組合臺階陡幫開采在露天礦開采中的應用探討

宋揚

摘? 要：組合臺階開采方法是陡幫開采的重要形式，在國內(nèi)外礦產(chǎn)露天開采中得到了廣泛應用。文章對于組合臺階陡幫開采的結(jié)構(gòu)特點進行分析，對其主要的特性進行研究，并以某鐵礦多臺階組合臺階開采作為例證，分析了組合臺階陡幫開采的順序以及參數(shù)確定的方法，希望相關研究人員以借鑒和參考。

關鍵詞：組合臺階法;陡幫開采;露天礦產(chǎn);應用技術

中圖分類號：TD804? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0180-02

Abstract： The combined bench mining method is an important form of steep slope mining， which has been widely used in open-pit mining at home and abroad. In this paper， the structural characteristics of combined bench steep slope mining are analyzed， its main characteristics are studied， and taking the multi-bench combined bench mining of an iron ore as an example， the sequence of combined bench steep slope mining and the method of determining parameters are analyzed， in the hope that relevant researchers can use it for reference.

Keywords： combined bench method; steep slope mining; open-pit mineral resources; applied technology

1 概述

組合臺階陡幫開采法能夠有效提升露天開采礦的工作幫坡角，同時也能夠推遲剝巖，有效降低生產(chǎn)的剝采率，是一種較為高效的開采方案。組合臺階陡幫開采法究其本質(zhì)，是利用預留的空間構(gòu)建多層臺階，這樣能夠有效減少剝采率，提高采礦的效率。本文以某鐵礦露天開采組合臺階方法作為主要研究對象，闡述了組合臺階陡幫開采的作業(yè)順序和參數(shù)確定的方法，希望能夠提升露天采礦的經(jīng)濟效率。

2 組合臺階作業(yè)法的作業(yè)順序

組合臺階開采法在實施過程中一般只保留一個正常工作的平臺，這個平臺具備爆破以及開采和運輸?shù)葪l件，其余平臺只能夠達到正常的運輸要求即可，因此是有專屬作用的運輸平盤。這種運輸平盤的特點是可以將數(shù)個工作平臺融合成一組，在這一小組內(nèi)挖掘機沿著臺階自上而下輪流進行挖掘，呈現(xiàn)間歇性特點，不斷向前推進。組合臺階挖掘機首先在最高一層的臺階沿著工作線進行推進，不斷進行剝離，直接達到工作面盡頭。在開采過程中，所使用的臺階寬度不能小于組合臺階工作平盤的寬度。挖掘機經(jīng)過的路段不斷行走至下一平盤，直接到達工作線盡頭，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)組合臺階運輸平盤不斷向前拓展，變成新的工作平臺。同一時間，上部平臺作業(yè)的臺階寬度因為挖掘機在下部平臺不斷進行拓寬，自身寬度變窄，逐漸符合運輸平臺的寬度要求，因此只能提供運輸作用。這種自上而下最后到達剝離臺階的運作過程并完成了組合臺階法剝離循環(huán)。

組合臺階作業(yè)法在運作過程中主要有采礦以及剝離兩部分組成，對于一些礦層靠近水平面或者是稍微緩斜的緩層，礦產(chǎn)采掘一般使用水平推進力來完成，在臺階處剝離一旦形成，并且后期具備開采礦產(chǎn)數(shù)量的要件，采用組合臺階工作法進行露天礦產(chǎn)的開采就失去了原有的意義。在某鐵礦施工過程中，主要是對于巖層采用組合臺階法，最終的目的是實現(xiàn)大面積露天開采，并且工作幫坡角必須要大于設計的工作幫坡角。在組合臺階工作法中，工作平臺的寬度需要與單臺階平臺最小寬度相等，同時其余的運輸平臺僅僅能滿足運輸要求，是專屬的工作平盤。如果最小的平盤寬度在數(shù)值上大于運輸平盤的寬度，在剝離距離相等的情況下，單個臺階工作幫坡角一般小于多個臺階的工作幫坡角，這樣就實現(xiàn)了工作幫坡角的增大，有效減少上部平臺在露天礦產(chǎn)開采過程中生產(chǎn)的剝離量。在露天礦產(chǎn)正常開采以及剝離作業(yè)過程中，可以將開采中上部的剝離平臺重新組合起來，最終留下的臺階寬度不小于最小的平盤寬度，其余臺階只留下運輸功能，并且需保證運輸平盤寬度，適當增大整個工作幫坡角，最終目的是實現(xiàn)陡幫開采，能夠在最大程度上挖掘礦石，有效平衡礦石在開采過程中采剝之間的關系，并且有效解決采剝比例失調(diào)的問題，減少露天礦產(chǎn)采剝作業(yè)的成本，有利于露天礦產(chǎn)均衡生產(chǎn)，并且進入良性循環(huán)發(fā)展的軌道。

3 組合臺階的構(gòu)成形式

3.1 工作幫坡角等于設計角度

如果組合臺階的工作包括角與設計角度在數(shù)值上相等時，單臺階寬平臺主要的工作幫坡角與多層平臺工作幫坡角在數(shù)值上相同，并且單臺階的等寬平臺與不同平盤在寬度上距離相等，能夠和最小的工作平臺相適應。但是單臺階等寬平臺寬度的距離與運輸平臺寬度距離不相等，一般是大于關系，因此，工作平臺寬度距離要大于最小的平臺工作寬度。在組合臺階各條件沒有發(fā)生變化時，組合臺階的操作必然要以鋼纜鏟和剝采作業(yè)平盤作為基礎，剩余的平盤寬度小于平盤寬度距離，根據(jù)實際數(shù)據(jù)顯示，如果作業(yè)臺階數(shù)越多，作業(yè)平盤距離也就越長，一旦平盤寬度延長，對于開采公司來說，可以有效提高開采礦產(chǎn)的數(shù)量，增強采礦的工作時長，并且有效減少平臺磨損問題，提高整體的礦產(chǎn)采掘率。

3.2 工作幫坡角大于實際角度

當工作幫坡角大于設計角度時，如果組合臺階平盤寬度與單臺階寬度相等，而且最小的工作平盤寬度距離應大于運輸平盤的距離，這樣會導致工作幫坡角的增大，有效降低上一層臺階礦產(chǎn)的剝離率，提升礦產(chǎn)采集與剝離效率，提升采礦的經(jīng)濟效益，能夠?qū)崿F(xiàn)陡幫開采的目標。可以利用地下各層采礦平盤，有效進行組合，使得工作幫坡角在前期不發(fā)生變化的前提下，提升采礦平盤距離，提升礦產(chǎn)高質(zhì)量作業(yè)。

4 某鐵礦多臺階組合陡幫開采例證

4.1 開采優(yōu)勢

本文根據(jù)某鐵礦露天開采的數(shù)據(jù)，主要研究604-568米東側(cè)21-17勘探線，該生產(chǎn)區(qū)在西部采集區(qū)已經(jīng)具備2個臺階，其中580-568米這一高度為采礦臺階，上部604米為頂部平臺，604-580米高度這2個臺階作為剝離臺階。采礦最小的工作平臺需要兩臺挖掘機進行相關采掘作業(yè)，并且可以根據(jù)挖掘機與臺階的數(shù)量關系計算出每一臺挖掘機最大的工作數(shù)量，這樣就能夠有效安排挖掘機各自的臺階數(shù)。經(jīng)過實際計算可得，每一臺挖掘機實際的工作剝離線長度為940米，在此基礎上進行工作規(guī)劃，將604-568米高度每一個臺階劃分為一個等寬的平臺，將580-604米高度作為組合臺階。在這其中，組合臺階邊坡傾斜的方向與巖層的傾向角度是相反的，這種方向相反的邊坡設置能夠在結(jié)構(gòu)上給予組合臺階開采更多的穩(wěn)定性。在陡幫開采過程中，也不會出現(xiàn)巖層的坍塌或者是滑坡等各種次生災害，根據(jù)開采數(shù)據(jù)的結(jié)果，我們可以判斷該生產(chǎn)區(qū)采集區(qū)采用組合臺階進行礦物的陡幫開采具有較高的開采穩(wěn)定性。

4.2 水平準備工作

水平準備工作是組合臺階開采法施工之前的前期準備階段，是一項較為重要的工作環(huán)節(jié)。經(jīng)過現(xiàn)場勘查后，可以設定工作幫坡角在17度左右，經(jīng)過各項數(shù)據(jù)的計算，組合臺階剝離工作幫坡角一般在20度上下，經(jīng)過這番對比，工作幫坡角提高了3度。數(shù)值計算完畢之后，需要保證礦物在露天開采施工機械具有較為寬廣的運作空間，只有這樣才能夠保證鐵礦開采的穩(wěn)定性。需要做好前期的幫坡角以及新水平技術準備工作，這是陡幫開采的重要環(huán)節(jié)，同時需要為組合臺階工作預留出生產(chǎn)空間，主要防止組合臺階工作幫坡角開采對于水平準備造成影響。在這一過程中，如果預留的空間過大，可能會導致生產(chǎn)剝離的量提高，陡幫開采作用降低;如果預留的空間較小，會導致緩沖功能嚴重下降，影響工程的后期順利實施。準備工作與組合臺階陡峭開采具有密切的聯(lián)系，需要根據(jù)準備工作形式組合臺階的數(shù)據(jù)以及采集技術等各項條件來形成對預留空間的變化性需求。同時根據(jù)采礦的實際數(shù)據(jù)，做好順序銜接以及水平銜接，盡量減少預留空間，對于陡幫開采數(shù)據(jù)的影響。預留的空間需要根據(jù)工作臺階的寬度以及剝離的工作線距離來制定。為了保證水平準備工作具有足夠的空間，需要根據(jù)各類露天的礦山性質(zhì)采用不同的開采方案，對于各項數(shù)據(jù)綜合進行考慮，制定出較為適宜的開采預留空間。

4.3 臺階分組參數(shù)的確定

在露天礦產(chǎn)的開采過程中，需要分組輪流進行開采，這種也叫作組合臺階開采，在組合臺階開采的過程中，需要選定平臺的寬度以及臺階上的高度，選擇好坡面角度以及一次的臺階數(shù)和工作幫坡角。

第一，平臺寬度的確定。平臺寬度也就是作業(yè)平臺，主要是指一條剝巖條帶的寬度，這個寬度越小，陡幫開采生產(chǎn)過車中的采剝比就越小，因此，由于陡幫開采所推遲的剝巖的數(shù)量就越小。但是如果這個數(shù)值過小，設備在上下臺階所調(diào)動的次數(shù)就越多，因此，對于大型設備可能造成不良的影響。根據(jù)采掘經(jīng)驗，將這次采掘確定的平臺寬度為30米。

第二，臨時的非工作平臺的寬度。這種寬度和工作幫坡角在數(shù)值上具有相反的特性，為了能夠提升工作幫坡角，臨時非工作平臺寬度數(shù)值越小，越顯得有利，臨時非工作平臺寬度是保障現(xiàn)場運輸平臺的安全需求，因此在平臺設計上需要滿足安全性能需要，一般來說，非工作平臺寬度可以考慮設置為5到15米。同時這部分寬度在設計過程中有部分將會用作礦物車輛的運輸原料，因此最終的設計寬度為10米。

第三，臺階的高度以及坡面角的數(shù)值，臺階的高度以及坡面角的數(shù)值將會直接影響到開采的效益，與開采的復雜技術程度密切相關，主要由礦山的規(guī)模以及挖掘機自身的作業(yè)能力相互適應，根據(jù)挖掘設備的性能，一次性采掘的高度設置為19度。坡面角的數(shù)值設置為12度。

5 結(jié)束語

在露天采礦中采用組合臺階方法，能夠有效對單臺階等進行分解，并且根據(jù)實際采礦的需要和采礦對象的不同，對于采礦工程不斷進行類別和分析，這樣能夠改善采礦條件，實現(xiàn)陡幫剝離，進而能夠及早對于大面積礦石實現(xiàn)揭露的目的。本文對于某鐵礦在緩斜礦層中的開采進行分析，鐵礦出礦主要依靠水平推力來完成，可以將中上部剝離臺階實行組合，來實現(xiàn)多方開采的目的，進而能夠大幅度降低在露天礦產(chǎn)生產(chǎn)過程中的剝離，減少生產(chǎn)的剝離率，并且能夠及早揭露大量礦石，這樣為后期整個礦山的和諧有序利用帶來了極大的幫助，同時根據(jù)長時間的露天采礦組合臺階運用方法實踐，發(fā)現(xiàn)在實際過程中有諸多值得商榷的問題：

第一，組合臺階挖掘機在多臺階的調(diào)動過程中，行走的時間如果過長，則會導致采礦效率明顯降低，為了保證露天礦石的效率，可以根據(jù)某鐵礦在剝離作業(yè)中長時間積累的工作經(jīng)驗，將工作線的最小寬度設置為200米以上。

第二，組合臺階數(shù)越多，必然會使得工作幫坡角越大，這樣會對大型設備自動化要求也越高，在某鐵礦大面積開采挖掘中，挖掘機為VOLVO380，并且根據(jù)設計能力要求，可以采用1-2個臺階進行組合，具有較為合理的應用。

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