深凹露天礦山粗碎站移設方案的研究

王 麒，劉 威，王 亮，于梓豐，吳志波

北方礦業有限責任公司 北京 100053

露 天礦山礦石運輸方案的選擇是影響礦山生產和經濟效益的主要因素。據統計，運輸成本占大型露天礦山生產總成本的 50% 左右[1]。隨著開采年限的增加，國內許多大型露天礦山逐步轉入深部開采，面臨運輸成本的增加，迫切需要解決深凹露天礦山的運輸問題。經過多方案比選和研究，采用了將破碎站由開采境界外移設至露天坑內的方案。國內有過破碎站移設經驗的金屬礦山主要有鞍山齊大山鐵礦、首鋼水廠鐵礦、山西太鋼袁家村鐵礦、德興銅礦和內蒙古烏努格吐山銅鉬礦。礦山根據自身的情況采用了不同的移設方案和破碎站形式，最終都起到了提高運輸效率，降低運輸成本，提高經濟效益的目的。

某大型露天礦山經過近 20 年的大規模開采，已形成深凹露天礦坑。隨著露天采場向深部延深，礦體重心下移，汽車運距逐年增加，導致運輸效率下降，運輸成本急劇上升。為充分有效地開采深部資源，提高經濟效益，露天礦山深部開拓運輸方案顯得尤為重要。

1 礦山現狀

該露天礦山生產規模為 3 000 萬 t/a，采剝總量約 6 900 萬 t/a。礦山主要設備包括 250 mm 孔徑牙輪鉆機、22 m3大型電鏟、186 t 礦用卡車和推土機等輔助設備。礦山最高臺階標高為 +315 m，坑底臺階標高為 -345 m，塹溝口標高為 +120 m，高差 655 m；臺階高度為 15 m，并段后為 30 m，臺階邊坡角為 55°～65°，最終角為 45°。在露天采場開采境界內，開拓運輸系統采用汽車運輸，礦石由礦用卡車運輸至礦石粗碎站，礦石粗碎站配置有 2 臺國產 5474 型旋回破碎機，可處理 6 萬 t/d 的礦石量。破碎站內設有 1臺型號為 100/20 t 橋式起重機，每臺旋回破碎機配有1 臺液壓碎石錘，用于大塊礦石的破碎。破碎機下方設有成品礦倉，礦倉底部各配有 1 臺 2000×6250 重型板式給料機給料，可以將破碎后的礦石輸送到 1、2 號帶式輸送機，最終運輸至選礦廠粗礦堆。

目前，礦山最低開采臺階標高為 -60 m，礦石粗碎站布置在最終開采境界外 150 m 水平，汽車爬坡高度已高達 210 m，經統計汽車運輸距離約為 3 km，已達到汽車運輸經濟運距的上限。隨著開采向深部延深，最終開采臺階將降至 -345 m。因此，現有的礦石粗碎站位置已不再適應該露天礦山，需要將礦石粗碎站的位置移至露天坑內，以節約礦石運輸成本，提高礦山經濟效益。粗碎站移至露天坑內后，破碎設備是利舊還是新購，主要考慮以下幾方面因素：

(1) 現有粗碎站內 2 臺國產旋回破碎機已使用近 20 年，接近其設計使用壽命，故障率高，運轉率低，設備陳舊，維護成本高；

(2) 露天坑內擬建粗碎站位置的場地有限，如果將 2 臺旋回破碎機都移至坑內，勢必增加基建工程量，并積壓部分礦石；

(3) 在露天坑內擬建粗碎站位置建設 2 座粗碎站，增加車場布置難度的同時，也增加了生產管理調度的難度；

(4) 全部利用原有破碎機，施工對生產影響較大。

綜合考慮以上幾方面因素，筆者推薦新購 1 臺處理能力更大的旋回破碎機作為新建露天坑內粗碎站的破碎設備，現有設備達到設計使用年限后做報廢處理。

2 礦石粗碎站移設方案研究

礦石粗碎站移設位置選擇主要考慮以下幾個因素[2-3]。

(1) 選擇的粗碎站標高在服務周期內，保證露天坑內礦石的汽車運距在經濟合理運距以內。

(2) 布置粗碎站的平臺尺寸能滿足車輛通行和卸礦要求。

(3) 盡可能選擇工程地質條件好的位置，減少粗碎站土建費用。

(4) 通常考慮將露天坑內粗碎站的位置放在固定邊幫上，避免頻繁移設，減少移設費用和對生產的影響。

(5) 如不具備建設永久粗碎站的條件，粗碎站在坑內需要多次移設時，可根據經濟比較結果，選擇壓礦布置。若前期粗碎站位置壓礦，可通過增加轉載帶式輸送機的形式，增加粗碎站選址的靈活性；粗碎站搬遷后再對該區域進行回采。

(6) 破碎后的礦石需通過帶式輸送運輸系統轉運出露天采坑。選擇帶式輸送機線路時應沿固定邊幫布置，當露天邊坡穩定且沒有其他線路干擾時采用露天布置，不具備條件時采用井巷布置[4]。

根據礦山現狀圖和礦體模型估算，截止到目前，礦山開采境界內可采礦量為 49 584 萬 t。采用Datamine 礦業軟件對露天開采最終境界內臺階礦巖量分布情況進行了統計和分析[5]，并結合礦石開采重心與現有礦石粗碎站的水平運輸距離和高程變化，對礦石運輸距離進行了估算。

結合礦山未來幾年的生產計劃和開拓運輸系統布置，初步擬定了 2 個可行的礦石粗碎站搬遷位置。其中，位置 A 為現露天坑開采底部靠近西南部位置的一座巖島處，臺階標高為 -30 m。據統計，該臺階以上礦石量占統計礦石量的 40.5%，-135 m 臺階以上礦石量占統計礦石量的 80.1%。將粗碎站放在此臺階，可以使 80.1% 的礦石運輸距離控制在 3 km 以內，最終開采臺階 -345 m 的礦石運輸至該位置的運距在 4 km左右。

位置 B 位于露天坑西側 +60 m 臺階，該處上部已剝離靠近邊幫，粗碎站布置在此臺階不會與礦山的運輸系統和排水系統產生交叉，對生產影響小。據統計，+60 m 臺階以上的礦石量占統計礦石量的 8.9%，-45 m 臺階以上的礦石量占統計礦石量的 50.3%。將粗碎站放在此臺階，可以使 50.3% 的礦石運輸距離控制在 3 km 以內，并穩定運行 8 a 以上；后期隨著礦石開采重心下移再研究粗碎站下移位置，初步考慮粗碎站二次移設位置在 -105 m 臺階，使全部礦石運輸距離控制在 3 km 以內。

按照上述 2 個可選位置，結合目前礦山的生產實際情況，還需要對礦山近年的生產計劃進行調整，提前進行粗碎站位置附近礦巖的采剝和運輸系統的調整，以保證方案技術上的可行。方案 A 與方案 B 的建設投產運營時間也是方案優劣的一個重要因素。方案 A 的位置目前雖然已經剝離露出，但要想將礦石運至此臺階，還需要調整運輸道路，與現有運輸系統形成銜接。另外，位置 A 與目前粗碎站位置之間還有一定量的礦巖需要采剝，之后才能布置帶式輸送轉運系統。方案 B 的位置雖然已經靠幫，但下部附近還有部分礦廢石需要采剝，也需要調整運輸道路，與現有運輸系統形成銜接，也不具備建設條件。針對擬定的 2 個方案，需要重新對近年開采計劃進行局部調整，估算 A 位置在排產第 3 年具備建設條件，考慮 1年的建設期，第 4 年可投入運行。B 位置在排產第 2年具備建設條件，考慮 1 年的建設期，第 3 年可投入運行[6]。

綜合考慮以上因素，經過技術經濟比較，對項目投資與投入使用前后運營成本變化的對比分析，最終確定方案 A 為最優方案[7]。

為進一步驗證礦石粗碎站移設方案的可行性，通過 Gemcom 軟件對 3 個方案的運輸路徑進行了模擬計算，評估目標礦塊從開采位置到最終卸載位置的加權平均運距。

(1) 方案一 粗碎站不搬遷，在現有 150 m 水平繼續使用；

(2) 方案二 粗碎站在第 4 年搬遷至 -30 m 臺階使用；

(3) 方案三 粗碎站在第 3 年搬遷至 +60 m 臺階使用。

將礦山現狀圖、礦體模型和生產數據等參數導入軟件中，礦巖量及可采礦石品位統計情況如圖 1、2所示。

圖1 礦石量統計Fig.1 Statistics of ore mass

圖2 礦石品位Fig.2 Grade of ore

從統計情況來看，模型中探明級別的礦石量約為 2.54 億 t，品位達到 0.45%；控制級別的礦石量約為 1.77 億 t，品位為 0.39%；推斷級別的礦石量約為0.65 億 t，品位為 0.38%。

模擬模型輸入約束條件，輸入最終開采境界、運輸量、運輸線路和礦石粗碎站位置坐標。礦石運輸線路如圖 3 所示[8]。

圖3 礦石運輸線路Fig.3 Ore transportation

模擬各方案統計得出礦山開采界內每年開采礦石的噸公里指標中，方案二礦石每年的噸公里數最小，方案三次之，方案一最大。因此，將粗碎站搬遷至-30 m 臺階是合理的。

3 礦石粗碎站形式選擇

移設后的礦石粗碎站形式可以考慮固定式破碎站或半移動式破碎站[9]。固定式破碎站通常設置在露天采場境界外附近、中間臺階上，具體位置依可供利用的地形高差及工程地質條件而定。采用固定式破碎站要求破碎站位置相對固定，服務年限長，受爆破影響較小，能布置一定容量的貯礦設施來調節物料的轉運，基建總投資較省；缺點是建、構筑物工程量大，施工時間較長。

半移動式破碎站多設在露天采場工作平臺上，隨著開采的延伸而向下移設，布置時受工作平臺寬度、高度的制約。其優點是可縮短露天采場內礦石的運距，建、構筑物均比較簡單，可做成鋼結構，便于拆遷；缺點是基建初期投資較高，受所服務臺階礦量的限制，服務年限較短，移設時對生產會產生影響，因破碎站隨著開采臺階移設，在其周圍進行爆破作業時需要采取一定的安全措施[10]。

從技術方面看，采用任何一種破碎站形式都是可行的。因此，選擇哪種形式更適合礦山，主要考慮其建設的經濟性。為此，對 2 種破碎站形式的投資、運營成本進行了技術經濟比較，分析結果為采用半移動式破碎站的投資約為 8 300 萬元，采用固定式破碎站的投資約為 7 900 萬元，2 個方案運營成本相當。結合前面介紹的破碎站移設方案，該破碎站移設到 -30 m 臺階后可服務至礦山開采結束，不需要再進行移設。因此，推薦采用固定式破碎站。

4 結語

通過分析深凹露天礦山開采范圍和開采期間內各開采臺階、開采年份所對應的礦石量運輸成本的變化，利用多方案技術經濟研究比較，得到移設成本低、建設進度快、綜合經濟效益最優的粗碎站移設方案。該移設方案對礦山的后續生產起到了有效的指導作用，以期達到降低礦山采礦運輸綜合成本，并為其他深凹露天礦粗碎站的移設提供參考。