姜秀雷

（潞安化工集團有限公司安培中心）

為延長礦山服務年限，許多礦山加強了礦石資源的補充勘探計劃［1-2］，而新探明的資源往往伴隨復雜的工程技術條件，其開采設計往往是礦山面臨的難題。目前，許多學者對賦存于復雜工程地質(zhì)條件下的礦體開采開展了較多研究，李鼎權［3］在實際工程案例中，提出了露天礦擴幫延深工程的設計步驟。史良貴［4］打破了傳統(tǒng)露天境界固定幫由安全平臺、清掃平臺和臺階坡面構成的結構形式，對某礦山東部8～13 線擴界區(qū)域的露天坑底設計成非平面型的露天開采境界，取得了良好的經(jīng)濟效果。李濤等［5］在分析平朔東露天煤礦端幫壓煤開采可行性的基礎上，對端幫壓煤開采參數(shù)進行了優(yōu)化，提高了端幫壓煤回采率。

本研究以某露天礦7#采場為研究對象，針對采場南幫上覆排土場、下壓礦石的特殊工程條件，先對上覆排土場削坡參數(shù)進行設計，再以經(jīng)濟合理剝采比為界限，確定了采場南擴露采境界，實現(xiàn)了開采壓覆礦石的擴幫設計。

1 工程概況

某露天礦7#采場現(xiàn)狀最低開采標高為+2 250 m，最高開采標高為+2 388 m，臺階高度為10 m，安全平臺寬度為3 m，現(xiàn)狀露天采坑南北長800 m，東西寬500 m。采場北部和西部已開采至礦體底板，其開采工作即將進入尾聲，底板坡度在15°～28°，底板巖性為白云巖。

7#采場南幫覆壓西采場的內(nèi)排土場，已經(jīng)堆排完畢多年，上覆排土場南北向長約1.2 km，東西向?qū)捈s0.55 km，占地面積為45.23 萬 m2，堆存標高為+2 390～+2 480 m，堆排臺階高度為20～30 m，最大約50 m。

為延長礦山服務年限，礦山曾組織多次資源勘探工作，并于7#采場南端110#～116#線間勘探資源儲量約2 043.15 kt，即西采場的內(nèi)排土場下方，此排土場成為了7#采場南擴設計面臨的主要難點。

2 開采設計規(guī)劃

為有效解決礦山7#采場南擴設計面臨的問題，礦山根據(jù)工程地質(zhì)條件，計劃先對西采場上方覆壓多年且已經(jīng)復墾完畢的排土場進行削坡處理，以便為下部礦石開采清理出采礦作業(yè)空間，再進行下覆礦石的開采。參考文獻［6］可知，堆放多年的磷礦排土場由于廢石顆粒級配較好，在長時間的自重作用下，排土場內(nèi)廢石堆放密實，故可將上覆排土場考慮作為物理力學性質(zhì)稍差的礦體上盤圍巖，先對排土場進行削坡，進而對采場南擴進行設計。

3 排土場削坡設計

3.1 排土場物理力學性質(zhì)

上覆排土場的削坡事關下覆礦石能否安全開采，而排土場內(nèi)物理力學性質(zhì)參數(shù)是排土場削坡設計的重點要素［7］。參考礦山工程地質(zhì)資料，將上覆排土場物理力學性質(zhì)進行折減，得到排土場堆積體物理力學參數(shù)：重度為21.0 kN/m3，飽和重度為21.5 kN/m3，黏聚力為12.0 kPa，內(nèi)摩擦角為25.0°。

3.2 排土場削坡參數(shù)

根據(jù)排土場堆積體物理力學參數(shù)，參考工程地質(zhì)手冊和類似礦山生產(chǎn)經(jīng)驗，確定削坡坡面角為38°或原始坡面坡度（24°～32°）；臺階高度為10 m；安全和清掃平臺寬度為15 m；削坡最終邊坡角為20°；平臺排水溝（矩形）尺寸為0.4 m×0.4 m；平臺水溝設置：先期采用毛溝+鋪設土工膜的方式設置，待平臺變形穩(wěn)定后采用混凝土澆筑。

3.3 排土場削坡工程量

西采場內(nèi)排土場北幫削坡范圍為+2 330～+2 470 m，自上而下分臺階削坡，作業(yè)臺階高度為10 m，削坡臺階坡面角為38°，平臺寬度為15 m。根據(jù)削坡參數(shù)和排土場設計范圍標高，計算削坡工程量為508.63萬m3。

4 下覆采場擴幫設計

4.1 采場物理力學參數(shù)

根據(jù)礦山地質(zhì)資料，礦層頂板梅樹村組第四段（?1m4）為含泥白云巖、泥質(zhì)白云巖或含錳白云質(zhì)泥巖，下部夾灰黑色燧石或灰白、灰黑色硅質(zhì)薄層及條帶。燧石單層厚2～30 cm。

礦層底板梅樹村組第一段（?1m1）為含磷白云巖、白云巖、泥質(zhì)白云巖夾燧石條帶段。含磷量較高，厚度為2.01～31.49 m。

夾石主要分布于梅樹村組第二段（?1m2）礦層中，為低品位礦石、含磷泥質(zhì)白云巖、含磷粉砂巖及白云質(zhì)粉砂巖。

采場物理力學參數(shù)是采場擴幫設計的重要來源，決定擴幫邊坡設計的合理性。根據(jù)礦山相關地質(zhì)資料，確定白云巖及砂巖物理力學參數(shù)如表1 所示。

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4.2 采場邊坡參數(shù)

結合礦山巖土體的賦存特點和礦山現(xiàn)有生產(chǎn)設備條件，并考慮附近礦山生產(chǎn)設計參數(shù)，確定露天采場邊坡參數(shù)：終了臺階高度為10 m；終了臺階坡面角下盤為礦體傾角或者是60°，上盤為60°，第四系表土層臺階坡面角為50°；安全平臺寬度為5 m，清掃平臺寬度為7 m，每隔2 個安全平臺設置1 個清掃平臺；雙線運輸?shù)缆穼挾葹?2 m；運輸?shù)缆纷畲笃露葹?%；運輸?shù)缆纷钚澋腊霃綖?5 m；反傾一側邊坡最終邊坡角控制在41°～43°。

露天采場最小底部寬度bmin根據(jù)運輸方式和采掘運輸設備的規(guī)格確定，設計采用汽車運輸，按折返式調(diào)車方式，則計算公式為

式中，lc為汽車長度，m；bc為汽車寬度，m；e3為汽車距邊坡的安全距離，m；Rcmin為汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，m。

經(jīng)計算，采場最小底部寬度bmin=18.36 m。參考生產(chǎn)實際，確定露天開采最小底寬為20 m。

4.3 經(jīng)濟合理剝采比

經(jīng)濟合理剝采比是確定露天礦山開采境界的重要參數(shù)，對礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)起著決定性的作用［8］，因此，在確定此露天礦山擴幫境界參數(shù)中，需首先確定經(jīng)濟合理剝采比Nj。根據(jù)礦山以往生產(chǎn)經(jīng)驗和此次設計的礦體賦存條件，采用盈利法確定經(jīng)濟合理剝采比，其計算方法為

其中，

式中，n′1為露天開采視在回采率；n′d為地下開采視在回采率；B1為露天開采每噸原礦的銷售價格，元/t；Bd為地下開采每噸原礦的銷售價格，元/t；n1為露天開采實際回采率；nd為地下開采實際回采率；ρ1為露天開采廢石混入率；ρd為地下開采廢石混入率；c為為地下開采每噸礦石成本，元；ɑ 為露天開采每噸礦石采礦費用（不包含剝離費），元；b 為露天開采剝離每噸巖石費用，元。

根據(jù)礦山前期露天、地下開采經(jīng)濟指標統(tǒng)計以及相關采礦指標，確定n′1取1.0，nd′取 0.8，B1取 200元/t，Bd取163.0元/t，n1取0.97，nd取0.76，ρ1取0.03，ρd取 0.05，c 取 130.0 元，ɑ 取 20.0 元，b 取 8.96 元，帶入公式（2）計算得經(jīng)濟合理剝采比為17.14。

4.4 露天境界參數(shù)

根據(jù)礦山現(xiàn)狀地形，按照前文所述排土場邊坡參數(shù)及露天采場邊坡參數(shù)，以及露天境界圈定原則，對7#采場南向擴幫工程設計，設計的露天開采終了境界如圖1所示。

設計7#采場南擴露天采場內(nèi)采剝總量為693.18萬m3，露天采場內(nèi)剝離廢石量為637.60 萬m3，設計境界內(nèi)資源儲量為138.39 萬t，資源類別全部為331 類別。露天開采境界主要指標如表2所示，開采終了采礦指標如表3所示。

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根據(jù)表3，開采終了的采礦損失率和貧化率與礦山往期相當，剝采比為11.98，小于設計經(jīng)濟合理剝采比，有效實現(xiàn)了排土場下覆礦石資源的回收。

5 結 論

以某露天7#采場南擴礦山為研究對象，針對該礦山上覆排土場、下壓礦石的復雜工程地質(zhì)條件，基于礦山巖石物理力學參數(shù)，先對上覆排土場削坡參數(shù)進行設計，后采用盈利法確定經(jīng)濟合理剝采比，并以此為指標，對下壓南擴采場擴幫參數(shù)進行露天開采設計，取得了較好的資源回收效果。