某露天矿山扩产方案设计研究

祖爱民 孙丽军 刘允秋

(1.安庆市长安安全技术培训咨询中心 ；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

为适应国家产业政策，依法、安全、合理开发矿产资源，某露天矿山现生产规模为5万m3/a，因发展需求，拟将生产规模提升至10万m3/a，因此，对矿山扩产技改可行性进行分析，并对矿山开采境界、露天开采边帮结构参数、采矿工艺等进行设计，以期满足资源利用。

1 矿山概况

矿山现生产建筑石料用片麻岩5万m3/a。采用山坡露天开采方式、公路-汽车运输方案，使用KQY90型潜孔钻、YO18型钻岩机凿岩，中深孔爆破法采矿[1]。矿山已形成一个大的采坑，平面上呈不规则四边形，采坑底部面积约4 120 m2，主体在原采矿权范围内。采坑边坡顶部最高标高为±181 m(西南侧)，最低底盘标高为+91 m，最大高差为90 m。西南侧分别形成+91，+120～130，+155，+166，+176 m 5级开采平台，各级平台边坡高度为19～29，25～35，11和10 m；边坡坡度约66°。矿山原采矿工艺见图1。

祖爱民(1965—),男,工程师,246000 安徽省安庆市。

图1 矿山采矿工艺示意

矿山累计采出矿石量61.70万t，损失矿石量1.25万t，回采率为98%。矿山剥离的废土(石)少部分堆放在露天采坑外侧边缘，其余的废土(石)堆存在距采矿权南侧边界约240 m处的矿山运输道路西侧的山洼处。矿山建有一座石料破碎加工厂及生产附属设施，位于矿区南侧。矿山生产附属设施包括材料库、变电所、食堂、办公室等。

2 扩产技改可行性分析

按矿山工程垂直延深速度验证生产能力公式为

A=VPη(1-ρ)/H，

(1)

式中，A为矿石生产能力，万m3/a；V为矿山工程垂直延深速度，m/a；P为平均分层矿量，万m3；η为矿石平均回采率，%；ρ为废石混入率，%；H为阶段高度，m。

根据采用的开拓方式及拟采用的采矿设备，矿山工程垂直延深速度V取13 m/a；主要分层的平均矿岩量不小于16万m3；根据矿体的产状、矿体与围岩接触条件和开采参数，矿石回采率取98%。计算得出生产能力达到13.5万m3/a。

按采矿有效工作线长度验证矿山生产能力。山坡露天开采，采用可布置1 m3全液压挖掘机进行生产能力计算。一般情况下一个采掘带采矿，每个分层的采矿工作线长度平均为150 m，矿山可达到的生产能力为

A=QnL/L1,

(2)

式中,Q为1 m3全液压挖掘机台年综合效率，10万m3/a；n为同时工作的采掘带数，取1；L1为 一台挖掘机占用的工作线长度，50 m；L为 一个阶段的工作线长度，150 m。

计算得出矿山产能达到30万m3/a。

按经济合理服务年限计算生产能力。拟出让采矿权范围内保有122b类建筑石料用片麻岩矿石量97.32万m3(253.03万t)，根据露天采矿设计要求，本设计按水平断面法对露天开采境界中的资源储量进行了计算，设计利用资源储量为88.73万m3(230.70万t)。因此，设计资源利用率为

K=Q2/Q1,

(3)

式中，Q1为设计范围保有的地质资源储量，万t；Q2为设计利用的资源储量，万t。

计算得出设计资源利用率K=91.2%。

设计矿山回采率为98%，计算采出资源储量为86.95万m3(226.07万t),拟出让采矿权范围内剩余剥离量5.52万m3，计算采出矿石及废石总量为92.47万m3。

矿山资源利用情况及服务年限见表1。

表1 矿山资源利用情况及服务年限

小型矿山经济合理服务年限为10 a左右。按设计生产规模10万m3/a计算服务年限约9.24 a，矿山规模基本合理。通过以上验算，说明露天开采能完成建筑石料用片麻岩10万m3/a的生产规模，即该矿山扩产技改方案可行。

3 矿床开采方案设计

矿体无顶板围岩，其地表为风化层，平均厚约4 m，局部矿体直接出露地表。根据矿体赋存条件,宜采用露天开采方式，而且矿山原采用露天开采。该矿山坡度较陡，将汽车公路修到每一个台阶，基建工作量大，需要较大投资，难以实现分台阶开采，本次设计选择山坡露天分层开采方式。

3.1 露天开采境界内边帮结构参数

开采境界控制在拟出让采矿权范围内，在充分考虑环保、安全的同时，最大限度地开采和利用矿产资源，同时要遵循国家及安徽省有关法律、法规，符合国家安全规程，开采境界内的平均剥采比不大于经济合理剥采比，境界圈定的结构参数要有利于最终边坡的稳定，与矿山生产规模、矿岩物理性质、开采设备技术性能等相适应[2-3]。根据地质条件,露天采场边坡参数在结合现有资料的基础上，按工程类比法综合确定，工艺参数按选用设备确定。本项目露天采场构成要素见表2。

表2 露天采场构成要素

3.2 采矿工艺

矿山为山坡露天矿，坡度较陡，不适合采用正规的分台阶开采方式，采用自上而下分层开采方式。设计最低开采标高为+90 m。为满足国家安监总局39号文件相关要求，实行分段开采，先开采+135 m以上的矿石，基建开拓运输道路修建至+135 m，在+135 m建立上部装运平台；后开采+90～+135 m的矿石，以+90 m为装运平台。基建期剥离+180 m 以上的少量废石，并附产部分矿石，完成揭顶工作。

露天开采边帮分层开采高15 m，采掘带宽5.5 m，工作线长20～100 m，生产平台宽6.0 m。

将采剥作业面沿岩面走向方向划分为一定厚度的竖条带，即采掘带[4-6]，从东向西、自上而下、从前而后开采。露天矿山分层开采示意见图2。

图2 露天矿山分层开采示意

4 结 论

(1)结合矿山生产现状、矿体资源储量，并对矿山生产能力进行验算，通过扩产技改，矿山生产能力可以由5万m3/a提升至10万m3/a。按照10万m3/a 的生产规模，计算全矿服务年限约9.24 a(不含技改基建期)。

(2)矿山采用公路运输开拓方式，KQY90型潜孔钻机凿岩，1 m3全液压挖掘机电铲采装，8 t汽车运输，自上而下分层开采。

(3)利用原矿山已有的破碎加工厂，采用粗碎—细碎—分级工艺，最终产品可加工为0～5，5～16，16～32，32～40，40～60 mm不同粒级建筑石子。

[1] 王小忠，周开旭，刘允秋.某露天矿山技改扩建工程可行性研究[J].现代矿业,2017(8):109-111.

[2] 黄人春，王文丽.九顶山铜钼矿矿床开采方式探讨[J].采矿技术,2017(2):8-11.

[3] 方士溯.石棉出路河大理岩用作电石原料[J].石材,2007(8):26-27.

[4] 李晓明.铜山5#矿体残矿开采工艺设计[J].现代矿业,2012(8):18-20.

[5] 万德林.青海某矿露天与地下联合开采方案的可行性分析[J].现代矿业,2012(9):65-68.

[6] 李万祥.中深孔爆破在露天矿山安全小平台开采方法中的应用[J].中国高新技术企业,2010(21):84-85.