某大型鎢礦分期開采境界方案研究

永學(xué)艷，齊炎，陳振超

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

露天礦分期開采是指在露天開采的最終境界內(nèi)， 平面上或在垂深上劃分出若干個中間境界依次進行開采。 分期開采一般在開采品位高、 生產(chǎn)條件好、 剝采比小的礦段進行， 用以減少露天礦初期投資，加速露天礦基建、投產(chǎn)和達產(chǎn)，為露天礦均衡生產(chǎn)和擴大再生產(chǎn)提供保障， 達到用最少的投入取得最大的產(chǎn)出的目的[1-2]。

某鎢礦為采選聯(lián)合企業(yè)， 礦山采用露天開采方式， 生產(chǎn)規(guī)模為5 kt/d。 因終了境界上部剝離量巨大，為減少項目初始投資，礦山按分期建設(shè)、滾動發(fā)展的思路確定了一期開采境界。目前，一期建成投產(chǎn)至今已有十余年，境界內(nèi)剩余可采礦量約12 770 kt，平均地質(zhì)品位(WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.282%，剩余服務(wù)年限約7.7 a。 由于終了境界范圍大，境界內(nèi)廢石量多，若由一期境界直接向終了境界實施擴幫過渡， 上部剝離廢石量將超過1.1×105kt，擴幫過渡期內(nèi)的生產(chǎn)剝采比較大，持續(xù)時間較長，將對企業(yè)效益產(chǎn)生不利影響。 因此，宜在一期境界基礎(chǔ)上再次分期，以減少一次擴幫剝離量，促使企業(yè)獲得連續(xù)良好的經(jīng)濟效益。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)條件

該礦是一個規(guī)模巨大、低品位細脈型含鉬黑白鎢礦床，礦石中主要有用組分為WO3。 其中，全區(qū)平均黑鎢礦中WO3含量占總鎢量的50.82%， 白鎢礦中WO3含量占總鎢量的49.18%。 伴生Mo 平均品位為0.024%，其它伴生有益組分Bi、Cu、S 等含量均較低。礦體絕大部分產(chǎn)于花崗巖巖株體中，少部分位于巖體附近的變質(zhì)砂巖中。礦體由無數(shù)大小不一，含黑鎢礦、白鎢礦、輝鉬礦等的石英脈和部分浸染狀白鎢礦組成。幾乎整個巖株及部分變質(zhì)砂巖皆遭受礦化，形成一個規(guī)模巨大、品位較低、基本完整的礦體[3]。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，多為小斷層。細脈型礦體及花崗巖體未經(jīng)風(fēng)化，較堅硬完整，裂隙不發(fā)育，多為閉合構(gòu)造原生裂隙，并向深部減弱。 礦區(qū)含礦體及頂板、底板巖石堅硬，工程地質(zhì)條件中等。 屬巖層（帶）裂隙不甚發(fā)育，富水性較弱。 礦體附近無大的地表水體，礦區(qū)地下水主要接受大氣降水補給，水文地質(zhì)條件屬簡單類型。 礦區(qū)周邊屬于山區(qū)，人員稀少，礦山開發(fā)對環(huán)境的影響較小。 礦石的種類較多，可利用回收元素較多，具有可選性。

1.2 礦體分布特征

礦區(qū)地形為中等高度山區(qū)，地形陡峻，切割強烈，山坡坡度在30°～40°之間。 礦區(qū)內(nèi)礦體出露于海拔+620～+705 m 的四面環(huán)山的低凹處，礦體長636 m，平均厚158 m， 向下延伸到海拔+242～+340 m 處逐漸尖滅，平均延深為 297 m；走向北東東，傾角為 60°～70°。

根據(jù)地質(zhì)模型統(tǒng)計，截至目前，礦區(qū)+400 m 標(biāo)高以上保有資源量（含已探明的、控制的和推斷的）為 1.07×105kt，平均地質(zhì)品位（WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.233%，金屬量為248.9 kt。 其中，礦區(qū)內(nèi)探明和控制地質(zhì)儲量95 500.8 kt，平均地質(zhì)品位（WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.231%；推斷資源量為11 360.0 kt，平均地質(zhì)品位（WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.245%。 統(tǒng)計結(jié)果表明，礦石資源量主要集中在+680～+400 m 標(biāo)高之間， 品位呈現(xiàn)上富下貧，隨深度的加深而逐漸降低。

圖1 礦體三維塊段地質(zhì)模型

2 分期開采技術(shù)方案

2.1 開采范圍

礦區(qū)內(nèi)有細脈型及石英大脈型兩種礦體，其中大脈礦體大部分位于細脈礦體中。 該礦山歷史上進行了較長時間的民采和工業(yè)開采， 但主要開采黑鎢石英大脈型礦體， 且大部分集中在礦體南部+641 m標(biāo)高以上，并基本采盡，但采出礦量只占極少部分；+641 m 標(biāo)高以下未被開采。礦山目前已取得了+400 m標(biāo)高以上礦體的開采權(quán)。因此，本次分期確定的開采范圍為礦區(qū)+400 m 標(biāo)高以上所有剩余資源。

2.2 終了境界確定

礦山經(jīng)過十余年的開采， 技術(shù)經(jīng)濟條件相比最初設(shè)計建設(shè)時已發(fā)生變化， 其中金屬價值的變化尤為明顯。結(jié)合境界優(yōu)化實施經(jīng)驗，金屬價格對境界選擇的影響最為明顯， 因此有必要按照現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟條件重新確定終了境界的范圍。

1）境界優(yōu)化參數(shù)。 境界優(yōu)化采用的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)見表1。

表1 分期境界優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)

2）境界邊坡參數(shù)。 露天終了境界優(yōu)化采用已完成的“邊坡穩(wěn)定性分析與研究”所推薦的結(jié)果見表2。

表2 露天境界邊坡分區(qū)及邊坡角 （°）

3）終了境界優(yōu)化與圈定。 按照上述參數(shù)，采用MineSight 軟件， 應(yīng)用L-G 圖論法生成了20 個境界并進行分析，按照凈現(xiàn)值最大原則[4]，選擇第9 號境界作為最優(yōu)境界，并以最優(yōu)境界為基礎(chǔ)圈定終了境界。境界內(nèi)礦石量為70 933.2 kt，WO3平均品位為0.216%，Mo 平均品位為 0.022%， 巖石量為 210 518.1 kt，平均剝采比為2.97。

2.3 分期境界確定

目前，礦山按起初設(shè)計的一期境界范圍實施采剝，一期境界內(nèi)剩余礦量還可供礦7.7 a。 若由一期境界直接向終了境界實施擴幫過渡， 上部剝離量將超過1.1×105kt 廢石。 因擴幫廢石量巨大，擴幫過渡期內(nèi)的生產(chǎn)剝采比較大， 且擴幫過渡期持續(xù)時間較長，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟效益。推薦在一期境界與終了境界之間再實施分期開采方案， 即在兩個境界之間確定一期擴幫境界， 開采順序由現(xiàn)在的一期境界過渡至一期擴幫境界， 再由一期擴幫境界過渡至終了境界。 一期擴幫境界確定還是建立在境界優(yōu)化的基礎(chǔ)上， 境界優(yōu)化的主要依據(jù)和技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)均與終了境界保持一致。

1）選取邊坡角。一期擴幫境界邊坡角的選取，考慮一期擴幫境界為臨時境界。按《有色金屬采礦設(shè)計規(guī)范》（GB 50771—2012）要求，分期開采的臨時境界不應(yīng)并段，即每個臺階都要留相應(yīng)的平臺。故一期擴幫境界邊坡按3 個臺階1 組， 每組由1 個清掃平臺和2 個安全平臺組成，每2 組（高差72 m）包含1 個15 m 寬和 1 個 20 m 寬的清掃平臺，+708 m 標(biāo)高以上安全平臺寬度為8 m，+708 m 標(biāo)高以下安全平臺寬度為4 m，組合形式見圖2。 如此組合可計算出分期境界邊坡角為38°左右。

圖2 分期境界邊坡組合形式

2）一期擴幫境界優(yōu)化。 結(jié)合技經(jīng)參數(shù)和邊坡參數(shù)生成了一系列嵌套坑， 因為擴幫境界是一個開采范圍介于一期境界和終了境界之間的臨時境界，所以此處不再將“凈現(xiàn)值最大”原則作為選擇擴幫境界的依據(jù)，而是以這些嵌套坑的可采礦量、品位、廢石量為基礎(chǔ)，結(jié)合具體要求來選擇一個適合的擴幫境界。

3）一期擴幫境界選擇。本文基于礦山現(xiàn)狀地表，結(jié)合生成的一系列嵌套坑， 從中選擇合適的一期擴幫境界。 選擇的依據(jù)和原則為：（1）境界內(nèi)礦石服務(wù)年限為20 a 左右。 （2）結(jié)合鎢市場行情，在保證安全的前提下盡量增大邊坡角，以減少擴幫期剝離量；但也需考慮目前確定的一期擴幫境界在未來鎢市場行情轉(zhuǎn)好時，具備進行增大擴幫剝離的可行性。 （3）按當(dāng)前鎢價，原礦經(jīng)濟合理剝采比約為4，所以擴幫過渡期間的生產(chǎn)剝采比不應(yīng)超過經(jīng)濟合理剝采比，否則企業(yè)現(xiàn)金流為負(fù)[5]，且擴幫過渡期間供礦能力不應(yīng)下降。按上述原則，選出3 個擴幫境界方案進行對比分析，見表3。

表3 分期境界方案比選

表3 選取的3 個方案基本都滿足服務(wù)年限為20 a 左右，且擴幫期過渡期穩(wěn)產(chǎn)、剝采比小于經(jīng)濟合理剝采比的原則。 但綜合來看，方案2 更優(yōu)，服務(wù)年限較方案1 更長， 可為后續(xù)再次擴幫贏得時間。 另外，方案2 較方案3 擴幫過渡期剝采比更小，更能保證企業(yè)在擴幫過渡期也有盈利。

4）一期擴幫境界圈定。 根據(jù)選出的一期擴幫境界范圍，結(jié)合采剝技術(shù)參數(shù)要求，圈定一期擴幫境界。境界內(nèi)礦巖總量76 223.7 kt，其中礦石量34 231.2 kt，WO3平均品位為0.223%，巖石量為41 992.5 kt，平均剝采比為1.23，其平面圖見圖3。

圖3 分期境界與終了境界相對關(guān)系

2.4 分期開采過渡方案

一期擴幫主要剝離部位為露天擴幫境界內(nèi)+876～+720 m 臺階，擴幫剝離過渡期安排6 a 完成，每年剝離量保持均衡，為4 100 kt，擴幫剝離過渡期間由一期境界內(nèi)+720～+600 m 臺階的礦石為選廠供礦。擴幫過渡期之后開采的礦石量主要集中在出入溝口以下，可繼續(xù)服務(wù)15 a，剝離量逐年減少，屆時可啟動由一期擴幫境界過渡至終了境界的擴幫剝離工作。 因此，一期擴幫境界內(nèi)剩余礦量還可服務(wù)15 a，也為一期擴幫境界過渡至終了境界的擴幫留出了足夠的時間。 通過分期，合理有效地在完全不影響供礦的前提下實現(xiàn)了將終了境界上部廢石剝離延后。

3 結(jié)論與建議

1）本文通過MineSight 礦業(yè)軟件對分期境界進行了優(yōu)化和圈定，確定一個作業(yè)安全、經(jīng)濟合理、技術(shù)可行、服務(wù)年限也較為合適的一期擴幫境界，達到了減少擴幫剝離量、降低擴幫投資的效果。

2）在擴幫過渡時期，需考慮未來鎢市場行情轉(zhuǎn)好時，可適當(dāng)加快剝離下降速度，增大擴幫剝離量，及時揭露礦體，保證生產(chǎn)的正常銜接。

3）進入分期開采后，在保證安全的前提下盡量增大邊坡角，以減少擴幫期剝離量。 同時，加強邊坡整治和穩(wěn)定性監(jiān)測，提前預(yù)防邊坡坍塌、滑坡，避免發(fā)生安全事故。