涂 旺，陳鵬能，李志國*

1.武漢工程大學(xué)興發(fā)礦業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.云南磷化集團有限公司，云南 昆明 650600

運輸成本高和排土空間受限是許多露天礦山所面臨的難題。隨著采礦技術(shù)的快速發(fā)展，大量露天礦山采用內(nèi)排土減少運輸成本和提高土地利用率。為解決生產(chǎn)排土問題，在露天礦山采用內(nèi)部排土場，減少了征地并節(jié)約成本，且方便采場和排土場統(tǒng)一管理［1-2］。露天采場內(nèi)排方案的實施，不僅可以縮短運輸距離，而且能降低運輸成本［3-5］。露天礦山內(nèi)排運輸系統(tǒng)的建立，可以提高設(shè)備效率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益水平［6-8］。實施內(nèi)排土方案，不僅可以降低排土費用，而且可以保護生態(tài)環(huán)境［9-12］。一些礦山將傳統(tǒng)內(nèi)排方案進行優(yōu)化，使內(nèi)排運距最短，達(dá)到運輸成本最優(yōu)的目的［13-15］。研究表明內(nèi)排土是露天礦山提高土地利用率和降低運輸成本的一種有效方式，在昆陽磷礦也得到了有效應(yīng)用。而隨著采區(qū)外擴、采剝工作線增大，使用傳統(tǒng)內(nèi)排土的費用逐年提高，且部分區(qū)域排土空間不能滿足傳統(tǒng)內(nèi)排空間需求。本文根據(jù)昆陽磷礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，以運輸能耗最小為出發(fā)點，在礦山四采區(qū)西部進行現(xiàn)場實驗分段作業(yè)、二次內(nèi)排方案，以期提高土地利用率、緩解排土空間不足的窘境，實現(xiàn)快速出礦及降低剝離成本的目的。

1 二次內(nèi)排方案設(shè)計

1.1 礦區(qū)現(xiàn)狀

昆陽磷礦是國有大型露天礦山，距今已開采50多年，礦體屬海相沉積的大型磷塊巖礦床，上覆巖層主要為白云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和頁巖。隨著開采境界持續(xù)向南推進，剝采比逐年增大，大量的廢石需要排放。目前昆陽磷礦四采區(qū)計劃采礦用地333 333 m2，確定先購買100 000 m2土地。根據(jù)采剝計劃的安排情況，四采區(qū)西部計劃下降4～6個水平，涉及面積約52 986 m2，排土面積需要106 666 m2，排土面積不足。另一方面，由于采剝工作線增大及出礦點多，運輸量大，運輸成本居高不下。

1.2 采剝計劃安排

計劃在四采區(qū)50#-55#勘探線之間剝離巖石量為80.00×104m3，50#-52#勘探線之間計劃剝離70.00×104m3，52#-55#勘探線之間計劃剝離10.00×104m3。采剝順序為先剝離50#-52#勘探線之間巖石，在50#-52#勘探線之間礦石全部采完后，再進行52#-55#勘探線之間礦巖的采剝。

1.3 四采區(qū)西部原有內(nèi)排土安排

西部采場排土運往四采區(qū)頂部采空區(qū)2 280 m水平進行排放，運距2.80 km，需要占用土地空間106 666 m2。

1.4 二次內(nèi)排工藝設(shè)計

傳統(tǒng)排土方式可分為3種：單臺階全段高排土法，多臺階壓坡腳式排土法，多臺階覆蓋式排土法［16］。單臺階全段高排土工藝簡單，但不利于排土場穩(wěn)定；壓坡腳式排土工藝早期穩(wěn)定性差；覆蓋式排土穩(wěn)定性好，在合理的排土結(jié)構(gòu)參數(shù)下，排土場不易坍塌、滑坡［17］。

實驗設(shè)計二次內(nèi)排工藝如下：先將四采區(qū)西部50#-52#勘探線剝離的土方石就近堆放至53#-54#勘探線之間，在采出50#-52#勘探線礦石后，再把53#-54#勘探線之間堆放的廢石及覆蓋巖土倒運至50#-52#勘探線采空區(qū)，運距控制在1.0 km以內(nèi)，不占用額外土地空間。方案設(shè)計見圖1。

其中，四采區(qū)西部50#-52#勘探線剝離的土方石堆放至53#-54#勘探線之間，排土采用覆蓋式排土方式，見圖2（a）。

53#-54#勘探線之間堆放的廢石及覆蓋巖土倒運至50#-52#勘探線采空區(qū)，排土方式采用多臺階壓坡腳式排土法，見圖2（b）。

圖1 方案設(shè)計圖Fig.1 Scheme design drawing

圖1 排土方式：（a）覆蓋式，（b）壓坡腳式Fig.2 Dumping mode：（a）overlay ，（b）pressing toe of slope

1.5 排土場安全監(jiān)測

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》對排土場安全的要求，排土場設(shè)專人負(fù)責(zé)觀測和巡查，定點定期對排土場邊坡進行監(jiān)測，排土初期每星期1次，變化劇烈時每天1次，穩(wěn)定后每月1次。在53#-54#勘探線之間進行排土堆置，為保證50#-52#勘探線之間能夠安全生產(chǎn)，采用的監(jiān)測方式主要是地表變形監(jiān)測，具體包括被觀測點的位移值和沉降值的監(jiān)測，按照工程公司提交的《排土場邊坡穩(wěn)定變形監(jiān)測表》，及時對相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比和分析，發(fā)現(xiàn)問題，積極采取措施。此外，要求在進行排土作業(yè)時保持排土場平臺平整，排土線整體均衡推進，坡頂線呈直線形或弧形，排土工作面向坡頂線方向有2%～5%的反坡，排土卸載平臺邊緣設(shè)安全車擋，其高度不小于輪胎直徑的1/2，車擋頂寬和底寬分別不小于輪胎直徑的1/4和3/4；卸土?xí)r，汽車垂直于排土工作線，倒車速度小于5 km/h，禁止沖撞安全車擋；在排土場邊緣，推土機嚴(yán)禁沿平行坡頂線方向推土；排土安全車擋或反坡不符合規(guī)定、坡頂線內(nèi)側(cè)30 m范圍內(nèi)有大面積裂縫（縫寬0.1 m～0.25 m）或不正常下沉（0.1 m～0.2 m）時，汽車不準(zhǔn)進入該危險作業(yè)區(qū)，應(yīng)查明原因及時處理，方可恢復(fù)排土作業(yè)；汽車進入排土場內(nèi)應(yīng)限速行駛，距排土工作面50 m～200 m時速度低于16 km/h，50 m范圍內(nèi)低于8 km/h；排土作業(yè)區(qū)照明系數(shù)必須完好，燈塔與排土車擋距離大于等于車輛視覺盲區(qū)的10 m以上，照明角度必須符合要求，夜間無照明時禁止排土；排土作業(yè)區(qū)設(shè)置一定數(shù)量的限速牌等安全標(biāo)志牌。同時根據(jù)公司要求，實施內(nèi)排作業(yè)前，需通過公司驗收采空區(qū)后才能進行。

1.6 開拓運輸系統(tǒng)

昆陽磷礦采區(qū)地形比較復(fù)雜，屬中山地貌，沿走向方向上有許多深溝切割，采用公路汽車開拓運輸系統(tǒng)，四采區(qū)西部運輸設(shè)備采用小松HD325。

2 結(jié)果與討論

2.1 空間利用分析

兩種排土方式空間利用分析如表1所示，原有內(nèi)排土方式不影響其它工作面安全，但是占用大量土地面積；二次內(nèi)排土方式會對相鄰區(qū)域生產(chǎn)工作產(chǎn)生威脅，但是節(jié)約土地空間106 666 m2，可以解決該礦區(qū)用地困難的問題。

表1 排土空間分析Tab.1 Dumping space analysis

2.2 線路運輸能耗計算

在其它因素相對確定的情況下，將傳統(tǒng)內(nèi)排與二次內(nèi)排進行對比。線路消耗能量η由現(xiàn)場工作時測出，運輸總量為70×104t。

線路運輸能耗W計算公式可表示為：

W=4.181 6 × 103× 7 000 × L·v·ρ·η/10

其中：W為某條運輸線路對應(yīng)設(shè)備運輸能耗，J；L為運輸路線長度，km；v為運輸總量，104m3；ρ為剝離巖土密度，t/m3，取3；η為路線能源消耗，kg/（100 t·km）。

由表2可知：在該礦區(qū)采用二次內(nèi)排的運輸能耗（5.274×1012J）比原有排土方式（2.28×1013J）節(jié)約能耗23.13%，節(jié)能效果顯著，運輸費用明顯下降。

表2 能耗比較Tab.2 Comparison of energy consumption

該礦區(qū)采用二次內(nèi)排優(yōu)點在于不額外占用排土空間，縮短運輸距離，節(jié)約了生產(chǎn)成本；缺點在于53#-54#勘探線之間進行排土堆置，排土場邊坡穩(wěn)定性會威脅50#-52#勘探線之間采礦工作面安全；50#-52#勘探線之間爆破等生產(chǎn)工作會影響相鄰排土場穩(wěn)定性。排土場與相鄰工作區(qū)間會相互干擾，在應(yīng)用過程中應(yīng)合理安排采掘順序，加強排土場監(jiān)測。

3 結(jié) 語

1）研究表明，昆陽磷礦四采區(qū)西部采用二次內(nèi)排土方式，比原有內(nèi)排土方式縮短運輸距離，節(jié)約能耗23.13%，大幅度降低運輸費用。

2）二次內(nèi)排土方式的實施，可以節(jié)約土地空間106 666 m2，能緩解該礦區(qū)土地空間受限的問題，對保護生態(tài)環(huán)境也有一定的作用，適合在昆陽磷礦進行全面推廣使用。