海外Weld Range大型露天铁矿内部排土

黄土龙 章 林

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000;2.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽马鞍山243000;3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，安徽马鞍山243000)

在露天开采中，为了开采境界内的矿石，必须剥离剥离境界内的岩土，而剥离的岩土量往往是矿石量的数倍。矿山规模、剥采比越大，剥离的岩土量越大，所需要排土场容量越大。

根据排土场与露天采场的位置关系，将排土场分为内部排土场和外部排土场。内部排土场是指将露天开采结束后形成的采空区作为废石的排弃场地［1］。内部排土场利用采空区进行排岩，相比于外部排土场，不需要额外征地，可大大减少征地费用。开采结束的露天矿，不进行处理，易发生地质灾害，而回填采空区是解决露天矿坑发生地质灾害的有效措施，有利于露天坑复垦工作的开采［3］。因此，在露天开采中，应优先考虑内部排土场。

1 矿山概况

Weld Range铁矿石项目，位于Meekathara的西南65 km，主要有Beebyn和Madoonga 2个矿区。矿产资源总量2.038亿t，设计规模为1 500万t/a，其中Madoonga矿区生产规模为800万t/a。Madoonga矿区矿体走向北东东，倾向南南东，倾角陡(＞70°)，矿体厚度20～50 m。Madoonga矿区最终开采境界分为2个采区，分别是Madoonga主采区和Madoonga小矿体采区。Madoonga主采区露天境界长大约3.5 km，平均宽度为400 m，开采最高标高为+640 m，最低标高为+265m。Madoonga小矿体采区为Madoonga主采区附属采区，位于Madoonga主采区的东北部，与Madoonga主采区露天境界最近距离约40 m，开采最高标高为+640 m，最低标高为+535 m。

按照原设计，Madoonga主采区自东向西分为东区、中区、西区3个区域(如图1)，依次开采。Madoonga矿区平均剥采比为4.1，Madoonga矿区废石共计2.638亿t，原设计全部排入外部排土场，需排土场容积约 1.817 9亿 m3，排土场占地面积将达 2.5 km2。Madoonga矿区的南面地形坑洼不平，限制了废石堆的容积，并且存在许多重要的野生动物群系，外部排土场只能布置在Madoonga矿区北侧。

图1 Madoonga采区最终境界Fig.1 Final boundary of M adoongam ining area

2 实行内排的可行性

在露天矿场内能否建立内部排土场，取决于矿体的赋存特征(倾角、厚度、层数等)、水文地质和工程地质条件，露天矿开采程序和工艺系统等［4］。内部排岩底盘都是建立在露天坑底标高上，因而露天坑内部排土首先必须使开采台阶降低到露天坑底。对于急倾斜矿床，开采深度往往较深，无法实现倒堆开采。只有当露天境界平面范围较大，或沿走向采场较长，且可以分期或分区开始时，将其中一个区域早于其他区域开采完，作为内部排土场，才能实现内部排岩。Madoonga矿区分沿走向长约4 km，沿走向划分为3个区域，将其中一个区域优先开采完，形成采空区，将其他区域剥离的岩石排入采空区，即可实现内部排土。

3 内部排岩方案

开采顺序决定了矿石供应和内部排土规模。根据开采顺序的不同，存在3个可选方案:一是首先开采东区;二是首先开采中区;三是首先开采西区。对这3个方案进行比较，最大限度的提高内部排土规模，减少外部排土场的规模。各区段参数以及产生的废石量见表1。

表1 各采区规模Table1 The scale of each m ining area

(1)3个方案中，首采区开采完后形成的采空区体积大小，依次为方案一＞方案二＞方案三，形成的采空区体积越大，能够排入的岩土量越大，即内部排土规模:方案一＞方案二＞方案三。

(2)西区地势低，坑底标高最高，规模最小，实现内部排土最快，实现内部排土的所需要的时间依次为方案一＞方案三＞方案二＞方案四。

(3)从内部排土运输距离考虑，方案二，中段作为首采区，运输距离最短，但是中区排土东西两侧均存在排土场边坡，边坡的存在使排土空间大大减少。

(4)方案三中，西区开采结束后形成的采空区太小，很快就会达到排土极限，内排不得不中断，此时中区产生的大部分废石需要外排，在中区开采结束后，方可继续内排。

(5)方案三中，西区空间狭小，首先开采西区，所能布置的设备有限，新水平准备压力大，很难达到800万t/a的产能要求。

综合以上分析，方案一形成内排需要的时间太长，方案二人为造成内排空间浪费，只有方案三较为合理。对方案三进行优化，改为同时开采西区和中区，一方面解决方案三间断排土，生产组织困难的问题，另一方面同时开采西区和中区，可以布置更多的设备，加快开采进度，使产能更加均衡。

4 新水平准备

与缓倾斜矿床一次采掘矿体全厚不同，能够快速实现内部排土不同，急倾斜矿床开采深度大，不可能一次采掘全厚，为加快实现内部排土，需要对首采区进行强采。除布置更多的采掘设备外，强采的关键在于加快采场下降速度，缩短新水平准备时间，这是因为新水平准备工作中，施工条件恶劣，空间狭小，缺少自由面，爆破效果差，能布置的设备非常有限。

新水平准备时间由掘进出入沟时间、掘进开段沟时间、和为掘进出入沟、开段沟所需空间的扩帮工作时间3部分组成。出入沟掘进时间基本是固定的。从表1可知，即使分区后，走向长度仍然远大于采区宽度，即开段沟横向布置，掘沟工程量将远小于纵向布置，掘进开段沟的时间最短。同理，扩帮工作量最少，扩帮工作所需时间最少。因此，开段沟横向布置，横向采剥，新水平准备时间将大大减少。

5 排土工艺及参数

为充分发挥内部排土场运距短的优势和适应多台阶组合开采的生产方式，排土场排土工艺为覆盖式多台阶排土方式，废石堆置标高尽可能与废石剥离标高保持一致，保证水平运输，节省运输费用。

由于是在露天采空区内排土，排土场西、南、北面均为采场固定边帮，只有东面是露天坑。排土场基本不会高出地面，只有东面边坡可能发生失稳，生产过程中，排土场坡脚线至采场工作面保持一定的安全距离，发生失稳的主要影响为影响生产，损失轻微。因此沿用外部排土场参数，排土场是安全的。

内部排土场参数:台阶坡面角18°，总体边坡角为15°，排土台阶高度为10 m，台阶外缘留有10 m安全平台。

图2 西区排土结束后内部排土场示意Fig.2 A schematic diagram of the internal dum ping site after the end of theW est dump

6 结论

(1)Weld Range铁矿Madoonga矿区，走向长，矿区平面大，具备分区开采，内部排土的条件。通过调整首采区，确定内部排土方案，外部排土场规模可缩小近一半。

(2)内排运输距离比外排减少了500 m，内部排土基本属于水平运输，与重车上坡运输相比，汽车运输效率将极大提高，运输成本大大降低。

(3)通过实施内排，内部排土占比将达到48%，减少排土场占用土地购买费用和后期复垦费用。

(4)内部排土，减少了露天边坡暴露面积和时间，降低了发生地质灾害的可能性，由于排土场是散体，相比于岩石边坡，复垦要容易的多。

［1］ 高永涛，吴顺川.露天采矿学［M］.长沙:中南大学出版社，2010: 238.

Gao Yongtao，Wu Shunchuan.Open-pit Mining Engineering［M］.Changsha:Central South University Press，2010.

［2］ 甘德清，杨福海.露天矿内部排土模拟优化研究［J］.唐山工程技术学院学报，1995(1):12-20.

Gan Deqing，Yang Fuhai.Study on Simulation and optimization of internal dump in open-pit［J］.Journal of Tangshan Vocational Technical College，1995(1):12-20.

［3］ 宋子岭，贾兰，范军富，等.深凹露天矿坑回填工艺［J］.科技导报，2012，30(4):51-54.

Song Ziling，Jia Lan，Fan Junfu，etal.Backfill technology for the deep and concave open-pit［J］.Science and Technology Review，2012，30 (4):51-54.

［4］ 刘淑让.对露天矿内部排土问题的探讨［J］.露天采矿，1985(2): 30-35.

Liu ShuLang.Discussion on the problems of internal dumping in open-pitmine［J］.OpencastMining Technology，1985(2):30-35.