大西溝超貧磁鐵礦綜合開發(fā)利用

盧立松

(保利礦業(yè)投資有限公司, 北京 010010)

大西溝超貧磁鐵礦綜合開發(fā)利用

盧立松

(保利礦業(yè)投資有限公司, 北京 010010)

介紹了大西溝超貧磁鐵礦資源概況和區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，依據(jù)其開采技術(shù)條件確定了超貧磁鐵礦的開發(fā)利用原則，在此原則上確定其開采方式，進一步探討了該開采方式的開采工藝和邊坡參數(shù)，并初步確定了其臺階參數(shù)和最終邊坡角，為該超貧磁鐵礦的綜合開發(fā)利用和開采設(shè)計提供了指導(dǎo)性建議。

超貧磁鐵礦；露天開采；邊坡穩(wěn)定；極限平衡；開采境界

1 概 述

大西溝鐵礦于2010年由民營企業(yè)整合而來，礦山主要產(chǎn)品為鐵礦石及鐵礦體內(nèi)伴生TiO2化合物量和伴生P2O5化合物量，礦區(qū)距國道、省道較近，交通方便。

內(nèi)采用地質(zhì)塊段法，對礦區(qū)礦石資源量進行了估算。其采礦許可證內(nèi)(+811 m至+471 m)鐵礦石資源量(332+333)6881.39萬t，TFe品位13.02%，mFe品位4.54%。鐵礦體內(nèi)伴生TiO2化合物量(332+333)202.73萬t，TiO2品位2.95%；伴生P2O5化合物量(332+333)65.39萬t，P2O5品位0.95%。本文僅對大西溝礦露天開采部分綜合開發(fā)利用進行分析和探討。

2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境

2.1 區(qū)域地層

區(qū)域內(nèi)出露地層由老至新主要有：太古界單塔子群白廟組、鳳凰咀組、劉營組、南店子組和太平莊組，中生界侏羅系中統(tǒng)土城子組、上統(tǒng)張家口組和金剛山組，中生界白堊系下統(tǒng)義縣組和九佛堂組，新生界第四系。太古界單塔子群白廟組地層與礦區(qū)超貧磁鐵礦的成礦關(guān)系密切。

2.2 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)多見斷裂構(gòu)造，尤以近東西向斷裂最為發(fā)育，其中區(qū)域北部的長閣—鳳山斷裂最具代表性，該斷裂長達10余公里，向南傾，表現(xiàn)為張性特征。次為北東向斷裂，主要見于區(qū)域南部，斷裂多向南東傾，亦顯示張性斷裂特征。區(qū)內(nèi)亦見北北東和南北向斷裂構(gòu)造。近東西向和北東向斷裂對區(qū)域地層的總體走向具明顯的控制作用。區(qū)域內(nèi)褶皺構(gòu)造主要為小古口背斜，發(fā)育于太古界單塔子群白廟組地層中，背斜軸呈近東西走向，長2 km以上，對礦區(qū)地層以及礦層的產(chǎn)出特征具較強的控制作用。

礦區(qū)內(nèi)未見有大的斷裂構(gòu)造活動，但小的斷裂、節(jié)理、褶皺構(gòu)造均較發(fā)育，其規(guī)模較小，多被后期脈巖填充，脈厚一般在0.20 ～1.70 m左右，最厚達十余米，其脈體產(chǎn)狀各異，對礦體沒有破壞作用。節(jié)理、裂隙按照走向可分為兩組，即NW向和NE或近EW向，以NW向較為發(fā)育。小褶皺較發(fā)育，局部對礦體有拉伸、增厚作用，但其規(guī)模均很小，整體上對礦體無影響。

2.3 巖漿巖

區(qū)域巖漿活動強烈，規(guī)模較大，分布面積較廣，巖石類型較為復(fù)雜，從超基性、基性、中性、酸性均有產(chǎn)出，巖漿活動以侵入為主，噴出次之。

2.4 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)三條含磁鐵礦黑云母斜長角閃片麻巖帶，具有工業(yè)價值的有兩條，分別為FeⅠ、FeⅡ，其具體情況見表1。礦體圍巖及夾石成分相同，主要為含磁鐵礦角閃斜長片麻巖或斜長角閃巖以及弱磁性的斜長角閃片麻巖。

表1 礦區(qū)各礦體特征

3 礦床開采技術(shù)條件

(1) 工程地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)無大規(guī)模的斷裂破碎帶構(gòu)造，小型斷裂構(gòu)造多被石英脈、二長巖脈、閃長巖脈、斷層角礫等充填，巖石致密堅硬，呈塊狀。區(qū)內(nèi)鐵礦石主要為含磁鐵斜長角閃巖和含磁鐵斜長角閃片麻巖，頂?shù)装逡孕遍L角閃片麻巖為主。礦區(qū)工程地質(zhì)勘查類型屬第二類第一型，即以堅硬、半堅硬結(jié)晶變質(zhì)巖等塊狀巖類為主的簡單型礦床。

(2) 環(huán)境地質(zhì)條件。礦區(qū)處中低山區(qū)，侵蝕切割作用較強，新構(gòu)造運動不發(fā)育，無活動性斷裂存在。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境類型屬第二類，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等的礦區(qū)。

(3) 水文地質(zhì)條件。礦區(qū)大部分礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，地形有利于自然排水，屬于水文地質(zhì)條件簡單的裂隙充水礦床。

(4) 礦區(qū)自然環(huán)境。礦區(qū)區(qū)域性氣候?qū)俅箨懶詺夂颍募径?，多東南風(fēng)，冬季長，多西北風(fēng)，7～8月份屬雨季，年平均降雨量343.3～705.9 mm，11月開始冰凍，次年3月解凍，凍土最大深度1.31 m，最低溫度-28.3℃。

(5) 外部運輸條件。礦區(qū)北部10.5 km有G112國道通過，東南10 km有S244省道通過，石人溝鄉(xiāng)至G112國道、S244省道有鄉(xiāng)級公路相連，交通方便。

(6) 供電、供水。供電電源(10 kV)來自距采場約附近的干選車間，不設(shè)工業(yè)場地及生活用水設(shè)施，原生活設(shè)施設(shè)在破碎干選廠區(qū)東北方向，距離約100～400 m；用水系統(tǒng)由生活區(qū)統(tǒng)一考慮。

(7) 采剝施工。礦山基建的主要工程為露天采場擴幫剝巖，企業(yè)可自行施工，施工條件較好。對于圈定在境界內(nèi)的共生磷和鈦礦石，設(shè)計時按利用考慮；對超貧磁鐵礦伴生磷和鈦礦石，設(shè)計全部利用。

4 采 礦

礦床屬沉積變質(zhì)超貧磁鐵礦。礦區(qū)內(nèi)除地表有植被處有較薄第四系覆蓋外，其他幾乎無第四系表土覆蓋。根據(jù)礦區(qū)自然地理及礦體賦存條件，為降低開采成本，確定大西溝超貧磁鐵礦淺部礦體采用露天開采。根據(jù)區(qū)域巖體條件和前期科研成果，確定露天邊坡垂直高度約200 m，臺階高度10 m，臺階坡面角65°，露天采場最終邊坡角不大于51°。

依照境界剝采比小于等于經(jīng)濟合理剝采比、最終邊坡角不大于推薦值、332類及333類資源量礦體及圍巖中共生磷和鈦礦石資源量綜合利用等原則，采用浮動圓錐法圈定露天境界，共圈定兩個采場，其中：北采場位于13～7勘探線之間，地表長670 m，寬500 m左右。采場最低標(biāo)高580 m，最高標(biāo)高820 m，封閉圈標(biāo)高670 m，總出入溝口位于采場東部9號勘探線附近。南采場位于5～12勘探線之間，地表長1600 m，寬320 m左右。采場最低標(biāo)高470 m，最高標(biāo)高660 m，封閉圈標(biāo)高550 m，總出入溝口位于采場東部8號勘探線附近。

礦山開采臺階高度為10 m，開采至最終境界位置每2個臺階并段，并段高度為20 m；階段坡面角65°(地表風(fēng)化部位46°)；采場安全平臺寬度5.5～8 m；采場運輸平臺寬度12 m(單車線9.5 m)；采場邊坡角46°～51°。

境界內(nèi)礦石量3820.43萬t，巖石量5120.05萬t，平均剝采比1.34 t/t，其中北采場境界內(nèi)礦石量1692.48萬t，巖石量2109.41萬t，平均剝采比1.25 t/t，南采場境界內(nèi)礦石量2127.95萬t，巖石量3010.64萬t，平均剝采比1.41 t/t。

5 穿孔爆破與裝載工作

礦山選擇KQ200型潛孔鉆機穿鑿深孔，鉆孔直徑200 mm。采用微差爆破方法進行深孔爆破，根據(jù)底盤抵抗線的取值，設(shè)計礦石炮孔孔距為5.5 m，排距為4.5 m；巖石炮孔孔距a為6 m，排距b為5 m。每次爆破孔數(shù)45個，平均單孔炸藥消耗量為203.3 kg。

礦巖裝載設(shè)備均選用斗容3.5 m3的R964C型液壓挖掘機。北采場需液壓挖掘機3臺，配T220推土機2臺，ZL-50D前裝機1臺進行采場輔助作業(yè)；南采場需液壓挖掘機5臺，配T220推土機3臺，ZL-50D前裝機2臺進行采場輔助作業(yè)。

6 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

礦山主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)為礦山規(guī)模450萬t，北采場年采剝離總量475萬t，生產(chǎn)剝采比1.5 t/t，南采場年采剝離總量689萬t，生產(chǎn)剝采比1.65 t/t，北采場服務(wù)年限11 a，南采場服務(wù)年限10 a，開拓運輸方案采用公路開拓，汽車運輸，由上向下逐層開采，采礦單位產(chǎn)品耗電量0.69 kW·h/t，勞動定員318人，概算總投資25069.20萬元，礦石生產(chǎn)成本28.9元/t。

7 結(jié)論與建議

通過對大西溝超貧磁鐵礦的資源情況和綜合開采技術(shù)條件進行分析，確定了該礦的綜合開發(fā)利用方式，并利用現(xiàn)有技術(shù)資料，初步確定了礦山開采技術(shù)參數(shù)，為礦山進行下一步的設(shè)計和開采工作提供指導(dǎo)。但由于區(qū)域技術(shù)資料有限，有待進一步詳勘核實和進行實驗測量，因此提出以下建議：

(1) 礦區(qū)西北部礦體厚大，資源量向深部增加的可能性極大，礦山應(yīng)申請擴大采礦權(quán)范圍，以科學(xué)合理利用礦山礦石資源；

(2) 本文僅是利用現(xiàn)有資料對礦區(qū)地下水涌水量進行了粗略估算，建議開展下一步工作前要進行專門的水文地質(zhì)工作，查清礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，進一步核實地下水涌水量，為設(shè)計及生產(chǎn)提供詳實依據(jù)；

(3) 由于現(xiàn)有資料中巖石力學(xué)實驗數(shù)據(jù)有限，因此本文計算得到的邊坡安全系數(shù)與實際工程可能存在出入，僅對設(shè)計中的方案選擇有一定的參考價值，建議盡快開展邊坡工程地質(zhì)勘查工作。

(4) 在生產(chǎn)中可通過爆破震動監(jiān)測等手段的監(jiān)測結(jié)果，不斷改進爆破方法和爆破參數(shù)，降低爆破擾動，減少地表水流進露天采場，確保露天邊坡穩(wěn)定。

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2017-03-11)

盧立松(1980-)，河北邯鄲人，采礦工程師，主要從事礦山技術(shù)方案論證審定、礦山安全生產(chǎn)管理、礦山基礎(chǔ)建設(shè)和生產(chǎn)組織等工作，Email:lls1980@sina.com。