上横山钒矿经济合理剥采比参数的确定

王登玉 芮 斌 余杨超 何 逢 王洪洲

(武汉科技大学资源与环境工程学院)

上横山钒矿经济合理剥采比参数的确定

王登玉 芮 斌 余杨超 何 逢 王洪洲

(武汉科技大学资源与环境工程学院)

露天开采中经济合理剥采比及最终边坡角是确定露天开采境界的重要依据。上横山矿区为缓倾斜多层薄矿体，适合联合开采，+170 m以上适宜露天开采。通过与类似矿山对比，选择适合此类矿石的3种方法：原矿成本比较法、金属成本比较法、储量盈利比较法进行合理剥采比的计算比较，最终选用原矿成本比较法，确定出该矿露天开采经济合理剥采比为4.50 m3/m3。

露天开采 剥采比 最终边坡角

确定经济剥采比是圈定露天矿开采境界的关键所在[1]。于汝绶等(2005年)提出了当量经济剥采比的新概念，把经济剥采比乘以由安全系数和回采率系数组成的当量系数[2]；姬长生、张幼蒂等(1998年)对现行的经济剥采比进行了合理性分析，提出把露天矿复垦费用和最低盈利要求加入到经济剥采比计算当中的观点[3]。但是，矿床赋存特征的复杂性决定了单一方法确定经济合理剥采比都有一定的局限性，因此通过多种方法对比，选择最优经济合理剥采比对特定矿山具有重要的意义，尤其对于丘陵地区缓倾斜多层难采矿体，经济合理剥采比确定的研究很有必要。

1 上横山钒矿概况

上横山矿区地处低山丘陵区，矿区内地层产状一致，向南缓倾，倾向150°～220°，倾角5°～25°，矿体产状与地层产状一致，呈多层状产出，连续性较好，倾角缓而稳定。矿体长224～670 m，厚0.81～5.54 m，延深103～223 m，最大埋深223 m。

上横山矿石类型为炭质钒矿石、硅质钒矿石、含炭钒矿石等。钒矿矿床上盘为硅质岩，下盘为黑色炭质岩。V2O5品位为0.12%～0.56%，最高可达0.67%。围岩与夹石中钒矿化普遍，对矿山开采较为有利，可降低矿石的贫化率，减少入炉矿石品位与原矿石品位的差距，相对回收到更多的钒资源，从而有效提高矿山经济效益。矿区地质见图1。

矿区水文地质条件较简单，局部岩溶发育，开采时应注意防止坑道涌水。矿区工程地质条件属简单—中等类型，但区内部分地段山坡较陡，岩石裂隙较发育，易产生崩塌及滑坡，应预防地质灾害的发生。

图1 上横山钒矿区地质简图

2 采矿方法的选择

矿区矿体产状极缓，区内已发现的钒矿化呈近东西向展布，总体南倾，倾角10°～20°。在矿区北部矿体多出露地表，往南由地表逐渐深至地下。矿体北部上横山及其东西两侧沟谷众多，可堆放大量的废土和废石，矿区南东约2 km处低洼地带可建选厂。对于赋存于丘陵地区的上横山钒矿，矿体倾角小，延深较大，联合开采成为必然。据此特征一期工程170 m以上采用露天开采，170 m以下采用地下开采。本文着重针对上横山钒矿一期开采工程的最终边坡角和经济合理剥采比进行研究，确定适合一期开采的经济合理剥采比。见图2。

2.1 确定矿山主要技术参数

按照组成边坡岩体的地质条件、水文地质条件，边坡高度及其形状、存在年限等因素，参照类似矿山的实际资料和经验数据，初步选取露天矿最终边坡角，再根据台阶布置情况和台阶参数确定最终边坡角。在保证安全的前提下，最终边坡角应尽可能的大，以减少剥离量。

图2 上横山钒矿A-A 剖面

(1)初选最终边坡角。上横山钒矿床上盘为硅质岩，f=15～20，坚固性较好；下盘为黑色炭质岩，f=8～14坚固性相对较差。因此，初选上盘最终坡面角为55°，下盘最终坡面角为45°。

(2)确定台阶高度。台阶高度主要取决于矿岩性质和装载设备规格。根据其初步设计生产能力，设计采用直径150 mmKQ150型潜孔钻机，W1002型1 m3电铲，QQ562型10 t自卸汽车。

我国设计和生产的露天矿，小型矿山阶段高度一般为8～10 m，大、中型矿山一般多为10～12 m。

W1002型1 m3电铲的动臂倾角45°，正铲工作时最大挖掘高度8 m，结合该钒矿床上盘下盘围岩特征，确定该露天矿台阶高度8 m。

(3)台阶坡面角。台阶坡面角与岩石性质、产状、结构面(如节理面、断层面和层理面等)、台阶高度以及穿孔爆破方法等因素有关。上横山钒矿矿床上盘岩石坚固性较好，下盘岩石坚固性较差，构造不发育。因此，可确定上盘台阶坡面角为80°，下盘台阶坡面角为70°。

(4)运输道路坡度，主要由矿山各类设备的爬坡能力所确定。根据该矿山主要开采技术参数，结合直径150 mmKQ150型潜孔钻机爬坡能力为14°(24.8%)，W1002型1 m3电铲爬坡能力为20°(36.3%)，QQ562型10 t自卸汽车爬坡能力为23.7%，确定运输道路最大坡度不能超过23.7%。设计选取运输道路坡度为12°(21.3%)。

(5)台阶布置形式。该露天矿设计采用安全平台—清扫平台布置。我国设计和生产的露天矿，一般其安全平台宽3 m，清扫平台宽6.5 m。

(6)确定最终边坡角。结合该矿床矿体赋存特征、围岩特点、台阶布置形式及已选定的各主要参数，确定最终边坡角上盘为55°，下盘为47°。根据矿体空间展布特征，将下盘最终边坡角调整为40°。见图3。

图3 上横山钒矿区最终边坡角

2.2 经济合理剥采比的确定方法

经济合理剥采比是露天开采设计中确定露天境界的重要依据[4]。其确定方法很多，常见的方法有原矿成本比较法、金属成本比较法和储量盈利比较法3种。

2.2.1 原矿成本比较法[4]

以原矿作为计算基础，使露天采出原矿等于地下开采成本：

njh=λ(CD-a)/b，

(1)

式中，njh为经济合理剥采比，m3/m3；λ为矿石密度，t/m3；CD为地下开采原矿成本，元/t；a为露天开采纯采矿成本(不包括剥离)，元/t；b为露天开采的剥离成本，元/m3。

2.2.2 金属成本比较法[4]

以选矿或冶炼后产品的金属量作为计算基础，使露天开采后经选、冶所得的金属成本等于地下开采的金属成本:

(2)

式中,KL，KD分别为露天和地下开采的每吨原矿的金属产出率，t/t；DL,DD分别为露天和地下开采的每吨原矿所分摊的采矿、选矿、冶炼生产成本。

2.2.3 储量盈利比较法[4]

以矿石的工业储量作为计算基础，使露天开采的矿石盈利等于地下开采的矿石盈利：

(3)

2.2.4 各方法优劣比较

3种方法的优缺点及其使用条件见表1。

2.3 上横山经济合理剥采比的确定

2.3.1 经济合理剥采比计算参数的确定

通过其他同类型矿山的类比，得到上横山经济合理剥采比数据[5]如表2。

2.3.2 不同方法对经济合理剥采比的确定

参考表1数据，分别用上述3种方法计算经济合理剥采比,结果见表3。

3 结 论

对于确定经济合理剥采比的方法来说，原矿成本比较法是最简单的一种，要求的数据最少，但未充分考虑到损失贫化，对于价值高的钒金属矿，这种因素是有利于露天开采的，所得的经济合理剥采比也是最小的，所以选取4.50 m3/m3作为上横山矿区露天开采部分的经济合理剥采比。

表1 3种方法比较

表2 经济合理剥采比计算的基础数据

注：η′=η/(1-ρ)；α′=α(1-ρ)；k=α′ε.

表3 上横上矾矿露天开采经济合理剥采比

m3/m3

[1] 阮忠贤,齐 颖.露天矿合理剥采比浅析[J].露天采煤技术,2000(2):7-8.

[2] 于汝绶,张瑞新,王宝庭,等.露天矿优化理论与实践[M]．北京：煤炭工业出版社，2005.

[3] 姬长生,张幼蒂.合理经济剥采比合理性探讨[J].煤炭设计,1998(7):15-17.

[4] 李宝祥.金属矿床露天开采[M].北京：冶金工业出版社，1992.

[5] 中国矿业学院.露天采矿手册：第五册[M].北京:煤炭工业出版杜,1986.

2014-10-23)

王登玉(1990—)，男，430081 湖北省武汉市青山区和平大道建设一路947号。