呂艷奎

(北京華夏建龍礦業(yè)科技有限公司)

某露天鐵礦內(nèi)排土與境界優(yōu)化方案對(duì)比

呂艷奎

(北京華夏建龍礦業(yè)科技有限公司)

為解決某礦當(dāng)前面臨的外排巖量受限和生產(chǎn)成本較高的問(wèn)題，對(duì)內(nèi)排土與境界優(yōu)化2種方案進(jìn)行了初步規(guī)劃和技術(shù)比較，最終選擇境界優(yōu)化方案并重新編排采剝生產(chǎn)計(jì)劃，結(jié)果不僅可降低生產(chǎn)剝采比，同時(shí)也避免超剝，有效降低了生產(chǎn)成本，減少了外排巖量。

內(nèi)排土 境界優(yōu)化 經(jīng)濟(jì)合理剝采比

某超貧低釩鈦磁鐵礦位于承德市灤平縣境內(nèi)，為露天臺(tái)階式開(kāi)采，使用公路運(yùn)輸開(kāi)拓方式，工作線縱向布置，臺(tái)階高15 m，年采剝總量約3 000萬(wàn)t，其中剝巖量約1 100萬(wàn)t，目前開(kāi)采最低標(biāo)高為 +525 m水平。采區(qū)主礦體為Fe4#礦體，為單斜層狀，礦體走向90°，傾向180°，傾角為68°～82°，為厚層狀礦體。礦體埋深為0～625.4 m，走向長(zhǎng) 1 837.3 m，寬177.7～527.4 m，傾斜延深450～ 648 m，最小厚度為102 m，最大厚度為499.84 m，平均厚300.92 m，平均品位為TFe16.46%、mFe7.07%。由于該礦周邊礦權(quán)相對(duì)較多，導(dǎo)致礦山外排土場(chǎng)規(guī)模有限，且排土成本較高，內(nèi)排土與境界優(yōu)化從理論上可以解決上述問(wèn)題，為此，對(duì)2種方案進(jìn)行初步規(guī)劃設(shè)計(jì)并對(duì)比，以找到更為合理的解決措施，為下一步方案確定與實(shí)施提供依據(jù)。

1 原采礦初步設(shè)計(jì)

原采礦初步設(shè)計(jì)以Fe4#礦體為設(shè)計(jì)對(duì)象，在鐵精礦預(yù)估售價(jià)880元/t、經(jīng)濟(jì)合理剝采比2.67 t/t的前提下進(jìn)行露天境界設(shè)計(jì)，主要參數(shù)開(kāi)采終了時(shí)臺(tái)階坡面角為65°，臺(tái)階高15 m，安全平臺(tái)不小于5 m，每隔2個(gè)臺(tái)階設(shè)一寬不小于10 m的清掃平臺(tái)，主運(yùn)輸?shù)缆访鎸?0 m，采場(chǎng)上口尺寸為1 912 m× 1 181 m(長(zhǎng)×寬)，下口尺寸為225 m×75 m(長(zhǎng)×寬)，最終境界邊坡角為24°～44°，邊坡最高標(biāo)高為826.5 m，采場(chǎng)封閉圈標(biāo)高為535 m，露天底標(biāo)高為235 m，礦石量為4.56億t，境界內(nèi)平均剝采比為0.47 t/t。最終境界設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2 內(nèi)排土方案規(guī)劃

露天礦排土場(chǎng)分內(nèi)部排土場(chǎng)和外部排土場(chǎng)，內(nèi)部排土場(chǎng)即為剝離物堆放在露天采場(chǎng)境界以內(nèi)的排土場(chǎng)，較外部排土場(chǎng)具有運(yùn)距短、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)[1]，一般適合于埋藏較淺、分布范圍較大、近水平或緩傾斜礦體的露天開(kāi)采，也適用于一個(gè)采場(chǎng)內(nèi)有2個(gè)不同標(biāo)高底平面的礦山，或經(jīng)合理安排開(kāi)采順序后也可實(shí)現(xiàn)部分內(nèi)排[2]。根據(jù)礦體賦存狀態(tài)和生產(chǎn)條件，通過(guò)調(diào)整開(kāi)采順序，在境界西側(cè)端部實(shí)現(xiàn)部分內(nèi)排。

圖1 最終境界設(shè)計(jì)

結(jié)合該礦生產(chǎn)現(xiàn)狀(分期開(kāi)采)，在境界西側(cè)端部堆放部分剝離巖石，待采場(chǎng)東側(cè)端部采完后將所堆巖石倒運(yùn)，再開(kāi)采西側(cè)壓覆礦石，同時(shí)為滿足生產(chǎn)能力要求，需將目前工作線縱向布置改為橫向布置，且由中間沿走向向兩側(cè)推進(jìn)。內(nèi)排土區(qū)域位置見(jiàn)圖2。+525 m標(biāo)高以上排巖與壓礦剖面見(jiàn)圖3。

圖2 內(nèi)排土區(qū)域位置

圖3 +525 m標(biāo)高以上排巖與壓礦剖面

結(jié)合平、剖面圖，用同樣方法對(duì)不同標(biāo)高所排巖量與壓覆礦量進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 所排巖量與壓覆礦量情況

由表1可知，+525～+425 m水平標(biāo)高下降100 m，所排巖量增加了近1 300萬(wàn)t，壓覆礦量減少近800萬(wàn)t，可見(jiàn)排巖底部標(biāo)高越低，所排巖量越多，而壓覆礦量越少，越有利于內(nèi)排工作的開(kāi)展。

但同時(shí)，若排巖底部標(biāo)高選擇在+425 m水平，對(duì)于解決當(dāng)前生產(chǎn)問(wèn)題存在以下不足：①達(dá)到內(nèi)排條件所需的時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)原設(shè)計(jì)中分層礦巖量表+525～+425 m水平礦量約為1.63億t，按目前開(kāi)采規(guī)模尚需約8 a，短時(shí)間內(nèi)不能緩解外排土場(chǎng)壓力和降低生產(chǎn)成本；②當(dāng)+425 m水平具備內(nèi)排條件時(shí)，境界內(nèi)剩余巖量約為700萬(wàn)t，整個(gè)境界內(nèi)剝巖工作已接近尾聲，基本失去內(nèi)排土意義。因此，將排巖底部標(biāo)高選擇在+525 m水平較為適宜。

3 境界優(yōu)化方案規(guī)劃

作為露天開(kāi)采境界設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，經(jīng)濟(jì)合理剝采比是指露天開(kāi)采單位礦石量與經(jīng)濟(jì)上允許的最大剝巖量的比值[3]。隨著一定時(shí)期內(nèi)鐵精礦市場(chǎng)預(yù)估售價(jià)的變化，經(jīng)濟(jì)合理剝采比會(huì)發(fā)生變化，由此開(kāi)采境界也需要重新優(yōu)化以滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要[4-5]。根據(jù)開(kāi)采現(xiàn)狀，先對(duì)采場(chǎng)北部境界進(jìn)行局部?jī)?yōu)化以降低近期生產(chǎn)剝采比[6]，同時(shí)減少外排巖量。

由于該礦在開(kāi)采過(guò)程中采用分期開(kāi)采，故此次境界優(yōu)化方案實(shí)質(zhì)是在確保分期內(nèi)生產(chǎn)剝采比滿足經(jīng)濟(jì)與生產(chǎn)技術(shù)要求的前提下，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀對(duì)采場(chǎng)北部進(jìn)行收縮境界，其他部位隨著開(kāi)采與經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化再進(jìn)行逐步優(yōu)化。為此，結(jié)合市場(chǎng)鐵精礦售價(jià)對(duì)經(jīng)濟(jì)合理剝采比進(jìn)行重新計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)開(kāi)采最終境界進(jìn)行圈定與修正。局部境界優(yōu)化方案采用價(jià)格法并在計(jì)算時(shí)考慮一定的利潤(rùn)指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)合理剝采比計(jì)算公式為

(1)

式中，Nj為經(jīng)濟(jì)合理剝采比，t/t；A為鐵精礦售價(jià)，650元/t；a為露天開(kāi)采噸礦石采礦費(fèi)用，13元/t；b為露天開(kāi)采噸礦石選礦費(fèi)用，21.5元/t；e為利潤(rùn)指標(biāo)，25元/t；r為綜合選比，14.5 t/t；c為剝巖成本,11.5元/t。

計(jì)算得出Nj=0.75 t/t。

依據(jù)上述計(jì)算結(jié)果及初步優(yōu)化設(shè)想，對(duì)8～24線北部境界進(jìn)行收縮優(yōu)化。優(yōu)化過(guò)程中，主要依據(jù)為生產(chǎn)現(xiàn)狀平面圖、各線剖面圖及下一五年分期內(nèi)的采礦量要求，主要設(shè)計(jì)參數(shù)沿用原設(shè)計(jì)參數(shù)，主要優(yōu)化方法使用試錯(cuò)法[7]，并利用垂直平行斷面法分別計(jì)算優(yōu)化前后礦巖量，粗略編排年度采剝計(jì)劃以進(jìn)行合理性求證。經(jīng)過(guò)反復(fù)試算后，得到境界優(yōu)化結(jié)果，見(jiàn)圖4。16線典型剖面見(jiàn)圖5。

從以上兩次的實(shí)測(cè)結(jié)果可知，水溫梯度測(cè)試結(jié)果基本一致。蘭考豫11井水溫整體呈現(xiàn)正增長(zhǎng)變化，但在180～200 m的深度區(qū)間，存在一個(gè)溫度變化轉(zhuǎn)折的區(qū)間。結(jié)合相關(guān)的水文地質(zhì)資料，很可能在這個(gè)區(qū)間存在一個(gè)含水層，含水層中的低溫水滲入到了觀測(cè)井內(nèi)部，造成溫度突降。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)該結(jié)論，排除地震前兆異常，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)二。

圖4 境界優(yōu)化結(jié)果

圖5 境界優(yōu)化16線剖面

將采場(chǎng)境界修正后，對(duì)采場(chǎng)下一分期內(nèi)編排了季度采剝計(jì)劃，其最大生產(chǎn)剝采比為0.4 t/t，對(duì)目前及下一階段市場(chǎng)預(yù)估形勢(shì)經(jīng)濟(jì)可行。收縮境界后影響的原設(shè)計(jì)境界內(nèi)的礦巖量見(jiàn)表2。

表2 收縮最終境界損失礦量與減少巖量 萬(wàn)t

收縮境界位置損失礦量減少剝巖量8～12線579.52355.5312～16線643.77550.4916～20線526.18583.5620～24線359.42426.87合計(jì)2108.891916.46

由表2可知，通過(guò)優(yōu)化后，減少剝巖量與損失礦量之比為0.91，換言之，若開(kāi)采至原設(shè)計(jì)最終境界，生產(chǎn)剝采比要比當(dāng)前的0.58t/t還要高，對(duì)目前生產(chǎn)形勢(shì)是不利的，而若開(kāi)采至收縮優(yōu)化后境界，則下一分期生產(chǎn)剝采比可以控制在0.4t/t以下，保持同等供礦規(guī)模可減少年剝巖量340萬(wàn)t以上，緩解了外部排土場(chǎng)當(dāng)前的排土壓力，同時(shí)還節(jié)約采礦生產(chǎn)年投入資金3 910萬(wàn)元以上。

4 方案比選

內(nèi)排土與境界優(yōu)化方案在一定時(shí)期內(nèi)均符合緩解外排土場(chǎng)排土壓力及降低當(dāng)期生產(chǎn)成本的要求，但內(nèi)排土方案+525m標(biāo)高以上排巖，排巖量為406萬(wàn)t,而壓覆礦量達(dá)到5 110萬(wàn)t，為1∶12.6，從表1可以看出，排巖底部標(biāo)高越低，所排巖量越大而壓覆礦量越少，但需要推遲排巖時(shí)間，則不能解決目前問(wèn)題；而優(yōu)化境界后減少剝巖量1 916萬(wàn)t，損失礦量 2 109萬(wàn)t，由此兩方案相比具有以下特點(diǎn)：

(1)降低生產(chǎn)成本方面，內(nèi)排土方案僅縮短了排巖運(yùn)距，降低了采礦生產(chǎn)成本1.2元/t；境界優(yōu)化方案則可直接降低生產(chǎn)剝采比，降低礦石生產(chǎn)成本2.07元/t以上。

(2)生產(chǎn)管理方面，內(nèi)排土方案由于影響下部開(kāi)采范圍，為保證生產(chǎn)能力，需將目前工作線橫向布置方式改為縱向布置，且由礦體中間沿走向向兩端推進(jìn)，同時(shí)生產(chǎn)臺(tái)階增多，增加現(xiàn)場(chǎng)管理難度；境界優(yōu)化方案則無(wú)需改變工作線布置方式，生產(chǎn)管理相對(duì)簡(jiǎn)單。

(3)開(kāi)采境界影響方面，境界優(yōu)化是直接根據(jù)當(dāng)前及下一時(shí)段的市場(chǎng)預(yù)估對(duì)開(kāi)采最終境界的修正，避免超剝?cè)斐刹唤?jīng)濟(jì)行為，同時(shí)也可隨著市場(chǎng)的變化逐次進(jìn)行調(diào)整，以保證生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)活動(dòng)得以持續(xù)。

綜上所述，為達(dá)到降低當(dāng)期生產(chǎn)成本和緩解外排土場(chǎng)庫(kù)容壓力的目的，選擇按當(dāng)前市場(chǎng)形勢(shì)對(duì)開(kāi)采境界，特別是剝巖地點(diǎn)靠近原設(shè)計(jì)境界的部位進(jìn)行優(yōu)化收縮的方案作為下一步首選技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)施。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)內(nèi)排土與境界優(yōu)化2種方案的對(duì)比分析，最終選擇境界優(yōu)化方案，通過(guò)對(duì)采場(chǎng)即將采至原設(shè)計(jì)境界的北部重新編排采剝計(jì)劃，不僅降低了生產(chǎn)剝采比，也避免了超剝，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本和減少外排巖量的目的。同時(shí)，為其他露天礦山在應(yīng)對(duì)嚴(yán)峻經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，制定降本增效技術(shù)措施時(shí)提出幾點(diǎn)建議：

(1)內(nèi)排土技術(shù)可以降低生產(chǎn)成本，但有很高的應(yīng)用條件，必須確定適用后方可使用，避免造成礦量損失，甚至后期成本增加。

(2)露天礦進(jìn)行分期開(kāi)采時(shí)，除考慮5a分期外，還可進(jìn)一步縮短分期年限，以避免或減少剝巖資金的提前投入，體現(xiàn)資金的時(shí)間價(jià)值。

(3)充分考慮經(jīng)濟(jì)因素影響，對(duì)開(kāi)采境界進(jìn)行及時(shí)優(yōu)化，保證開(kāi)采過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)合理性，避免超剝現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)不僅可對(duì)整個(gè)開(kāi)采境界進(jìn)行優(yōu)化，也可對(duì)局部開(kāi)采境界進(jìn)行優(yōu)化，但需要堅(jiān)持局部與整體協(xié)調(diào)、短期與中長(zhǎng)期兼顧的原則。

[1] 高 鵬．深凹露天礦實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土提高經(jīng)濟(jì)效益[J]．露天采礦技術(shù)，2007(5)：7-8．

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2014-10-14)

呂艷奎(1978—)，男，工程師，碩士，100070 北京市豐臺(tái)區(qū)南四環(huán)西路188號(hào)。