大型深凹露天金屬礦傾斜條帶式短分期開采工藝及應用

任紅崗，張長鎖，趙旭林

（1．北京礦冶研究總院，北京100160；2．北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京100083）

大型深凹露天金屬礦傾斜條帶式短分期開采工藝及應用

任紅崗1，2，張長鎖1，趙旭林1

（1．北京礦冶研究總院，北京100160；2．北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京100083）

某銅鎳礦是世界級大型銅鎳礦床，設計采用露天開采，采剝總量達7．4億t，最高邊坡達645m。針對大型深凹露天礦，采用短分期開采，組合臺階和傾斜條帶式陡幫作業(yè)，有效推遲剝離高峰，減少基建剝離量和初期生產(chǎn)剝采比，降低投資及初期開采成本，經(jīng)濟效益顯著提高。

傾斜條帶式；短分期；陡幫作業(yè)；緩幫作業(yè)

分期開采是金屬礦山露天開采中的一種機動靈活的開采方式，可以將開采條件好（礦石多、巖石少）的區(qū)域選作為首期開采，把大量巖石推遲到以后剝離［1－2］，一方面可以減少基建投資，降低生產(chǎn)成本［3］，另一方面可以實現(xiàn)早投產(chǎn)、早達產(chǎn)，經(jīng)濟效益明顯［4］。對于勘探程度低、礦石價值變化大的礦床，分期開采可以有效地降低風險投資。但是，分期開采對生產(chǎn)技術手段和管理水平要求高，如何選擇合理的過渡時機，確定擴幫起始水平標高，是分期開采礦山實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)或不停產(chǎn)過渡、均衡過渡期間剝巖量的關鍵［5］。

分期開采在國內(nèi)外得到廣泛的應用，如智利Zaldivar銅礦、蒙古Oyu Tolgoi銅金礦、我國的南芬鐵礦、德興銅礦［6］。這些礦山服務年限長，分期時間一般也較長，隨著礦山裝備、技術快速發(fā)展，高產(chǎn)量、低服務年限的礦山逐漸興起，適應礦山生產(chǎn)的短分期開采應運而生。短分期是相對一般分期開采提出的，除具有一般分期開采的優(yōu)點外，具有分期開采時間短、臨時邊幫移動速度快、靈活性強等特點。短分期開采將組合階段陡幫剝離和傾斜條帶式開采工藝作為實施手段。

1 礦床開采特征及開采方式

1．1 礦床特征

某銅鎳礦是東昆侖成礦帶的世界級大型銅鎳礦床，被譽為“世界級、革命性的找礦突破”，資源儲量達1．5億t，達到超大型規(guī)模。礦區(qū)位于青海省西部東昆侖山脈西段，柴達木盆地南緣。礦區(qū)溝谷深切，山勢陡峻，植被稀疏，呈典型高原荒漠景觀，地形總體地勢西、南高，東北低，海拔高度3 200～3 600m，最大比高為400m。

礦體產(chǎn)于基性雜巖體中，銅鎳礦已編號礦體36個，除M1礦體外其余35條均為盲礦體，含礦巖性主要為橄欖巖和輝石巖，其次為輝長巖。M1礦體占整個礦床儲量的93%以上，礦體長1 160m，呈似層狀，平均厚度73．19m，賦存標高2 920～3 400 m。東部南傾、西部北傾，傾角0°～35°，側伏角20°左右。礦體形態(tài)單一，在傾向上連續(xù)性較好。礦體北東端出露地表，向西逐漸向深部斜入，大部分礦體淺埋地下，見圖1。

圖1 礦床賦存特征三維模型Fig．1 3Dmodel of ore deposit characteristics

1．2 開采方式

鑒于礦床賦存位置較淺，礦體賦存條件簡單，礦體厚大，主礦體產(chǎn)狀較緩，礦體連續(xù)性較好，部分礦體出露地面，設計采用露天開采方式，先期為山坡露天，后轉入凹陷露天，見圖2。

圖2 露天開采三維模型Fig．2 3Dmodel of open－pit mining

礦山生產(chǎn)規(guī)模為675萬t/a（2．25萬t/d），服務年限為16年，露天境界內(nèi)礦石量為9 696．7萬t，采出Ni品位為0．758%，Cu品位為0．163%，Co品位為0．024%，剝離巖石量64 423萬t，平均剝采比為6．64t/t。露天終了境界形成以后，最大邊坡高度達645m，露天最終境界參數(shù)詳見表1。

由于礦體為厚大層狀產(chǎn)出，為了充分利用礦體賦存條件優(yōu)勢，提高生產(chǎn)作業(yè)效率，降低生產(chǎn)成本，根據(jù)采礦生產(chǎn)規(guī)模和選用的開采設備，設計臺階高度為15m，最小工作平臺寬度40m，非工作最小平臺寬度15m，工作臺階坡面角60°～65°。開采到終了境界后進行靠幫并段，最終臺階高度為30m。

表1 露天最終境界參數(shù)Table 1 Parameters of final open－pit edge

2 短分期開采

該銅鎳礦地形陡峻，地表起伏較大，露天境界內(nèi)巖石量主要集中在露天采場西南幫上部，封閉圈以上廢石量約占廢石總量的60%。這種分布需要采剝方法能夠較大限度推遲剝離量，以求有效均衡生產(chǎn)剝采比。無論采用全境界緩幫，還是采用全境界陡幫開采，開采初期都要剝離大量的巖石，并在短期內(nèi)即面臨剝離高峰，使得前期生產(chǎn)剝采比大，作業(yè)成本高，從而影響整體開采效果。

為了有效推遲剝離高峰，減少基建剝離量和初期生產(chǎn)剝采比，降低投資及初期開采成本，設計采用短分期開采，組合臺階和傾斜條帶式陡幫作業(yè)。在整個開采境界內(nèi)，劃分出兩個臨時開采邊界，由小的臨時邊界逐漸開采至最終境界，共分三期開采，露天境界東側為最終邊幫，西側為臨時邊幫。分期開采境界示意圖見圖3，露天分期開采境界礦巖量見表2。

通過短分期開采，使上部巖石量得到有效推遲，減少基建工程量，早日投達產(chǎn)，獲取較好的前期效益及資金的時間價值。生產(chǎn)剝采比得到有效均衡，還可以降低投資風險。

為充分利用工作線長度，采掘帶沿山坡方向、斜交礦體走向布置。采用沿采場東北幫端部降深方式，依次向深部、向西南推進，直至最終境界。前一期開采一段時間后，后一期在上部擴幫開采。在分期境界內(nèi)采用陡幫剝離巖石、緩幫采礦工藝，分期開采開采順序見圖4。

圖3 分期開采境界示意圖Fig．3 Sketch map of the edge in open－pit mining by stages

表2 露天分期開采礦巖量Table 2 Ore and rock quantity in open－pit mining by stages

圖4 利用NPV軟件繪制分期開采順序示意圖Fig．4 Sketch map of mining by stages in a proper order by using NPV software

3 傾斜條帶式開采工藝

所謂傾斜條帶式開采工藝，即變原自上而下的單水平逐臺階下降的擴幫方式為由內(nèi)向外的傾斜分條擴幫方式，將下盤分成若干個傾斜條帶，逐條進行采掘［7］，如圖5所示。擴幫方式有緩幫擴幫和陡幫擴幫兩種方式，國內(nèi)外分期開采的礦山，常用陡幫擴幫方式［6］。

沿采場空間把剝巖幫劃分為若干傾斜條帶，由里向外擴幫，各階段從上到下尾隨式開采。尾隨的工作平臺長度，根據(jù)運輸方式和工作面運輸線路布置確定［2］。將每三個剝巖幫階段劃分為一組，每組由一個工作階段和兩個臨時非工作階段組成。每組階段內(nèi)自上而下逐個階段輪流開采，上一階段推進到預定寬度后，設備轉移到下一階段開采，當三個階段均推進到預定寬度后，即完成一個剝離周期。剝離巖石形成足夠的開采空間，開采礦石采用緩幫采礦方法，見圖6。

圖5 陡幫剝離作業(yè)示意圖Fig．5 Sketch map of steep slope stripping operation

圖6 緩幫采礦作業(yè)示意圖Fig．6 Sketch map of moderately inclined slope mining operation

按照短分期開采規(guī)劃，投產(chǎn)第一年形成260萬t/a的生產(chǎn)能力，投產(chǎn)第二年達到500萬t/a的生產(chǎn)能力，第三年達產(chǎn)，即達到設計生產(chǎn)能力。穩(wěn)產(chǎn)期13年，減產(chǎn)期1年。一期露天境界服務年限為生產(chǎn)第1～5年，二期露天境界服務年限為生產(chǎn)第6～10年，三期露天境界服務年限為生產(chǎn)第11～16年，采剝生產(chǎn)進度計劃曲線見圖7。

圖7 采剝生產(chǎn)進度計劃曲線Fig．7 The production schedule program curve of striping and mining

4 結論

1）本礦采用短分期開采，組合臺階和傾斜條帶式陡幫作業(yè)。在整個開采境界內(nèi)，劃分出兩個臨時開采邊界，由小的臨時邊界逐漸開采至最終境界，共分三期開采，有效推遲剝離高峰，減少基建剝離量和初期生產(chǎn)剝采比，降低投資及初期開采成本。

2）分期開采對生產(chǎn)技術與管理水平要求極高，如何選擇分期數(shù)、分期境界、分期開采順序是一個至關重要的露天開采系統(tǒng)優(yōu)化技術課題，在生產(chǎn)中，擴幫過渡管理復雜、安全風險增大等因素是影響分期開采的主要因素，要求管理必須做到適時到位。

［1］李沖，王君，張猛，等．長、短分期開采在甲瑪銅多金屬礦設計中的應用［J］．黃金，2014，35（5）：30－34．

［2］張富民．采礦設計手冊（礦床開采卷上冊）［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987．［3］霍根虎，王鶴年，劉愛民，等．分期開采方法和陡幫開采技術在翁泉溝硼鐵礦的應用［J］．有色金屬（礦山部分），2012，64（3）：17－20．

［4］楊育，金鑫，王永增．分期開采中影響礦山生產(chǎn)能力的因素［J］．礦業(yè)工程，2012，10（5）：18－20．

［5］《露天礦分期開采及運輸方式研究》專題組．露天礦分期開采若干問題的研究（中）［J］．冶金礦山設計與建設，1997，29（4）：3－7．

［6］于潤滄．采礦工程師手冊（上）［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2009．

［7］姜科，李長征，鐘小宇．傾斜分條擴幫開采工藝在大孤山鐵礦的應用［J］．礦業(yè)工程，2003，1（3）：28－31．

Inclined strips and short stage mining technology and its application in large－scale deep open－pit metal mine

REN Honggang1，2，ZHANG Changsuo2，ZHAO Xulin1
（1．Beijing General Research Institute of Mining ＆Metallurgy，Beijing 100160，China；2．School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）

A world－class large Cu－Ni deposit is designed for open pit mining，and the general volume of mining and stripping is up to 740million tons and the highest slope is up to 645m．For the large－scale deep open－pit mine，short stage mining combined with benches and inclined strip operation was applied，which effectively delays the stripping peak，reduces the infrastructure stripping quantity and initial production stripping ratio．This technology cuts down the investment and initial mining costs，and the economic efficiency is improved significantly．

inclined strips；short stage；steep slope operation；moderately inclined slope operation

TD854

Α

1671－4172（2015）04－0009－04

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．003

任紅崗（1986－），男，工程師，博士，主要從事采礦工程和巖土工程設計及研究工作。