水廠鐵礦北區(qū)境界優(yōu)化設計與調整

陳聚

摘要：首鋼水廠鐵礦建礦于1969年，為集團公司主要的原料基地。水廠鐵礦設計年采剝總量4800萬噸，年采出礦石1100萬噸，采場目前執(zhí)行設計為2012年12月完成的《首鋼水廠鐵礦修改設計》。受礦權及購地界影響，采場北區(qū)7#勘探線以南均無法按設計到界開采，露天采礦生產(chǎn)能力受到了嚴重制約。

關鍵詞? 首鋼水廠鐵礦? 境界優(yōu)化? 礦石破碎站? 礦石回收

一、設計背景

1、水廠鐵礦設計執(zhí)行情況

采場執(zhí)行設計為2012年12月完成的《首鋼水廠鐵礦修改設計》。設計最低開采水平為-440m，受礦權及購地界影響，北采場7#勘探線以南均無法按設計到界開采，為保采場生產(chǎn)穩(wěn)定，2011年完成下盤10--65m臨時運輸系統(tǒng)改造工程，后期-65m以下運輸系統(tǒng)按照設計形成。為挖潛供礦能力，減少采場剝巖量，水廠鐵礦結合生產(chǎn)實際及礦體變化情況多次開展實施掛幫礦回收工程及境界優(yōu)化，為穩(wěn)定水廠鐵礦供礦生產(chǎn)奠定基礎。

2、地質數(shù)據(jù)勘探及生產(chǎn)勘探執(zhí)行情況

水廠鐵礦在用地質數(shù)據(jù)為首鋼地質勘探公司于1993年提交的《首鋼水廠鐵礦床1992年度生產(chǎn)勘探總結報告》，工程間距為：111b、331資源/儲量工程間距按100m（走向）×100m（傾向）布置;122b、332資源/儲量工程間距按200m（走向）×100～200m（傾向）布置;333資源量工程間距按400m（走向）×200-400m（傾向）布置。

3、水廠鐵礦膠帶路由設計

首鋼水廠鐵礦東部排巖系統(tǒng)、K系統(tǒng)所執(zhí)行設計為沈煤院所做《水廠鐵礦膠帶系統(tǒng)設計》，礦石膠帶系統(tǒng)膠帶最終延伸水平為-200m，東排膠帶系統(tǒng)最終延伸水平為-215m。目前礦石膠帶系統(tǒng)已按照設計延伸至-142m，東排膠帶系統(tǒng)已按照設計延伸至-110m。

4、破碎站基坑設計

水廠鐵礦采場內(nèi)礦巖破碎站均為半移動式破碎站，需要隨著采場開采深度的增加而不斷下移搬遷。搬遷過程中按照基坑參數(shù)采用控制爆破方式形成破碎站基坑，下口寬度為16m，北、南、西三個邊幫的坡面角為74o，基坑上口寬度為25.75m，底部卸料中心點距西幫坡底的距離為10m，破碎站基坑形成后在兩翼采用水泥澆筑形成棧橋基礎。

二、境界優(yōu)化必要性分析

1、結合礦體變化境界優(yōu)化必要性

2018年以來，采場31-39#勘探線部位自-155米水平牙輪鉆生產(chǎn)勘探鉆孔巖石區(qū)域地質情況出現(xiàn)較大變化，原巖石區(qū)域出現(xiàn)大面積礦石孔，從現(xiàn)場已完成的爆區(qū)和正在施工的邊坡鉆孔渣推測該部位礦體逐水平向南擴大，如果按照原地質勘探數(shù)據(jù)圈定境界勢必造成礦權范圍內(nèi)礦石資源的永久損失。

2、膠帶及沿線境界優(yōu)化必要性

按照沈煤院完成的膠帶路基設計，K破碎礦石膠帶系統(tǒng)K3皮帶機機頭部位平坡段設計長度為49.727m，緩坡段長度為21.098m，機尾緩坡段長度為76.868m，主體斜坡段長度為423.537m，坡度為14.37°。

2012年《首鋼水廠鐵礦修改設計》中機頭-80m平坡段設計長度為44m，主體皮帶長度為453.25m，整體角度為13.47°，機尾緩坡段長度為83.98m，但機頭未考慮緩坡段的設計。水廠鐵礦境界優(yōu)化設計中膠帶路基整體較沈煤院設計標高偏低，為確保膠帶系統(tǒng)按照設計形成，需對K3皮帶-80m以下沿線境界進行整體優(yōu)化。

3、膠帶路基沿線上方并段部位境界優(yōu)化必要性分析

按照2012年《首鋼水廠鐵礦修改設計》，開采階段高度為15m，兩個水平一并段，K3路基沿線并段部位均未預留平臺，且安全平臺與路基交界部位存在夾角較小，不利于區(qū)域邊坡穩(wěn)定性。考慮皮帶沿線邊坡整體穩(wěn)定性較差，為有效利用安全平臺與路基交界部位空間，有必要對膠帶路基上方并段部位境界進行優(yōu)化，同步達到提升邊坡穩(wěn)定的目的。

4、礦巖破碎站最終基坑位置設計

K破碎礦石膠帶系統(tǒng)膠帶最終設計水平為-200m，2012年《首鋼水廠鐵礦修改設計》及沈煤院膠帶機的設計中均未對破碎站基坑最終搬遷位置進行設計，需結合現(xiàn)場空間實際，對基坑布置進行整體設計。

按照K3膠帶路基整體走向，破碎站基坑整體布設在31-39#勘探線礦巖地質情況變化部位。按照傳統(tǒng)穿孔爆破形成破碎站基坑形成方式，破碎站翻卸平臺勢必存在占壓采場空間，造成部分礦石資源流失。此次為礦石破碎站最后一次搬遷，參照固定式破碎站基坑形成方式，可將本次K破碎礦石基坑及后期東排巖石破碎站基坑以鋼筋混凝土澆筑方式形成，基坑周邊采用回填方式形成破碎站翻卸平臺，實現(xiàn)最大程度回收礦石資源。

三、境界優(yōu)化實施方案

1、 K3皮帶沿線境界進行優(yōu)化

一是按照沈煤院提供參數(shù)對K3路基進行優(yōu)化設計。按照沈煤院設計K3皮帶預留設計參數(shù)，在平坡段以北增加緩坡段長度21m，斜坡段在增加的緩坡段基礎上整體向北延伸21m，所涉及區(qū)域邊坡側境界線以現(xiàn)有路基邊線為基準分別向上、向下按照65°幫坡角進行設計。

二是按照K3皮帶路基設計對區(qū)域并段部位境界進行優(yōu)化。利用設計中分段預留安全平臺將并段部位直立三角區(qū)域形成斜三角面，斜面角度以膠帶路基角度為基準，消除原設計中直立三角區(qū)，增加靠近膠帶路基部位斜坡面平臺寬度，實現(xiàn)增加膠帶路基上方沿線邊坡穩(wěn)定性的目的。

2、 礦、巖破碎站最終位置基坑設計方案

（1）礦巖破碎站基坑布置設計

綜合考慮東排巖石膠帶系統(tǒng)、K破碎礦石膠帶系統(tǒng)皮帶機最終延伸位置、皮帶最小運輸功、破碎站礦車翻卸轉車平臺尺寸需求、破碎站底部檢修空間需求等對兩破碎站基坑位置進行確定。具體設計參數(shù)如下：

按照在用運輸設備運行參數(shù)對礦巖破碎站基坑具體位置進行設計：設計中K礦石破碎站基坑與東排巖石破碎站基坑分上下兩個水平布置，兩條膠帶運輸系統(tǒng)最終延伸終點相距50m。K礦石破碎站東側翻卸平臺與采場上盤掌子面相鄰，間距40m（礦車轉車寬度35m，掌子面坡底預留5m安全平臺），西側翻卸平臺與-185--200m斜坡路相鄰，距離40m。為便于破碎站底部檢修，將電磁站及檢修崗位置于K0皮帶東側。東排破碎站東側翻卸平臺與K0皮帶相鄰，間距40m（礦車轉車寬度35m，與K0皮帶預留5m安全距離），西側翻卸平臺與-185--200m斜坡路坡底相鄰，距離50m，呈敞口狀態(tài)。電磁站及檢修崗位置于D0皮帶東側。

（2）破碎站基坑形成方式設計

結合區(qū)域地質情況分析及膠帶運輸系統(tǒng)設計，采場內(nèi)礦、巖破碎站基坑區(qū)域位于礦體變化區(qū)域，占壓區(qū)域礦石集中，按照在用破碎站翻卸平臺尺寸，占壓礦石量約29.69萬噸。

考慮本區(qū)域礦、巖破碎站為最終搬遷位置，后期不再安排進行搬遷，參照水廠鐵礦固定式破碎站形成模式，設計采取整體澆筑方式形成，即：首先安排對占壓區(qū)域按照礦體實際分布情況進行全開采，在完成礦石回收后再以混凝土澆筑方式形成破碎站基坑，實現(xiàn)占壓區(qū)域礦石全部采出。

結論

通過本次境界優(yōu)化，對K3膠帶路基沿線境界與實際膠帶機設計進行結合，確保境界可操作性;對K3膠帶路基沿線境界邊坡并段部位形成斜面三角，提升路基上方邊坡穩(wěn)定性。

采取利用開采過程中純巖物料就近對采空區(qū)回填方式，減少物料運輸距離，減少東排巖石膠帶運輸系統(tǒng)處理工程量，實現(xiàn)降低生產(chǎn)費用。

參考文獻

[1]王運敏等，《現(xiàn)代采礦手冊》，2012年北京冶金工業(yè)出版社，119-153頁。

[2]蔡美峰、郝樹華、李軍財，大型深凹露天礦高效運輸系統(tǒng)綜合技術研究[J]，《中國礦業(yè)》2004年第13卷第10 期，10-12頁。

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