李小武，張春陽，韋永剛

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430070)

0 引 言

印度尼西亞金馬石金礦位于印度尼西亞西爪洼省蘇加武眉市的東南部Jampang Kulon區(qū)域，距離雅加達200 km。礦山計算期內達產(chǎn)年平均項目損益指標為：年平均營業(yè)收入(含稅)20 736.10萬元，上繳增值稅1 523.72萬元，是1個較好的資源型投資礦山。為了金馬石金礦的長遠發(fā)展和周邊社會的穩(wěn)定，開發(fā)建設金馬石金礦勢在必行。

目前關于礦山露天開采的相關成果較多，例如，馮紅剛等選擇凈現(xiàn)值最大和滿足礦山生產(chǎn)要求的露天境界為最優(yōu)境界。王李管等提出在價值塊模型基礎上運用Lerchs-Grossmann算法求解大型復雜露天礦山境界優(yōu)化問題的方法。此外，王尚禎和趙文奎利用礦業(yè)軟件DIMINE進行露天境界優(yōu)化設計。高航提出自上而下臺階式開采方式，避免因開采無序產(chǎn)生的各種事故風險。陳立軍研究了露天臺階巖體爆破損傷區(qū)分布規(guī)律，為邊坡穩(wěn)定性分析與爆破參數(shù)優(yōu)化提供了基礎數(shù)據(jù)。葉海旺等基于模糊理論對臺階爆破作業(yè)安全進行定量描述，得到臺階爆破安全評分等級。這些研究成果也為該文的研究提供了參考。

1 開采技術條件

1.1 礦體特征

Ciemas金礦床位于印尼西爪哇Ciletah灣，金(Au)、鉛(Pb)、鋅(Zn)和銅(Cu)火山多金屬成礦帶。地殼構造位于巽他古陸南部邊緣，這里是亞洲東南部(SE)大陸巖心，由歐亞大陸邊緣大塊沖積層形成，在三疊紀末聚集。

Ciemas金礦床主要是晚始新世到早中新世火山巖帶。這一火山巖帶主要由火山角礫巖組成，大部分覆蓋著第四紀殘積層和沖積層以及20 m厚的礦化后凝灰?guī)r層?；鹕浇堑[巖、凝灰?guī)r和安山巖在項目區(qū)域分布廣泛。

相關地質調查表明，從礦化形成空間和時間的角度來看，由于安山巖和英安巖侵入中新世石英閃長玢巖，Ciemas金礦的成因與巖漿熱液活動密切相關。

爪哇西南地區(qū)的區(qū)域地質學由中新世火山活動控制。項目位于蘇門答臘斷層南端，西爪哇的Jampang Kulon地區(qū)。蘇門答臘斷層是這一區(qū)域熱液礦化作用和火山活動一個重要的控制因素。

區(qū)域上發(fā)育2組斷裂，走向為東北(NE)和西北(NW)。這些斷裂延伸100～9 000 m，寬度1～20 m。這些斷裂是這一區(qū)域控制礦化和容礦的主要結構。褶皺主要為東北軸向方向的Ciemas向斜。

構造分析表明，容礦斷層具有3個構造活動階段。張性斷層的早期活動表現(xiàn)在網(wǎng)脈狀填充結構中，具有剪切蝕變特征，由構造片巖和斷層角礫巖組成的擠壓斷層表現(xiàn)出中間階段活動；具有玉髓-石英脈、硅化、黃鐵礦化和碳酸鹽化含金斷裂區(qū)的張性斷層表現(xiàn)出后期活動。

除了在Ciemas發(fā)現(xiàn)的金礦礦化區(qū)，在Ciemas礦區(qū)東北方向約60 km的Cikondang發(fā)現(xiàn)Au-Pb-Zn多金屬礦床。

1.2 水文地質條件

礦區(qū)為丘陵地貌，地形舒緩，溝谷發(fā)育，海拔標高379～760 m。氣候為典型熱帶季風氣候，全年分旱季和雨季2季。年平均氣溫18°～28°，年均降雨量4 000 mm，主要集中在11月到次年4月。礦區(qū)雨量充沛，但旱、雨季分配不均，土壤覆蓋層厚，植被茂密。

地表未見明顯水體，局部溝谷有濕地、沼澤存在，低洼溝谷在雨季可能形成季節(jié)性河流。大的降水量和低蒸發(fā)量極可能造成礦區(qū)地下水豐富。

礦區(qū)在地質勘探過程中未進行過系統(tǒng)水文地質工作，2012年5月，Ir.R.M.Zahirdin Asaari對礦區(qū)內的9個金剛石鉆孔的資料進行了研究，編寫了礦區(qū)水文地質報告，將區(qū)內巖石劃分為2個水文地層，土壤/多孔滲水巖石、滲水和半滲水的火山角礫巖。

此外，根據(jù)現(xiàn)場民采小井情況，部分采坑即使位于山坡位置，在10 m左右深度就有地下水滲出，部分采坑有積水，表明礦區(qū)地下水水位較高。

總的來看，礦區(qū)水文地質條件尚未查明，還不能滿足設計、建設的要求，建議下一步對礦區(qū)進行系統(tǒng)的水文地質勘察工作。

1.3 工程地質條件

2012年7月，維利頓公司通過對取自巷道內部、DDH 1003(Pasir Manggu)鉆孔巖芯、DDH 1021(Sekolah)鉆孔巖芯以及DDH 1041(Cibatu)鉆孔巖芯的巖樣進行的巖石力學試驗，得到了巖體物理力學參數(shù)。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)結果以及點荷載和無側限抗壓強度測試結果來看，勘探區(qū)域的圍巖一般是由火山角礫巖組成，并達到中等等級巖石強度水平。Pasir Manggu區(qū)段的巷道(±60 m長)修建在火山角礫巖中，這些圍巖的特點有中等程度的風化、破裂、適度褶曲，巖石強度適中并且局部脆性較大。RQD=69.90 %。

金馬石地區(qū)含金石英脈賦存在Jampang組的火山巖中，地層主要為火山巖及火山碎屑巖，巖石類型主要為凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等為主，構造較為發(fā)育，礦區(qū)風化作用強烈，風化層厚度較大。根據(jù)鉆孔揭露，風化帶深度一般>35 m，風化帶的巖石容易靠推土機直接破壞。深部原巖結構完整，力學強度較高。

總的來看，礦區(qū)工程地質條件尚未查明，依據(jù)現(xiàn)有資料還不能準確劃分出工程地質巖組，目前還不能滿足設計、建設的要求，建議下一步對礦區(qū)進行系統(tǒng)的工程地質勘察工作。

2 開采技術研究

2.1 開采方式選擇

根據(jù)Mancala Pty Ltd 2014年6月編制的《Ciemas露天開采概括研究報告》，礦山4個礦段上部采用露天開采比地下開采具有如下優(yōu)勢：①與使用地下采礦開采礦床上部區(qū)域相比，露天采礦使得開采利潤率更高；②露天開采可以增加每米礦床垂直高度上的金回收率；③比起地下采礦，露天采礦更容易應對不利的地面條件，做好地下水控制；④露天開采極大地降低了采礦風險。露天開采缺點：①與地下開采相比，極大地增加了土地占用面積，征地可能使露天開采受到限制；②與地下開采相比，地表村莊搬遷數(shù)量增加?；谏鲜鼋Y論，主要建議如下：①Ciemas金礦項目開發(fā)中應在礦床上部區(qū)域使用露天采礦法，露天礦坑深度由經(jīng)濟合理剝采比決定；②查露天采礦的土地使用情況及社會影響。

根據(jù)礦區(qū)范圍內地形地貌、開采技術條件、礦體的賦存特點及圍巖性質等特點，結合礦體埋藏不深，覆蓋層不厚，礦石價值高，回采率要求高等因素，經(jīng)比較，礦區(qū)內大部分礦體推薦采用露天開采方式開采，深部及端部還有部分資源儲量，采用地下開采方式開采。

對于像Ciemas這樣擁有高品位露頭資源的礦床，礦石的連續(xù)性不是很確定，露天采礦將是一個明智的做法。露天開采最大深度可以利用露天采礦設計軟件優(yōu)化確定。前期露天采礦達到最經(jīng)濟的設計深度，后期深部資源需轉為地下開采。

這次初步設計在印尼金馬石礦區(qū)范圍內圈定了4個露天采場，分別是帕思蒙古(Pasir Manngu)、金卡度(Cikadu)、斯果拉(Sekolah)、金巴度(Cibatu)礦段露天采場。

2.2 露天境界圈定的原則及指標

(1)境界剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比(經(jīng)濟合理剝采比21.35 t/t)。

(2)平均剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比。

(3)在合理邊坡控制參數(shù)、安全條件下，盡可能擴大露天開采境界以便多采出礦石，充分發(fā)揮露天開采安全、作業(yè)條件好、勞動生產(chǎn)率高的優(yōu)越性。

(4)露天采場1期主要采出氧化礦，供500 t/d氧化礦選廠加工處理。附帶采出少量混合礦與硫化礦(原生礦)。

2.3 露天邊坡參數(shù)的確定

金馬石金礦為急傾斜礦床，礦脈傾角較陡，多數(shù)在60°～80°，圍巖主要由火山角礫巖組成，巖石強度為中等。

因缺乏邊坡參數(shù)實驗研究數(shù)據(jù)，該次設計只根據(jù)開采地段礦巖的物理力學性質及礦巖的結構、構造等特點，結合現(xiàn)場邊坡的穩(wěn)定情況，并參照類似礦山或周邊礦山的實際經(jīng)驗來確定邊坡參數(shù)，設計確定的最終邊坡參數(shù)如下：

(1)臺階高度：10 m；

(2)臺階坡面角：地表到30 m深度風化帶為45°；-30 m以下為65°；

(3)清掃平臺寬度：8 m(每隔2～3個臺階設置1個清掃平臺)；

(4)安全平臺寬度：4 m；

(5)場內運輸線路寬度：單車道6 m，雙車道10 m；

(6)最小底部寬度：20 m。

此外，在開采過程中應加強現(xiàn)場邊坡穩(wěn)定性實驗以及參照相關同類礦山的經(jīng)驗，確定更優(yōu)的最終邊坡參數(shù)。

2.4 露天境界的確定

根據(jù)上述確定的露天邊坡參數(shù)及設計原則，結合該礦床賦存特點及對礦體的控制程度。露天一期境界模型圖和剖面圖見圖1～5。

考慮地質影響系數(shù)：331類、332類資源量取1，333類資源量取0.7，同時露天開采的貧化率取5 %、損失率取5 %，露天采場1期主要采出氧化礦，供500 t/d氧化礦選廠加工處理，附帶采出少量混合礦與硫化礦(原生礦)。

4個露天采場均為山坡-凹陷露天，采用緩幫采剝方法作業(yè)，各采場具體情況如下：

帕思蒙古(Pasir Manngu)露天采場1期為山坡-凹陷露天開采，以山坡露天部分為主。最高作業(yè)臺階水平標高為525 m，采場底部水平標高485 m，最大采深40 m，495 m臺階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運距為1.2 km，廢石運距為3 km。

金巴度(Cibatu)露天采場1期為山坡-凹陷露天開采，以山坡露天部分為主。最高作業(yè)臺階水平標高為545 m，采場底部水平標高485 m，最大采深60 m，505 m臺階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運距為3.5 km，廢石運距為1 km。

金卡度(Cikadu)露天采場1期為山坡-凹陷露天開采，以山坡露天部分為主。最高作業(yè)臺階水平標高為515 m，采場底部水平標高445 m，最大采深70 m，465 m臺階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運距為2 km，廢石運距為2 km。

斯果拉(Sekolah)露天采場1期為山坡-凹陷露天開采，以凹陷露天部分為主。最高作業(yè)臺階水平標高為515 m，采場底部水平標高465 m，最大采深50 m，485 m臺階水平為山坡與凹陷露天的分界線。礦石運距為2.5 km，廢石運距為1 km。

3 結 語

根據(jù)礦區(qū)范圍內地形地貌、開采技術條件、礦體的賦存特點及圍巖性質等特點，結合礦體埋藏不深，覆蓋層不厚，礦石價值貴，回采率要求高等因素，經(jīng)比較，礦區(qū)內大部分礦體推薦采用露天開采方式開采，深部及端部還有部分資源儲量，采用地下開采方式開采。

對于像Ciemas這樣擁有高品位露頭資源的礦床，礦石的連續(xù)性不是很確定，露天采礦是一個明智的做法。露天開采最大深度可以利用露天采礦設計軟件優(yōu)化確定。前期露天采礦達到最經(jīng)濟的設計深度，后期深部資源需轉為地下開采。