露天矿台阶并段带来的经济效益分析

梁嘉伟

（抚顺矿业集团有限责任公司 东露天矿，辽宁 抚顺 113000）

露天矿台阶高度是组成台阶的要素，是台阶上部平台和下部平台之间的垂直间距。台阶高度除了对生产工艺过程有影响，还决定着露天矿的经济效益[1]。在生产过程中，如果上部采区到界；或是在上部采区没有及时推进的情况下，则考虑进行台阶并段，减少剥岩量[2-4]，加快采区露出，缓解下部采区接续紧张的局面，满足生产需求，增加经济效益。

1 抚顺东露天矿生产概况

抚顺东露天矿矿区位于抚顺煤田东部，矿石赋存呈东西走向，北倾向分布，北帮为工作帮属于逆坡向节理边坡，稳定性好。抚顺东露天矿采用单斗铁道工艺，随开采降深，台阶数量增加，逐渐露出富矿采区和煤矿采区；铁道工艺在开采过程中，铁道站场和连线都需要随开采推进进行移设，由于某些原因，在铁道站场和连线无法及时进行移设，造成移设滞后时，下部采区相当于被限制了采区的推进速度，在这种条件下，下部富矿采区将会出现开采受限情况，给生产接续带来许多困难。为此，考虑进行局部并段的措施，研究并段处剥岩量变化及对下部采区采场富矿露出量的变化，并且对由此带来的经济效益进行了分析。

设备的类型是确定台阶高度的1 个主要因素，因为不同设备类型有不同的作业参数，台阶高度直接影响钻机和电铲的作业效率[5]。目前抚顺东露天矿采用侧采的电铲采装设备为4 m3电铲、10 m3电铲，现台阶高度为6～14 m。在此条件下，对增加台阶高度带来的经济效益进行分析。

2 台阶高度变化与露天采矿剥岩费用的关系

2.1 台阶达到开采境界时进行台阶并段

当台阶达到开采境界时，在开采深度一定的条件下，以沿纵向每米横剖面为研究对象，并且假设不并段的各台阶高度、各平盘宽度不变。当剥岩量减少时，可以减少剥岩费用，达到降低开采成本，提高经济效益的目的。露天矿各参数关系如图1。

图1 露天矿各参数关系

计算过程如下：

式中：θ 为最终边坡角，（°）；α 为台阶坡面角，（°）；h 为台阶高度，m；b 为平盘宽度，m；n 为台阶数目；B 为采场底宽，m。

在假设条件相同情况下，可得第n 个台阶（自下而上排序，n=1，2，…，n），平均宽度Bn为：

沿纵向每米的剥岩量Q 为：

式中：H 为采场深度，m。

当B、H、b、α 不变的条件下，剥岩量Q 与h 呈减函数关系，即当h 增加，Q 减少。说明境界内剥岩量是随着台阶高度增加而减少，剥岩量减少既是增加经济效益。在开采深度不变的条件下，境界内的剥岩量为定值，增加台阶高度只减少露天矿采场的岩石体积，由此产生的经济效益可观[6]。

增加台阶高度，减少的剥岩量ΔQ1为：

式中：ρ 为岩石密度，t/m3；Δh 为台阶高度增加量，m。

2.2 台阶未到达开采境界时进行台阶并段

当台阶还未达到开采境界时，假设不并段的各台阶高度、各平盘宽度不变。同理当剥岩量减少时，可以减少剥岩费用，达到降低开采成本，提高经济效益的目的。采区各参数之间关系如图2。

图2 采区各参数之间关系

采场的最终边坡角是由台阶坡面角和台阶平盘宽度控制的，而对于某一固定采区非最终境界内，影响台阶坡面角的因素（岩石硬度、节理裂隙、含水率情况等）是确定的[7-8]。因此，台阶坡面角为固定值。A、B 表示相邻的2 个采区，假设各台阶高度不变，平盘宽度不变。

如图2，假设相邻采区地质条件一定的条件下，台阶坡面角α 不变；当B 采区向前推进，将采区A平盘（宽度b）采靠后，并且A 采区不向前推进，既是采区A和B 进行了并段，并段后台阶高度变为H′，那么采区A减少的剥岩量ΔQ2既是图中阴影部分:

式中：h 为台阶高度，m；b 为平盘宽度，m；L 为剖面影响距离，m。

经济效益变化ΔE 为：

式中：C 为露天采矿剥岩成本，元/m3；ΔQ 为减少的剥岩量，m3。

3 抚顺东露天矿台阶并段实例计算分析

抚顺东露天矿采用单斗铁道工艺，电机车进入采区是由站场和铁道相互连接完成。宽度足以设置穿爆、采装和运输设备以及其他必要设施的台阶下部平台，也称工作平盘。当上部平盘铁道未移设时会对下部台阶造成影响，使下部台阶均不能向前推进，造成采区接续紧张。由于在某一固定区间，11W1 采区和11W2 采区台阶并段后，台阶坡面角保持不变。当11W1 采区平盘宽度约为20 m 时，考虑进行台阶并段，缓解下部采区富矿接续的紧张局面。

台阶并段后，可使11W1 采区剥岩量也会随之减少，下部采区平盘宽度均加宽20 m。

当11W1 采区平盘宽度为20 m 时，在上部采区无法推进时，11W1 采区不能为下部采区提供位置，下部采区将出现接续困难局面，考虑拆除11W1 采区平盘铁道，并调整钻机进行打眼，钻机打眼要按照并段台阶要求调整打眼，为防止出现拉底、拉帮及坡跟硬的现象发生，按照作业规程在11W1 采区台阶根部增加钻机钻孔。对典型剖面E5800 的分析，11W1采区台阶高度为8 m，11W2 采区台阶高度为6 m，若11W1、11W2 采区并段台阶高度为14 m。E5800 剖面减少的剥岩量示意图如图3。

图3 E5800 剖面减少的剥岩量示意图

并段台阶考虑采用10 m3电铲，10 m3电铲的采掘最大挖掘高度为13.6 m，段高小于等于20 m。由于矿岩为北倾向分布，对于北帮来说，6～14 m 的台阶高度中，矿岩的台阶坡面角不变，均为70°。

当11W1 平盘宽度约20 m 时，考虑对11W1、11W2 采区进行并段，增加下部采区推进量，并段后台阶高度为9.5～14.3 m，满足10 m3电铲的采掘规格，并段后，下部各台阶平盘推进量均为20 m，可缓解下部采区接续困难局面。

经济效益分析如下：

1）减少剥岩量，增加经济效益。台阶并段区间E5400～E6900 共1.5 km，并段岩种为绿土，符合并段要求。减少的剥岩量见表1。由表1 可得减少的剥岩量为17.5 万m3。根据实际情况，电铲采装成本为5.95 元/m3；电铁运输成本内排为13.18 元/m3；翻车成本内排为1.6 元/m3。得出减少的剥岩量，增加的经济效益为362.8 万元。

表1 减少的剥岩量

2）增加富矿量，提高经济效益。富矿采区为5W4，影响区间E5400～E6900 共1.5 km，增加的富矿量见表2。由表2 可得增加的富矿量为18 万m3。按买原油成本为6.9 元/t；油页岩密度为2.17 t/m3。得出增加的经济效益为269.5 万元。

表2 增加的富矿量

由此2 项合计可产生632.3 万元的经济效益。

4 结语

当上部采区由于各种原因未能及时腾出位置时，可通过增加下部台阶高度如台阶并段的方法,缓解下部采区紧张的局面，通过对抚顺东露天矿11W1 采区和11W2 采区并段后，进行定量计算得出由此带来的经济效益专项分析，得出在适当的条件下，台阶并段可减少剥岩量，增加可观的经济效益，并且可以缓解下部采区接续困难的局面，实现均衡科学的开采。