胡艷芳 徐 剛

(昆鋼集團玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

大紅山鐵礦淺部熔巖露天開采改擴建可行性分析

胡艷芳 徐 剛

(昆鋼集團玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

大紅山鐵礦淺部熔巖露天開采屬低品位鐵礦石資源搶救性開采利用工程。該部分礦石大部分位于崩落法開采的巖石移動帶影響范圍內(nèi)，在坑采崩落塌陷前進行搶救性開采，盡可能實現(xiàn)礦產(chǎn)資源利用的最大化、合理化。當前井下、露天開采關(guān)系矛盾突出：井下受露天壓礦及回采作業(yè)線制約，3～4 a后將無法正常生產(chǎn)；露天礦受市場、廢石場等因素制約，也難以持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。在詳細分析該類問題的基礎(chǔ)上，給出了應(yīng)對措施，并就該礦露天改擴建的可行性進行了探討，為類似礦山提供參考。

露天開采 低品位鐵礦石 露天境界優(yōu)化 崩落法

大紅山淺部熔巖鐵礦資源品位低，經(jīng)濟效益不佳，礦山主要鐵礦地質(zhì)儲量位于深部，且品位高，適宜采用大型采掘設(shè)備首先進行井下開采，待市場等條件成熟時再開發(fā)淺部露天低品位資源[1-2]。2006年400萬t/a地下開采工程建成投產(chǎn)，由于鐵礦石市場價格逐漸走高，也為滿足昆鋼集團戰(zhàn)略發(fā)展需要，該礦淺部熔巖露天380萬t/a工程于2010年底建成投產(chǎn)。至此，該礦山形成了井下、露天同時開采的生產(chǎn)格局。該礦淺部熔巖鐵礦大部分礦體位于深部鐵礦無底柱分段崩落法開采塌陷區(qū)及影響范圍內(nèi)，若不及時開采將會由于坑采移動影響被破壞?？勇堕_采有必要從空間、時間上進行有效協(xié)調(diào)和控制方可保障安全生產(chǎn)。該礦深部礦石品質(zhì)好、精礦產(chǎn)量高、經(jīng)濟效益好；而熔巖露天礦品位低，原礦規(guī)模雖然較大，但精礦產(chǎn)量低，單獨開采經(jīng)濟效益不甚理想，需依托礦山深部生產(chǎn)系統(tǒng)，發(fā)揮規(guī)模效益，降低生產(chǎn)成本，才能維持正常生產(chǎn)。截至目前，淺部熔巖露天礦已采出礦石量約910萬t，現(xiàn)剩余礦量約4 500萬t，剩余剝巖量約2 600萬m3。為確保該礦持續(xù)高效生產(chǎn)，本研究對該礦當前坑露生產(chǎn)存在的問題及解決措施進行分析，在此基礎(chǔ)上對淺部熔巖露天開采改擴建的可行性進行討論。

1 坑露生產(chǎn)關(guān)系及存在問題

1.1 坑露生產(chǎn)相互制約

根據(jù)前期設(shè)計規(guī)劃，400萬t/a坑采在投產(chǎn)后第12～13 a向400 m標高以下過渡，露天在此之前已完成淺部熔巖鐵礦資源的搶救性開采，基本上可在空間上避開坑采移動對露天生產(chǎn)的影響。在實際生產(chǎn)過程中，為滿足昆鋼集團對成品礦的需求，原礦生產(chǎn)不斷增加，720 m頭部和Ⅲ#～Ⅳ#礦體形成獨立產(chǎn)能，加速了開采速度；淺部熔巖鐵礦在建設(shè)和生產(chǎn)過程中，由于種種因素的制約，熔巖露天鐵礦的開采進度受到了較大影響。當前，400萬t/a工程主采區(qū)400 m標高以上的保有可采礦量較少，并將于2016年逐步向400 m標高以下過渡，較原規(guī)劃的一、二期過度時間提前了3～4 a。若要保證淺部熔巖露天開采安全，則井下400萬t/a主采區(qū)北部需留設(shè)保安礦柱，保安礦柱礦體在露天開采結(jié)束以前無法進行回采。根據(jù)前期設(shè)計確定的上覆巖層移動角(65°)圈定的露天壓礦界線，井下受壓礦量及回采作業(yè)線制約情況見表1、表2。

表1 井下壓礦量及可采礦量

表2 分段作業(yè)線統(tǒng)計

由表1、表2可知：由于露天生產(chǎn)制約，井下400萬t/a系統(tǒng)的主采區(qū)轉(zhuǎn)入400 m標高以下后，可布回采工作面和產(chǎn)量將受到極大制約，主采區(qū)按400～450萬t/a的采礦能力計算，3～4 a后將無法正常生產(chǎn)，井下產(chǎn)能將會大大折減。經(jīng)分析,初期主采區(qū)370，340 m分段同時生產(chǎn)尚可達到400萬t/a的能力，當下降至320 m分段后產(chǎn)量將下降至200～300萬t/a。

1.2 選礦加工效果不理想

熔巖露天鐵礦設(shè)計鐵選礦回收率為69%，原各階段選礦試驗樣品的磁性鐵占有率大都在50%以上。根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)(2010—2014年)，熔巖鐵礦的選礦回收率僅約55%，磁性鐵占有率35%～40%，與設(shè)計指標相差較大。由于選礦回收率低，產(chǎn)出少、成本高，對礦山總體效益影響較大，在當前市場條件下，熔巖露天生產(chǎn)虧損嚴重。

1.3 市場行情影響

露天礦建設(shè)初期，品位60%的鐵精礦在昆鋼內(nèi)部的銷售價格約830元/t，近年來，隨著世界經(jīng)濟的不景氣及國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，鐵精礦市場行情下滑，當前鐵精礦在昆鋼內(nèi)部的銷售價格已降至670元/t以下，對資源豐度不高的熔巖露天鐵礦沖擊最大。

1.4 廢石場的制約

原露天境界方案剩余廢石量約2 600萬m3，需廢石場庫容約3 699萬m3，礦山前期硝水箐-南部廢石場等排土場已逐步堆滿，已有廢石場庫容差距較大，規(guī)劃的持續(xù)生產(chǎn)廢石場——小廟溝廢石場因礦權(quán)、投資金額高(近億元)、征地等因素的存在未能按計劃建成使用，當前已缺乏足夠的廢石場地來滿足露天生產(chǎn)大量廢石排放的需要[3-5]。因此，目前淺部熔巖露天礦已無法正常生產(chǎn)。

2 應(yīng)對措施

(1)調(diào)整地下開采移動角，緩解露天開采對地下開采的制約。通過對多年來400萬t/a坑采產(chǎn)生的塌陷、移動、變形實測資料進行全面分析，認為深部二期開采的巖石移動角可由原設(shè)計推薦的65°提高至70°。由此露天對深部開采的壓制范圍將大幅度縮小，經(jīng)計算，按70°圈定的壓礦量(保安礦柱量)為1 265萬t，較65°減少近1/2(按65°圈定的壓礦量為2 455萬t)，由此釋放的可采礦量增加了近1 200 萬t，按400萬t/a規(guī)模，增加了約2 a的開采量。露天壓礦范圍(保安礦柱)的減少，增加了井下可采礦量，延長了坑露共存時間，為坑露協(xié)調(diào)生產(chǎn)創(chuàng)造了基本條件。按70°圈定壓礦界線，井下至320 m分段可采礦量3 049萬t，服務(wù)年限約7 a。考慮今后礦柱的有效回采，保安礦柱不宜再降至320 m標高以下。因此，考慮一定的安全余量，留給露天生產(chǎn)的時間為6～7 a[5]。

(2)調(diào)整和優(yōu)化露天境界，擴大露天生產(chǎn)規(guī)模，盡快結(jié)束露天生產(chǎn)?？勇对试S共存的時間僅6～7 a，露天搶救開采的要求更為迫切。原380萬t/a露天境界尚保有礦石量約4 500萬t，按原設(shè)計規(guī)劃至少需12 a方可結(jié)束開采。礦山處理熔巖鐵礦的選礦廠通過技術(shù)改造，其處理能力可由400萬t/a提高至550萬t/a，因此，熔巖露天開采可通過調(diào)整，提升采礦能力使之與選礦處理能力相匹配。原露天境界按550萬t/a 規(guī)模組織生產(chǎn)，尚需9 a方可結(jié)束生產(chǎn)。通過適當縮小原露天境界、擴大開采規(guī)模，來滿足坑露開采的時間關(guān)系及確?？勇栋踩_采的要求。經(jīng)研究，初步優(yōu)化的縮小境界(以下稱優(yōu)化境界)保有地質(zhì)資源儲量3 000萬t，巖石量1 340萬m3，開采規(guī)模擴大至550萬t/a，露天后續(xù)生產(chǎn)年限6 a，滿足坑露協(xié)調(diào)生產(chǎn)的時間要求。在縮小境界的同時，通過進一步降低露天平均剝采比，提升露天生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

(3)資源利用情況及剩余資源的處置方式。原露天境界方案可利用地質(zhì)資源儲量約4 500萬t，較優(yōu)化境界方案(3 000萬t)多利用資源約1 500萬t。優(yōu)化境界外資源已進行了開采規(guī)劃，根據(jù)其受地下開采的影響程度和時限，在不影響露天和井下開采安全的前提下，可通過坑采方式適當回收部分高品位礦石。露天開采結(jié)束后，采用地下開采方式回收掛幫礦體，利用Ⅲ2-3#礦體現(xiàn)有的開采系統(tǒng)，對部分礦石進行回采[3]。

3 露天開采擴建改造方案可行性分析

(1)生產(chǎn)能力。優(yōu)化境界尺寸較原境界略有減小，但減小幅度較小。采剝工藝在原陡幫組合臺階工藝的基礎(chǔ)上估計了尾追開采，增加了作業(yè)工作面，整個采剝工作面可達5～6個。由于露天為山坡露天，原開采臺階進線已基本形成，在搶救性開采的前提下，有望實現(xiàn)1 a下降2個臺階(30 m)的目標。礦山現(xiàn)有的主要設(shè)備有YZ-35D牙輪鉆機2臺，潛孔鉆機5臺，斗容6.5 m3挖機3臺，4.5 m3挖機2臺，載重45 t的TR50礦用車10輛，載重55 t的TR60礦用車18輛，其余普通雙橋自卸車33輛，輪式裝載機6臺，推土機3臺，承擔原設(shè)計的1 500萬t/a 的采剝工作量。優(yōu)化境界雖然擴大了礦石生產(chǎn)能力，但由于境界平均剝采比已較原露天礦大幅降低，年采剝總量僅約1 300萬t/a，完全可滿足露天改造擴能的需要。

(2)粗碎及選礦系統(tǒng)能力達到550萬t/a。破碎設(shè)備為PXZ1216液壓旋回破碎機，處理能力達1 191～1 300 t/h，年處理能力達565萬t以上；粗碎站設(shè)計時整個系統(tǒng)均留有較大余地，粗碎系統(tǒng)實際生產(chǎn)能力達550萬t/a以上。礦山三選廠熔巖系列為熔巖露天礦的配套選礦系統(tǒng)，設(shè)計生產(chǎn)能力440萬t/a。針對熔巖系列進行了擴能及提質(zhì)2次改造，同時將熔巖露天礦中的部分含銅鐵礦并入三選廠進行深部銅系列選別。改造后的熔巖系列處理能力可由440萬t/a提高至520萬t/a，可滿足扣除熔巖露天礦中部分含銅鐵礦后的鐵礦石處理需要。

(3)廢石場矛盾解決的可靠性。優(yōu)化境界方案產(chǎn)出巖石量約1 340萬m3，需廢石場庫容1 903萬m3，擬通過南部廢石場擴容(約900萬m3)、坑采塌陷區(qū)治理堆排(約642萬m3)、露天采場內(nèi)堆排(約200 m3)、建材利用等方式處理。

(4)經(jīng)濟性。原露天境界方案需建設(shè)小廟溝廢石場，投資較大(新增投資22 368萬元)，較優(yōu)化境界方案(新增投資6 770萬元)多15 598萬元。優(yōu)化境界方案單位精礦成本618.88元/t，原露天境界方案產(chǎn)出礦石量多，固定費用攤銷較少，單位精礦成本600.11元/t，略低于優(yōu)化境界方案。該2個方案在不考慮前期投入的情況下均為盈利，原露天境界方案凈現(xiàn)值10 366萬元，優(yōu)化境界方案凈現(xiàn)值14 726萬元，可見優(yōu)化境界方案經(jīng)濟性較好。

(5)安全問題。優(yōu)化境界方案擬在1 000，970 m 標高留設(shè)60 m寬的安全平臺，整體幫坡角由46°降至44°，可有效防范因坑采移動造成的上部邊坡局部垮塌及滾石危害。

4 結(jié) 語

在當前市場條件下，結(jié)合大紅山鐵礦淺部熔巖鐵礦的選礦加工效果和坑露關(guān)系矛盾日益突出的實際情況，遵循確保主體，井下優(yōu)先的原則，提出了應(yīng)對措施，并對露天開采改擴建的可行性進行了分析，為確保該礦的安全高效生產(chǎn)提供參考。

[1] 劉明許,陸玉根.房柱法與留礦法聯(lián)合采礦法在大紅山鐵礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(8)：29-30．

[2] 魏建海.大紅山鐵礦高中段的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(2)：13-15．

[3] 畢偉忠，丁德馨.地下開采對地表的破壞與防治[J].安全與環(huán)境工程，2003(3)：60-63．

[4] 宇文志鵬，金愛兵.基于數(shù)值模擬的北洺河塌陷區(qū)預(yù)測與治理[J].金屬礦山，2009(4)：135-137．

[5] 宋嘉棟，王 堅.地下采空區(qū)頂板礦體露天開采工藝[J].有色金屬：礦山部分，2000(5)：14-18．

2015-09-07)

胡艷芳(1984—)，女，助理工程師，653405 云南省新平縣嘎灑鎮(zhèn)。