某鐵礦露天開採方案設計

礦區位於五台山脈北麓，五台山隆斷區北部化咀—娘娘會大型倒轉向斜北翼之山羊坪復向斜之中。礦體為一厚大連續礦體，礦厚100m～250m，礦帶出露長2680m，其中大黑溝礦段780m，出露寬度為46m，平均厚度109.77m，礦體賦存標高1940m～2140m，控制深度66m～80m。礦體傾角50°～60°。礦體埋藏不深，礦床上部祼露於地表。地質儲量為1355.4007萬t，平均地質品位TF31.07%，礦山設計生產能力為60萬t/a。

一、礦區開採技術條件

礦區含礦岩石為緻密堅硬，不易風化的磁鐵石英岩，穩固性能好。礦體圍岩及夾石主要為角閃片岩、綠泥石英片岩、斜長角閃岩等，其未經風化的新鮮岩石皆屬緻密堅硬的岩石，穩固性能好。上述各類岩石硬度為(10～12)度，極限抗壓強度均大於1000kg／cm²，按工程地質勘察規範可定為第二類塊狀岩石。據其地形、地貌，區內多形成陡坡、峭壁，且區內無大的斷裂構造，礦體厚度大，連續性較好。故礦區工程地質條件屬簡單型。礦石及圍岩機械物理性質見表1。

二、方案設計

（一）露天開採境界圈定

露天采場最終邊坡角的確定：設計參考類似礦山的資料並參考礦山開採技術條件、最終邊坡高度、開採工藝後確定露天采場的最終邊坡角按50°設計。

開採深度的確定：開採深度主要參考礦山經濟合理剝采比、礦體的勘探程度和圈定的礦量多少後確定。由於礦山勘探程度低，所以圈定露天開採境界主要圈定122b、333級礦體，本次圈定的礦量在15左右年的開採礦量範圍內。經計算礦山經濟合理剝采比為5t／t(4.1m³／m³)。

經圈定後確定礦山3線至1線最低開採水平為1920m水平，0線至2線最低開採水平為l980m。4線最低開採水平為2000m水平。

採礦階段高度為5m，到最終露天開採境界時二個採礦階段並段，最終階段高度為10m，安全平台寬度為5m，階段坡面角為70°；最高採礦水平2120m階段，最低採礦水平為1920m階段，最高剝岩水平為2190m階段，露天邊坡最大高度為230m。

（二）開拓運輸方式

據《設計委託書》要求，礦山生產規模為60萬t／a，年采剝總量為95萬t。露天開採礦石量1335.4007萬t，按礦石回收率95％，貧化率5％，計算可采出礦石1335.4007萬t。按生產規模60萬／a計算，礦山服務年限為23年。其中穩產期22年，每年生產礦石60萬t，減產期1年，年生產礦石15.4萬t。

根據礦山目前的現有條件，礦山可採用的開拓方式有兩種：公路開拓運輸方式和平硐溜井與公路聯合開拓運輸方式。

公路開拓運輸方式：運輸線路布置在露天采場外，通過支線與采場工作面相連，運輸公路按三級道路、雙向行車設計，線路最大合成坡度值小於9％，連續1 km線路平均坡度不大於6.5％。

平硐溜井與公路聯合開拓運輸方式：本方案平1900m標高，平硐長780m，平硐斷面為5m×5m，溜井斷面為φ3m，平硐採用汽車運輸，采出礦石從溜井下放至1900m水平，再從平硐運出地表。剝離的岩石採用汽車直接運輸到廢石場。隨山坡地形從裡向外設4個溜井，溜井總長度500m，其中最長的一條溜井長200m。並且同樣需要布置上山公路通向露天采場的最上一個工作平台。

使用平硐溜井與公路聯合開拓的基建投資明顯比公路開拓大的多，因此使用平硐溜井與公路聯合開拓運輸方式減少的運輸距離，降低運輸成本，由於礦山基建資金緊張，也不計劃為露天采場供電，最終確定採用公路開拓。

（三）採礦方法設計

按照常規設計，露天開採一般由上向下開採。對本礦山來說，存在以下兩個問題：

1、由上向下開採需要修建上山公路到最上一個工作平台2190m標高。高差270m，按6.5％

平均坡度計算，幹線運輸公路約4200m，加上通向開採作業面的支線公路，總長度約6000多m，投資較大，礦山基建投資難以滿足。

2、修建運輸公路，需要申請徵用土地，由於礦區所處山坡為林地，種植有不少的小樹，向林業部門申請佔地砍伐非常困難。

由於目前簡易運輸公路已修到1920m標高，稍加改造即可利用。為了減少礦山的基建剝離量，減小生產剝采比，經研究後確定，決定打破常規設計思路，採用組合台階式陡幫開採工藝，為由低向高開計采。礦山的首采位置l920m～2000m。全礦共分為4個傾斜的陡幫開採作業條帶，陡幫開採工藝參數為：根據礦體的位置開採作業條帶基本上沿地形走向布置，組合台階一次推進寬度既條帶寬度約100m左右，台階安全平台寬度5 m，組合台階作業平台最小寬度為25m～30m，組合台階由8～10台階組成，每個台階的高度為5m，組合台階的總高度40m～50m。

運輸公路在露天采場內布置，採用移動坑線，推進到底盤後布置在露天邊幫上，解決了佔地及砍伐樹木的難題。

由於礦山的投資緊張，所以採用人工淺孔鑿岩機進行鑿岩，採用孔徑為42mm的7655型淺孔岩機鑿岩，炮孔孔徑為42mm；裝載時採用挖掘機，運輸使用汽車運輸；採礦與剝離分層高度為5m，台階坡面角為700。採用人工淺孔鑿岩，鑿下向900垂直孔，炮孔採用間距為(0．8～l×0．8～1)m三角形布置，炮孔超深0.2m，炮孔填塞長度不低於0.5m，採取導爆管微差爆破技術進行爆破。

露天開採主要技術經濟指標為：

（1）工作面長度：(200～300)m；

（2）最小工作平台寬度：(20～30)m；

（3）採礦分層高度：5m；

（4）採礦階段邊坡角：70°；

（5）最終邊坡角：50°；

（6）炮孔直徑：φ=42mm；

（7）炮孔爆破網度：(0.8～1)m×(0.8～1)m(行距×間距)；

（8）爆破安全警戒距離：300m；

（9）爆破延米爆破量：3.0t／m；

（10）爆破炮孔填塞最小量：0.5m；

（11）淺孔爆破炮孔超深：0.2m；

（12）露天採礦貧化率：5％；

（13）露天採礦損失率：5％；

（14）露天採礦大塊率：1％；

（15）采出礦石品位：32.94％；

（16）露天采場內礦石總量1355.4萬t

（17）露天采場內剝岩總量552.6萬t

（18）露天采場平均剝采比0.41t／t。

由下向上下開採方案，基建終了在1920～950m之間形成一個採礦的組合台階，以後逐漸向上形成採礦組合台階。投產時1台挖掘機採礦，1台挖掘機進行新水平的采准工作，採礦規模60萬t／a。初期生產剝采比為0，以後由小到大逐漸增加到0.58t／t。按設計開採方案進行露天開採，各分層採礦量及剝岩量見表2。

採用組合台階開採工藝，由低向高開採後，顯著的降低了礦山的基建剝岩量和生產剝采比，取得了良好的經濟效益。

三、結論

山西代縣洪劍鐵礦由於基建投資少，向林業部門征地砍伐林木困難，按照常規設計思路，由上向下開採困難。通過現場勘察和設計方法的研究，打破露天開採設計常規，採用組合台階式陡幫開採工藝，由低向高開採，解決了礦山基建投資少和砍伐林木困難的實際問題。目前該露天礦山生產正常，已經達到60萬t的設計生產能力，該礦山的設計思路可為類似露天礦山的設計提供可以借鑒的經驗。

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