牛苦頭鉛鋅礦露天與地下聯(lián)合開采方案的探討

闕赟鵬，許登偉（青海鴻鑫礦業(yè)有限公司，青海格爾木 816000）

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?？囝^鉛鋅礦露天與地下聯(lián)合開采方案的探討

闕赟鵬，許登偉
（青海鴻鑫礦業(yè)有限公司，青海格爾木 816000）

通過對?？囝^礦區(qū)的礦石類型及其資源儲量、礦床特征和礦床開采技術(shù)條件的分析研究，提出該礦區(qū)采用露天與地下聯(lián)合順序開采方式是合適的，且經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。并結(jié)合礦區(qū)實際，闡述了露采和地采主要技術(shù)方案的確定方法及思路，并提出了幾個需要解決的關(guān)鍵問題，從理論上為?？囝^礦山今后開發(fā)建設(shè)提出了思路。

礦山開采方案確定；露天開采方案；地下開采方案；聯(lián)合開采

隨著礦業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，礦產(chǎn)資源在逐步貧化，?？囝^鉛鋅礦目前正處于投資建設(shè)的前期階段，開展好礦山開采方案研究對加強礦山開發(fā)進程，以及對后期的礦山設(shè)計建設(shè)工作都有積極的意義。由于該礦鉛鋅品位較低，目前鉛鋅金屬價格低迷，如何采用一種投資少、成本低、技術(shù)可行、能體現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)和綜合經(jīng)濟效益的礦山開采方案，是公司迫切需要解決的難題。根據(jù)?？囝^礦區(qū)的礦產(chǎn)資源分布情況以及開發(fā)條件，特開展此次開采方案研究。

1 礦山資源概況

礦區(qū)地處柴達木盆地西南緣祁漫塔格山北坡，交通較方便。區(qū)內(nèi)人煙稀少，經(jīng)濟落后，自然環(huán)境惡劣，礦山開發(fā)對環(huán)境影響很小。區(qū)內(nèi)地勢南高北低，平均海撥3 800 m左右，屬盆地邊部淺-中切割高山區(qū)。該區(qū)氣候以高寒、多風(fēng)少雨、蒸發(fā)量大、晝夜溫差大為特點，發(fā)育高寒荒漠土，屬高寒、干旱的典型內(nèi)陸性氣候。

?？囝^礦帶礦體平均埋藏在幾十米到百余米之間，覆蓋層較薄，上部還有10～30 m左右的風(fēng)化帶，便于剝離。礦體走向北西-南東、傾向北東，礦體傾角為0°～20°，該礦資源賦存情況復(fù)雜，礦石種類較多，不同類型的礦體分層現(xiàn)象嚴重，有22條硫鐵多金屬礦體，均為隱伏礦體，礦體多為透鏡狀或似層狀，規(guī)模不一。礦體的長度、寬度和厚度變化較大，一般長100～300 m，最長950 m；寬一般100～300 m不等，最寬處可達700 m；厚度一般在0.65～20 m之間，最厚處可達38.22 m，平均6.38 m，全區(qū)厚度變化系數(shù)為84.40%；礦體的礦石類型復(fù)雜，可在同一礦體中見磁黃鐵礦石和銅鉛鋅等多種礦石類型。按主要礦石類型估算查明的資源量見表1。

表1 主要礦石類型地質(zhì)勘探資源量及金屬量表

2 礦山開采方案

2.1 礦山開采方案的確定

根據(jù)礦體的空間分布情況來看，礦體總體埋藏不深，但全部采用露天開采方式，剝采比較高，不經(jīng)濟，項目變得不可行。如果采用露天與地下聯(lián)合順序開采的方式，將中部大部分礦體先采用露天開采方式采出，其余深部及掛幫礦體采用地下開采方式采出，共用露天開拓運輸系統(tǒng)，將大幅度減少礦山基建投資，也有利于規(guī)?；_采，減少開采成本。?？囝^M1礦區(qū)礦體的空間分布情況如圖1所示。

圖1 ?？囝^M1礦區(qū)16線勘探剖面圖

從圖1可知：本礦區(qū)的礦體埋藏較淺，采用露天開采方式優(yōu)勢明顯。隨著礦體向下、向礦體兩端延深，礦體變薄，宜采用地下開采方式。總的開采順序是：先進行露天開采，再進行地下開采；先采硫鐵鉛鋅礦，再采硫鐵礦。

礦山方案通過計算經(jīng)濟合理剝采比和境界剝采比，確定露天開采的境界，露采開采境界以外采用井下開采方式。按照先開采上部礦體后開采下部分礦體的原則分期開采，一期先采用露天開采方式開采礦區(qū)礦體中部范圍（主要為硫鐵鉛鋅礦），二期采用地下開采方式開采下部分及周邊零星小礦體（下部主要為硫鐵礦），充分利用露天運輸平臺形成地下開采的開拓運輸系統(tǒng)，減少地下開采系統(tǒng)建設(shè)時間和投資，以確保生產(chǎn)的持續(xù)性。

2.2 露天開采方案

2.2.1 露天開采境界確定

根據(jù)礦巖賦存情況，露天境界按照經(jīng)濟合理性原則圈定：（1）開采境界的境界剝采比小于并接近經(jīng)濟合理剝采比；（2）以界內(nèi)可采礦體作為開采對象來圈定境界；（3）露天采場具有安全穩(wěn)定的最終邊坡。

經(jīng)濟合理剝采比的計算：經(jīng)濟合理剝采比是露天礦境界圈定的一個非常重要的指標，通過對礦區(qū)周邊及國內(nèi)一些典型及相似的露天開采礦山進行了解，綜合考慮后認為?？囝^的礦石開采成本14元／t，開采廢石總成本12元／t較為合理。根據(jù)原礦成本法計算的經(jīng)濟合理剝采比是8.56 t／t，儲量盈利法計算的經(jīng)濟合理剝采比是9.46 t／t。還考慮了另一種計算經(jīng)濟合理剝采比的方法，即假定坑采與露采1 t礦石的成本相等，經(jīng)估算，坑采1t礦石的綜合成本110元左右，露采1 t礦石的綜合成本按14元計，還考慮了貧化率、損失率，以及選礦回收等指標，據(jù)此估算的坑露合理剝采比為9.9 t／t，表明當露采境界的增量剝采比低于9.9 t／t時，采用露天開采經(jīng)濟效果較坑采好，而當露采境界的增量剝采比高于9.9 t／t時宜采用坑采。從“經(jīng)濟合理剝采比+凈現(xiàn)值最大”的雙重原則出發(fā)，結(jié)合礦山實際情況，在形成露天終了邊坡時，自露天坑底的非工作幫掘進平硐、斜坡道形成地下礦體的開拓系統(tǒng)，可以節(jié)省大量的井巷工程投資，即井下開采的采礦成本會大幅度下降。經(jīng)過反復(fù)測算，綜合考慮各種因素，認為該礦露天與地下聯(lián)合開采時經(jīng)濟合理剝采比為8.3 t／t較為合理，

露天采場最低標高的確定：在露天礦設(shè)計中，一般采用境界剝采比≤經(jīng)濟合理剝采比的原則來確定露天礦最佳開采深度。根據(jù)礦體的境界剝采比，采用面積比法確定露天采場最低標高。

開采境界的確定：按照選定的參數(shù)、礦體的賦存條件及地形條件，在地質(zhì)橫剖面圖上運用面積比法依次確定各剖面位置上最佳的開采深度，然后在礦體的縱剖面圖上對各剖面最佳開采深度進行綜合均衡，最后圈定露天采場開采境界。根據(jù)圍巖穩(wěn)定性及礦山生產(chǎn)規(guī)模，為滿足生產(chǎn)能力，均衡生產(chǎn)剝采比，削減剝離高峰，增強抵抗市場風(fēng)險的能力，采用“陡幫剝離，緩幫采礦”的采礦方式。

2.2.2 首采區(qū)段確定

考慮終了開采境界內(nèi)礦量較大，上部剝離量大，為減少基建剝離量、推遲和降低剝離高峰、盡量均衡生產(chǎn)剝采比，減少礦山前期投資和成本，增強企業(yè)前期效益，設(shè)計推薦采用分期開采。

2.2.2.1 首采區(qū)段確定的原則

1.首采區(qū)段內(nèi)礦量應(yīng)保有一定的生產(chǎn)年限。

2.首采區(qū)段選在巖石復(fù)蓋層薄，平均剝采比小，地質(zhì)品位高，基建剝離量小的部位。

3.擴幫臺階寬度在50 m以上，以利擴幫作業(yè)的正常進行。盡量減少和避免四周擴幫，減少上下臺階作業(yè)的互相干擾。

4.充分考慮已經(jīng)形成的開采境界與分期開采的關(guān)系，合理分期。

2.2.2.2 首采區(qū)段的確定

依據(jù)上述原則和開采技術(shù)條件，在礦體平面圖和地質(zhì)剖面圖上不斷圈定優(yōu)化，優(yōu)化出一個平均剝采比較小、礦石價值高的境界作為首采區(qū)段。根據(jù)圈定的首采區(qū)段，結(jié)合后期境界、露天邊坡角、礦床開采順序及開拓運輸系統(tǒng)等因素，對首采區(qū)段進行修整并增加道路，確定其坑底標高。

2.2.3 礦山生產(chǎn)規(guī)模及服務(wù)年限

根據(jù)露天境界內(nèi)分層礦巖量表及礦床開采技術(shù)條件等，礦山生產(chǎn)規(guī)模按工業(yè)礦2 500 t／d（750 kt／a）進行露采生產(chǎn)規(guī)模驗證。

2.2.3.1 生產(chǎn)規(guī)模的驗證

1.Taylor經(jīng)驗公式驗證。Taylor定則是國際上比較公認的規(guī)模計算公式，即：

T＝Q1／4×6.5×（1±0.2）通過計算可得，服務(wù)年限T＝8.03～12.05 a，即礦山合理的服務(wù)年限為8～13 a，相應(yīng)的礦山生產(chǎn)能力為472.75～709.12 kt／a。照此計算，礦山基本上可達到2 500 t／d生產(chǎn)規(guī)模（鉛鋅礦）。依據(jù)硫鐵礦的賦存條件和首采區(qū)的開采，前四年有少量硫鐵礦產(chǎn)出，待生產(chǎn)第五年后硫鐵礦才能形成規(guī)模。

2.按礦山工程年下降速度驗證。根據(jù)露天境界分層礦量、分層平面圖和礦山基建圖，露采投產(chǎn)時采礦標高為3 540 m臺階，達產(chǎn)年礦山主要生產(chǎn)臺階在3 550～3 492 m，臺階總高度60 m，經(jīng)計算達產(chǎn)年平均下降速度10.41 m／a，年下降速度較小，生產(chǎn)中是完全可以達到的。還按可布置的挖掘機工作面數(shù)目和新水平準備時間進行驗證，露采生產(chǎn)規(guī)模均能達到2 500 t／d。

2.2.3.2 生產(chǎn)規(guī)模及服務(wù)年限

按照地質(zhì)儲量報告，考慮了地質(zhì)可信度系數(shù)，經(jīng)計算，露天境界采出礦石量為5 697.595 kt。按2 500 t／d的達產(chǎn)能力計算，礦山總服務(wù)年限為7.60 a。按照新建礦山生產(chǎn)經(jīng)驗和選廠調(diào)試時間，投產(chǎn)期為1 a，達產(chǎn)期為7 a，減產(chǎn)期1 a，露天境界共計服務(wù)年限8 a。

2.2.3.3 開拓運輸系統(tǒng)

因該露天采場面積和深度不大，地形較平緩，為有效減少基建剝離量和前期生產(chǎn)剝采比，采用條帶式陡幫開采工藝，生產(chǎn)中帶有擴幫，故采場內(nèi)開拓運輸推薦機動靈活的公路開拓、汽車運輸方案。最后根據(jù)露天境界分層礦巖量、分層剝采比和采場進度計劃表，對穿孔設(shè)備、挖掘裝載設(shè)備、運輸設(shè)備進行合理選型。

2.3 露天開采轉(zhuǎn)地下開采

根據(jù)?？囝^礦體賦存情況，露天境界外礦體被露天坑劃分為南北兩個區(qū)，南部稱為二采區(qū)，北部稱為三采區(qū)，東北部境界外露天坑掛幫礦量和露天坑地下礦量為一采區(qū)，?？囝^M1礦區(qū)地下開采采區(qū)劃分如圖2所示。

圖2 ?？囝^M1礦區(qū)地下開采總體平面圖

從圖2可知?？囝^M1礦區(qū)地下開采一采區(qū)、二采區(qū)及三采區(qū)的總體布置情況和相對位置關(guān)系。

2.3.1 深部礦體的開采

根據(jù)礦體的賦存情況，一采區(qū)在露天境界內(nèi)布置開拓系統(tǒng)方案采用斜坡道+平硐開拓運輸方案。中段高度20 m，共5個生產(chǎn)中段，3 480 m及以上中段用平硐開拓，3 480 m以下采用斜坡道開拓，各生產(chǎn)中段均為無軌運輸中段：本開采方案規(guī)劃在露天開采全面結(jié)束前，逐步形成井下開拓系統(tǒng)工程，完成部分礦段的采切工程，滿足必要的三級礦量，實現(xiàn)露天轉(zhuǎn)地下的良好過渡和銜接，確保礦山生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定。

2.3.2 掛幫礦體的開采

在圈定露天開采境界時，考慮到剝采比的經(jīng)濟合理性，礦體很難全部圈在開采境界內(nèi)，部分邊緣礦體存留在露天開采終了邊坡以外，形成掛幫礦體。為了確保生產(chǎn)安全，掛幫礦體的開采工作定在露天開采大規(guī)模爆破工作結(jié)束后，對終了邊坡進行穩(wěn)定性分析并采取了有效的安全防護措施后進行。掛幫礦體的開采應(yīng)遵循從上而下的原則進行，利用露天采場安全運輸平臺作為開拓運輸系統(tǒng)，以減少投資，降低開采成本。依據(jù)礦體的賦存條件和露天境界的圈定情況，二采區(qū)、三采區(qū)主要開采掛幫礦體。

3 礦山采礦方法

根據(jù)上述礦床的開采技術(shù)條件和露天開采影響，國內(nèi)對緩傾斜薄到中厚礦體開采方法一般采用崩落法和空場法，選擇崩落法時回采貧化率和損失率大，加之開采過程中地表陷落，雨季降水地表徑流會大量滲入井下，嚴重影響采場頂板的穩(wěn)固性，造成露天邊坡不穩(wěn)，故不宜采用。其次，考慮本次設(shè)計?？囝^地下開采時只回采鉛鋅礦體，硫鐵礦體暫時不回采，待以后有經(jīng)濟價值時再回采，同時需要考慮露天坑掛幫礦體開采時需要保護露天坑邊坡的穩(wěn)定性，因此，選用充填采礦法。如果采用水砂充填，則充填濾水的影響比較嚴重；若采用普通的干式充填（鏟運機除外），因礦體傾角很緩，充填料不能自流；若采用全膠結(jié)充填，則充填成本高。故經(jīng)綜合分析研究，設(shè)計推薦采用空場類嗣后分級尾砂充填采礦法，靠近露天邊坡地段需要留永久保安礦柱。對厚度＜2.8 m的礦段推薦采用電耙全面采礦嗣后充填法開采；對厚度為≥2.8 m的礦段采用鏟運機全面采礦嗣后充填法開采。

4 需要研究解決的幾個問題

4.1 生產(chǎn)平穩(wěn)過渡的措施

露天開采到設(shè)計境界后，下部礦體的儲量不多，采用地下開采方式，生產(chǎn)能力降低，選礦廠生產(chǎn)不能確保，要解決好產(chǎn)量的銜接，生產(chǎn)不足礦量需由周邊礦區(qū)采礦補充，即時需加強生產(chǎn)的組織與協(xié)調(diào)，確保生產(chǎn)的平穩(wěn)過渡。

4.2 加強露采期間邊坡穩(wěn)定性研究

考慮到今后地下開采的安全性，需從露天爆破技術(shù)、邊坡角設(shè)計、平臺寬度設(shè)計、邊坡的維護管理等方面加強研究，確保露天邊坡穩(wěn)定性，為地下開采創(chuàng)造一個良好的安全條件。

4.3 研究地下開采對露天邊坡的擾動影響

要針對地下開采活動對露天采場邊幫巖體滑移和邊坡穩(wěn)定性影響開展一系列的研究工作，對露天開采和地下開采的開采范圍、開采量、開采方法等進行優(yōu)化計算與設(shè)計，對影響因素進行有效的控制，提出解決辦法和措施，最大限度降低地下開采活動對邊坡穩(wěn)定性影響。

5 結(jié) 論

通過對?？囝^礦產(chǎn)資源儲量和開發(fā)條件分析，確定了經(jīng)濟合理剝采比，圈定了露天開采境界，適合露采的礦量達69%，露天開采規(guī)模效應(yīng)可以顯現(xiàn)。發(fā)揮了露天開采成本低的優(yōu)勢，同時能夠減少井下開拓系統(tǒng)的投資，降低地下開采成本，礦山壽命期內(nèi)綜合采礦成本與同類型礦山地下開采成本相比有明顯的優(yōu)勢，能體現(xiàn)出綜合經(jīng)濟效益。因此，?？囝^礦區(qū)采用露天與地下聯(lián)合順序開采方式是合適的，且經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，從理論上為?？囝^礦山今后開發(fā)建設(shè)提出了思路。

［1］ 王運敏，汪為平.露天轉(zhuǎn)地下開采平穩(wěn)過渡關(guān)鍵技術(shù)體系理論［A］.符永際，林文治，陸樹文，等.2011年中國礦業(yè)科技大會論文集［C］.北京：中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會，2011.13-17.

［2］ 梁慶壯.淺談露天轉(zhuǎn)地下開采掛幫礦體的回收［J］.礦業(yè)工程，2010，（6）：8-11.

［3］ 田澤軍，南世卿，宋愛東.露天轉(zhuǎn)地下開采前期關(guān)鍵技術(shù)措施研究［J］，金屬礦山，2008，（7）：27-29.

［4］ 王青，任鳳玉.采礦學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.4.

The Discussion About the Niukutou Lead-zinc Mine Combined Underground and Opencast Mining Scheme

QUE Yun-peng，XU Deng-wei
（Qinghai Hongxin Mining Co.Ltd.，Geermu 816000，China）

Through the analysis and research on the Niukutou mine burnt ore types and resource reserves，deposit characteristics and oremining technical conditions，it is appropriate to adopt the combined sequenceminingmethod of the open pit and underground in themine area，and the economic advantage is obvious.Combined with the actual mining area，expounds the methods and ideas to determine open-pitmining and mining of the main approach，and puts forward the key problems that need to be solved in a few，from theory for Niukutou mine suffering mines in the future development and construction of the idea.

mining plan；opencast；undergroundmining；combined mining

TD852

A

1003-5540（2016）01-0001-04

2015-10-20

闕赟鵬（1969-），男，工程師，主要從事采礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。