倾斜条带陡帮开采在分期境界扩帮中的应用

雷 雨

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

S矿地质资源储量较大、品位较高，但是矿体埋藏深度大，覆盖岩层厚，如果采用全境界开采，势必会面临矿山基建剥离量大、初期生产剥采比高等不利局面。为了降低项目投资风险，提升矿山前期经济效益，项目最终采用分期建设的模式，一期矿山开采规模455万t/年，二期规模扩大到910万t/年。矿山2013年开始一期基建，已于2016年达到一期455万t/年设计规模。考虑到矿山一期经济效益较好，投资资金充沛，电力制约解除等因素，业主要求尽快开展矿山二期建设，实现矿山规模效益。但是，S矿矿体埋藏深、覆盖岩层厚度大的特点依然存在，而且一期开采将大量的岩石剥离推迟至二期境界内，因此如何经济合理地扩帮过渡至二期境界成为了项目二期建设的首要难题。本文深入研究分析了矿山矿岩空间分布特征，引入了倾斜条带陡帮开采工艺，针对倾斜条带的合理划分，采用矿山计划三维编制软件反复大量地进行方案试排，最终得到了技术上可行、经济上较优的扩帮过渡方案，可为今后类似矿山项目的分期境界扩帮过渡提供参考与指导。

1 矿山概况

1.1 矿床地质特征

S矿属于“早期沉积富集”“晚期热液改造富集”“表生富集”，受“区域性逆冲推覆构造”和“层间断裂”等控制的多成因多重控制的层状特大型铜钴矿床。矿区范围内主要圈定出两条平行层状产出矿体，矿体产状沿南北方向，向北倾斜，沿东西向上呈波浪状起伏，倾角变化在10°～55°，局部近于直立，地表边界呈现向西北开口的不规则的倒元宝状。主矿体赋存标高1 435 m～1 000 m，东西方向宽约2 700 m，南北方向宽约2 000 m，矿体厚度1.95 m～72.54 m，矿体平均厚度18.72 m。Cu品位变化范围0.19%～21.67%，Cu平均品位值3.60%。

1.2 矿山开采

S矿在20世纪70年代已进行过露天开采，于90年代停采，形成东、西两个采坑，通过对过去矿山生产资料的分析，矿山的水文地质和工程地质条件均比较复杂，如果采用地下开采方式，无论是矿山建设还是生产安全都将面临许多不确定性因素，需要解决诸多技术难题；相反，采用露天开采，虽然存在剥采比高、排土场占地面积大等不利因素，但具有建设可控性强，基建周期短，生产成本低等有利因素。因此，推荐继续采用露天开采的方式进行采矿工作。

1.2.1露天境界

依据建立的三维地质模型，结合矿山现状图、边坡参数计算推荐值、经济参数参考值，采用Whittle-4X软件优化比选之后，最终圈定了矿山的露天开采终了境界(见图1)，境界内矿石量16 479.49万t，废石总量为151 800.32万t，平均剥采比9.21 t/t，详见表1。

表1 露天境界要素

1.2.2分期开采

通过对境界内矿岩分布特征分析，不难发现矿体上部覆盖层较厚，最大厚度达300 m以上，1 275 m以上矿石累计只有777.25万t，占境界内矿石总量4.72%，而1 275 m以上岩石累计7.37亿t，占境界内岩石总量48.57%；而且，集中分布在境界南部区域的浅部矿体平均厚度较小。如果采用全境界开采，势必形成矿山基建剥离量大、初期生产剥采比高、达产周期长等不利局面。

为降低项目建设投资风险，S矿分两期建设，一期矿山开采规模455万t/年，二期规模扩大到910万t/年。为减少基建剥离，在东、西采坑区域位置圈定了一期临时境界，从而把大量岩石推迟到后期剥离，提高矿山的经济效益。一期境界内矿石量合计5 085.83万t，岩石量合计40 280.85万t，平均剥采比7.92 t/t，详见表2。一期临时境界与最终境界平面关系见图2。

表2 一期临时境界要素

2 倾斜条带陡帮开采工艺

倾斜条带陡帮开采方式是为了最大程度推迟剥离洪峰[1]，改变原有自上而下的逐水平推进方式，沿扩帮方向划分为若干个倾斜条带，逐条带扩帮推进[2]；为进一步推迟剥岩，加陡工作帮坡角，扩帮条带上工作帮上并不是每个台阶都布置挖掘机设备，即其中一部分台阶是作业台阶，另一部分台阶则是暂不作业台阶。作业台阶和暂不作业台阶轮流开采[3]。

倾斜条带陡帮开采示意图如图3所示。

为满足倾斜条带陡帮开采安全生产要求，倾斜条带临时边帮参数确定如下[4,5]：

1)台阶高度15 m，并段高度30 m；2)台阶坡面角：60°；3)安全平台宽：15 m；4)接碴平台宽：30 m(每隔60 m高差留设一个);5)临时边帮道路宽度：36 m。

3 分期境界扩帮过渡方案

3.1 矿山开采现状

S矿采场现在生产是按照《S矿项目一期工程初步设计》进行，采用外包方式生产。一期工程分东、西两个露天开采临时境界，东区境界露天底标高1 230 m，封闭圈标高1 410 m。西区境界露天底标高1 110 m，封闭圈标高1 395 m。矿山目前正在一期境界内进行生产，矿山2013年8月开始基建剥离，2016年达产，达到455万t/年一期设计规模。矿、岩运输均采用公路开拓汽车运输方式。矿石用汽车运到采场北部位于选厂附近的矿石粗破碎站，破碎后的矿石经胶带运至选厂原矿堆场。岩石通过汽车运至采场南部的排土场，排土标高为1 440 m和1 460 m。露天采场现有主要采矿生产设备为：阿特拉斯φ250 mm钻机、卡特10 m3液压铲、北方重汽91 t矿用汽车及相应数量的推土机、前装机等辅助采矿设备。

根据业主提供的2018年采掘计划，截至2018年年末：

东区采场开采最低标高为1 260 m水平，1 275 m以上已经靠帮。一期境界内剩余矿石量404.2万t，岩石量745.9万t。

西区采场开采最低标高为1 222 m水平，开采最高标高为1 320 m水平，1 320 m以上已经靠帮。一期境界内剩余矿石量2 794.4万t，岩石量1.63亿t。

整个一期境界内剩余矿石量3 198.67万t，岩石量1.71亿t。

3.2 扩帮过渡方案总体目标及要求

1)2019年开始扩帮过渡，2021年实现投产，确保2022年达到二期910万t/年规模；

2)为保证矿山经济效益，达产后生产剥采比应不超12 t/t；

3)尽可能降低扩帮过渡期间剥离量。

3.3 扩帮首采区选择

通过分析浅部矿体的空间分布位置，选择南部“鼻梁”区域作为扩帮首采区域，一方面可通过扩帮早日见矿，尽快过渡到910万t/年规模；另一方面，该部位开采能尽早使二期境界南部区域靠帮，为整个矿山矿岩开拓运输系统布置创造有利条件。

3.4 扩帮条带划分

倾斜条带的划分不仅要推迟足够的剥岩量，同时也要考虑条带下部矿体能够满足年采矿石规模。通过分析，单靠一期境界出矿不能满足2021年投产要求，因此必须缩小二期第一条带宽度、加快条带下降速度，确保扩帮区域2021年能够配合出矿，实现投产目标；考虑到合理的扩帮条带宽度以及二期境界内矿岩量等因素，本文认为划分三个条带扩帮比较合理；进一步对逐水平矿岩分布特点分析后，认为将第一条带向东北方向旋转倾斜布置，第二条带向西南方向旋转倾斜布置，可以更好地推迟剥岩，同时能解放出更多的深部矿量，详见图4。

3.5 最终扩帮过渡方案

为了优化条带位置，本文对3个条带的宽度以10 m为一个步长，进行了大量试排后，最终确定了条带位置及扩帮过渡方案：

1)第一条带宽约1 100 m，2019年开始扩帮，2022年与一期境界正常采剥区衔接。开采深度1 425 m～1 230 m，扩帮平均下降速度为48.7 m/年；

2)扩帮第二条带宽约350 m，2021年开始扩帮，2028年与第一条带采剥区连通。开采深度1 425 m～1 110 m，扩帮平均下降速度为39.4 m/年；

3)扩帮第三条带宽约350 m，2026年开始扩帮，2034年扩帮结束。开采深度1 395 m～1 080 m，扩帮平均下降速度为34.5 m/年。

4 结论

1)采用倾斜条带陡帮开采工艺扩帮过渡，有效地推迟剥离洪峰，减少了二期基建剥离量，节省了投资；

2)采用倾斜条带陡帮开采工艺扩帮过渡，2021年采出矿石728万t，实现了投产目标，2022年顺利达到910万t/年二期生产规模；

3)采用倾斜条带陡帮开采工艺扩帮过渡，达产及以后年限生产剥采比控制在12 t/t，保障了矿山二期生产经济效益。