黃土龍 章 林

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

在露天開采中，為了開采境界內(nèi)的礦石，必須剝離剝離境界內(nèi)的巖土，而剝離的巖土量往往是礦石量的數(shù)倍。礦山規(guī)模、剝采比越大，剝離的巖土量越大，所需要排土場(chǎng)容量越大。

根據(jù)排土場(chǎng)與露天采場(chǎng)的位置關(guān)系，將排土場(chǎng)分為內(nèi)部排土場(chǎng)和外部排土場(chǎng)。內(nèi)部排土場(chǎng)是指將露天開采結(jié)束后形成的采空區(qū)作為廢石的排棄場(chǎng)地［1］。內(nèi)部排土場(chǎng)利用采空區(qū)進(jìn)行排巖，相比于外部排土場(chǎng)，不需要額外征地，可大大減少征地費(fèi)用。開采結(jié)束的露天礦，不進(jìn)行處理，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，而回填采空區(qū)是解決露天礦坑發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的有效措施，有利于露天坑復(fù)墾工作的開采［3］。因此，在露天開采中，應(yīng)優(yōu)先考慮內(nèi)部排土場(chǎng)。

1 礦山概況

Weld Range鐵礦石項(xiàng)目，位于Meekathara的西南65 km，主要有Beebyn和Madoonga 2個(gè)礦區(qū)。礦產(chǎn)資源總量2.038億t，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 500萬(wàn)t/a，其中Madoonga礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模為800萬(wàn)t/a。Madoonga礦區(qū)礦體走向北東東，傾向南南東，傾角陡(＞70°)，礦體厚度20～50 m。Madoonga礦區(qū)最終開采境界分為2個(gè)采區(qū)，分別是Madoonga主采區(qū)和Madoonga小礦體采區(qū)。Madoonga主采區(qū)露天境界長(zhǎng)大約3.5 km，平均寬度為400 m，開采最高標(biāo)高為+640 m，最低標(biāo)高為+265m。Madoonga小礦體采區(qū)為Madoonga主采區(qū)附屬采區(qū)，位于Madoonga主采區(qū)的東北部，與Madoonga主采區(qū)露天境界最近距離約40 m，開采最高標(biāo)高為+640 m，最低標(biāo)高為+535 m。

按照原設(shè)計(jì)，Madoonga主采區(qū)自東向西分為東區(qū)、中區(qū)、西區(qū)3個(gè)區(qū)域(如圖1)，依次開采。Madoonga礦區(qū)平均剝采比為4.1，Madoonga礦區(qū)廢石共計(jì)2.638億t，原設(shè)計(jì)全部排入外部排土場(chǎng)，需排土場(chǎng)容積約 1.817 9億 m3，排土場(chǎng)占地面積將達(dá) 2.5 km2。Madoonga礦區(qū)的南面地形坑洼不平，限制了廢石堆的容積，并且存在許多重要的野生動(dòng)物群系，外部排土場(chǎng)只能布置在Madoonga礦區(qū)北側(cè)。

圖1 Madoonga采區(qū)最終境界Fig.1 Final boundary of M adoongam ining area

2 實(shí)行內(nèi)排的可行性

在露天礦場(chǎng)內(nèi)能否建立內(nèi)部排土場(chǎng)，取決于礦體的賦存特征(傾角、厚度、層數(shù)等)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，露天礦開采程序和工藝系統(tǒng)等［4］。內(nèi)部排巖底盤都是建立在露天坑底標(biāo)高上，因而露天坑內(nèi)部排土首先必須使開采臺(tái)階降低到露天坑底。對(duì)于急傾斜礦床，開采深度往往較深，無(wú)法實(shí)現(xiàn)倒堆開采。只有當(dāng)露天境界平面范圍較大，或沿走向采場(chǎng)較長(zhǎng)，且可以分期或分區(qū)開始時(shí)，將其中一個(gè)區(qū)域早于其他區(qū)域開采完，作為內(nèi)部排土場(chǎng)，才能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排巖。Madoonga礦區(qū)分沿走向長(zhǎng)約4 km，沿走向劃分為3個(gè)區(qū)域，將其中一個(gè)區(qū)域優(yōu)先開采完，形成采空區(qū)，將其他區(qū)域剝離的巖石排入采空區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土。

3 內(nèi)部排巖方案

開采順序決定了礦石供應(yīng)和內(nèi)部排土規(guī)模。根據(jù)開采順序的不同，存在3個(gè)可選方案:一是首先開采東區(qū);二是首先開采中區(qū);三是首先開采西區(qū)。對(duì)這3個(gè)方案進(jìn)行比較，最大限度的提高內(nèi)部排土規(guī)模，減少外部排土場(chǎng)的規(guī)模。各區(qū)段參數(shù)以及產(chǎn)生的廢石量見(jiàn)表1。

表1 各采區(qū)規(guī)模Table1 The scale of each m ining area

(1)3個(gè)方案中，首采區(qū)開采完后形成的采空區(qū)體積大小，依次為方案一＞方案二＞方案三，形成的采空區(qū)體積越大，能夠排入的巖土量越大，即內(nèi)部排土規(guī)模:方案一＞方案二＞方案三。

(2)西區(qū)地勢(shì)低，坑底標(biāo)高最高，規(guī)模最小，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土最快，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土的所需要的時(shí)間依次為方案一＞方案三＞方案二＞方案四。

(3)從內(nèi)部排土運(yùn)輸距離考慮，方案二，中段作為首采區(qū)，運(yùn)輸距離最短，但是中區(qū)排土東西兩側(cè)均存在排土場(chǎng)邊坡，邊坡的存在使排土空間大大減少。

(4)方案三中，西區(qū)開采結(jié)束后形成的采空區(qū)太小，很快就會(huì)達(dá)到排土極限，內(nèi)排不得不中斷，此時(shí)中區(qū)產(chǎn)生的大部分廢石需要外排，在中區(qū)開采結(jié)束后，方可繼續(xù)內(nèi)排。

(5)方案三中，西區(qū)空間狹小，首先開采西區(qū)，所能布置的設(shè)備有限，新水平準(zhǔn)備壓力大，很難達(dá)到800萬(wàn)t/a的產(chǎn)能要求。

綜合以上分析，方案一形成內(nèi)排需要的時(shí)間太長(zhǎng)，方案二人為造成內(nèi)排空間浪費(fèi)，只有方案三較為合理。對(duì)方案三進(jìn)行優(yōu)化，改為同時(shí)開采西區(qū)和中區(qū)，一方面解決方案三間斷排土，生產(chǎn)組織困難的問(wèn)題，另一方面同時(shí)開采西區(qū)和中區(qū)，可以布置更多的設(shè)備，加快開采進(jìn)度，使產(chǎn)能更加均衡。

4 新水平準(zhǔn)備

與緩傾斜礦床一次采掘礦體全厚不同，能夠快速實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土不同，急傾斜礦床開采深度大，不可能一次采掘全厚，為加快實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土，需要對(duì)首采區(qū)進(jìn)行強(qiáng)采。除布置更多的采掘設(shè)備外，強(qiáng)采的關(guān)鍵在于加快采場(chǎng)下降速度，縮短新水平準(zhǔn)備時(shí)間，這是因?yàn)樾滤綔?zhǔn)備工作中，施工條件惡劣，空間狹小，缺少自由面，爆破效果差，能布置的設(shè)備非常有限。

新水平準(zhǔn)備時(shí)間由掘進(jìn)出入溝時(shí)間、掘進(jìn)開段溝時(shí)間、和為掘進(jìn)出入溝、開段溝所需空間的擴(kuò)幫工作時(shí)間3部分組成。出入溝掘進(jìn)時(shí)間基本是固定的。從表1可知，即使分區(qū)后，走向長(zhǎng)度仍然遠(yuǎn)大于采區(qū)寬度，即開段溝橫向布置，掘溝工程量將遠(yuǎn)小于縱向布置，掘進(jìn)開段溝的時(shí)間最短。同理，擴(kuò)幫工作量最少，擴(kuò)幫工作所需時(shí)間最少。因此，開段溝橫向布置，橫向采剝，新水平準(zhǔn)備時(shí)間將大大減少。

5 排土工藝及參數(shù)

為充分發(fā)揮內(nèi)部排土場(chǎng)運(yùn)距短的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)多臺(tái)階組合開采的生產(chǎn)方式，排土場(chǎng)排土工藝為覆蓋式多臺(tái)階排土方式，廢石堆置標(biāo)高盡可能與廢石剝離標(biāo)高保持一致，保證水平運(yùn)輸，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。

由于是在露天采空區(qū)內(nèi)排土，排土場(chǎng)西、南、北面均為采場(chǎng)固定邊幫，只有東面是露天坑。排土場(chǎng)基本不會(huì)高出地面，只有東面邊坡可能發(fā)生失穩(wěn)，生產(chǎn)過(guò)程中，排土場(chǎng)坡腳線至采場(chǎng)工作面保持一定的安全距離，發(fā)生失穩(wěn)的主要影響為影響生產(chǎn)，損失輕微。因此沿用外部排土場(chǎng)參數(shù)，排土場(chǎng)是安全的。

內(nèi)部排土場(chǎng)參數(shù):臺(tái)階坡面角18°，總體邊坡角為15°，排土臺(tái)階高度為10 m，臺(tái)階外緣留有10 m安全平臺(tái)。

圖2 西區(qū)排土結(jié)束后內(nèi)部排土場(chǎng)示意Fig.2 A schematic diagram of the internal dum ping site after the end of theW est dump

6 結(jié)論

(1)Weld Range鐵礦Madoonga礦區(qū)，走向長(zhǎng)，礦區(qū)平面大，具備分區(qū)開采，內(nèi)部排土的條件。通過(guò)調(diào)整首采區(qū)，確定內(nèi)部排土方案，外部排土場(chǎng)規(guī)?？煽s小近一半。

(2)內(nèi)排運(yùn)輸距離比外排減少了500 m，內(nèi)部排土基本屬于水平運(yùn)輸，與重車上坡運(yùn)輸相比，汽車運(yùn)輸效率將極大提高，運(yùn)輸成本大大降低。

(3)通過(guò)實(shí)施內(nèi)排，內(nèi)部排土占比將達(dá)到48%，減少排土場(chǎng)占用土地購(gòu)買費(fèi)用和后期復(fù)墾費(fèi)用。

(4)內(nèi)部排土，減少了露天邊坡暴露面積和時(shí)間，降低了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，由于排土場(chǎng)是散體，相比于巖石邊坡，復(fù)墾要容易的多。

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