長山壕金礦東露天采場境界重新圈定及其穩定性分析

焦金偉

摘要：露天礦山邊坡穩定性是礦山安全生產的主要影響因素之一。針對長山壕金礦東露天采場逐漸轉入深部開采后出現的多處區域不同規模的滑坡及不穩定現象，對原東露天采場境界進行重新圈定，并對重新圈定的露天境界邊坡進行了穩定性分析。詳細介紹了東露天采場境界方案比選、道路參數的選擇與設置、露天境界的重新圈定及邊坡穩定性分析等。結果表明，優化后的露天境界邊坡整體處于穩定狀態，滿足安全生產要求。

關鍵詞：露天礦山;深部開采;邊坡;露天境界;邊坡角;穩定性

中圖分類號：TD854文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）04-0038-04doi：10.11792/hj20200408

內蒙古太平礦業有限公司長山壕金礦（下稱“長山壕金礦”）東露天采場逐漸轉入深部開采后，多處區域出現不同規模的滑坡及不穩定現象，造成采場主運輸道路中斷，加固設施破壞，不能按照原設計靠界、放緩邊坡角，增加安全平臺寬度等難題;已經嚴重威脅露天采礦作業的安全，制約礦山露天采礦長期計劃的實施。為了緩解礦山存在的上述難題，需要對原東露天采場設計進行修改，提高東露天采場邊坡穩定性，滿足礦山安全生產的需要。本文依據長山壕金礦東露天采場最新邊坡穩定性研究成果，重新確定露天境界最終邊坡角參數，對原東露天采場設計進行修改，采用Micromine礦業軟件進行露天境界重新圈定與優化，并對初步重新圈定的東露天采場境界邊坡進行穩定性計算，根據計算結果對境界邊坡參數反復優化，使其滿足GB 50771—2012 《有色金屬采礦設計規范》和GB 51016—2014 《非煤露天礦邊坡工程技術規范》安全系數要求。

1 工程背景

長山壕金礦位于內蒙古自治區烏拉特中旗新忽熱蘇木北10 km的浩堯爾忽洞地區，屬于低品位特大型黃金礦山。長山壕金礦于2007年10月投產，露天開采，分為東露天采場和西露天采場，生產規模為20 000 t/d。2014年，擴建工程新增生產能力20 000 t/d，同年西露天采場生產接近尾聲，擴建工程主要為東露天采場，擴建后生產能力為40 000 t/d，服務年限10 a。

東露天采場位于內蒙古西部陰山山脈，屬緯向構造帶，礦區地形地貌條件簡單，地層巖性較復雜，巖體軟弱夾層和薄層發育帶均構成貫通性宏觀軟弱面，對露采邊坡的穩定構成較大威脅;采用單一汽車運輸方式，臺階高度12 m（部分并段后24 m），最終邊坡角42°～44°。2006年至2018年，已開采12 a，現最高開采標高1 696 m，最低開采標高1 438 m。隨著東露天采場采深不斷延深，邊坡高度不斷加大，滑坡規模越來越大，頻率也愈加頻繁，僅2016至2017年就發生9起較大規模的滑坡事故。從滑坡的位置分布來看，廣泛分布在東露天采場南幫中下部和北幫。長山壕金礦對這些滑坡區域通過局部削方、留置寬平臺，降低臺階高度和坡面角等手段，勉強維持生產;局部地區雖然經過了邊坡加固，但是仍舊發生了大規模的滑坡災害，嚴重威脅礦山的安全生產。

為解決東露天采場威脅安全生產的問題，依據《內蒙古太平礦業有限公司邊坡穩定性評價及危險性區劃研究結題報告》，經過現場踏勘，采用Micromine礦業軟件對露天境界進行優化和重新圈定，并對重新圈定的露天境界邊坡進行了穩定性分析。

2 露天境界圈定

2.1 境界圈定原則

長山壕金礦東露天采場重新進行露天境界圈定的原則主要有：

1）以Micromine礦業軟件現金流法進行境界優化圈定。

2）以平均剝采比不小于經濟合理剝采比校核露天境界[1]。

2.2 經濟合理剝采比的確定

根據礦床開采技術條件、地質品位、采剝成本、堆浸回收率及預測的黃金價格等技術經濟指標，計算經濟合理剝采比[2]。計算參數及計算結果見表1。

本次設計選取的經濟合理剝采比為8.06 m3/m3。

2.3 露天境界最終邊坡角

露天境界最終邊坡角根據《內蒙古太平礦業有限公司邊坡穩定性評價及危險性區劃研究結題報告》推薦的邊坡角進行選取，選擇的露天境界最終邊坡角：北幫取36.5°，南幫取38.0°。

2.4 境界優化主要參數

采用Micromine礦業軟件，根據確定的技術經濟參數進行境界圈定及優化。境界優化主要輸入參數見表2。

2.5 露天境界方案

2.5.1 Micromine嵌套境界圈定

采用Micromine礦業軟件分別按照露天底標高1 156 m、1 168 m、1 180 m、1 192 m、1 204 m進行露天境界圈定，圈定結果見表3。

2.5.2 Micromine嵌套境界經濟分析

按照表3中技術經濟參數對各境界進行效益分析，分析結果見表4。

2.5.3 露天境界底標高選擇

1）經濟分析。根據表4多境界效益分析結果可知，底標高1 204 m境界優于底標高1 192 m境界，底標高1 192 m境界優于底標高1 180 m境界。

2）技術分析。

（1）露天底標高1 204 m境界。露天底標高1 204 m 境界邊坡與開采現狀邊坡重合度非常高（見圖1），現場施工中施工面無法滿足最小采礦工作面寬度要求，技術上不可行。

（2）露天底標高1 192 m境界。露天底標高1 192 m 境界邊坡與開采現狀邊坡間距較小（見圖2），現場施工中施工面難以滿足最小采礦工作面寬度要求，技術上不可行。

（3）露天底標高1 180 m境界。露天底標高1 180 m 境界邊坡與開采現狀北坡間距40～60 m，南坡間距30～50 m，南北坡均有少量局部邊坡間距較小（見圖3），基本滿足現場施工最小采礦工作面寬度要求，技術上可行。

3）露天境界方案選取。露天底標高1 180 m境界經濟上合理，技術上可行，設計推薦選用露天底標高1 180 m境界。

2.6 道路參數選擇及設置

1）礦山現有礦巖運輸設備。長山壕金礦東露天采場現有礦巖運輸設備有用于巖石剝離的220 t電動輪自卸汽車（車寬7.3 m）和TR100 t自卸汽車（車寬5.9 m），用于采礦生產的TR50 t自卸汽車（車寬4.1 m）[3]。

2）道路參數選擇。

（1）1 252 m臺階以上。礦山主運輸道路寬度按照220 t電動輪自卸汽車進行設計，計算雙車道道路寬26.0 m，考慮境界邊坡常有塌落發生，選取雙車道道路寬32.0 m，增加的6.0 m寬用于攔截塌落廢石及塌落廢石清理。道路坡度8 %，每300 m坡長設緩和坡段60 m。

（2）1 204～1 252 m臺階。礦山運輸道路主要用于礦石運輸，道路寬度按照TR50 t自卸汽車進行設計，雙車道道路寬20.0 m。道路坡度8 %，每300 m坡長設緩和坡段60 m。

（3）1 180～1 204 m臺階。礦山運輸道路主要用于礦石運輸，道路寬度按照TR50 t自卸汽車進行設計，單車道道路寬13.8 m。

2.7 圈定露天境界

根據已確定的最終邊坡角、運輸道路參數等，對選取的露天底標高1 180 m境界進行詳細圈定。先對初步圈定的露天境界進行穩定性分析計算，再對圈定后的露天境界邊坡參數進行調整優化。經過反復調整優化，使設計的露天境界處于整體穩定狀態。圈定后的露天境界參數見表5，露天境界內礦巖量見表6。

3 露天境界邊坡穩定性分析

3.1 設計安全系數綜合選取

1）根據GB 50771—2012 《有色金屬采礦設計規范》和GB 51016—2014 《非煤露天礦邊坡工程技術規范》，長山壕金礦在考慮邊坡巖體自重和地下水條件下（荷載組合Ⅰ）的設計安全系數為1.25～1.20，考慮到本區域水文地質條件簡單、地下水不發育的特點，在荷載組合Ⅰ條件下僅考慮邊坡巖體自重進行穩定性計算。

2）露天礦邊坡受多次生產爆破的影響，因此必須考慮自重及爆破震動（荷載組合Ⅱ）作用下的穩定性計算，且設計安全系數為1.20～1.15。

3）礦區處于低于6度的地震烈度范圍內，根據GB 50771—2012 《有色金屬采礦設計規范》規定，邊坡穩定性分析不再考慮地震條件下荷載組合Ⅲ工況。

3.2 穩定性分析

對重新圈定的露天境界邊坡進行穩定性計算，優化前N1、N3、S3剖面穩定性微差，經再次優化后全部剖面達到穩定要求。境界各剖面設計及優化后安全穩定性系數見表7，再次優化的露天境界的安全穩定性分析結果表明，優化境界的各邊坡剖面均處于整體安全穩定狀態，滿足GB 50771—2012 《有色金屬采礦設計規范》和GB 51016—2014 《非煤露天礦邊坡工程技術規范》安全系數要求。優化境界及邊坡穩定性分析剖面見圖4。

4 結 語

根據長山壕金礦東露天采場礦床開采技術條件等，采用Micromine礦業軟件對露天境界進行了重新圈定。重新確定了經濟合理剝采比，設計5種露天底標高境界圈定方案，經過經濟技術對比選擇露天底標高1 180 m境界固定方案，并選擇合理的道路參數。對重新圈定的露天境界邊坡進行穩定性分析可知，重新圈定的東露天采場境界的各邊坡剖面均處于整體安全穩定狀態，安全系數滿足要求。長山壕金礦東露天采場境界重新圈定及優化，提高了邊坡整體穩定性，保障了采礦生產安全，同時也緩解了礦山供礦困難的問題，為采礦長期計劃的實施提供了有力支撐。

[參 考 文 獻]

[1] 《采礦設計手冊》編委會.采礦設計手冊：礦床開采卷[M].北京：中國建筑工業出版社，1987.

[2] 王運敏.現代采礦手冊[M].北京：冶金工業出版社，2012.

[3] 王運敏.中國采礦設備手冊[M].北京：科學出版社，2007.

Abstract：The slope stability is one of the major issues of safe mining operation in open-pit mines.The east open-pit stope of Changshanhao Gold Mine is gradually shifting to deep mining，during which many areas incur land slides of different scale and instability.In light of that，the previous east open-pit boundary is re-delineated and the slope stabi-lity of the re-delineated open-pit boundary is analyzed.The paper in detail introduced the comparison and selection of the east open-pit stope boundary，the selection and settings of road parameters，the re-delineation of open-pit boundary and slope stability analysis.The results show that the slope of the optimized open-pit boundary is generally stable and can meet the requirement of safe production.

Keywords：open-pit mine;deep mining;slope;open-pit boundary;slope angle;stability