露天坑固定幫臺階掛幫礦石倒采法實踐

謝代洪

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司朱蘭鐵礦）

蘭山露天采場南幫10#～19#勘探線、1 420～1 210 m標(biāo)高固定幫臺階上，約有288萬t高品位（平均地質(zhì)品位38%）、好磨好選的掛幫礦石，該部位礦石由于所處位置較高，固定幫邊坡因局部臺階滑落，無完整的平臺和內(nèi)外聯(lián)絡(luò)運輸?shù)缆?，如果按常?guī)的從上往下的開采方式進(jìn)行掛幫礦回采，需要修建外部運輸?shù)缆?，修建道路的填方工程量大，費用高，時間長。如果不及時回收該部位的掛幫礦石，將會被內(nèi)排土巖石覆蓋而永久損失，造成礦產(chǎn)資源浪費。加之受蘭山采場內(nèi)排土作業(yè)的影響，越晚回收固定幫臺階掛幫礦石，回收的礦石資源量會大大減少，失去回收掛幫礦石的價值和意義。目前，蘭山露天采場正在進(jìn)行內(nèi)排土作業(yè)，前期內(nèi)排土工藝采用汽車運輸從低水平往高水平形成排土平臺進(jìn)行排土作業(yè)。利用蘭山露天采場作為內(nèi)排土場的有利時機(jī)，從內(nèi)排場修建運輸?shù)缆返交厥盏墓潭◣团_階，采用倒采法對掛幫礦石進(jìn)行快速、高效、安全地回收［1-4］。

1 礦山概況

朱蘭鐵礦露天采場設(shè)計生產(chǎn)能力為1 500萬t/a，采場封閉圈標(biāo)高1 270 m。以89#勘探線為界，分為蘭山采場和朱家包包采場，以西為蘭山采場，露天底標(biāo)高為1 150 m；以東為朱家包包采場，露天底標(biāo)高為1 042 m。目前，蘭山采場有1 180～1 165 m、1 165～1 150 m共2個生產(chǎn)臺階，在2022年將結(jié)束開采；朱家包包采場有1 165～1 150 m、1 150～1 135 m、1 135～1 120 m、1 120～1 105 m共4個生產(chǎn)臺階。在朱家包包采場東北幫正在實施擴(kuò)幫工程，延長礦山服務(wù)年限。

1.1 蘭山采場現(xiàn)狀

蘭山采場最高開采標(biāo)高為1 780 m，露天底標(biāo)高為1 150 m，1 195 m水平以上已按設(shè)計全部靠固定幫，臺階高度為15 m，臺階坡面角為65°，安全平臺寬度為8～10 m，露天采場將于2022年開采結(jié)束閉坑。露天靠幫臺階掛幫礦回收區(qū)內(nèi)1 270 m水平平臺寬度為17 m，1 255 m水平平臺寬8 m，1 240 m水平平臺寬14 m，1 225 m水平平臺寬10 m。蘭山采場已處于靠幫范圍內(nèi)，由于受巖層地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，多數(shù)臺階邊坡有局部垮塌，沒有完整的平臺。在蘭山采場上盤西南幫部位，原觀禮臺下方發(fā)生的大面積滑坡，滑坡體總高度為286 m，中斷了進(jìn)出蘭山采場各平臺之間的聯(lián)絡(luò)運輸通道，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 蘭山采場南幫邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

邊坡巖組主要由大理巖、角閃片巖、細(xì)粒輝長巖、鐵礦石構(gòu)成，邊坡傾向310°～330°，最終邊坡角47.5°～49.9°，邊坡形狀為直線型。最高人工坡高630m。礦區(qū)構(gòu)造主要有輝長巖體原生層狀構(gòu)造、斷層及節(jié)理，其中斷裂構(gòu)造對礦體影響和破壞最大。

蘭山采場斷裂構(gòu)造發(fā)育，皆為成礦后斷層，有北東東向、北東向、南北向、北西向4組，回采區(qū)主要出露以F208、F211、F222、F223斷層為主。

蘭山南幫邊坡1 420 m水平以下主要由鐵礦石巖組構(gòu)成，鐵礦石巖組呈層狀、似層狀產(chǎn)出，為Ⅸ礦體，在空氣中容易氧化成碎裂結(jié)構(gòu)。

1.3 東北幫擴(kuò)幫工程與蘭山露天采場的關(guān)系

東北幫擴(kuò)幫工程是在朱家包包采場礦權(quán)范圍內(nèi)，對原境界的北幫和東端幫進(jìn)行擴(kuò)幫，擴(kuò)幫范圍內(nèi)剝離巖石量11 850萬t，全部運往蘭山采場進(jìn)行排棄。蘭山采場作為東北幫擴(kuò)幫工程內(nèi)排土場，排土范圍位于7#～19#勘探線，采用汽車—推土機(jī)排土工藝，排土段高75 m，分為1 525，1 450，1 375，1 300，1 225 m共5個排土平臺，最高排土水平1 525 m，內(nèi)排土最低水平為1 150 m，內(nèi)排土場總段高375 m。擴(kuò)幫工程與蘭山采場內(nèi)排土場平均距離為2 500 m。

目前蘭山采場正進(jìn)行東北幫擴(kuò)幫工程內(nèi)排土作業(yè)，采用從低水平向高水平逐步排土形成各排土作業(yè)水平，P11線以西露天坑底廢石回填至1 220 m水平。

固定幫臺階掛幫礦回收位于1 270～1 210 m水平，與蘭山采場內(nèi)排土作業(yè)水平高度相差不大，為回收掛幫礦石修建運輸?shù)缆诽峁┝擞欣麠l件。蘭山采場、朱家包包采場、擴(kuò)幫區(qū)域及內(nèi)排土場相互關(guān)系見圖1。

2 靠幫臺階掛幫礦回收工藝設(shè)計

2.1 回收方案的選取

根據(jù)蘭山采場南幫露天靠幫臺階礦石分布區(qū)域、內(nèi)排土場作業(yè)與回收區(qū)域的相互關(guān)系、礦石回收區(qū)的現(xiàn)狀條件，提出2種回收方案：一是從上往下逐臺階順采回收方案，二是從下往上逐臺階倒采回收方案。

2.1.1 順采回收方案

固定幫臺階礦石回收位于10#～19#勘探線、開采標(biāo)高為1 270～1 210 m，回收順序為先回收1 270～1 255 m臺階礦石，再依次從上往下對1 255，1 240，1 225 m水平逐個臺階進(jìn)行礦石回收。

2.1.1.1 回收區(qū)礦巖量的計算

回采境界主要是充分利用1 270 m靠幫寬平臺，同時通過提高臺階坡面角釋放1 270 m以下空間進(jìn)行回采蘭山采場南幫1 270 m平臺壓制的下部掛幫礦體，回采區(qū)域長約300 m，回采標(biāo)高為1 220～1 270 m，回采總高度為50 m，各臺階之間留設(shè)3 m寬安全平臺，臺階坡面角為75°?；夭删辰缛θ氲V巖總量為103.55萬t，其中礦石84.64萬t，平均地質(zhì)品位TFe31.88%，巖石量15.53萬t，平均剝采比為0.22?；夭蓞^(qū)域各分層礦巖量見表1。

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2.1.1.2 方案優(yōu)缺點

該回收方案回收區(qū)域內(nèi)回收礦石量較大，約85萬t，從現(xiàn)場條件來看有如下缺點：

（1）1 270 m水平東西兩側(cè)平臺局部塌方無運輸通道，作業(yè)設(shè)備不能到達(dá)現(xiàn)場，無法及時進(jìn)行回收作業(yè)。

（2）目前，蘭山采場內(nèi)排土場的最低作業(yè)水平為1 220 m水平，由蘭山采場北幫修筑運輸?shù)缆返侥蠋? 270 m水平，按10%的道路坡度，需要作500 m長的運輸?shù)缆贰?/p>

（3）用內(nèi)排土物料修筑運輸?shù)缆窌r，降低內(nèi)排土作業(yè)效率，影響擴(kuò)幫工程進(jìn)度。

（4）從上往下回收礦石，不能對回收區(qū)域及時進(jìn)行壓坡腳回填，容易引起回收區(qū)邊坡失穩(wěn)和邊坡安全事故。

（5）從上往下對回收礦石進(jìn)行倒方，倒方段高大（最高達(dá)60 m），容易產(chǎn)生滾石飛濺，安全風(fēng)險高。

（6）多次倒方容易造成回收礦石的損失和貧化，同時增加倒方費用。

2.1.2 倒采回收方案

回收區(qū)域與方案一相同，回收順序為先回收最低臺階1 210～1 225 m的礦石，回收完后及時用內(nèi)排土物料對回收區(qū)進(jìn)行壓坡腳回填，然后依次逐臺階從下往上對1 240，1 255，1 270 m水平進(jìn)行礦石回收，并及時回填，完成掛幫礦回收作業(yè)。

2.1.2.1 回收區(qū)礦巖量計算

回收區(qū)范圍與方案一相同，為保證鉆機(jī)作業(yè)空間，各臺階之間留設(shè)3 m寬安全平臺，臺階坡面角為85°?；夭删辰缛θ氲V巖總量48.58萬t，其中礦石38.5萬t，平均地質(zhì)品位TFe32.46%，剝離巖石量10.08萬t，平均剝采比為0.26 t/t?；夭蓞^(qū)域各分層礦巖量見表2。

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2.1.2.2 方案優(yōu)缺點

該方案回收礦石較少，約為39萬t，與方案一相比，相同區(qū)域內(nèi)回收礦石為方案一的45%。但從回收區(qū)作業(yè)現(xiàn)狀條件和安全方面存在如下優(yōu)點：

（1）結(jié)合內(nèi)排土作業(yè)，可及時對各水平礦石進(jìn)行回收。

（2）各臺階礦石回收完后，可及時對回收區(qū)進(jìn)行內(nèi)排土壓坡腳回填，降低了對邊坡穩(wěn)定性的影響。

（3）各臺階礦石爆破后可及時運走，不存在倒方，減少了倒方費用。

（4）回收各臺階礦石，不用單獨作各水平的運輸?shù)缆?，減少回收作業(yè)對內(nèi)排土作業(yè)的影響，對擴(kuò)幫工程影響小。

（5）降低了回收礦石的損失與貧化。

2.1.3 回收方案確定

蘭山采場南幫靠幫臺階掛幫礦石回收區(qū)域，存在人工邊坡高（630 m），地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，局部臺階有垮塌和浮石。不管采用方案一或方案二，都增大了局部邊坡的邊坡角，對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響，因此在高陡邊坡下回收掛幫礦作業(yè)，安全是第一要素。從方案一和方案二的對比分析來看，方案一雖然回收的礦石量較多，但存在的安全風(fēng)險明顯比方案二高，因此選擇方案二進(jìn)行施工。

2.2 掛幫礦回收工藝

先回收1 210～1 225 m臺階掛幫礦石，回收完后依次回收1 225～1 240 m、1 240～1 255 m臺階，最后回收1 255～1 270 m臺階。

2.2.1 掛幫礦回收主要步驟

為確保掛幫礦回收作業(yè)安全，必須在雨季前完成回收工作，回收工藝主要步驟：①根據(jù)回收部位提前調(diào)整內(nèi)排土作業(yè)計劃，為回收掛幫礦石修建聯(lián)絡(luò)道路作準(zhǔn)備；②用內(nèi)排土物料堆排1 220～1 225 m水平的運輸通道，為回收作業(yè)設(shè)備創(chuàng)造條件；③鉆機(jī)按設(shè)計參數(shù)穿主爆孔和預(yù)裂孔；④按爆破設(shè)計進(jìn)行爆破施工并起爆；⑤現(xiàn)場地質(zhì)人員確認(rèn)礦巖分界；⑥用液壓挖掘機(jī)將礦石倒方到1 210 m水平，并將礦石裝運到指定的臨時堆存點堆存；⑦巖石直接倒方到與1 210 m水平內(nèi)排土的相鄰區(qū)域；⑧礦石回收完后，及時對回收區(qū)進(jìn)行內(nèi)排土壓坡腳回填，堆排至1 225 m水平，完成1 210～1 225 m水平臺階的回收作業(yè)。其他臺階的回收過程相同。

2.2.2 爆破參數(shù)選取

蘭山南幫掛幫礦石回采臺階高度為15 m，爆破作業(yè)平臺寬度為10～40 m。主爆區(qū)鉆孔采用孔徑為165 mm的RL8鉆機(jī)，炸藥單耗0.65 kg/m3；邊坡孔采用孔徑為100 mm的351鉆機(jī)，邊坡孔孔距為900mm。單個爆區(qū)總藥量控制在10 t之內(nèi)，最大單響藥量不大于300 kg。主爆孔和輔助孔采用間隔分層裝藥，起爆方式采用逐孔分層微差起爆，預(yù)裂孔采取分段微差起爆。

2.3 境界邊坡穩(wěn)定性及措施

固定幫臺階掛幫礦回收，增大了回收區(qū)邊坡角，局部改變了原有設(shè)計終了境界，因此，在礦石回收完后，需對回收終了境界進(jìn)行穩(wěn)定性評估。

2.3.1 回收終了境界邊坡穩(wěn)定性

根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016—2014）規(guī)定的評判依據(jù)，以12#勘探線剖面為例，計算了2種工況下（自然工況、自然+爆破振動）的邊坡穩(wěn)定性，經(jīng)計算，回收區(qū)終了境界邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部存在沿優(yōu)勢節(jié)理的折線型剪切破壞。

2.3.2 確保邊坡穩(wěn)定性的主要措施

根據(jù)回收區(qū)終了境界邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果，整體邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，需對邊坡采取穩(wěn)定性措施。

（1）對回收區(qū)及時進(jìn)行內(nèi)排土壓坡腳回填。

（2）在回收區(qū)外圍上方1 435 m水平建立了2個GNSS在線監(jiān)測點，進(jìn)行實時在線監(jiān)測。

（3）每周用無人機(jī)對回收區(qū)域進(jìn)行一次飛行拍照，檢查邊坡的變化情況。

3 實施過程的主要安全保障措施

固定幫臺階掛幫礦回收區(qū)位于高陡邊坡下方，由于上部臺階邊坡暴露時間較長，受自然條件影響，局部臺階有垮塌和邊坡浮石，回收作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，加之有內(nèi)排土作業(yè)，回收區(qū)安全風(fēng)險高，為確保掛幫礦回收的作業(yè)安全，主要安全措施有：

（1）作業(yè)人員在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)邊坡有掉渣、掉塊、揚塵時，應(yīng)立即停止作業(yè)，并組織人員設(shè)備撤離作業(yè)區(qū)域。

（2）人員在撤離過程中必須向邊坡的兩側(cè)進(jìn)行撤離，不得選擇邊坡的正下方進(jìn)行撤離。

（3）必須正確佩戴安全帽，防止邊坡浮石掉落傷害。

（4）已出現(xiàn)裂紋的危險區(qū)域，人員、設(shè)備不得進(jìn)入，檢查人員檢查時，必須選擇安全位置，且設(shè)專人監(jiān)護(hù)。

（5）高陡邊坡下方作業(yè)前必須進(jìn)行周圍環(huán)境確認(rèn)，且設(shè)專人進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)異常及時撤離至安全區(qū)域。

（6）遇大風(fēng)、大雨等惡劣天氣嚴(yán)禁作業(yè)，并提前撤離作業(yè)的人員和設(shè)備。

（7）進(jìn)入該區(qū)域作業(yè)的設(shè)備，應(yīng)提前進(jìn)行全面檢查，保證設(shè)備安全可靠運行。

（8）該區(qū)域爆破前，所有作業(yè)人員和設(shè)備應(yīng)撤離到安全位置，爆破當(dāng)天不進(jìn)行作業(yè)，待確定作業(yè)區(qū)邊坡安全后，再進(jìn)入該區(qū)域作業(yè)。

（9）作業(yè)前，安排專人用無人機(jī)對回收區(qū)域進(jìn)行巡查，確?；厥諈^(qū)邊坡安全穩(wěn)定的條件下再進(jìn)行回收作業(yè)。

（10）進(jìn)入該區(qū)域的作業(yè)人員，涉及到交叉作業(yè)時，要強(qiáng)化作業(yè)過程中的聯(lián)系確認(rèn)，服從生產(chǎn)管理部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

（11）如在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)危及自身安全的異常狀況時，應(yīng)遵循先撤人，保證人員安全的前提下再撤出設(shè)備。

（12）回收區(qū)域作業(yè)采用雙崗制，一人操作設(shè)備，一人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

4 實施效果

回收蘭山采場南幫固定幫臺階1 270～1 225 m水平區(qū)間的掛幫礦石，受季節(jié)特點和內(nèi)排土作業(yè)推進(jìn)計劃影響，實際回收礦石32.4萬t，有效緩解了主采場生產(chǎn)配礦難問題，充分利用了境界外掛幫礦資源，減少了境界內(nèi)礦石采出量。目前，內(nèi)排土標(biāo)高已至1 360 m水平，監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，回收區(qū)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié) 論

（1）為增加回收礦石量，倒采法回采時，宜適當(dāng)提高固定幫臺階坡面角，邊坡孔宜采用小孔徑鉆機(jī)穿孔，采用逐孔分層微差起爆，控制爆破振動。

（2）運用倒采法回收固定幫臺階掛幫礦石，必須及時對回收區(qū)域進(jìn)行壓坡腳回填，確保邊坡穩(wěn)定。

（3）倒采法回收固定幫臺階掛幫礦石，必須制定切實可行的現(xiàn)場安全專項措施。

（4）在確?；厥兆鳂I(yè)安全和邊坡安全穩(wěn)定的前提下，采用倒采法回收固定幫臺階掛幫礦石是可行的。