吳會(huì)杰

鹿泉金隅鼎鑫水泥有限公司，河北鹿泉 050226

0 引言

陡峭山坡露天礦整體剝離，盡快達(dá)到采礦條件一直是礦山生產(chǎn)的一個(gè)難題，直接影響到礦山的順產(chǎn)和生產(chǎn)成本。河北鹿泉九里山石灰石礦Ⅱ采區(qū)由于村民多年無(wú)序開(kāi)采，形成一突出山體（圖中陰影部分示意），給下一步礦石生產(chǎn)和安全造成嚴(yán)重影響。為了經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)采Ⅱ采區(qū)，礦山工程技術(shù)人員對(duì)傳統(tǒng)和系統(tǒng)規(guī)劃的兩種不同剝離-采礦工藝進(jìn)行了積極分析和探討。

圖1

1 工程概述

九里山石灰石礦Ⅰ采區(qū)地勢(shì)平緩，高程為174m，表層覆蓋3m厚粘土風(fēng)化巖層。此采區(qū)南北長(zhǎng)600m，東西寬300m，巖層產(chǎn)狀273°∠5°。Ⅱ采區(qū)為一突出山體（圖中陰影部分示意），山體頂部高程為268m，頂層覆蓋2米厚粘土風(fēng)化巖層，常年長(zhǎng)有野山槐、酸棗樹(shù)等自然植被。此采區(qū)作為沉積巖，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，為273°∠5°，山體東、南、北三面為陡峭坡面，坡度達(dá)85°。

根據(jù)河北省地質(zhì)勘探大隊(duì)所提供的原始地質(zhì)資料和天津水泥設(shè)計(jì)院初步設(shè)計(jì)，Ⅱ采區(qū)山體219m水平以上為泥質(zhì)灰?guī)r，CaO含量低，要爆破剝離；219m水平以下為礦石，采用臺(tái)階深孔爆破開(kāi)采方式；整個(gè)露天礦場(chǎng)開(kāi)采終了底平面為144m水平。

按照設(shè)計(jì)的要求，已經(jīng)在244m水平實(shí)行硐室松動(dòng)爆破（水平均勻布置9個(gè)藥室）。首先清理完畢244m水平以上巖渣，共計(jì)27萬(wàn)方；244m水平至219m水平巖層，采用臺(tái)階高度為25m的深孔爆破，巖渣共計(jì)28萬(wàn)方；219m水平以下礦石采用臺(tái)階高度為15m的深孔爆破；巖石大塊進(jìn)行二次淺孔爆破。

礦石生產(chǎn)采用自上而下，逐層開(kāi)采技術(shù)。

緊鄰Ⅱ采區(qū)山體西側(cè)，留有底面面積為10500m2的洼地。此洼地底面平整，高程為204m，作為西排土場(chǎng)使用，為外部排土場(chǎng)。

穿孔設(shè)備：KQGS-150型鉆機(jī)，鉆孔最大深度為26.5m；

鏟裝設(shè)備：液壓反鏟CAT-336；

運(yùn)輸設(shè)備：自卸式翻斗汽車(chē)；

排土設(shè)備：推土機(jī)排土。

2 傳統(tǒng)的剝離-采礦工藝

硐室松動(dòng)爆破后，244m水平以上巖渣27萬(wàn)方全部由反鏟CAT-336直接拋擲到山體南、北兩側(cè)；244m水平以下剝離巖層深孔爆破后，在219m水平平臺(tái)，通過(guò)裝運(yùn)設(shè)備配合，部分巖渣運(yùn)到西排土場(chǎng)，排土臺(tái)階高度為15m，堆放巖渣16萬(wàn)方，剩余巖渣12萬(wàn)方完全順著山勢(shì)繼續(xù)排放到山體的南北兩側(cè)；剝離完畢后，在山體北側(cè)開(kāi)始進(jìn)行穿孔作業(yè)，以備礦石的爆破開(kāi)采，臺(tái)階高度15m；緊鄰山體北側(cè)巖堆，在204m水平修建裝車(chē)平臺(tái)和運(yùn)輸?shù)缆贰Ｒ?jiàn)圖1中傳統(tǒng)工藝道路。

3 系統(tǒng)規(guī)劃的剝離—采礦工藝

本工藝采用了系統(tǒng)規(guī)劃的方法，在Ⅱ采區(qū)的剝離-采礦過(guò)程中，對(duì)其各項(xiàng)工作進(jìn)行整體分析和布置，使得各項(xiàng)工作有序的進(jìn)行。

硐室松動(dòng)爆破后，在244m水平平臺(tái)，裝運(yùn)設(shè)備配合，巖渣運(yùn)至西排土場(chǎng)，首先在排土場(chǎng)北側(cè)堆放，然后排土線采用平行方式，向南擴(kuò)展。山體244m水平以上巖渣27萬(wàn)方全部堆放在西排土場(chǎng)北部，排土臺(tái)階高度為40m。

山體西南側(cè)巖層25m臺(tái)階深孔爆破后，在219m水平平臺(tái)，利用運(yùn)輸距離最短的優(yōu)勢(shì)直接運(yùn)輸?shù)轿髋磐翀?chǎng)南側(cè)堆放，排土臺(tái)階高度為15m，堆放巖渣5.0萬(wàn)方。

西排土場(chǎng)共計(jì)堆放巖渣32萬(wàn)方，其縱剖面簡(jiǎn)圖為：

在運(yùn)礦道路干線外側(cè)，有三角形閑置空地，其地勢(shì)平緩，底面高程為153m，面積為20000m2，經(jīng)過(guò)表層簡(jiǎn)易修整后作為東排土場(chǎng)使用。作為外部排土場(chǎng)，東排土場(chǎng)有效容量為30萬(wàn)方，一個(gè)排土臺(tái)階，排土臺(tái)階高度為15m[1]。

在219m水平平臺(tái)，向山體南側(cè)直接拋擲巖渣形成11萬(wàn)方的長(zhǎng)方形堆場(chǎng)，以堆場(chǎng)為路基修建臨時(shí)性運(yùn)輸?shù)缆罚\(yùn)輸?shù)缆烽L(zhǎng)500m，坡度為9%，符合礦山運(yùn)輸?shù)缆返囊骩2]。道路由山體西南側(cè)219m水平向東到174m水平與運(yùn)礦道路干線連接，自卸式翻斗車(chē)沿此路將全部剩余巖渣12萬(wàn)方運(yùn)輸?shù)綎|排土場(chǎng)。見(jiàn)圖1系統(tǒng)規(guī)劃工藝道路。

在山體西南側(cè)，鉆機(jī)穿孔作業(yè)，以備204m水平礦石爆破開(kāi)采，臺(tái)階高度15m。在204m水平重新修建臨時(shí)性運(yùn)輸?shù)缆?，隨著開(kāi)采水平的下降，道路坡度也隨之減小。原路基上巖渣陸續(xù)運(yùn)往東排土場(chǎng)，直到11萬(wàn)方巖渣全部清運(yùn)完畢，東排土場(chǎng)最終堆放巖渣為23萬(wàn)方。

下表為兩種工藝的不同地點(diǎn)巖渣堆放情況：（單位：萬(wàn)方）

地點(diǎn)工藝 東排土場(chǎng) 西排土場(chǎng) 山體南側(cè) 山體北側(cè) 總計(jì)傳統(tǒng)藝 0 16 13 26 55系統(tǒng)規(guī)劃藝 12 32 11 0 55

4 兩種工藝的比較

4.1 對(duì)后續(xù)生產(chǎn)的影響

傳統(tǒng)工藝中，巖渣堆放在山體南、北兩側(cè)，共計(jì)39萬(wàn)方，除13萬(wàn)方巖渣在山體北側(cè)暫作運(yùn)輸?shù)缆酚猛疽酝?，其?6萬(wàn)方巖渣堆壓在山體旁，巖渣由于不能及時(shí)清運(yùn)而嚴(yán)重阻礙了下一臺(tái)階礦石的開(kāi)采。而隨著開(kāi)采水平的下降，這種阻礙制約作用就越明顯，甚至造成礦石供應(yīng)的中斷，引起水泥生產(chǎn)線的停產(chǎn)。為了克服這種制約作用，在同一采區(qū)內(nèi)，就必須采礦運(yùn)輸和剝離運(yùn)輸同時(shí)進(jìn)行，這與“采剝并舉，剝離先行”的原則相悖的。

山體南北兩側(cè)堆放的巖渣最終要清運(yùn)到開(kāi)采境界外，如果不采取其他措施，對(duì)于容量只有30萬(wàn)方的東排土場(chǎng)來(lái)說(shuō)，堆放39萬(wàn)方巖渣幾乎是不可能的。

系統(tǒng)規(guī)劃工藝中，通過(guò)整體性的布置，剝離的巖渣直接清運(yùn)到外部排土場(chǎng)，由于巖渣及時(shí)清運(yùn)，巖渣制約礦石生產(chǎn)的不利影響降到了最低限度，從而使得穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)工作有序進(jìn)行。

4.2 生產(chǎn)成本的影響

傳統(tǒng)工藝中，在剝離過(guò)程時(shí)，CAT-336直接順山勢(shì)拋擲巖渣到山體南北兩側(cè)，由于CAT-336回轉(zhuǎn)工作半徑有限，在100×100m2作業(yè)范圍內(nèi)，尤其山體中間位置的巖渣，必須經(jīng)過(guò)二次拋擲，才能堆放到山體外側(cè)，這就出現(xiàn)兩臺(tái)反鏟串聯(lián)作業(yè)拋擲巖渣的極為被動(dòng)的現(xiàn)象，柴油消耗和人工費(fèi)用也大大增加。

山體兩側(cè)堆放的26萬(wàn)方巖渣必須進(jìn)行二次鏟裝和清運(yùn)，只有這樣才能開(kāi)采山體底部礦石。山體南北兩側(cè)的巖渣對(duì)外承包進(jìn)行二次裝運(yùn)，按5.2元/方價(jià)格計(jì)算，總計(jì)裝運(yùn)費(fèi)高達(dá)135萬(wàn)元，無(wú)形中增加了生產(chǎn)的成本。

系統(tǒng)規(guī)劃工藝中，每次爆破后巖渣全部及時(shí)鏟裝和清運(yùn)，為下一次爆破做好準(zhǔn)備，這樣能夠極大縮短剝離工期，盡早投入礦石生產(chǎn)。

剝離的巖渣直接清運(yùn)到開(kāi)采境界以外，在整個(gè)礦山開(kāi)采使用年限內(nèi)，不必對(duì)排土場(chǎng)堆放巖渣進(jìn)行二次鏟裝和運(yùn)輸，這樣大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4.3 運(yùn)輸安全性的影響

傳統(tǒng)工藝中，巖渣沿設(shè)計(jì)的道路運(yùn)輸?shù)綎|排土場(chǎng)，礦石運(yùn)輸和巖渣運(yùn)輸并排交叉作業(yè)，極易引起生產(chǎn)調(diào)度及管理上的混亂，增加了車(chē)輛運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)性。

系統(tǒng)規(guī)劃工藝中，剝離巖渣和運(yùn)輸?shù)V石兩個(gè)工序單獨(dú)分開(kāi)，不會(huì)出現(xiàn)交叉作業(yè)的混亂現(xiàn)象，生產(chǎn)上更加便于調(diào)度和管理。

由于運(yùn)輸?shù)缆纷冎保\(yùn)輸線路變短了，這樣增加了汽車(chē)運(yùn)輸?shù)陌踩裕惭娱L(zhǎng)了汽車(chē)的使用年限。

4.4 比較結(jié)論

可見(jiàn)，系統(tǒng)規(guī)劃的剝離—采礦工藝，對(duì)后續(xù)生產(chǎn)是有利可行的；生產(chǎn)成本是經(jīng)濟(jì)合理的；道路運(yùn)輸是安全可靠的；

由此得出，系統(tǒng)規(guī)劃的剝離—采礦工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)的工藝。

5 排土場(chǎng)復(fù)墾

5.1 生態(tài)礦山概述

生態(tài)礦山就是依據(jù)生態(tài)工程原理，把遭破壞的礦山區(qū)域建設(shè)成為一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)的土地復(fù)墾活動(dòng)。對(duì)于開(kāi)采中的九里山石灰石礦，生態(tài)環(huán)境治理主要表現(xiàn)在排土場(chǎng)復(fù)墾工作上。

5.2 復(fù)墾技術(shù)的實(shí)施

經(jīng)分析，排土場(chǎng)巖渣化學(xué)成分如下表（含量%）

SiO2 CaO Ai2O3 MgO Fe2O3 K2O（Na2O）61.0 28.0 8.0 1.5 1.0 0.5

作為泥質(zhì)灰?guī)r，排土場(chǎng)巖渣砂性強(qiáng)，低肥力，成熟表土少，但是不含鉻、鎘、鉛、汞、砷等有毒元素，pH值=6～8，石塊與土粒比例適中，可在排土場(chǎng)上面或邊坡魚(yú)鱗坑內(nèi)種植速生或耐旱的檸條、沙棘、臭椿、野槐樹(shù)等樹(shù)木。它們當(dāng)中有的根瘤固氮能力強(qiáng)，有的能吸收空氣中的SO2、Cl2等有毒氣體，防風(fēng)固沙的同時(shí)，也凈化了環(huán)境。排土場(chǎng)表土中含鉀、鐵，鉀對(duì)糖分轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸和積累有很大促進(jìn)作用，鐵可使果實(shí)中糖分增加，在排土場(chǎng)表土層種植果樹(shù)，水肥充足時(shí)我們還可以吃到香甜可口的水果[3]。

排土場(chǎng)表土摻黏土對(duì)土壤進(jìn)行改良，達(dá)到0.5m厚時(shí)，直接種植耐瘠薄的豆科類(lèi)等農(nóng)作物，進(jìn)行增磷補(bǔ)氮，以加速土壤熟化；植物的生長(zhǎng)和落葉會(huì)自然形成腐殖層；隨著種植時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量會(huì)逐年增加，黏粒、粉粒含量增加，砂粒含量減少。這些對(duì)提高土壤肥力和農(nóng)作物產(chǎn)量水平都起著重要的作用。

生土逐漸熟化，甚至可以進(jìn)行農(nóng)作物輪作、農(nóng)林間種，獲得可觀經(jīng)濟(jì)效益；原有的貧瘠土壤真正恢復(fù)到可供利用的狀態(tài)，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境也獲得了改善。

6 結(jié)論

在當(dāng)今唐山和承德地區(qū)的許多礦山，復(fù)墾技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，復(fù)墾工藝得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)萬(wàn)畝土地得以復(fù)墾。這不僅提高了林木覆蓋率，提高了土地開(kāi)發(fā)復(fù)墾率，也大大改善了生態(tài)環(huán)境。我們應(yīng)該積極行動(dòng)起來(lái)，順應(yīng)社會(huì)發(fā)展潮流，為復(fù)墾技術(shù)的大力推廣做出努力。

[1]李寶祥.金屬礦床露天開(kāi)采[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995，5：107-110.

[2]周百川.露天礦運(yùn)輸[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994，5：29-35.

[3]楊福海，李富平，甘德清，劉仁義.礦山生態(tài)復(fù)墾與露天地下聯(lián)合開(kāi)采[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002，1：114-118.