傾斜條帶陡幫開采在分期境界擴幫中的應用

雷 雨

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

S礦地質資源儲量較大、品位較高，但是礦體埋藏深度大，覆蓋巖層厚，如果采用全境界開采，勢必會面臨礦山基建剝離量大、初期生產剝采比高等不利局面。為了降低項目投資風險，提升礦山前期經濟效益，項目最終采用分期建設的模式，一期礦山開采規模455萬t/年，二期規模擴大到910萬t/年。礦山2013年開始一期基建，已于2016年達到一期455萬t/年設計規模?？紤]到礦山一期經濟效益較好，投資資金充沛，電力制約解除等因素，業主要求盡快開展礦山二期建設，實現礦山規模效益。但是，S礦礦體埋藏深、覆蓋巖層厚度大的特點依然存在，而且一期開采將大量的巖石剝離推遲至二期境界內，因此如何經濟合理地擴幫過渡至二期境界成為了項目二期建設的首要難題。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采工藝，針對傾斜條帶的合理劃分，采用礦山計劃三維編制軟件反復大量地進行方案試排，最終得到了技術上可行、經濟上較優的擴幫過渡方案，可為今后類似礦山項目的分期境界擴幫過渡提供參考與指導。

1 礦山概況

1.1 礦床地質特征

S礦屬于“早期沉積富集”“晚期熱液改造富集”“表生富集”，受“區域性逆沖推覆構造”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。礦區范圍內主要圈定出兩條平行層狀產出礦體，礦體產狀沿南北方向，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，地表邊界呈現向西北開口的不規則的倒元寶狀。主礦體賦存標高1 435 m～1 000 m，東西方向寬約2 700 m，南北方向寬約2 000 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 礦山開采

S礦在20世紀70年代已進行過露天開采，于90年代停采，形成東、西兩個采坑，通過對過去礦山生產資料的分析，礦山的水文地質和工程地質條件均比較復雜，如果采用地下開采方式，無論是礦山建設還是生產安全都將面臨許多不確定性因素，需要解決諸多技術難題；相反，采用露天開采，雖然存在剝采比高、排土場占地面積大等不利因素，但具有建設可控性強，基建周期短，生產成本低等有利因素。因此，推薦繼續采用露天開采的方式進行采礦工作。

1.2.1露天境界

依據建立的三維地質模型，結合礦山現狀圖、邊坡參數計算推薦值、經濟參數參考值，采用Whittle-4X軟件優化比選之后，最終圈定了礦山的露天開采終了境界(見圖1)，境界內礦石量16 479.49萬t，廢石總量為151 800.32萬t，平均剝采比9.21 t/t，詳見表1。

表1 露天境界要素

1.2.2分期開采

通過對境界內礦巖分布特征分析，不難發現礦體上部覆蓋層較厚，最大厚度達300 m以上，1 275 m以上礦石累計只有777.25萬t，占境界內礦石總量4.72%，而1 275 m以上巖石累計7.37億t，占境界內巖石總量48.57%；而且，集中分布在境界南部區域的淺部礦體平均厚度較小。如果采用全境界開采，勢必形成礦山基建剝離量大、初期生產剝采比高、達產周期長等不利局面。

為降低項目建設投資風險，S礦分兩期建設，一期礦山開采規模455萬t/年，二期規模擴大到910萬t/年。為減少基建剝離，在東、西采坑區域位置圈定了一期臨時境界，從而把大量巖石推遲到后期剝離，提高礦山的經濟效益。一期境界內礦石量合計5 085.83萬t，巖石量合計40 280.85萬t，平均剝采比7.92 t/t，詳見表2。一期臨時境界與最終境界平面關系見圖2。

表2 一期臨時境界要素

2 傾斜條帶陡幫開采工藝

傾斜條帶陡幫開采方式是為了最大程度推遲剝離洪峰[1]，改變原有自上而下的逐水平推進方式，沿擴幫方向劃分為若干個傾斜條帶，逐條帶擴幫推進[2]；為進一步推遲剝巖，加陡工作幫坡角，擴幫條帶上工作幫上并不是每個臺階都布置挖掘機設備，即其中一部分臺階是作業臺階，另一部分臺階則是暫不作業臺階。作業臺階和暫不作業臺階輪流開采[3]。

傾斜條帶陡幫開采示意圖如圖3所示。

為滿足傾斜條帶陡幫開采安全生產要求，傾斜條帶臨時邊幫參數確定如下[4,5]：

1)臺階高度15 m，并段高度30 m；2)臺階坡面角：60°；3)安全平臺寬：15 m；4)接碴平臺寬：30 m(每隔60 m高差留設一個);5)臨時邊幫道路寬度：36 m。

3 分期境界擴幫過渡方案

3.1 礦山開采現狀

S礦采場現在生產是按照《S礦項目一期工程初步設計》進行，采用外包方式生產。一期工程分東、西兩個露天開采臨時境界，東區境界露天底標高1 230 m，封閉圈標高1 410 m。西區境界露天底標高1 110 m，封閉圈標高1 395 m。礦山目前正在一期境界內進行生產，礦山2013年8月開始基建剝離，2016年達產，達到455萬t/年一期設計規模。礦、巖運輸均采用公路開拓汽車運輸方式。礦石用汽車運到采場北部位于選廠附近的礦石粗破碎站，破碎后的礦石經膠帶運至選廠原礦堆場。巖石通過汽車運至采場南部的排土場，排土標高為1 440 m和1 460 m。露天采場現有主要采礦生產設備為：阿特拉斯φ250 mm鉆機、卡特10 m3液壓鏟、北方重汽91 t礦用汽車及相應數量的推土機、前裝機等輔助采礦設備。

根據業主提供的2018年采掘計劃，截至2018年年末：

東區采場開采最低標高為1 260 m水平，1 275 m以上已經靠幫。一期境界內剩余礦石量404.2萬t，巖石量745.9萬t。

西區采場開采最低標高為1 222 m水平，開采最高標高為1 320 m水平，1 320 m以上已經靠幫。一期境界內剩余礦石量2 794.4萬t，巖石量1.63億t。

整個一期境界內剩余礦石量3 198.67萬t，巖石量1.71億t。

3.2 擴幫過渡方案總體目標及要求

1)2019年開始擴幫過渡，2021年實現投產，確保2022年達到二期910萬t/年規模；

2)為保證礦山經濟效益，達產后生產剝采比應不超12 t/t；

3)盡可能降低擴幫過渡期間剝離量。

3.3 擴幫首采區選擇

通過分析淺部礦體的空間分布位置，選擇南部“鼻梁”區域作為擴幫首采區域，一方面可通過擴幫早日見礦，盡快過渡到910萬t/年規模；另一方面，該部位開采能盡早使二期境界南部區域靠幫，為整個礦山礦巖開拓運輸系統布置創造有利條件。

3.4 擴幫條帶劃分

傾斜條帶的劃分不僅要推遲足夠的剝巖量，同時也要考慮條帶下部礦體能夠滿足年采礦石規模。通過分析，單靠一期境界出礦不能滿足2021年投產要求，因此必須縮小二期第一條帶寬度、加快條帶下降速度，確保擴幫區域2021年能夠配合出礦，實現投產目標；考慮到合理的擴幫條帶寬度以及二期境界內礦巖量等因素，本文認為劃分三個條帶擴幫比較合理；進一步對逐水平礦巖分布特點分析后，認為將第一條帶向東北方向旋轉傾斜布置，第二條帶向西南方向旋轉傾斜布置，可以更好地推遲剝巖，同時能解放出更多的深部礦量，詳見圖4。

3.5 最終擴幫過渡方案

為了優化條帶位置，本文對3個條帶的寬度以10 m為一個步長，進行了大量試排后，最終確定了條帶位置及擴幫過渡方案：

1)第一條帶寬約1 100 m，2019年開始擴幫，2022年與一期境界正常采剝區銜接。開采深度1 425 m～1 230 m，擴幫平均下降速度為48.7 m/年；

2)擴幫第二條帶寬約350 m，2021年開始擴幫，2028年與第一條帶采剝區連通。開采深度1 425 m～1 110 m，擴幫平均下降速度為39.4 m/年；

3)擴幫第三條帶寬約350 m，2026年開始擴幫，2034年擴幫結束。開采深度1 395 m～1 080 m，擴幫平均下降速度為34.5 m/年。

4 結論

1)采用傾斜條帶陡幫開采工藝擴幫過渡，有效地推遲剝離洪峰，減少了二期基建剝離量，節省了投資；

2)采用傾斜條帶陡幫開采工藝擴幫過渡，2021年采出礦石728萬t，實現了投產目標，2022年順利達到910萬t/年二期生產規模；

3)采用傾斜條帶陡幫開采工藝擴幫過渡，達產及以后年限生產剝采比控制在12 t/t，保障了礦山二期生產經濟效益。