水流進露天采場，確保露天邊坡穩定。

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2017-03-11)

盧立松(1980-)，河北邯鄲人，采礦工程師，主要從事礦山技術方案論證審定、礦山安全生產管理、礦山基礎建設和生產組織等工作，Email:lls1980@sina.com。