富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)優(yōu)化

李小軍，黃雷波

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)優(yōu)化

李小軍，黃雷波

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院在2003年設(shè)計(jì)了富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的最終能力4.5萬t/d的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)產(chǎn)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于德興銅礦13萬t/d的擴(kuò)能達(dá)產(chǎn)時(shí)間，只能通過擴(kuò)大銅廠采區(qū)的日出礦量，才能達(dá)到德興銅礦13萬t/d生產(chǎn)規(guī)模，這又導(dǎo)致銅廠采區(qū)的供礦壓力增大，服務(wù)年限縮短。本設(shè)計(jì)通過對(duì)富家塢原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，圈定合理的過渡境界，提出更為合理的“開放式”臺(tái)階下降方法，以提前實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)。

德興銅礦;富家塢采區(qū);陡幫開采;設(shè)計(jì)優(yōu)化;邊坡角;工程布置

1 概況

為了充分有效地回收利用德興銅礦深部表內(nèi)礦和原開采境界內(nèi)外的表外礦銅資源［1］，有效延長德興銅礦服務(wù)年限，為江銅集團(tuán)提供穩(wěn)定的銅原料供應(yīng)，經(jīng)過可行性研究論證，江銅集團(tuán)計(jì)劃對(duì)銅廠、富家塢、朱砂洪三個(gè)采區(qū)和大山選礦廠進(jìn)行綜合技術(shù)改造和擴(kuò)建，通過對(duì)大山選礦廠改擴(kuò)建、銅廠和富家塢采區(qū)擴(kuò)幫延深、改造銅廠現(xiàn)有的廢石運(yùn)輸系統(tǒng)、增加新型的大型高效采選裝備等綜合技術(shù)措施，使德興銅礦采選綜合生產(chǎn)能力從目前的10萬t/d增加到13萬t/d，在提升礦業(yè)技術(shù)水平和裝備水平、節(jié)能降耗的同時(shí)，開發(fā)并充分利用現(xiàn)有露天境界內(nèi)的表內(nèi)表外礦石和深部的銅礦資源，以進(jìn)一步加大規(guī)模效益，延長德興銅礦整體服務(wù)年限，強(qiáng)化德興銅礦可持續(xù)發(fā)展能力。

中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院在2003年做了富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)在2007年達(dá)到1.5萬t/d的生產(chǎn)規(guī)模上，經(jīng)過3～4年的時(shí)間達(dá)到過渡3萬t/d的生產(chǎn)規(guī)模，再用3年時(shí)間才達(dá)到最終設(shè)計(jì)4.5萬t/d出礦能力。銅業(yè)公司制定德興銅礦在2011年實(shí)現(xiàn)13萬t/d采選能力的目標(biāo)，目前銅廠采區(qū)的供礦能力為10萬t/d，若富家無塢采區(qū)不能在短期內(nèi)達(dá)到4.5萬t/d供出礦能力，銅廠采區(qū)需進(jìn)一步加大日供礦量，導(dǎo)致其剝采比嚴(yán)重失衡、大大縮短銅廠采區(qū)的服務(wù)年限［2］。為了盡早使富家塢采區(qū)達(dá)到4.5萬t/d的生產(chǎn)能力，并消除原官帽山滑坡體再次產(chǎn)生滑坡的可能性，必需對(duì)原初步設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，方能解決以上提到的各種問題。

2 富家塢采區(qū)現(xiàn)狀

富家塢采區(qū)北部分布有官帽山、西部分布有張家山，礦體周邊均有高山分布，官帽山、張家山為富家塢采區(qū)的兩座主山峰，原始標(biāo)高在600m以上。由于富家塢采區(qū)的礦石儲(chǔ)量分布的最高標(biāo)高為425m，最低標(biāo)高為－325m，要達(dá)到4.5萬t/d的生產(chǎn)能力上部需要?jiǎng)冸x的廢石量大，時(shí)間長，不利于兩個(gè)采區(qū)的均衡供礦。

根據(jù)地質(zhì)資料建立的礦體模型，采區(qū)的礦體主要集中在350m標(biāo)高以下，且跨越在兩個(gè)主山峰下部。設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的最終開采境界跨越了官帽山和張家山山頭，因此要實(shí)現(xiàn)均衡穩(wěn)定供礦，加快兩個(gè)主山峰的下降速度就成為必然。

由于采區(qū)的山勢(shì)陡峭，造成設(shè)備作業(yè)面狹小，通過前期的基建剝離和生產(chǎn)采剝已經(jīng)降至500m標(biāo)高。目前富家塢采區(qū)出礦臺(tái)階集中在張家山下部，有兩臺(tái)電鏟出礦作業(yè)，最低開采臺(tái)階標(biāo)高為320m，臺(tái)階作業(yè)面較小，若上部擴(kuò)幫剝離不能及時(shí)下降，下部出礦臺(tái)階的作業(yè)面越來越小，工程布置越來越困難，甚至?xí)霈F(xiàn)出礦停滯的局面，采區(qū)要按計(jì)劃達(dá)到4.5萬t/d的生產(chǎn)能力將不可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)采區(qū)達(dá)到4.5萬t/d生產(chǎn)能力的計(jì)劃要求，降低前期剝采比，使二期剝離形成的出礦臺(tái)階與現(xiàn)有的下部出礦臺(tái)階相銜接，減少臺(tái)階高差，消除原官帽山滑坡體再次產(chǎn)生滑坡的可能性，以及減少官帽山泥石流對(duì)下部出礦系統(tǒng)的影響，對(duì)官帽山和張家山陡幫開采進(jìn)行優(yōu)化是非常必要和重要的。

富家塢采區(qū)處于構(gòu)造剝蝕山區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，山勢(shì)陡峻，一般山坡自然坡度在40°～44°之間。礦體賦存于官帽山主峰東南側(cè)的盆地中，四面環(huán)山，礦床成因類型屬典型斑巖銅鉬礦床。該礦床規(guī)模巨大，礦體形態(tài)簡單，產(chǎn)狀穩(wěn)定，品位均勻，礦化連續(xù)性好。全區(qū)共圈出礦體50個(gè)，主礦體1個(gè)(1#礦體)，其儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的99.5%以上。1#礦體呈厚大的筒狀礦環(huán)，圍繞花崗閃長巖內(nèi)、外接觸帶分布，為本次設(shè)計(jì)開采對(duì)象。

3 實(shí)施方法與過程

露天開采有兩種基本方法，即臺(tái)階式開采(open pit mining)和條帶剝離式開采(strip mining)［3］。近年來，我國大部分有色金屬露天礦山仍以臺(tái)階式開采為主，幾十年來，露天開采方法沒有根本性變化，但采礦設(shè)備卻飛速發(fā)展，包括設(shè)備大型化及其性能的不斷改進(jìn)。采礦工程中的陡幫開采技術(shù)具有基建剝離量小，基建時(shí)間短，投產(chǎn)早，達(dá)產(chǎn)快，效益明顯的特點(diǎn)［4］，根據(jù)富家塢采區(qū)基建和生產(chǎn)現(xiàn)場情況，結(jié)合礦體模型進(jìn)行方案的可行性與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，該技術(shù)應(yīng)用于擴(kuò)建改造的富家塢采區(qū)無論是在經(jīng)濟(jì)上，還是在技術(shù)上都可行。富家塢陡幫開采設(shè)計(jì)主要涉及到臨時(shí)開采境界、陡幫角度及安全平臺(tái)等系列參數(shù)的設(shè)計(jì)、采區(qū)內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆返脑O(shè)計(jì)與原運(yùn)輸?shù)缆返你暯拥葐栴}。

3.1 技術(shù)參數(shù)的選擇

富家塢陡幫開采擴(kuò)幫境界和技術(shù)參數(shù)均參考中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)的最終境界和技術(shù)參數(shù)，470m坡頂線基本相似，其以上臺(tái)階因?yàn)楝F(xiàn)狀原因，略有差異。富家塢陡幫開采在張家山與官帽山下方布置較為明顯，臺(tái)階按照每兩個(gè)臺(tái)階做并段處理，留14m安全清掃平臺(tái)，根據(jù)礦山的地質(zhì)條件，主要是巖性條件，采用類比法確定露天礦的最終邊坡角［5］，設(shè)計(jì)陡幫邊坡角48°，張家山下部因布置了折返的運(yùn)輸?shù)缆?、預(yù)留了采區(qū)至排土場的通道，其陡幫邊坡角略小。陡幫開采設(shè)計(jì)的總體剝離總量控制在1.5億t以內(nèi)，預(yù)計(jì)在2012年擴(kuò)幫臺(tái)階下至350m臺(tái)階，形成4.5萬t/d供礦能力。因陡幫開采，相近臺(tái)階作業(yè)互相影響較大，在實(shí)施過程中控制臺(tái)階一般布置在四個(gè)臺(tái)階之內(nèi)，且要加強(qiáng)生產(chǎn)組織的管理，以提高作業(yè)設(shè)備的效率。

3.2 工程布置

中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院在2003年設(shè)計(jì)了富家塢采區(qū)陡幫開采圖，在后面的闡述里都簡稱“原設(shè)計(jì)”，圖1所示的是原設(shè)計(jì)富家塢采區(qū)“4.5萬t生產(chǎn)第一年年末圖”，本次的陡幫開采規(guī)劃與其相比較，主要有如下方面的優(yōu)化:

3.2.1 臨時(shí)邊坡的處理

原設(shè)計(jì)富家塢破碎站西面山頭的臨時(shí)邊坡處沒有預(yù)留電鏟作業(yè)所需的平臺(tái)和對(duì)應(yīng)的道路布置，到時(shí)第三期擴(kuò)幫時(shí)，電鏟、大車的聯(lián)合作業(yè)無法展開，需要用小型設(shè)備先打開工作面，將要花費(fèi)更多的時(shí)間、金錢;另一方面，因作業(yè)位置狹小，給設(shè)備作業(yè)留下不安全因素。原設(shè)計(jì)如圖1所示:

圖1 富家塢破碎站西部山頭——原設(shè)計(jì)

本次規(guī)劃充分考慮了最終境界的因素，預(yù)留了合適的作業(yè)平臺(tái)及大車運(yùn)行的道路，為采區(qū)的下輪大擴(kuò)幫工作做好了準(zhǔn)備。優(yōu)化后設(shè)計(jì)如圖2所示:

圖2 富家塢破碎站西部山頭——優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2.2 排土場出口優(yōu)化

原設(shè)計(jì)整個(gè)上部采區(qū)只留有500m、410m、320m三個(gè)排土場出口，上、下兩排土場之間段高為90m，排土段高相對(duì)較大，為今后的排土作業(yè)留下不安全因素［6］;待三期擴(kuò)幫剝離時(shí)，需多個(gè)臺(tái)階的廢石要連續(xù)上坡方能抵達(dá)排土場，如:電鏟作業(yè)至440m臺(tái)階時(shí)，電動(dòng)輪需要經(jīng)440m－455m－470m－485m－500m斜坡道方能到排土場排土，增加了生產(chǎn)成本。

本次規(guī)劃則留了500m、485m、455m、410m、350m、320m等多個(gè)排土場出口，上下排土場段高平均只有45m，提高了排土作業(yè)安全性;可選擇的排土點(diǎn)多，節(jié)省了排土的運(yùn)輸成本。

3.2.3 優(yōu)化陡幫封閉圈

富家塢采區(qū)的礦藏特點(diǎn)是，剝離量集中在采區(qū)上部，當(dāng)擴(kuò)幫達(dá)到4.5萬t/d的生產(chǎn)能力后，采區(qū)下部的剝采比小于1，下部出礦只需要3臺(tái)電鏟便能滿足供礦需求，其余的設(shè)備需返回上部采區(qū)，進(jìn)行三期的擴(kuò)幫作業(yè)。原設(shè)計(jì)最大的缺陷就是采區(qū)四周圍都使用了高陡邊坡設(shè)計(jì)，其中東面為最終邊坡，別外三面為臨時(shí)邊坡(圖3)，若進(jìn)行三期擴(kuò)幫剝離作業(yè)，設(shè)備需重新返回上部臺(tái)階(500m以上)進(jìn)行陡幫開采，經(jīng)計(jì)算需要五年以上的時(shí)間方能降至下部出礦臺(tái)階，可以看出，原設(shè)計(jì)的剝離作業(yè)表現(xiàn)為長周期性，再次擴(kuò)幫所需下降的臺(tái)階太多，達(dá)20個(gè)以上，剝離持續(xù)時(shí)間長，對(duì)下部出礦能力的銜接性和及時(shí)性都不能準(zhǔn)確預(yù)計(jì)。

本次陡幫開采規(guī)劃中，結(jié)合了富家塢采區(qū)的原始地形特點(diǎn)，在采區(qū)北面做了“開放”式設(shè)計(jì)(圖4)，即富家塢破碎站西面山頭整體降至395m水平后，在不壓礦的前提下，合理預(yù)留電鏟作業(yè)平臺(tái)，一方面減少了該處的剝離作業(yè)量，盡早實(shí)現(xiàn)富家塢采區(qū)4.5t/d出礦能力，另一方面，當(dāng)4.5t/d出礦能力形成后，可調(diào)配一臺(tái)電鏟至此處擴(kuò)幫剝離，與下部出礦臺(tái)階相差3至4個(gè)臺(tái)階，能在短時(shí)間內(nèi)降至下部出采區(qū)域，能延長4.5t/d出礦能力的持續(xù)年限，甚至為形成更大的出礦能力做好準(zhǔn)備。

3.3 剝離工程量比較

與原設(shè)計(jì)相同的是，待形成4.5萬t/d的出礦能力生產(chǎn)第一年后，擴(kuò)幫臺(tái)階最低降至275m臺(tái)階。各臺(tái)階作業(yè)量如下附表所示，中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院在2003年設(shè)計(jì)的富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)中，擴(kuò)幫總作業(yè)量為2.37億t，本次開采規(guī)劃中，擴(kuò)幫總體作業(yè)量為1.89億t，相差近5000萬t作業(yè)量，可提前將近一年的時(shí)間形成4.5萬t/d的出礦能力。

3.4 預(yù)計(jì)圖對(duì)比

(圖3)為:中國恩菲有色工程設(shè)計(jì)研究總院在2003年設(shè)計(jì)的富家塢采區(qū)陡幫開采設(shè)計(jì)達(dá)產(chǎn)第一年年末預(yù)計(jì)圖:

圖3 原設(shè)計(jì)達(dá)產(chǎn)一年年末圖

(圖4)為:本次優(yōu)化后的設(shè)計(jì)達(dá)產(chǎn)后第一年年末圖:

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)產(chǎn)一年年末圖

4 預(yù)計(jì)效果

合理的擴(kuò)幫境界及陡幫開采，大大加快了富家塢采區(qū)上部剝離的下降速度，能更好地與下部出礦臺(tái)階實(shí)現(xiàn)工程上的銜接，能更早形成4.5萬t/d供礦能力，減小銅廠采區(qū)供礦壓力，均衡兩采區(qū)的服務(wù)年限，為德興銅礦13萬t/d擴(kuò)能項(xiàng)目穩(wěn)產(chǎn)做好工程上的準(zhǔn)備。

由于加快了官帽山下降速度，塌陷邊坡得到了極早處理，減少了官帽山滑坡體、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，減少了其對(duì)運(yùn)礦公路及富家塢采區(qū)供出礦的影響。

［1］朱國山.德興銅礦表外礦的綜合利用［J］.有色金屬，1998，(1).

［2］郭振春.經(jīng)濟(jì)合理剝采比的計(jì)算方法和分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010，(10).

［3］周連碧.有色金屬進(jìn)展［A］.中南大學(xué)出版社，2007.

［4］高永濤，吳順川.露天采礦學(xué)［A］.中南大學(xué)出版社，2010.

［5］趙文.巖石力學(xué)［A］.中南大學(xué)出版社，2010.

［6］劉志強(qiáng).德興銅礦富家塢采區(qū)高段排土安全管理［J］.銅業(yè)工程，2008，(1).

The Optimization of Fujiawu Steep Slope Mining Design

LI Xiao－jun，HUANG Lei－bo

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

China Nonferrous Engineering and Research Institute designed the steep slope mining project of Fujiawu mining area in 2003.The designing production capacity of 45，000 t/d is far behind the time to reach the expanded production capacity of 13 million t/d at Dexing Copper.The only way to achieve Dexing Copper＇s production capacity of 130，000 t/d is to increase daily mining capacity of Tongchang mining area.However，it increases the mining pressure of Tongchang mining area and shortens the service time as well.This design optimizes the original Fujiawu mining design，sets a reasonable transition state，and proposes a more reasonable" open"step－down approach to realize the production target ahead of schedule.

Dexing copper mine;Fujiawu mining area;steep slope mining;design optimization;slope angle;project layout

TD862

C

1009－3842(2011)04－0019－03

2011－04－12

李小軍(1978－)，男，漢族，湖南永州人，大學(xué)本科，采礦工程師，主要從事露天礦山的工程設(shè)計(jì)和計(jì)劃編制，E－mail:26620701@qq.com