印度尼西亚金马石金矿露天开采技术研究

李小武，张春阳，韦永刚

(1.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070)

0 引 言

印度尼西亚金马石金矿位于印度尼西亚西爪洼省苏加武眉市的东南部Jampang Kulon区域，距离雅加达200 km。矿山计算期内达产年平均项目损益指标为：年平均营业收入(含税)20 736.10万元，上缴增值税1 523.72万元，是1个较好的资源型投资矿山。为了金马石金矿的长远发展和周边社会的稳定，开发建设金马石金矿势在必行。

目前关于矿山露天开采的相关成果较多，例如，冯红刚等选择净现值最大和满足矿山生产要求的露天境界为最优境界。王李管等提出在价值块模型基础上运用Lerchs-Grossmann算法求解大型复杂露天矿山境界优化问题的方法。此外，王尚祯和赵文奎利用矿业软件DIMINE进行露天境界优化设计。高航提出自上而下台阶式开采方式，避免因开采无序产生的各种事故风险。陈立军研究了露天台阶岩体爆破损伤区分布规律，为边坡稳定性分析与爆破参数优化提供了基础数据。叶海旺等基于模糊理论对台阶爆破作业安全进行定量描述，得到台阶爆破安全评分等级。这些研究成果也为该文的研究提供了参考。

1 开采技术条件

1.1 矿体特征

Ciemas金矿床位于印尼西爪哇Ciletah湾，金(Au)、铅(Pb)、锌(Zn)和铜(Cu)火山多金属成矿带。地壳构造位于巽他古陆南部边缘，这里是亚洲东南部(SE)大陆岩心，由欧亚大陆边缘大块冲积层形成，在三叠纪末聚集。

Ciemas金矿床主要是晚始新世到早中新世火山岩带。这一火山岩带主要由火山角砾岩组成，大部分覆盖着第四纪残积层和冲积层以及20 m厚的矿化后凝灰岩层。火山角砾岩、凝灰岩和安山岩在项目区域分布广泛。

相关地质调查表明，从矿化形成空间和时间的角度来看，由于安山岩和英安岩侵入中新世石英闪长玢岩，Ciemas金矿的成因与岩浆热液活动密切相关。

爪哇西南地区的区域地质学由中新世火山活动控制。项目位于苏门答腊断层南端，西爪哇的Jampang Kulon地区。苏门答腊断层是这一区域热液矿化作用和火山活动一个重要的控制因素。

区域上发育2组断裂，走向为东北(NE)和西北(NW)。这些断裂延伸100～9 000 m，宽度1～20 m。这些断裂是这一区域控制矿化和容矿的主要结构。褶皱主要为东北轴向方向的Ciemas向斜。

构造分析表明，容矿断层具有3个构造活动阶段。张性断层的早期活动表现在网脉状填充结构中，具有剪切蚀变特征，由构造片岩和断层角砾岩组成的挤压断层表现出中间阶段活动；具有玉髓-石英脉、硅化、黄铁矿化和碳酸盐化含金断裂区的张性断层表现出后期活动。

除了在Ciemas发现的金矿矿化区，在Ciemas矿区东北方向约60 km的Cikondang发现Au-Pb-Zn多金属矿床。

1.2 水文地质条件

矿区为丘陵地貌，地形舒缓，沟谷发育，海拔标高379～760 m。气候为典型热带季风气候，全年分旱季和雨季2季。年平均气温18°～28°，年均降雨量4 000 mm，主要集中在11月到次年4月。矿区雨量充沛，但旱、雨季分配不均，土壤覆盖层厚，植被茂密。

地表未见明显水体，局部沟谷有湿地、沼泽存在，低洼沟谷在雨季可能形成季节性河流。大的降水量和低蒸发量极可能造成矿区地下水丰富。

矿区在地质勘探过程中未进行过系统水文地质工作，2012年5月，Ir.R.M.Zahirdin Asaari对矿区内的9个金刚石钻孔的资料进行了研究，编写了矿区水文地质报告，将区内岩石划分为2个水文地层，土壤/多孔渗水岩石、渗水和半渗水的火山角砾岩。

此外，根据现场民采小井情况，部分采坑即使位于山坡位置，在10 m左右深度就有地下水渗出，部分采坑有积水，表明矿区地下水水位较高。

总的来看，矿区水文地质条件尚未查明，还不能满足设计、建设的要求，建议下一步对矿区进行系统的水文地质勘察工作。

1.3 工程地质条件

2012年7月，维利顿公司通过对取自巷道内部、DDH 1003(Pasir Manggu)钻孔岩芯、DDH 1021(Sekolah)钻孔岩芯以及DDH 1041(Cibatu)钻孔岩芯的岩样进行的岩石力学试验，得到了岩体物理力学参数。根据钻孔数据结果以及点荷载和无侧限抗压强度测试结果来看，勘探区域的围岩一般是由火山角砾岩组成，并达到中等等级岩石强度水平。Pasir Manggu区段的巷道(±60 m长)修建在火山角砾岩中，这些围岩的特点有中等程度的风化、破裂、适度褶曲，岩石强度适中并且局部脆性较大。RQD=69.90 %。

金马石地区含金石英脉赋存在Jampang组的火山岩中，地层主要为火山岩及火山碎屑岩，岩石类型主要为凝灰岩、火山角砾岩、安山岩等为主，构造较为发育，矿区风化作用强烈，风化层厚度较大。根据钻孔揭露，风化带深度一般>35 m，风化带的岩石容易靠推土机直接破坏。深部原岩结构完整，力学强度较高。

总的来看，矿区工程地质条件尚未查明，依据现有资料还不能准确划分出工程地质岩组，目前还不能满足设计、建设的要求，建议下一步对矿区进行系统的工程地质勘察工作。

2 开采技术研究

2.1 开采方式选择

根据Mancala Pty Ltd 2014年6月编制的《Ciemas露天开采概括研究报告》，矿山4个矿段上部采用露天开采比地下开采具有如下优势：①与使用地下采矿开采矿床上部区域相比，露天采矿使得开采利润率更高；②露天开采可以增加每米矿床垂直高度上的金回收率；③比起地下采矿，露天采矿更容易应对不利的地面条件，做好地下水控制；④露天开采极大地降低了采矿风险。露天开采缺点：①与地下开采相比，极大地增加了土地占用面积，征地可能使露天开采受到限制；②与地下开采相比，地表村庄搬迁数量增加。基于上述结论，主要建议如下：①Ciemas金矿项目开发中应在矿床上部区域使用露天采矿法，露天矿坑深度由经济合理剥采比决定；②查露天采矿的土地使用情况及社会影响。

根据矿区范围内地形地貌、开采技术条件、矿体的赋存特点及围岩性质等特点，结合矿体埋藏不深，覆盖层不厚，矿石价值高，回采率要求高等因素，经比较，矿区内大部分矿体推荐采用露天开采方式开采，深部及端部还有部分资源储量，采用地下开采方式开采。

对于像Ciemas这样拥有高品位露头资源的矿床，矿石的连续性不是很确定，露天采矿将是一个明智的做法。露天开采最大深度可以利用露天采矿设计软件优化确定。前期露天采矿达到最经济的设计深度，后期深部资源需转为地下开采。

这次初步设计在印尼金马石矿区范围内圈定了4个露天采场，分别是帕思蒙古(Pasir Manngu)、金卡度(Cikadu)、斯果拉(Sekolah)、金巴度(Cibatu)矿段露天采场。

2.2 露天境界圈定的原则及指标

(1)境界剥采比不大于经济合理剥采比(经济合理剥采比21.35 t/t)。

(2)平均剥采比不大于经济合理剥采比。

(3)在合理边坡控制参数、安全条件下，尽可能扩大露天开采境界以便多采出矿石，充分发挥露天开采安全、作业条件好、劳动生产率高的优越性。

(4)露天采场1期主要采出氧化矿，供500 t/d氧化矿选厂加工处理。附带采出少量混合矿与硫化矿(原生矿)。

2.3 露天边坡参数的确定

金马石金矿为急倾斜矿床，矿脉倾角较陡，多数在60°～80°，围岩主要由火山角砾岩组成，岩石强度为中等。

因缺乏边坡参数实验研究数据，该次设计只根据开采地段矿岩的物理力学性质及矿岩的结构、构造等特点，结合现场边坡的稳定情况，并参照类似矿山或周边矿山的实际经验来确定边坡参数，设计确定的最终边坡参数如下：

(1)台阶高度：10 m；

(2)台阶坡面角：地表到30 m深度风化带为45°；-30 m以下为65°；

(3)清扫平台宽度：8 m(每隔2～3个台阶设置1个清扫平台)；

(4)安全平台宽度：4 m；

(5)场内运输线路宽度：单车道6 m，双车道10 m；

(6)最小底部宽度：20 m。

此外，在开采过程中应加强现场边坡稳定性实验以及参照相关同类矿山的经验，确定更优的最终边坡参数。

2.4 露天境界的确定

根据上述确定的露天边坡参数及设计原则，结合该矿床赋存特点及对矿体的控制程度。露天一期境界模型图和剖面图见图1～5。

考虑地质影响系数：331类、332类资源量取1，333类资源量取0.7，同时露天开采的贫化率取5 %、损失率取5 %，露天采场1期主要采出氧化矿，供500 t/d氧化矿选厂加工处理，附带采出少量混合矿与硫化矿(原生矿)。

4个露天采场均为山坡-凹陷露天，采用缓帮采剥方法作业，各采场具体情况如下：

帕思蒙古(Pasir Manngu)露天采场1期为山坡-凹陷露天开采，以山坡露天部分为主。最高作业台阶水平标高为525 m，采场底部水平标高485 m，最大采深40 m，495 m台阶水平为山坡与凹陷露天的分界线。矿石运距为1.2 km，废石运距为3 km。

金巴度(Cibatu)露天采场1期为山坡-凹陷露天开采，以山坡露天部分为主。最高作业台阶水平标高为545 m，采场底部水平标高485 m，最大采深60 m，505 m台阶水平为山坡与凹陷露天的分界线。矿石运距为3.5 km，废石运距为1 km。

金卡度(Cikadu)露天采场1期为山坡-凹陷露天开采，以山坡露天部分为主。最高作业台阶水平标高为515 m，采场底部水平标高445 m，最大采深70 m，465 m台阶水平为山坡与凹陷露天的分界线。矿石运距为2 km，废石运距为2 km。

斯果拉(Sekolah)露天采场1期为山坡-凹陷露天开采，以凹陷露天部分为主。最高作业台阶水平标高为515 m，采场底部水平标高465 m，最大采深50 m，485 m台阶水平为山坡与凹陷露天的分界线。矿石运距为2.5 km，废石运距为1 km。

3 结 语

根据矿区范围内地形地貌、开采技术条件、矿体的赋存特点及围岩性质等特点，结合矿体埋藏不深，覆盖层不厚，矿石价值贵，回采率要求高等因素，经比较，矿区内大部分矿体推荐采用露天开采方式开采，深部及端部还有部分资源储量，采用地下开采方式开采。

对于像Ciemas这样拥有高品位露头资源的矿床，矿石的连续性不是很确定，露天采矿是一个明智的做法。露天开采最大深度可以利用露天采矿设计软件优化确定。前期露天采矿达到最经济的设计深度，后期深部资源需转为地下开采。