李小武，張春陽(yáng)，韋永剛

(1.昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

0 引 言

印度尼西亞金馬石金礦位于印度尼西亞西爪洼省蘇加武眉市的東南部Jampang Kulon區(qū)域，距離雅加達(dá)200 km。礦山計(jì)算期內(nèi)達(dá)產(chǎn)年平均項(xiàng)目損益指標(biāo)為：年平均營(yíng)業(yè)收入(含稅)20 736.10萬(wàn)元，上繳增值稅1 523.72萬(wàn)元，是1個(gè)較好的資源型投資礦山。為了金馬石金礦的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和周邊社會(huì)的穩(wěn)定，開發(fā)建設(shè)金馬石金礦勢(shì)在必行。

目前關(guān)于礦山露天開采的相關(guān)成果較多，例如，馮紅剛等選擇凈現(xiàn)值最大和滿足礦山生產(chǎn)要求的露天境界為最優(yōu)境界。王李管等提出在價(jià)值塊模型基礎(chǔ)上運(yùn)用Lerchs-Grossmann算法求解大型復(fù)雜露天礦山境界優(yōu)化問題的方法。此外，王尚禎和趙文奎利用礦業(yè)軟件DIMINE進(jìn)行露天境界優(yōu)化設(shè)計(jì)。高航提出自上而下臺(tái)階式開采方式，避免因開采無(wú)序產(chǎn)生的各種事故風(fēng)險(xiǎn)。陳立軍研究了露天臺(tái)階巖體爆破損傷區(qū)分布規(guī)律，為邊坡穩(wěn)定性分析與爆破參數(shù)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。葉海旺等基于模糊理論對(duì)臺(tái)階爆破作業(yè)安全進(jìn)行定量描述，得到臺(tái)階爆破安全評(píng)分等級(jí)。這些研究成果也為該文的研究提供了參考。

1 開采技術(shù)條件

1.1 礦體特征

Ciemas金礦床位于印尼西爪哇Ciletah灣，金(Au)、鉛(Pb)、鋅(Zn)和銅(Cu)火山多金屬成礦帶。地殼構(gòu)造位于巽他古陸南部邊緣，這里是亞洲東南部(SE)大陸巖心，由歐亞大陸邊緣大塊沖積層形成，在三疊紀(jì)末聚集。

Ciemas金礦床主要是晚始新世到早中新世火山巖帶。這一火山巖帶主要由火山角礫巖組成，大部分覆蓋著第四紀(jì)殘積層和沖積層以及20 m厚的礦化后凝灰?guī)r層?；鹕浇堑[巖、凝灰?guī)r和安山巖在項(xiàng)目區(qū)域分布廣泛。

相關(guān)地質(zhì)調(diào)查表明，從礦化形成空間和時(shí)間的角度來(lái)看，由于安山巖和英安巖侵入中新世石英閃長(zhǎng)玢巖，Ciemas金礦的成因與巖漿熱液活動(dòng)密切相關(guān)。

爪哇西南地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)學(xué)由中新世火山活動(dòng)控制。項(xiàng)目位于蘇門答臘斷層南端，西爪哇的Jampang Kulon地區(qū)。蘇門答臘斷層是這一區(qū)域熱液礦化作用和火山活動(dòng)一個(gè)重要的控制因素。

區(qū)域上發(fā)育2組斷裂，走向?yàn)闁|北(NE)和西北(NW)。這些斷裂延伸100～9 000 m，寬度1～20 m。這些斷裂是這一區(qū)域控制礦化和容礦的主要結(jié)構(gòu)。褶皺主要為東北軸向方向的Ciemas向斜。

構(gòu)造分析表明，容礦斷層具有3個(gè)構(gòu)造活動(dòng)階段。張性斷層的早期活動(dòng)表現(xiàn)在網(wǎng)脈狀填充結(jié)構(gòu)中，具有剪切蝕變特征，由構(gòu)造片巖和斷層角礫巖組成的擠壓斷層表現(xiàn)出中間階段活動(dòng)；具有玉髓-石英脈、硅化、黃鐵礦化和碳酸鹽化含金斷裂區(qū)的張性斷層表現(xiàn)出后期活動(dòng)。

除了在Ciemas發(fā)現(xiàn)的金礦礦化區(qū)，在Ciemas礦區(qū)東北方向約60 km的Cikondang發(fā)現(xiàn)Au-Pb-Zn多金屬礦床。

1.2 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)為丘陵地貌，地形舒緩，溝谷發(fā)育，海拔標(biāo)高379～760 m。氣候?yàn)榈湫蜔釒Ъ撅L(fēng)氣候，全年分旱季和雨季2季。年平均氣溫18°～28°，年均降雨量4 000 mm，主要集中在11月到次年4月。礦區(qū)雨量充沛，但旱、雨季分配不均，土壤覆蓋層厚，植被茂密。

地表未見明顯水體，局部溝谷有濕地、沼澤存在，低洼溝谷在雨季可能形成季節(jié)性河流。大的降水量和低蒸發(fā)量極可能造成礦區(qū)地下水豐富。

礦區(qū)在地質(zhì)勘探過(guò)程中未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)水文地質(zhì)工作，2012年5月，Ir.R.M.Zahirdin Asaari對(duì)礦區(qū)內(nèi)的9個(gè)金剛石鉆孔的資料進(jìn)行了研究，編寫了礦區(qū)水文地質(zhì)報(bào)告，將區(qū)內(nèi)巖石劃分為2個(gè)水文地層，土壤/多孔滲水巖石、滲水和半滲水的火山角礫巖。

此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)民采小井情況，部分采坑即使位于山坡位置，在10 m左右深度就有地下水滲出，部分采坑有積水，表明礦區(qū)地下水水位較高。

總的來(lái)看，礦區(qū)水文地質(zhì)條件尚未查明，還不能滿足設(shè)計(jì)、建設(shè)的要求，建議下一步對(duì)礦區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的水文地質(zhì)勘察工作。

1.3 工程地質(zhì)條件

2012年7月，維利頓公司通過(guò)對(duì)取自巷道內(nèi)部、DDH 1003(Pasir Manggu)鉆孔巖芯、DDH 1021(Sekolah)鉆孔巖芯以及DDH 1041(Cibatu)鉆孔巖芯的巖樣進(jìn)行的巖石力學(xué)試驗(yàn)，得到了巖體物理力學(xué)參數(shù)。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)結(jié)果以及點(diǎn)荷載和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，勘探區(qū)域的圍巖一般是由火山角礫巖組成，并達(dá)到中等等級(jí)巖石強(qiáng)度水平。Pasir Manggu區(qū)段的巷道(±60 m長(zhǎng))修建在火山角礫巖中，這些圍巖的特點(diǎn)有中等程度的風(fēng)化、破裂、適度褶曲，巖石強(qiáng)度適中并且局部脆性較大。RQD=69.90 %。

金馬石地區(qū)含金石英脈賦存在Jampang組的火山巖中，地層主要為火山巖及火山碎屑巖，巖石類型主要為凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等為主，構(gòu)造較為發(fā)育，礦區(qū)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，風(fēng)化層厚度較大。根據(jù)鉆孔揭露，風(fēng)化帶深度一般>35 m，風(fēng)化帶的巖石容易靠推土機(jī)直接破壞。深部原巖結(jié)構(gòu)完整，力學(xué)強(qiáng)度較高。

總的來(lái)看，礦區(qū)工程地質(zhì)條件尚未查明，依據(jù)現(xiàn)有資料還不能準(zhǔn)確劃分出工程地質(zhì)巖組，目前還不能滿足設(shè)計(jì)、建設(shè)的要求，建議下一步對(duì)礦區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的工程地質(zhì)勘察工作。

2 開采技術(shù)研究

2.1 開采方式選擇

根據(jù)Mancala Pty Ltd 2014年6月編制的《Ciemas露天開采概括研究報(bào)告》，礦山4個(gè)礦段上部采用露天開采比地下開采具有如下優(yōu)勢(shì)：①與使用地下采礦開采礦床上部區(qū)域相比，露天采礦使得開采利潤(rùn)率更高；②露天開采可以增加每米礦床垂直高度上的金回收率；③比起地下采礦，露天采礦更容易應(yīng)對(duì)不利的地面條件，做好地下水控制；④露天開采極大地降低了采礦風(fēng)險(xiǎn)。露天開采缺點(diǎn)：①與地下開采相比，極大地增加了土地占用面積，征地可能使露天開采受到限制；②與地下開采相比，地表村莊搬遷數(shù)量增加?；谏鲜鼋Y(jié)論，主要建議如下：①Ciemas金礦項(xiàng)目開發(fā)中應(yīng)在礦床上部區(qū)域使用露天采礦法，露天礦坑深度由經(jīng)濟(jì)合理剝采比決定；②查露天采礦的土地使用情況及社會(huì)影響。

根據(jù)礦區(qū)范圍內(nèi)地形地貌、開采技術(shù)條件、礦體的賦存特點(diǎn)及圍巖性質(zhì)等特點(diǎn)，結(jié)合礦體埋藏不深，覆蓋層不厚，礦石價(jià)值高，回采率要求高等因素，經(jīng)比較，礦區(qū)內(nèi)大部分礦體推薦采用露天開采方式開采，深部及端部還有部分資源儲(chǔ)量，采用地下開采方式開采。

對(duì)于像Ciemas這樣擁有高品位露頭資源的礦床，礦石的連續(xù)性不是很確定，露天采礦將是一個(gè)明智的做法。露天開采最大深度可以利用露天采礦設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化確定。前期露天采礦達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)深度，后期深部資源需轉(zhuǎn)為地下開采。

這次初步設(shè)計(jì)在印尼金馬石礦區(qū)范圍內(nèi)圈定了4個(gè)露天采場(chǎng)，分別是帕思蒙古(Pasir Manngu)、金卡度(Cikadu)、斯果拉(Sekolah)、金巴度(Cibatu)礦段露天采場(chǎng)。

2.2 露天境界圈定的原則及指標(biāo)

(1)境界剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比(經(jīng)濟(jì)合理剝采比21.35 t/t)。

(2)平均剝采比不大于經(jīng)濟(jì)合理剝采比。

(3)在合理邊坡控制參數(shù)、安全條件下，盡可能擴(kuò)大露天開采境界以便多采出礦石，充分發(fā)揮露天開采安全、作業(yè)條件好、勞動(dòng)生產(chǎn)率高的優(yōu)越性。

(4)露天采場(chǎng)1期主要采出氧化礦，供500 t/d氧化礦選廠加工處理。附帶采出少量混合礦與硫化礦(原生礦)。

2.3 露天邊坡參數(shù)的確定

金馬石金礦為急傾斜礦床，礦脈傾角較陡，多數(shù)在60°～80°，圍巖主要由火山角礫巖組成，巖石強(qiáng)度為中等。

因缺乏邊坡參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，該次設(shè)計(jì)只根據(jù)開采地段礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)及礦巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定情況，并參照類似礦山或周邊礦山的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定邊坡參數(shù)，設(shè)計(jì)確定的最終邊坡參數(shù)如下：

(1)臺(tái)階高度：10 m；

(2)臺(tái)階坡面角：地表到30 m深度風(fēng)化帶為45°；-30 m以下為65°；

(3)清掃平臺(tái)寬度：8 m(每隔2～3個(gè)臺(tái)階設(shè)置1個(gè)清掃平臺(tái))；

(4)安全平臺(tái)寬度：4 m；

(5)場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸線路寬度：?jiǎn)诬嚨? m，雙車道10 m；

(6)最小底部寬度：20 m。

此外，在開采過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)以及參照相關(guān)同類礦山的經(jīng)驗(yàn)，確定更優(yōu)的最終邊坡參數(shù)。

2.4 露天境界的確定

根據(jù)上述確定的露天邊坡參數(shù)及設(shè)計(jì)原則，結(jié)合該礦床賦存特點(diǎn)及對(duì)礦體的控制程度。露天一期境界模型圖和剖面圖見圖1～5。

考慮地質(zhì)影響系數(shù)：331類、332類資源量取1，333類資源量取0.7，同時(shí)露天開采的貧化率取5 %、損失率取5 %，露天采場(chǎng)1期主要采出氧化礦，供500 t/d氧化礦選廠加工處理，附帶采出少量混合礦與硫化礦(原生礦)。

4個(gè)露天采場(chǎng)均為山坡-凹陷露天，采用緩幫采剝方法作業(yè)，各采場(chǎng)具體情況如下：

帕思蒙古(Pasir Manngu)露天采場(chǎng)1期為山坡-凹陷露天開采，以山坡露天部分為主。最高作業(yè)臺(tái)階水平標(biāo)高為525 m，采場(chǎng)底部水平標(biāo)高485 m，最大采深40 m，495 m臺(tái)階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運(yùn)距為1.2 km，廢石運(yùn)距為3 km。

金巴度(Cibatu)露天采場(chǎng)1期為山坡-凹陷露天開采，以山坡露天部分為主。最高作業(yè)臺(tái)階水平標(biāo)高為545 m，采場(chǎng)底部水平標(biāo)高485 m，最大采深60 m，505 m臺(tái)階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運(yùn)距為3.5 km，廢石運(yùn)距為1 km。

金卡度(Cikadu)露天采場(chǎng)1期為山坡-凹陷露天開采，以山坡露天部分為主。最高作業(yè)臺(tái)階水平標(biāo)高為515 m，采場(chǎng)底部水平標(biāo)高445 m，最大采深70 m，465 m臺(tái)階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運(yùn)距為2 km，廢石運(yùn)距為2 km。

斯果拉(Sekolah)露天采場(chǎng)1期為山坡-凹陷露天開采，以凹陷露天部分為主。最高作業(yè)臺(tái)階水平標(biāo)高為515 m，采場(chǎng)底部水平標(biāo)高465 m，最大采深50 m，485 m臺(tái)階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運(yùn)距為2.5 km，廢石運(yùn)距為1 km。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)礦區(qū)范圍內(nèi)地形地貌、開采技術(shù)條件、礦體的賦存特點(diǎn)及圍巖性質(zhì)等特點(diǎn)，結(jié)合礦體埋藏不深，覆蓋層不厚，礦石價(jià)值貴，回采率要求高等因素，經(jīng)比較，礦區(qū)內(nèi)大部分礦體推薦采用露天開采方式開采，深部及端部還有部分資源儲(chǔ)量，采用地下開采方式開采。

對(duì)于像Ciemas這樣擁有高品位露頭資源的礦床，礦石的連續(xù)性不是很確定，露天采礦是一個(gè)明智的做法。露天開采最大深度可以利用露天采礦設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化確定。前期露天采礦達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)深度，后期深部資源需轉(zhuǎn)為地下開采。