建德市欽堂礦區(qū)大理石巖礦開采方案

王云土

(浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院)

建德市欽堂礦區(qū)大理石巖礦開采方案

王云土

(浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院)

針對浙江省建德市欽堂礦區(qū)開采存在的問題，采用地下開采方式對區(qū)內(nèi)大理巖礦進(jìn)行開發(fā)，并與優(yōu)化后的露天開采方式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益對比分析。結(jié)果表明：采用地下開采方式可大幅度提升礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少對礦區(qū)林地的征占，有助于保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

大理巖 露天開采 地下開采 經(jīng)濟(jì)效益 生態(tài)環(huán)境

浙江省建德市欽堂鄉(xiāng)方解石礦開采歷史悠久，礦區(qū)內(nèi)形成了大面積采空區(qū)。由于礦區(qū)開采條件較復(fù)雜，特別是地表表土剝離層較厚(剝采比大)，導(dǎo)致礦山企業(yè)剝離費(fèi)用高，加上礦巖接觸面凹凸不平，起伏較大，難以徹底去除表土，在采掘過程中，部分剝離表土混入礦石中，降低了礦石品質(zhì)，導(dǎo)致礦石價(jià)格維持在較低水平，大大降低了礦山企業(yè)的生產(chǎn)利潤。為有效提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有必要對該礦的開采方案進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)概況

1.1 地 層

欽堂礦區(qū)大理巖礦主要分布于大巖山背斜兩側(cè)， 礦區(qū)出露地層較簡單，除第四系(Q)外，僅出露石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)和泥盆系上統(tǒng)西湖組(D3x)等2個地層單元，巖性較簡單。地層總體傾向SE，傾角13°～41°。

(1)第四系(Q)。山坡以坡積層為主，巖性為殘坡積松散土黃色—土紅色砂土，在坡腳和谷地則由沖洪積砂礫石和砂土組成，夾有大量轉(zhuǎn)石，成分主要有石英砂巖、碎斑熔巖等，厚0～12 m。

(2)石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)。原巖為灰?guī)r，經(jīng)熱變質(zhì)后形成大理巖，由于熱變質(zhì)，化石被破壞，大部分層理已消失，且未見頂?shù)?，總厚度大?00 m。

(3)上泥盆統(tǒng)西湖組(D3x)。巖性為灰白色中—厚層狀、塊狀石英砂巖夾白色含礫石英砂巖、石英砂礫巖和灰黃色長石石英砂巖，巖石常見次生石英巖化，粒間緊密，該組頂?shù)孜匆姡穸却笥?00 m。

1.2 構(gòu) 造

欽堂礦區(qū)位于大巖山背斜南東翼，總體體現(xiàn)為一個長軸NE向、地層SE傾的單斜。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較簡單，僅發(fā)育F1、F2斷層，斷層規(guī)模不大，基本產(chǎn)于黃龍組單一地層中，對礦體連續(xù)性影響不大。

1.3 礦體特征

區(qū)內(nèi)礦體系由石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r經(jīng)熱變質(zhì)作用而形成的。礦體雖在一定程度上遭受碎斑熔巖的破壞，但總體完整。礦體形似海豚，“頭”在東北，“身體”肥大，“尾巴”向西南伸展尖滅。礦體西北和東南兩側(cè)被碎斑熔巖侵入，接觸面北西側(cè)不規(guī)則，南東側(cè)傾向NW，傾角72°～80°，侵入接觸界線清晰。礦體最高出露標(biāo)高+490 m，已揭露礦體高差達(dá)285 m，總長大于1 000 m，寬144～390 m不等，平均約276 m，往南西逐漸變窄，H5#線附近穿插1條寬度為10 m的碎斑熔巖脈，傾向N，傾角73°，H3#、H4-1#線附近北西部又有碎斑熔巖超覆于大理巖礦體之上，H5#線以西礦體變得更窄，且露頭變差。礦層底板產(chǎn)狀較穩(wěn)定，傾向SE140°，傾角30°～40°。

1.4 礦石特征

礦區(qū)大理巖由石灰?guī)r經(jīng)熱變質(zhì)而成，礦石呈淺灰色、淺灰白色、白色，具變晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)不同可劃分為巨晶大理巖、粗晶大理巖、中晶大理巖、細(xì)晶大理巖、泥晶大理巖等自然類型。礦石按礦物組成分為大理巖、白云質(zhì)大理巖、硅化大理巖、硅灰石化大理巖。根據(jù)工業(yè)指標(biāo)要求的礦石品級可分為優(yōu)質(zhì)礦和工業(yè)礦。其中優(yōu)質(zhì)礦w(CaO)≥55%，白度≥90%，酸不溶物含量≤1%；工業(yè)礦w(CaO)≥52%，白度≥82%，酸不溶物含量≤2%。大理巖礦石礦物成分單一，主要礦物為方解石，一般占96%以上，呈菱面體結(jié)晶，嵌晶狀集合體；脈石礦物有白云石、石英、硅灰石及碎斑熔巖。礦石化學(xué)成分主要為CaCO3，有用成分為CaO，含量54.9%～55.7%。影響礦石質(zhì)量的因素主要有白度和酸不溶物。

1.5 開采技術(shù)條件

(1) 水文地質(zhì)條件。礦區(qū)最低開采標(biāo)高+200 m，高于最低侵蝕基準(zhǔn)面(標(biāo)高+150 m)。礦區(qū)匯水面積約1.357 km2，區(qū)內(nèi)無高位水源及較大的地表水體，山澗小溪多屬間歇性，流量受大氣降雨的影響。礦區(qū)北高南低(北部+650～+800 m，南部+100～+150 m)，北陡南緩，山體傾角20°～40°，植被發(fā)育，大氣降雨自然排泄條件良好。礦區(qū)地下水主要指人工堆積物含水、第四系孔隙含水、大理巖巖溶含水及斷裂構(gòu)造水。礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單類型。

(2)工程地質(zhì)條件。礦區(qū)內(nèi)巖性主要有厚層塊狀的大理巖類、石英砂巖類、塊狀花崗閃長斑巖類等，屬堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖石，無軟弱夾層，溶蝕程度低，構(gòu)造裂隙少。礦山曾采用地下平硐開采，后轉(zhuǎn)入露天開采。地下開采過程中形成了大小平硐12個，硐高9～18 m，采空區(qū)面積約6萬m2，采礦時(shí)留有不規(guī)則礦柱，間距約40 m。

1.6 資源儲量

大巖山礦區(qū)(重鈣用)大理巖礦保有(122b+333)資源儲量3 866.95萬t，保有經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲量(122b)2 098.86萬t，保有推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(333)1 768.09萬t。歷年采損探明的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲量(111b)410.75萬t，剝離面積30萬m2，覆蓋土厚以0～12 m計(jì)，則表土剝離量188.63萬m3，基巖剝離量1 076.68萬m3，開采境界剝離總量1 265.3萬m3，則開采境界內(nèi)平均剝采比0.9 m3/m3。截至2014年底，礦區(qū)保有資源儲量(122b+333)共3 281.72萬t，其中控制的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲量(122b)1 618.00 萬t，推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(333)1 663.72 萬t。

2 開采現(xiàn)狀

(1)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。礦山采用公路汽車開拓運(yùn)輸方案，目前已形成外部運(yùn)輸公路和采場主干運(yùn)輸公路。外部運(yùn)輸公路從鄉(xiāng)道欽大路接入，已分別修筑至采場南側(cè)，采場內(nèi)主運(yùn)輸?shù)缆贩謩e從礦區(qū)東西兩側(cè)修至+400 m標(biāo)高，并已相互連通，采場內(nèi)通往各平臺的支線道路也基本形成。

(2)采場。礦山采用自上而下分臺階開采，受多種因素制約，經(jīng)多年生產(chǎn)和建設(shè)，采場自上而下已形成+495，+480，+470，+460，+450，+440，+430，+420，+400，+395，+380，+370，+365，+360，+345，+340，+335，+325，+305，+300，+278，+270，+255 m等23個不規(guī)則臺階，采場總體由東南向北西方向推進(jìn)。其中北西側(cè)+470 m以上剝離臺階在礦區(qū)范圍之外，目前+380 m以上已基本開采到界。2010年，礦區(qū)北側(cè)礦界點(diǎn)J2#附近發(fā)生了自然山體滑坡，為確保安全生產(chǎn)，對滑坡體進(jìn)行了邊坡恢復(fù)治理，經(jīng)多年治理，部分臺階已覆土復(fù)綠，由于山體滑坡超出了礦區(qū)邊界，使得礦山北側(cè)的部分治理臺階位于礦區(qū)范圍之外。

(3)老采空區(qū)。礦山曾采用地下平硐開采，后轉(zhuǎn)入露天開采。礦區(qū)范圍內(nèi)共有12個平硐，形成了12個采空區(qū)，高9～18 m，面積不一，約6萬m2，采空區(qū)內(nèi)留有不規(guī)則礦柱，間距約40 m。礦山部分地采的平硐和采空區(qū)，已隨露采工作的不斷進(jìn)行而被揭露并消失，尚有部分平硐和采空區(qū)仍保持完好，據(jù)現(xiàn)場踏勘，+325 m以上水平礦體較完整，未發(fā)現(xiàn)老平硐或采空區(qū)，已揭露的采空區(qū)頂板較穩(wěn)定。

(4)排土場。礦山排土場設(shè)計(jì)占地面積55萬m2，設(shè)計(jì)容積981萬m3?，F(xiàn)已于礦區(qū)南側(cè)建設(shè)了排土場并投入使用，已堆放總庫容的2/3，約650萬m3。

3 存在問題

由于礦區(qū)開采條件較復(fù)雜，特別是地表表土剝離層較厚，導(dǎo)致剝離量大、成本高、剝離總費(fèi)用大，投資利息償還、土地占用補(bǔ)償款等因素使礦山在剝離工程中資金投入不足，致使剝離滯后，兩級礦量不足。礦山臺階高度未嚴(yán)格按開發(fā)利用方案執(zhí)行，運(yùn)輸?shù)缆费由旄叨炔粔颍_階高度大，表土剝離翻倒距離長、剝離效率低、成本高，表土剝離工作無規(guī)劃、無計(jì)劃，現(xiàn)剝離工作面處于開采作業(yè)面上部，由下向上進(jìn)行剝離，以形成開采工作面，導(dǎo)致表土對礦石的重復(fù)污染，使得礦石品級下降，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不佳。若從設(shè)計(jì)的采場頂部開始剝離，將運(yùn)輸?shù)缆沸拗羷冸x工作面，可大大降低表土對礦石質(zhì)量的影響，逐步改善采場條件。但是：①在上部剝離期間，無礦石可采，年需投入4 500萬元用于剝離及其他相應(yīng)支出，企業(yè)經(jīng)營十分困難；②礦區(qū)333級資源量均位于礦體的上下盤，近年來礦山并未進(jìn)行深入的勘探工作，原333級資源儲量未得到升級，因此由采場頂部開始剝離，存在超剝的可能。由于礦山剝離量大，廢棄巖土占用大量林地，棄土堆置過程中存在水土流失、泥水污染下游等問題，加大了開采企業(yè)與周邊農(nóng)戶的矛盾，導(dǎo)致礦山排土作業(yè)無法正常進(jìn)行，影響了礦山的正常生產(chǎn)。

4 開采方案

4.1 開拓、剝離工程調(diào)整

用約2 a年的時(shí)間將礦體下盤、礦體最大標(biāo)高以上的土巖和H3#～H0#線礦體上盤土巖全部剝離。為保證在剝離工作結(jié)束后有足夠的開采作業(yè)空間，在剝離期間暫不采礦。主要工程量：①將現(xiàn)有運(yùn)輸?shù)缆钒吹V山Ⅲ級道路標(biāo)準(zhǔn)由+380 m標(biāo)高延伸至+455 m 標(biāo)高，延伸長度1 150 m，工程量12萬m3，需投入216萬元；②基建剝離工作面由采場頂部+480 m 標(biāo)高開始，由上至下進(jìn)行剝離至采場邊界，形成最終臺階，剝離工程量約150萬m3，投入2 250萬元；③為減輕表土對礦石的污染，在采場西北部境界外構(gòu)筑截排水溝1 000 m，需投入35萬元。欽堂礦區(qū)大理石礦保有資源儲量3 673.35萬t， 設(shè)計(jì)利用資源量3 328.3萬t，資源利用率95%，可采資源量3 161.88萬t，其中優(yōu)質(zhì)礦資源占15%，礦山服務(wù)年限為45 a。

4.2 地下開采方式

(1)開拓方式。礦山曾采用地下開采方式，采用平硐開拓，但未形成完整的開拓系統(tǒng)，為巷道式開采，所留采空區(qū)主要分布于H2#～H5#線的+250～+320 m標(biāo)高。根據(jù)礦區(qū)地形和開采現(xiàn)狀，仍采用平硐開拓。中段高度40～50 m，布置+200，+240，+280，+325，+370 m等5個中段，根據(jù)地表情況設(shè)20 m高度的副中段，各中段運(yùn)輸巷道沿走向布置；在采場中南部山岙一側(cè)的+200，+240 m標(biāo)高掘進(jìn)PD200、PD240平硐，在采場中部和西部+280 m 標(biāo)高掘進(jìn)PD2801和PD2802平硐，在采場東部和西部+325 m標(biāo)高掘進(jìn)PD3251和PD3252平硐；在采場東部和西部+370 m標(biāo)高掘進(jìn)PD3701和PD3702平硐；在采場東西兩端的+420，+370 m標(biāo)高掘進(jìn)回風(fēng)平硐，通過通風(fēng)行人上山將各中段運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道貫通。采用多平硐出礦方式，5 t汽車運(yùn)輸，兩翼抽出式機(jī)械通風(fēng)，回風(fēng)巷道布置于礦區(qū)兩端，平硐自流排水。各中段運(yùn)輸巷道規(guī)格3.0 m ×3.0 m，斷面積9.0 m2，在各中段每隔50 m設(shè)置錯車道，長20 m，寬2.0 m。通風(fēng)行人上山規(guī)格2.0 m×2.0 m，回風(fēng)巷道規(guī)格2.2 m×2.5 m。

(2)采礦方法。采用分段空場法[1-2]進(jìn)行開采，礦塊垂直于礦體走向布置，標(biāo)準(zhǔn)礦塊規(guī)格(40～50) m×20 m×50 m，間柱寬8 m，頂柱寬5 m，底柱寬6 m，雙排漏斗，間距7 m，分段高度10 m。底柱回采，端部間柱回采1/2。礦塊回采礦石量64 395 t，礦塊回采率48.60%，礦塊生產(chǎn)能300 t/d，同時(shí)作業(yè)礦塊數(shù)8個，年平均開采11個礦塊。根據(jù)保有資源量及礦塊回采率，地下開采可服務(wù)25 a。采切工程主要包括礦塊底部運(yùn)輸巷道、礦塊兩端切割天井、放礦漏斗及漏斗頸、拉底巷道、分段鑿巖巷道。1個標(biāo)準(zhǔn)礦塊采切工程長370 m，工程量14 800 m3，完成+325 m 標(biāo)高以上開拓和基建工程量可滿足三級礦量要求。回采由礦塊中部開始，采用中深孔爆破方式落礦[3-4]。

(3)投入設(shè)備、資金。①Y19型鑿巖機(jī)，20臺，12萬元，空壓機(jī)利用現(xiàn)有，運(yùn)輸租用社會車輛；②井下中深孔鑿巖臺車，12臺，300萬元；③履帶式扒渣機(jī)，4臺，100萬元；④主扇，2臺，40萬元；⑤基建工程投資，單價(jià)350元/m3，總價(jià)1715萬元；副產(chǎn)礦石94 371 t，折價(jià)755萬元，基建工程投資960萬元。

4.3 采礦方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果見表1。

表1 基本經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

由表1可知：從資源利用率、安全生產(chǎn)方面分析，露天開采優(yōu)于地下開采；從企業(yè)經(jīng)營、經(jīng)濟(jì)效益方面分析，地下開采明顯優(yōu)于露天開采。

5 建 議

(1)采用地下開采方式降低開采成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。由于礦山剝離量大，近2 a實(shí)際的剝離費(fèi)用每年約1 000萬元(不包括剝離物處置產(chǎn)生的費(fèi)用)，折算為原礦的剝離成本約15元/t。受礦山現(xiàn)狀的制約，剝采不平衡，剝離嚴(yán)重滯后，造成開采礦石貧化，影響了原礦質(zhì)量，每年因礦石貧化減少的銷售收入約1 500萬元，每噸原礦減少銷售收入20元。因此，通過調(diào)整開采方式，減少剝離和降低貧化，有利于礦石質(zhì)量和企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的提高，滿足加工企業(yè)對優(yōu)質(zhì)礦石的需求。

(2)采用地下開采方式減少廢棄剝離物，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。原露天開采確定的剝離面積306 500 m2，表土剝離量183.9萬m3，基巖剝離量1 030.6萬m3，礦山總剝離量1 214.5萬m3，平均剝采比0.96 m3/m3。據(jù)2008—2012 a礦山年實(shí)際剝離量統(tǒng)計(jì)，5 a 累計(jì)剝離量約630萬t，平均每年剝離126萬t，按礦石生產(chǎn)規(guī)模70萬t/a計(jì)算，平均每年剝采比達(dá)1.8 t/t。從采場剝離現(xiàn)狀看，礦區(qū)范圍北側(cè)邊坡尚未剝離到位，若按原方案實(shí)施剝離，剝離范圍、剝離標(biāo)高、剝離量都較大，作業(yè)難度高，山體原始植被破壞嚴(yán)重，對礦山生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，同時(shí)排土場大量占用土地。因此，減少剝離量和剝離物的排放成為礦山生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急，也是礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基本要求。

(3)采用地下開采、調(diào)整開采布局，確保礦山持續(xù)、穩(wěn)定、安全生產(chǎn)。通過采用地下開采方式，調(diào)整開采布局，減小礦區(qū)北側(cè)邊坡剝離高度，降低表土層邊坡失穩(wěn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少開采和廢棄巖土占用的林地，解決開采和棄土堆置過程中存在的水土流失、泥水污染下游等問題，改善企業(yè)與周邊農(nóng)戶的關(guān)系，促進(jìn)社企和諧。

[1] 石 勇，韓永軍，魏 勇，等.遙控鏟運(yùn)機(jī)在板廟子金礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(3)：109-111.

[2] 王 燕.關(guān)于緩秦謝中厚礦體兩種采礦方法的比對分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(2)：9-11.

[3] 宋肖杰.中深孔爆破技術(shù)在大斷面硐室施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(10)：6-9.

[4] 王占元.中深孔爆破技術(shù)在常村煤礦巖巷快速掘進(jìn)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(5)：38-39.

2015-09-23)

王云土(1962—)，男，所長，工程師，310012浙江省杭州市西湖區(qū)學(xué)院路50號。