某露天礦排土場(chǎng)下覆礦石采場(chǎng)擴(kuò)幫設(shè)計(jì)

姜秀雷

（潞安化工集團(tuán)有限公司安培中心）

為延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，許多礦山加強(qiáng)了礦石資源的補(bǔ)充勘探計(jì)劃［1-2］，而新探明的資源往往伴隨復(fù)雜的工程技術(shù)條件，其開(kāi)采設(shè)計(jì)往往是礦山面臨的難題。目前，許多學(xué)者對(duì)賦存于復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的礦體開(kāi)采開(kāi)展了較多研究，李鼎權(quán)［3］在實(shí)際工程案例中，提出了露天礦擴(kuò)幫延深工程的設(shè)計(jì)步驟。史良貴［4］打破了傳統(tǒng)露天境界固定幫由安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)和臺(tái)階坡面構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)某礦山東部8～13 線擴(kuò)界區(qū)域的露天坑底設(shè)計(jì)成非平面型的露天開(kāi)采境界，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。李濤等［5］在分析平朔東露天煤礦端幫壓煤開(kāi)采可行性的基礎(chǔ)上，對(duì)端幫壓煤開(kāi)采參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了端幫壓煤回采率。

本研究以某露天礦7#采場(chǎng)為研究對(duì)象，針對(duì)采場(chǎng)南幫上覆排土場(chǎng)、下壓礦石的特殊工程條件，先對(duì)上覆排土場(chǎng)削坡參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再以經(jīng)濟(jì)合理剝采比為界限，確定了采場(chǎng)南擴(kuò)露采境界，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采壓覆礦石的擴(kuò)幫設(shè)計(jì)。

1 工程概況

某露天礦7#采場(chǎng)現(xiàn)狀最低開(kāi)采標(biāo)高為+2 250 m，最高開(kāi)采標(biāo)高為+2 388 m，臺(tái)階高度為10 m，安全平臺(tái)寬度為3 m，現(xiàn)狀露天采坑南北長(zhǎng)800 m，東西寬500 m。采場(chǎng)北部和西部已開(kāi)采至礦體底板，其開(kāi)采工作即將進(jìn)入尾聲，底板坡度在15°～28°，底板巖性為白云巖。

7#采場(chǎng)南幫覆壓西采場(chǎng)的內(nèi)排土場(chǎng)，已經(jīng)堆排完畢多年，上覆排土場(chǎng)南北向長(zhǎng)約1.2 km，東西向?qū)捈s0.55 km，占地面積為45.23 萬(wàn) m2，堆存標(biāo)高為+2 390～+2 480 m，堆排臺(tái)階高度為20～30 m，最大約50 m。

為延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，礦山曾組織多次資源勘探工作，并于7#采場(chǎng)南端110#～116#線間勘探資源儲(chǔ)量約2 043.15 kt，即西采場(chǎng)的內(nèi)排土場(chǎng)下方，此排土場(chǎng)成為了7#采場(chǎng)南擴(kuò)設(shè)計(jì)面臨的主要難點(diǎn)。

2 開(kāi)采設(shè)計(jì)規(guī)劃

為有效解決礦山7#采場(chǎng)南擴(kuò)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題，礦山根據(jù)工程地質(zhì)條件，計(jì)劃先對(duì)西采場(chǎng)上方覆壓多年且已經(jīng)復(fù)墾完畢的排土場(chǎng)進(jìn)行削坡處理，以便為下部礦石開(kāi)采清理出采礦作業(yè)空間，再進(jìn)行下覆礦石的開(kāi)采。參考文獻(xiàn)［6］可知，堆放多年的磷礦排土場(chǎng)由于廢石顆粒級(jí)配較好，在長(zhǎng)時(shí)間的自重作用下，排土場(chǎng)內(nèi)廢石堆放密實(shí)，故可將上覆排土場(chǎng)考慮作為物理力學(xué)性質(zhì)稍差的礦體上盤(pán)圍巖，先對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行削坡，進(jìn)而對(duì)采場(chǎng)南擴(kuò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 排土場(chǎng)削坡設(shè)計(jì)

3.1 排土場(chǎng)物理力學(xué)性質(zhì)

上覆排土場(chǎng)的削坡事關(guān)下覆礦石能否安全開(kāi)采，而排土場(chǎng)內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)是排土場(chǎng)削坡設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要素［7］。參考礦山工程地質(zhì)資料，將上覆排土場(chǎng)物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行折減，得到排土場(chǎng)堆積體物理力學(xué)參數(shù)：重度為21.0 kN/m3，飽和重度為21.5 kN/m3，黏聚力為12.0 kPa，內(nèi)摩擦角為25.0°。

3.2 排土場(chǎng)削坡參數(shù)

根據(jù)排土場(chǎng)堆積體物理力學(xué)參數(shù)，參考工程地質(zhì)手冊(cè)和類似礦山生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定削坡坡面角為38°或原始坡面坡度（24°～32°）；臺(tái)階高度為10 m；安全和清掃平臺(tái)寬度為15 m；削坡最終邊坡角為20°；平臺(tái)排水溝（矩形）尺寸為0.4 m×0.4 m；平臺(tái)水溝設(shè)置：先期采用毛溝+鋪設(shè)土工膜的方式設(shè)置，待平臺(tái)變形穩(wěn)定后采用混凝土澆筑。

3.3 排土場(chǎng)削坡工程量

西采場(chǎng)內(nèi)排土場(chǎng)北幫削坡范圍為+2 330～+2 470 m，自上而下分臺(tái)階削坡，作業(yè)臺(tái)階高度為10 m，削坡臺(tái)階坡面角為38°，平臺(tái)寬度為15 m。根據(jù)削坡參數(shù)和排土場(chǎng)設(shè)計(jì)范圍標(biāo)高，計(jì)算削坡工程量為508.63萬(wàn)m3。

4 下覆采場(chǎng)擴(kuò)幫設(shè)計(jì)

4.1 采場(chǎng)物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)礦山地質(zhì)資料，礦層頂板梅樹(shù)村組第四段（?1m4）為含泥白云巖、泥質(zhì)白云巖或含錳白云質(zhì)泥巖，下部夾灰黑色燧石或灰白、灰黑色硅質(zhì)薄層及條帶。燧石單層厚2～30 cm。

礦層底板梅樹(shù)村組第一段（?1m1）為含磷白云巖、白云巖、泥質(zhì)白云巖夾燧石條帶段。含磷量較高，厚度為2.01～31.49 m。

夾石主要分布于梅樹(shù)村組第二段（?1m2）礦層中，為低品位礦石、含磷泥質(zhì)白云巖、含磷粉砂巖及白云質(zhì)粉砂巖。

采場(chǎng)物理力學(xué)參數(shù)是采場(chǎng)擴(kuò)幫設(shè)計(jì)的重要來(lái)源，決定擴(kuò)幫邊坡設(shè)計(jì)的合理性。根據(jù)礦山相關(guān)地質(zhì)資料，確定白云巖及砂巖物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

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4.2 采場(chǎng)邊坡參數(shù)

結(jié)合礦山巖土體的賦存特點(diǎn)和礦山現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備條件，并考慮附近礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)，確定露天采場(chǎng)邊坡參數(shù)：終了臺(tái)階高度為10 m；終了臺(tái)階坡面角下盤(pán)為礦體傾角或者是60°，上盤(pán)為60°，第四系表土層臺(tái)階坡面角為50°；安全平臺(tái)寬度為5 m，清掃平臺(tái)寬度為7 m，每隔2 個(gè)安全平臺(tái)設(shè)置1 個(gè)清掃平臺(tái)；雙線運(yùn)輸?shù)缆穼挾葹?2 m；運(yùn)輸?shù)缆纷畲笃露葹?%；運(yùn)輸?shù)缆纷钚澋腊霃綖?5 m；反傾一側(cè)邊坡最終邊坡角控制在41°～43°。

露天采場(chǎng)最小底部寬度bmin根據(jù)運(yùn)輸方式和采掘運(yùn)輸設(shè)備的規(guī)格確定，設(shè)計(jì)采用汽車運(yùn)輸，按折返式調(diào)車方式，則計(jì)算公式為

式中，lc為汽車長(zhǎng)度，m；bc為汽車寬度，m；e3為汽車距邊坡的安全距離，m；Rcmin為汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，m。

經(jīng)計(jì)算，采場(chǎng)最小底部寬度bmin=18.36 m。參考生產(chǎn)實(shí)際，確定露天開(kāi)采最小底寬為20 m。

4.3 經(jīng)濟(jì)合理剝采比

經(jīng)濟(jì)合理剝采比是確定露天礦山開(kāi)采境界的重要參數(shù)，對(duì)礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)起著決定性的作用［8］，因此，在確定此露天礦山擴(kuò)幫境界參數(shù)中，需首先確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比Nj。根據(jù)礦山以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和此次設(shè)計(jì)的礦體賦存條件，采用盈利法確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比，其計(jì)算方法為

其中，

式中，n′1為露天開(kāi)采視在回采率；n′d為地下開(kāi)采視在回采率；B1為露天開(kāi)采每噸原礦的銷售價(jià)格，元/t；Bd為地下開(kāi)采每噸原礦的銷售價(jià)格，元/t；n1為露天開(kāi)采實(shí)際回采率；nd為地下開(kāi)采實(shí)際回采率；ρ1為露天開(kāi)采廢石混入率；ρd為地下開(kāi)采廢石混入率；c為為地下開(kāi)采每噸礦石成本，元；ɑ 為露天開(kāi)采每噸礦石采礦費(fèi)用（不包含剝離費(fèi)），元；b 為露天開(kāi)采剝離每噸巖石費(fèi)用，元。

根據(jù)礦山前期露天、地下開(kāi)采經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)采礦指標(biāo)，確定n′1取1.0，nd′取 0.8，B1取 200元/t，Bd取163.0元/t，n1取0.97，nd取0.76，ρ1取0.03，ρd取 0.05，c 取 130.0 元，ɑ 取 20.0 元，b 取 8.96 元，帶入公式（2）計(jì)算得經(jīng)濟(jì)合理剝采比為17.14。

4.4 露天境界參數(shù)

根據(jù)礦山現(xiàn)狀地形，按照前文所述排土場(chǎng)邊坡參數(shù)及露天采場(chǎng)邊坡參數(shù)，以及露天境界圈定原則，對(duì)7#采場(chǎng)南向擴(kuò)幫工程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的露天開(kāi)采終了境界如圖1所示。

設(shè)計(jì)7#采場(chǎng)南擴(kuò)露天采場(chǎng)內(nèi)采剝總量為693.18萬(wàn)m3，露天采場(chǎng)內(nèi)剝離廢石量為637.60 萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)境界內(nèi)資源儲(chǔ)量為138.39 萬(wàn)t，資源類別全部為331 類別。露天開(kāi)采境界主要指標(biāo)如表2所示，開(kāi)采終了采礦指標(biāo)如表3所示。

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根據(jù)表3，開(kāi)采終了的采礦損失率和貧化率與礦山往期相當(dāng)，剝采比為11.98，小于設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理剝采比，有效實(shí)現(xiàn)了排土場(chǎng)下覆礦石資源的回收。

5 結(jié) 論

以某露天7#采場(chǎng)南擴(kuò)礦山為研究對(duì)象，針對(duì)該礦山上覆排土場(chǎng)、下壓礦石的復(fù)雜工程地質(zhì)條件，基于礦山巖石物理力學(xué)參數(shù)，先對(duì)上覆排土場(chǎng)削坡參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，后采用盈利法確定經(jīng)濟(jì)合理剝采比，并以此為指標(biāo)，對(duì)下壓南擴(kuò)采場(chǎng)擴(kuò)幫參數(shù)進(jìn)行露天開(kāi)采設(shè)計(jì)，取得了較好的資源回收效果。