白云鄂博鐵礦東礦境界外露天開采可行性分析

閆國英 孫麗軍 常 劍 楊家冕 陸玉根

(1.包鋼集團礦山研究院(有限責任公司)；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

白云鄂博礦區(qū)經過60多年的開采，東礦采場按照設計，開采境界內保有儲量不足2 000萬t[1-3]。根據(jù)目前礦山生產規(guī)劃，東礦露天開采將在5 a后閉坑。結合礦山開采現(xiàn)狀、現(xiàn)有礦權范圍及最新地質報告，以現(xiàn)有采礦證最低標高(1 230 m)為界可將東礦境界外的鐵礦資源分為2個部分，即1 230 m以上境界外主要賦存于現(xiàn)有露天邊幫附近，平面上可將境界外資源分為東北、東南、西南、西北4個區(qū)域；1 230 m以下境界外資源主要賦存于露天坑底。東礦境界外的礦體主要為2#、2-1#礦體的延深。為合理開發(fā)利用開采境界外的資源，本研究對東礦開采境界外的露天擴幫開采方案進行可行性分析。

1 境界外礦體露天開采方案

1.1 境界圈定

東礦采場外北部為Ⅳ#排土場，西南部為0#倒裝臺，東部為1#倒裝臺，采場內東南側1 502 m水平為破碎站，境界外擴時對1 502 m水平破碎站予以保留。經計算，露天開采礦石成本為16.01元/t，露天開采廢石成本為14.51元/t，經濟合理剝采比為6.27 t/t。臺階、平臺、道路參數(shù)沿用原設計參數(shù)。按境界剝采比不大于經濟合理剝采比的原則，圈定了擴幫后的露天開采境界(圖1)。擴幫方案最終境界露天底標高1 170 m，平均剝采比2.80 t/t。擴幫方案較原設計境界增加礦石量1 848.51萬t(東北、東南、西南、西北區(qū)域以及1230 m水平以下的礦石量分別為664.27，256.69，541.75，170.12，215.68萬t)，增加巖石量8 136.04萬t，增量剝采比為4.40 t/t。擴幫境界邊坡角見表1。

圖1 開采境界

表1 擴幫境界邊坡角 (°)

1.2 生產能力

東礦采場內采用上部擴幫、下部正常采剝作業(yè)方式生產，因此生產能力主要按現(xiàn)有作業(yè)臺階情況進行計算。本研究按照礦山工程延深速度確定生產能力，公式為

A=PVη/[h(1-e)] ，

式中，A為礦山可能達到的生產能力，萬t/a；P為水平分層礦量，234.88萬t；V為礦山工程延深速度，20m/a；h為臺階高度，15m；η為礦石回采率，98%；e為廢石混入率，2%。

經計算，A≈313.2 萬t/a。本研究礦山生產能力按300萬t/a設計。

1.3 采剝計劃

在擴幫過渡期內，采用采場內下部正常采剝作業(yè)、上部擴幫的方式生產。在上部臺階擴幫完畢前，采場下部仍采用原設計境界進行生產，采剝進度計劃見表2。

表2 采剝進度計劃

1.4 設備需求分析

(1)穿孔設備。目前，東礦采場采用2臺KY-310 型牙輪鉆機進行穿孔作業(yè)，分別用于采場下部正常采剝作業(yè)及掘溝作業(yè)。單臺牙輪鉆機實際效率為30000m/a，鉆孔利用率為95%，延米爆破量為164 t/m(2016年)，實際穿爆能力達934.8萬t/a，無法滿足擴幫境界前7 a的生產需求，需增加2臺KY-310型牙輪鉆機。

(2)鏟裝設備。目前，東礦采場采用4臺10 m3電鏟裝載廢石，設備正常作業(yè)效率為250萬t/a，采場上部擴幫作業(yè)空間有限，設備移動頻繁，設備工作效率為正常作業(yè)時的80%，即200萬t/a。2臺用于采場下部作業(yè)，2臺用于上部擴幫作業(yè)，仍需增加5臺10 m3電鏟。考慮到現(xiàn)有滑體需要清理，共需增加6臺10 m3電鏟。

(3)運輸系統(tǒng)。東礦采場巖石膠帶運輸系統(tǒng)能力為700萬t/a，根據(jù)采場巖石至破碎站和排土場的運距，采場1 558 m水平以上剝離巖石采用汽車運至排土場較為經濟，1 558 m水平以下(第3～13 a)宜采用膠帶運輸，現(xiàn)有膠帶運輸系統(tǒng)無法滿足擴幫境界第3～6 a的巖石運輸要求，超出現(xiàn)有膠帶運輸能力的巖石采用汽車運輸。目前，東礦現(xiàn)有108 t電動輪汽車12輛，正常作業(yè)年臺效取260萬t·km，擴幫作業(yè)時設備效率取正常作業(yè)時的80%，即208萬t·km。根據(jù)采剝進度計劃，礦山年礦巖運輸能力需達到5 349萬t·km，其中，下部采剝作業(yè)運輸能力需達到1 820.6萬t·km，擴幫作業(yè)運輸能力需達到3 528.4萬t·km。結合礦巖運輸能力并考慮到滑體治理的需要，共需增加12臺108 t電動輪汽車。

2 方案可行性論證

擴幫過渡期內，采場內下部進行正常采剝作業(yè)，上部進行擴幫作業(yè)。目前，采場內最低開采水平為1 348 m，擴幫過渡期內，擴幫工程由1 642 m水平下降至1 348 m水平，境界下部生產作業(yè)由1 348 m水平下降至1 260 m水平，擴幫工程與境界下部生產作業(yè)分別下降294，88 m，擴幫工程下降速度為采剝作業(yè)下降速度的3.3倍，平均每年下降3～4個臺階，達42～56 m，難度極大。同時，礦山對C區(qū)滑體進行了多次治理，效果均不理想。目前通過在C區(qū)滑體(圖2)下方1 404 m水平留設長380 m、寬40 m的安全擋碴平臺，保障采場底部作業(yè)安全[4-5]。未來擴幫作業(yè)時需對滑體進行清(治)理，勢必會進一步約束擴幫工程的下降速度。

擴幫帶寬度為30～90m，1390m水平以上臺階已按原設計境界靠幫到界，設計并段后的臺階高度為28m，清掃平臺寬12m，安全平臺寬8 m。臨近邊坡的爆破作業(yè)過程中，尤其是并段臺階上部14 m 的爆破作業(yè)過程中，爆堆前沖或旁沖，易導致爆堆沿臺階坡面下滑，威脅采場底部采剝作業(yè)及運輸安全。在擴幫過渡期間，一般可設置約30 m寬的截滾石平臺來減小上部擴幫對下部作業(yè)的影響，但在擴幫作業(yè)區(qū)域和下部開拓運輸?shù)缆分g已無設置截滾石平臺的空間?，F(xiàn)場除了對C區(qū)滑體設置了底部設擋碴平臺外，對其余不穩(wěn)定邊坡也采取了加固措施。擴幫作業(yè)將會破壞現(xiàn)有的邊坡治理工程，使其后方的邊坡體再次處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而擴幫作業(yè)時大型設備在不穩(wěn)定邊坡體上的平臺通行，增加了邊坡載荷，進一步惡化了邊坡的穩(wěn)定性狀況，也給擴幫作業(yè)帶來了安全隱患。

圖2 C區(qū)滑體

經計算，擴幫境界累計經營成本為原境界的 3.3倍，累計財務凈現(xiàn)值較原境界減少16 397.72萬元(表3)?？梢?，擴幫境界的實施，將導致成本急劇上升，經濟效益大幅下降，經濟上不合理。

表3 擴幫境界與原境界的技術經濟參數(shù)對比

3 結 語

對白云鄂博鐵礦東礦境界外的礦體賦存特征進行了分析，并對該礦境界外的露天開采方案進行了可行性論證，認為該礦境界外礦體繼續(xù)采用露天擴幫開采方案存在難度大、安全性差、經濟上不合理等缺點。