長山壕金礦東露天采場境界重新圈定及其穩(wěn)定性分析

焦金偉

摘要：露天礦山邊坡穩(wěn)定性是礦山安全生產(chǎn)的主要影響因素之一。針對長山壕金礦東露天采場逐漸轉(zhuǎn)入深部開采后出現(xiàn)的多處區(qū)域不同規(guī)模的滑坡及不穩(wěn)定現(xiàn)象，對原東露天采場境界進行重新圈定，并對重新圈定的露天境界邊坡進行了穩(wěn)定性分析。詳細(xì)介紹了東露天采場境界方案比選、道路參數(shù)的選擇與設(shè)置、露天境界的重新圈定及邊坡穩(wěn)定性分析等。結(jié)果表明，優(yōu)化后的露天境界邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足安全生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：露天礦山;深部開采;邊坡;露天境界;邊坡角;穩(wěn)定性

中圖分類號：TD854文獻標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）04-0038-04doi：10.11792/hj20200408

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司長山壕金礦（下稱“長山壕金礦”）東露天采場逐漸轉(zhuǎn)入深部開采后，多處區(qū)域出現(xiàn)不同規(guī)模的滑坡及不穩(wěn)定現(xiàn)象，造成采場主運輸?shù)缆分袛?，加固設(shè)施破壞，不能按照原設(shè)計靠界、放緩邊坡角，增加安全平臺寬度等難題;已經(jīng)嚴(yán)重威脅露天采礦作業(yè)的安全，制約礦山露天采礦長期計劃的實施。為了緩解礦山存在的上述難題，需要對原東露天采場設(shè)計進行修改，提高東露天采場邊坡穩(wěn)定性，滿足礦山安全生產(chǎn)的需要。本文依據(jù)長山壕金礦東露天采場最新邊坡穩(wěn)定性研究成果，重新確定露天境界最終邊坡角參數(shù)，對原東露天采場設(shè)計進行修改，采用Micromine礦業(yè)軟件進行露天境界重新圈定與優(yōu)化，并對初步重新圈定的東露天采場境界邊坡進行穩(wěn)定性計算，根據(jù)計算結(jié)果對境界邊坡參數(shù)反復(fù)優(yōu)化，使其滿足GB 50771—2012 《有色金屬采礦設(shè)計規(guī)范》和GB 51016—2014 《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》安全系數(shù)要求。

1 工程背景

長山壕金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗新忽熱蘇木北10 km的浩堯爾忽洞地區(qū)，屬于低品位特大型黃金礦山。長山壕金礦于2007年10月投產(chǎn)，露天開采，分為東露天采場和西露天采場，生產(chǎn)規(guī)模為20 000 t/d。2014年，擴建工程新增生產(chǎn)能力20 000 t/d，同年西露天采場生產(chǎn)接近尾聲，擴建工程主要為東露天采場，擴建后生產(chǎn)能力為40 000 t/d，服務(wù)年限10 a。

東露天采場位于內(nèi)蒙古西部陰山山脈，屬緯向構(gòu)造帶，礦區(qū)地形地貌條件簡單，地層巖性較復(fù)雜，巖體軟弱夾層和薄層發(fā)育帶均構(gòu)成貫通性宏觀軟弱面，對露采邊坡的穩(wěn)定構(gòu)成較大威脅;采用單一汽車運輸方式，臺階高度12 m（部分并段后24 m），最終邊坡角42°～44°。2006年至2018年，已開采12 a，現(xiàn)最高開采標(biāo)高1 696 m，最低開采標(biāo)高1 438 m。隨著東露天采場采深不斷延深，邊坡高度不斷加大，滑坡規(guī)模越來越大，頻率也愈加頻繁，僅2016至2017年就發(fā)生9起較大規(guī)模的滑坡事故。從滑坡的位置分布來看，廣泛分布在東露天采場南幫中下部和北幫。長山壕金礦對這些滑坡區(qū)域通過局部削方、留置寬平臺，降低臺階高度和坡面角等手段，勉強維持生產(chǎn);局部地區(qū)雖然經(jīng)過了邊坡加固，但是仍舊發(fā)生了大規(guī)模的滑坡災(zāi)害，嚴(yán)重威脅礦山的安全生產(chǎn)。

為解決東露天采場威脅安全生產(chǎn)的問題，依據(jù)《內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司邊坡穩(wěn)定性評價及危險性區(qū)劃研究結(jié)題報告》，經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，采用Micromine礦業(yè)軟件對露天境界進行優(yōu)化和重新圈定，并對重新圈定的露天境界邊坡進行了穩(wěn)定性分析。

2 露天境界圈定

2.1 境界圈定原則

長山壕金礦東露天采場重新進行露天境界圈定的原則主要有：

1）以Micromine礦業(yè)軟件現(xiàn)金流法進行境界優(yōu)化圈定。

2）以平均剝采比不小于經(jīng)濟合理剝采比校核露天境界[1]。

2.2 經(jīng)濟合理剝采比的確定

根據(jù)礦床開采技術(shù)條件、地質(zhì)品位、采剝成本、堆浸回收率及預(yù)測的黃金價格等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，計算經(jīng)濟合理剝采比[2]。計算參數(shù)及計算結(jié)果見表1。

本次設(shè)計選取的經(jīng)濟合理剝采比為8.06 m3/m3。

2.3 露天境界最終邊坡角

露天境界最終邊坡角根據(jù)《內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司邊坡穩(wěn)定性評價及危險性區(qū)劃研究結(jié)題報告》推薦的邊坡角進行選取，選擇的露天境界最終邊坡角：北幫取36.5°，南幫取38.0°。

2.4 境界優(yōu)化主要參數(shù)

采用Micromine礦業(yè)軟件，根據(jù)確定的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)進行境界圈定及優(yōu)化。境界優(yōu)化主要輸入?yún)?shù)見表2。

2.5 露天境界方案

2.5.1 Micromine嵌套境界圈定

采用Micromine礦業(yè)軟件分別按照露天底標(biāo)高1 156 m、1 168 m、1 180 m、1 192 m、1 204 m進行露天境界圈定，圈定結(jié)果見表3。

2.5.2 Micromine嵌套境界經(jīng)濟分析

按照表3中技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)對各境界進行效益分析，分析結(jié)果見表4。

2.5.3 露天境界底標(biāo)高選擇

1）經(jīng)濟分析。根據(jù)表4多境界效益分析結(jié)果可知，底標(biāo)高1 204 m境界優(yōu)于底標(biāo)高1 192 m境界，底標(biāo)高1 192 m境界優(yōu)于底標(biāo)高1 180 m境界。

2）技術(shù)分析。

（1）露天底標(biāo)高1 204 m境界。露天底標(biāo)高1 204 m 境界邊坡與開采現(xiàn)狀邊坡重合度非常高（見圖1），現(xiàn)場施工中施工面無法滿足最小采礦工作面寬度要求，技術(shù)上不可行。

（2）露天底標(biāo)高1 192 m境界。露天底標(biāo)高1 192 m 境界邊坡與開采現(xiàn)狀邊坡間距較?。ㄒ妶D2），現(xiàn)場施工中施工面難以滿足最小采礦工作面寬度要求，技術(shù)上不可行。

（3）露天底標(biāo)高1 180 m境界。露天底標(biāo)高1 180 m 境界邊坡與開采現(xiàn)狀北坡間距40～60 m，南坡間距30～50 m，南北坡均有少量局部邊坡間距較?。ㄒ妶D3），基本滿足現(xiàn)場施工最小采礦工作面寬度要求，技術(shù)上可行。

3）露天境界方案選取。露天底標(biāo)高1 180 m境界經(jīng)濟上合理，技術(shù)上可行，設(shè)計推薦選用露天底標(biāo)高1 180 m境界。

2.6 道路參數(shù)選擇及設(shè)置

1）礦山現(xiàn)有礦巖運輸設(shè)備。長山壕金礦東露天采場現(xiàn)有礦巖運輸設(shè)備有用于巖石剝離的220 t電動輪自卸汽車（車寬7.3 m）和TR100 t自卸汽車（車寬5.9 m），用于采礦生產(chǎn)的TR50 t自卸汽車（車寬4.1 m）[3]。

2）道路參數(shù)選擇。

（1）1 252 m臺階以上。礦山主運輸?shù)缆穼挾劝凑?20 t電動輪自卸汽車進行設(shè)計，計算雙車道道路寬26.0 m，考慮境界邊坡常有塌落發(fā)生，選取雙車道道路寬32.0 m，增加的6.0 m寬用于攔截塌落廢石及塌落廢石清理。道路坡度8 %，每300 m坡長設(shè)緩和坡段60 m。

（2）1 204～1 252 m臺階。礦山運輸?shù)缆分饕糜诘V石運輸，道路寬度按照TR50 t自卸汽車進行設(shè)計，雙車道道路寬20.0 m。道路坡度8 %，每300 m坡長設(shè)緩和坡段60 m。

（3）1 180～1 204 m臺階。礦山運輸?shù)缆分饕糜诘V石運輸，道路寬度按照TR50 t自卸汽車進行設(shè)計，單車道道路寬13.8 m。

2.7 圈定露天境界

根據(jù)已確定的最終邊坡角、運輸?shù)缆穮?shù)等，對選取的露天底標(biāo)高1 180 m境界進行詳細(xì)圈定。先對初步圈定的露天境界進行穩(wěn)定性分析計算，再對圈定后的露天境界邊坡參數(shù)進行調(diào)整優(yōu)化。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整優(yōu)化，使設(shè)計的露天境界處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。圈定后的露天境界參數(shù)見表5，露天境界內(nèi)礦巖量見表6。

3 露天境界邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 設(shè)計安全系數(shù)綜合選取

1）根據(jù)GB 50771—2012 《有色金屬采礦設(shè)計規(guī)范》和GB 51016—2014 《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，長山壕金礦在考慮邊坡巖體自重和地下水條件下（荷載組合Ⅰ）的設(shè)計安全系數(shù)為1.25～1.20，考慮到本區(qū)域水文地質(zhì)條件簡單、地下水不發(fā)育的特點，在荷載組合Ⅰ條件下僅考慮邊坡巖體自重進行穩(wěn)定性計算。

2）露天礦邊坡受多次生產(chǎn)爆破的影響，因此必須考慮自重及爆破震動（荷載組合Ⅱ）作用下的穩(wěn)定性計算，且設(shè)計安全系數(shù)為1.20～1.15。

3）礦區(qū)處于低于6度的地震烈度范圍內(nèi)，根據(jù)GB 50771—2012 《有色金屬采礦設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性分析不再考慮地震條件下荷載組合Ⅲ工況。

3.2 穩(wěn)定性分析

對重新圈定的露天境界邊坡進行穩(wěn)定性計算，優(yōu)化前N1、N3、S3剖面穩(wěn)定性微差，經(jīng)再次優(yōu)化后全部剖面達到穩(wěn)定要求。境界各剖面設(shè)計及優(yōu)化后安全穩(wěn)定性系數(shù)見表7，再次優(yōu)化的露天境界的安全穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，優(yōu)化境界的各邊坡剖面均處于整體安全穩(wěn)定狀態(tài)，滿足GB 50771—2012 《有色金屬采礦設(shè)計規(guī)范》和GB 51016—2014 《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》安全系數(shù)要求。優(yōu)化境界及邊坡穩(wěn)定性分析剖面見圖4。

4 結(jié) 語

根據(jù)長山壕金礦東露天采場礦床開采技術(shù)條件等，采用Micromine礦業(yè)軟件對露天境界進行了重新圈定。重新確定了經(jīng)濟合理剝采比，設(shè)計5種露天底標(biāo)高境界圈定方案，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)對比選擇露天底標(biāo)高1 180 m境界固定方案，并選擇合理的道路參數(shù)。對重新圈定的露天境界邊坡進行穩(wěn)定性分析可知，重新圈定的東露天采場境界的各邊坡剖面均處于整體安全穩(wěn)定狀態(tài)，安全系數(shù)滿足要求。長山壕金礦東露天采場境界重新圈定及優(yōu)化，提高了邊坡整體穩(wěn)定性，保障了采礦生產(chǎn)安全，同時也緩解了礦山供礦困難的問題，為采礦長期計劃的實施提供了有力支撐。

[參 考 文 獻]

[1] 《采礦設(shè)計手冊》編委會.采礦設(shè)計手冊：礦床開采卷[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2] 王運敏.現(xiàn)代采礦手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[3] 王運敏.中國采礦設(shè)備手冊[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

Abstract：The slope stability is one of the major issues of safe mining operation in open-pit mines.The east open-pit stope of Changshanhao Gold Mine is gradually shifting to deep mining，during which many areas incur land slides of different scale and instability.In light of that，the previous east open-pit boundary is re-delineated and the slope stabi-lity of the re-delineated open-pit boundary is analyzed.The paper in detail introduced the comparison and selection of the east open-pit stope boundary，the selection and settings of road parameters，the re-delineation of open-pit boundary and slope stability analysis.The results show that the slope of the optimized open-pit boundary is generally stable and can meet the requirement of safe production.

Keywords：open-pit mine;deep mining;slope;open-pit boundary;slope angle;stability