呂艷奎

(北京華夏建龍礦業(yè)科技有限公司)

某露天鐵礦內排土與境界優(yōu)化方案對比

呂艷奎

(北京華夏建龍礦業(yè)科技有限公司)

為解決某礦當前面臨的外排巖量受限和生產成本較高的問題，對內排土與境界優(yōu)化2種方案進行了初步規(guī)劃和技術比較，最終選擇境界優(yōu)化方案并重新編排采剝生產計劃，結果不僅可降低生產剝采比，同時也避免超剝，有效降低了生產成本，減少了外排巖量。

內排土 境界優(yōu)化 經(jīng)濟合理剝采比

某超貧低釩鈦磁鐵礦位于承德市灤平縣境內，為露天臺階式開采，使用公路運輸開拓方式，工作線縱向布置，臺階高15 m，年采剝總量約3 000萬t，其中剝巖量約1 100萬t，目前開采最低標高為 +525 m水平。采區(qū)主礦體為Fe4#礦體，為單斜層狀，礦體走向90°，傾向180°，傾角為68°～82°，為厚層狀礦體。礦體埋深為0～625.4 m，走向長 1 837.3 m，寬177.7～527.4 m，傾斜延深450～ 648 m，最小厚度為102 m，最大厚度為499.84 m，平均厚300.92 m，平均品位為TFe16.46%、mFe7.07%。由于該礦周邊礦權相對較多，導致礦山外排土場規(guī)模有限，且排土成本較高，內排土與境界優(yōu)化從理論上可以解決上述問題，為此，對2種方案進行初步規(guī)劃設計并對比，以找到更為合理的解決措施，為下一步方案確定與實施提供依據(jù)。

1 原采礦初步設計

原采礦初步設計以Fe4#礦體為設計對象，在鐵精礦預估售價880元/t、經(jīng)濟合理剝采比2.67 t/t的前提下進行露天境界設計，主要參數(shù)開采終了時臺階坡面角為65°，臺階高15 m，安全平臺不小于5 m，每隔2個臺階設一寬不小于10 m的清掃平臺，主運輸?shù)缆访鎸?0 m，采場上口尺寸為1 912 m× 1 181 m(長×寬)，下口尺寸為225 m×75 m(長×寬)，最終境界邊坡角為24°～44°，邊坡最高標高為826.5 m，采場封閉圈標高為535 m，露天底標高為235 m，礦石量為4.56億t，境界內平均剝采比為0.47 t/t。最終境界設計見圖1。

2 內排土方案規(guī)劃

露天礦排土場分內部排土場和外部排土場，內部排土場即為剝離物堆放在露天采場境界以內的排土場，較外部排土場具有運距短、生產成本低等特點[1]，一般適合于埋藏較淺、分布范圍較大、近水平或緩傾斜礦體的露天開采，也適用于一個采場內有2個不同標高底平面的礦山，或經(jīng)合理安排開采順序后也可實現(xiàn)部分內排[2]。根據(jù)礦體賦存狀態(tài)和生產條件，通過調整開采順序，在境界西側端部實現(xiàn)部分內排。

圖1 最終境界設計

結合該礦生產現(xiàn)狀(分期開采)，在境界西側端部堆放部分剝離巖石，待采場東側端部采完后將所堆巖石倒運，再開采西側壓覆礦石，同時為滿足生產能力要求，需將目前工作線縱向布置改為橫向布置，且由中間沿走向向兩側推進。內排土區(qū)域位置見圖2。+525 m標高以上排巖與壓礦剖面見圖3。

圖2 內排土區(qū)域位置

圖3 +525 m標高以上排巖與壓礦剖面

結合平、剖面圖，用同樣方法對不同標高所排巖量與壓覆礦量進行計算，其結果見表1。

表1 所排巖量與壓覆礦量情況

由表1可知，+525～+425 m水平標高下降100 m，所排巖量增加了近1 300萬t，壓覆礦量減少近800萬t，可見排巖底部標高越低，所排巖量越多，而壓覆礦量越少，越有利于內排工作的開展。

但同時，若排巖底部標高選擇在+425 m水平，對于解決當前生產問題存在以下不足：①達到內排條件所需的時間較長，根據(jù)原設計中分層礦巖量表+525～+425 m水平礦量約為1.63億t，按目前開采規(guī)模尚需約8 a，短時間內不能緩解外排土場壓力和降低生產成本；②當+425 m水平具備內排條件時，境界內剩余巖量約為700萬t，整個境界內剝巖工作已接近尾聲，基本失去內排土意義。因此，將排巖底部標高選擇在+525 m水平較為適宜。

3 境界優(yōu)化方案規(guī)劃

作為露天開采境界設計的主要依據(jù)，經(jīng)濟合理剝采比是指露天開采單位礦石量與經(jīng)濟上允許的最大剝巖量的比值[3]。隨著一定時期內鐵精礦市場預估售價的變化，經(jīng)濟合理剝采比會發(fā)生變化，由此開采境界也需要重新優(yōu)化以滿足企業(yè)生產的需要[4-5]。根據(jù)開采現(xiàn)狀，先對采場北部境界進行局部優(yōu)化以降低近期生產剝采比[6]，同時減少外排巖量。

由于該礦在開采過程中采用分期開采，故此次境界優(yōu)化方案實質是在確保分期內生產剝采比滿足經(jīng)濟與生產技術要求的前提下，結合生產現(xiàn)狀對采場北部進行收縮境界，其他部位隨著開采與經(jīng)濟形勢的變化再進行逐步優(yōu)化。為此，結合市場鐵精礦售價對經(jīng)濟合理剝采比進行重新計算，并根據(jù)計算結果對開采最終境界進行圈定與修正。局部境界優(yōu)化方案采用價格法并在計算時考慮一定的利潤指標，經(jīng)濟合理剝采比計算公式為

(1)

式中，Nj為經(jīng)濟合理剝采比，t/t；A為鐵精礦售價，650元/t；a為露天開采噸礦石采礦費用，13元/t；b為露天開采噸礦石選礦費用，21.5元/t；e為利潤指標，25元/t；r為綜合選比，14.5 t/t；c為剝巖成本,11.5元/t。

計算得出Nj=0.75 t/t。

依據(jù)上述計算結果及初步優(yōu)化設想，對8～24線北部境界進行收縮優(yōu)化。優(yōu)化過程中，主要依據(jù)為生產現(xiàn)狀平面圖、各線剖面圖及下一五年分期內的采礦量要求，主要設計參數(shù)沿用原設計參數(shù)，主要優(yōu)化方法使用試錯法[7]，并利用垂直平行斷面法分別計算優(yōu)化前后礦巖量，粗略編排年度采剝計劃以進行合理性求證。經(jīng)過反復試算后，得到境界優(yōu)化結果，見圖4。16線典型剖面見圖5。

從以上兩次的實測結果可知，水溫梯度測試結果基本一致。蘭考豫11井水溫整體呈現(xiàn)正增長變化，但在180～200 m的深度區(qū)間，存在一個溫度變化轉折的區(qū)間。結合相關的水文地質資料，很可能在這個區(qū)間存在一個含水層，含水層中的低溫水滲入到了觀測井內部，造成溫度突降。為了進一步檢驗該結論，排除地震前兆異常，開展實驗二。

圖4 境界優(yōu)化結果

圖5 境界優(yōu)化16線剖面

將采場境界修正后，對采場下一分期內編排了季度采剝計劃，其最大生產剝采比為0.4 t/t，對目前及下一階段市場預估形勢經(jīng)濟可行。收縮境界后影響的原設計境界內的礦巖量見表2。

表2 收縮最終境界損失礦量與減少巖量 萬t

收縮境界位置損失礦量減少剝巖量8～12線579.52355.5312～16線643.77550.4916～20線526.18583.5620～24線359.42426.87合計2108.891916.46

由表2可知，通過優(yōu)化后，減少剝巖量與損失礦量之比為0.91，換言之，若開采至原設計最終境界，生產剝采比要比當前的0.58t/t還要高，對目前生產形勢是不利的，而若開采至收縮優(yōu)化后境界，則下一分期生產剝采比可以控制在0.4t/t以下，保持同等供礦規(guī)?？蓽p少年剝巖量340萬t以上，緩解了外部排土場當前的排土壓力，同時還節(jié)約采礦生產年投入資金3 910萬元以上。

4 方案比選

內排土與境界優(yōu)化方案在一定時期內均符合緩解外排土場排土壓力及降低當期生產成本的要求，但內排土方案+525m標高以上排巖，排巖量為406萬t,而壓覆礦量達到5 110萬t，為1∶12.6，從表1可以看出，排巖底部標高越低，所排巖量越大而壓覆礦量越少，但需要推遲排巖時間，則不能解決目前問題；而優(yōu)化境界后減少剝巖量1 916萬t，損失礦量 2 109萬t，由此兩方案相比具有以下特點：

(1)降低生產成本方面，內排土方案僅縮短了排巖運距，降低了采礦生產成本1.2元/t；境界優(yōu)化方案則可直接降低生產剝采比，降低礦石生產成本2.07元/t以上。

(2)生產管理方面，內排土方案由于影響下部開采范圍，為保證生產能力，需將目前工作線橫向布置方式改為縱向布置，且由礦體中間沿走向向兩端推進，同時生產臺階增多，增加現(xiàn)場管理難度；境界優(yōu)化方案則無需改變工作線布置方式，生產管理相對簡單。

(3)開采境界影響方面，境界優(yōu)化是直接根據(jù)當前及下一時段的市場預估對開采最終境界的修正，避免超剝造成不經(jīng)濟行為，同時也可隨著市場的變化逐次進行調整，以保證生產運營活動得以持續(xù)。

綜上所述，為達到降低當期生產成本和緩解外排土場庫容壓力的目的，選擇按當前市場形勢對開采境界，特別是剝巖地點靠近原設計境界的部位進行優(yōu)化收縮的方案作為下一步首選技術方案進行設計、實施。

5 結 語

通過內排土與境界優(yōu)化2種方案的對比分析，最終選擇境界優(yōu)化方案，通過對采場即將采至原設計境界的北部重新編排采剝計劃，不僅降低了生產剝采比，也避免了超剝，達到了降低生產成本和減少外排巖量的目的。同時，為其他露天礦山在應對嚴峻經(jīng)濟形勢下，制定降本增效技術措施時提出幾點建議：

(1)內排土技術可以降低生產成本，但有很高的應用條件，必須確定適用后方可使用，避免造成礦量損失，甚至后期成本增加。

(2)露天礦進行分期開采時，除考慮5a分期外，還可進一步縮短分期年限，以避免或減少剝巖資金的提前投入，體現(xiàn)資金的時間價值。

(3)充分考慮經(jīng)濟因素影響，對開采境界進行及時優(yōu)化，保證開采過程中的經(jīng)濟合理性，避免超剝現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)不僅可對整個開采境界進行優(yōu)化，也可對局部開采境界進行優(yōu)化，但需要堅持局部與整體協(xié)調、短期與中長期兼顧的原則。

[1] 高 鵬．深凹露天礦實現(xiàn)內部排土提高經(jīng)濟效益[J]．露天采礦技術，2007(5)：7-8．

[2] 胡軍尚．露天礦內排土技術在姑山鐵礦的應用[J]．金屬礦山，2009(10)：42-44．

[3] 黃 勇，胡慶雄，趙興寬．多種因素變化的露天礦境界優(yōu)化[J]．金屬礦山，2011(12)：35-38．

[4] 王海軍，王 青，顧曉薇，等．露天礦最終境界的優(yōu)化研究[J]．礦冶，2011，20(4)：33-37．

[5] 侯 鵬，馬 力．基于動態(tài)經(jīng)濟分析的露天礦境界優(yōu)化研究[J]．露天采礦技術，2014(1)：22-24．

[6] 駱貞江，永學艷，門建兵，等．某礦山局部境界優(yōu)化及滑坡治理研究[J]．有色冶金設計與研究，2013，34(3)：7-9．

[7] 張延凱，胡乃聯(lián)，徐國偉，等．某銅鉬礦開采境界優(yōu)化研究[J]．中國礦業(yè)，2012，21(10)：84-87．

2014-10-14)

呂艷奎(1978—)，男，工程師，碩士，100070 北京市豐臺區(qū)南四環(huán)西路188號。