富家坞采区陡帮开采设计优化

李小军，黄雷波

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

富家坞采区陡帮开采设计优化

李小军，黄雷波

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

中国恩菲有色工程设计研究总院在2003年设计了富家坞采区陡帮开采设计，其设计的最终能力4.5万t/d的生产规模达产期远远落后于德兴铜矿13万t/d的扩能达产时间，只能通过扩大铜厂采区的日出矿量，才能达到德兴铜矿13万t/d生产规模，这又导致铜厂采区的供矿压力增大，服务年限缩短。本设计通过对富家坞原设计进行优化，圈定合理的过渡境界，提出更为合理的“开放式”台阶下降方法，以提前实现达产。

德兴铜矿;富家坞采区;陡帮开采;设计优化;边坡角;工程布置

1 概况

为了充分有效地回收利用德兴铜矿深部表内矿和原开采境界内外的表外矿铜资源［1］，有效延长德兴铜矿服务年限，为江铜集团提供稳定的铜原料供应，经过可行性研究论证，江铜集团计划对铜厂、富家坞、朱砂洪三个采区和大山选矿厂进行综合技术改造和扩建，通过对大山选矿厂改扩建、铜厂和富家坞采区扩帮延深、改造铜厂现有的废石运输系统、增加新型的大型高效采选装备等综合技术措施，使德兴铜矿采选综合生产能力从目前的10万t/d增加到13万t/d，在提升矿业技术水平和装备水平、节能降耗的同时，开发并充分利用现有露天境界内的表内表外矿石和深部的铜矿资源，以进一步加大规模效益，延长德兴铜矿整体服务年限，强化德兴铜矿可持续发展能力。

中国恩菲有色工程设计研究总院在2003年做了富家坞采区陡帮开采设计，设计在2007年达到1.5万t/d的生产规模上，经过3～4年的时间达到过渡3万t/d的生产规模，再用3年时间才达到最终设计4.5万t/d出矿能力。铜业公司制定德兴铜矿在2011年实现13万t/d采选能力的目标，目前铜厂采区的供矿能力为10万t/d，若富家无坞采区不能在短期内达到4.5万t/d供出矿能力，铜厂采区需进一步加大日供矿量，导致其剥采比严重失衡、大大缩短铜厂采区的服务年限［2］。为了尽早使富家坞采区达到4.5万t/d的生产能力，并消除原官帽山滑坡体再次产生滑坡的可能性，必需对原初步设计进行相关的优化，方能解决以上提到的各种问题。

2 富家坞采区现状

富家坞采区北部分布有官帽山、西部分布有张家山，矿体周边均有高山分布，官帽山、张家山为富家坞采区的两座主山峰，原始标高在600m以上。由于富家坞采区的矿石储量分布的最高标高为425m，最低标高为－325m，要达到4.5万t/d的生产能力上部需要剥离的废石量大，时间长，不利于两个采区的均衡供矿。

根据地质资料建立的矿体模型，采区的矿体主要集中在350m标高以下，且跨越在两个主山峰下部。设计院设计的最终开采境界跨越了官帽山和张家山山头，因此要实现均衡稳定供矿，加快两个主山峰的下降速度就成为必然。

由于采区的山势陡峭，造成设备作业面狭小，通过前期的基建剥离和生产采剥已经降至500m标高。目前富家坞采区出矿台阶集中在张家山下部，有两台电铲出矿作业，最低开采台阶标高为320m，台阶作业面较小，若上部扩帮剥离不能及时下降，下部出矿台阶的作业面越来越小，工程布置越来越困难，甚至会出现出矿停滞的局面，采区要按计划达到4.5万t/d的生产能力将不可能会实现。

根据采区达到4.5万t/d生产能力的计划要求，降低前期剥采比，使二期剥离形成的出矿台阶与现有的下部出矿台阶相衔接，减少台阶高差，消除原官帽山滑坡体再次产生滑坡的可能性，以及减少官帽山泥石流对下部出矿系统的影响，对官帽山和张家山陡帮开采进行优化是非常必要和重要的。

富家坞采区处于构造剥蚀山区，地形切割强烈，山势陡峻，一般山坡自然坡度在40°～44°之间。矿体赋存于官帽山主峰东南侧的盆地中，四面环山，矿床成因类型属典型斑岩铜钼矿床。该矿床规模巨大，矿体形态简单，产状稳定，品位均匀，矿化连续性好。全区共圈出矿体50个，主矿体1个(1#矿体)，其储量占总储量的99.5%以上。1#矿体呈厚大的筒状矿环，围绕花岗闪长岩内、外接触带分布，为本次设计开采对象。

3 实施方法与过程

露天开采有两种基本方法，即台阶式开采(open pit mining)和条带剥离式开采(strip mining)［3］。近年来，我国大部分有色金属露天矿山仍以台阶式开采为主，几十年来，露天开采方法没有根本性变化，但采矿设备却飞速发展，包括设备大型化及其性能的不断改进。采矿工程中的陡帮开采技术具有基建剥离量小，基建时间短，投产早，达产快，效益明显的特点［4］，根据富家坞采区基建和生产现场情况，结合矿体模型进行方案的可行性与技术经济比较，该技术应用于扩建改造的富家坞采区无论是在经济上，还是在技术上都可行。富家坞陡帮开采设计主要涉及到临时开采境界、陡帮角度及安全平台等系列参数的设计、采区内运输道路的设计与原运输道路的衔接等问题。

3.1 技术参数的选择

富家坞陡帮开采扩帮境界和技术参数均参考中国恩菲有色工程设计研究总院设计的最终境界和技术参数，470m坡顶线基本相似，其以上台阶因为现状原因，略有差异。富家坞陡帮开采在张家山与官帽山下方布置较为明显，台阶按照每两个台阶做并段处理，留14m安全清扫平台，根据矿山的地质条件，主要是岩性条件，采用类比法确定露天矿的最终边坡角［5］，设计陡帮边坡角48°，张家山下部因布置了折返的运输道路、预留了采区至排土场的通道，其陡帮边坡角略小。陡帮开采设计的总体剥离总量控制在1.5亿t以内，预计在2012年扩帮台阶下至350m台阶，形成4.5万t/d供矿能力。因陡帮开采，相近台阶作业互相影响较大，在实施过程中控制台阶一般布置在四个台阶之内，且要加强生产组织的管理，以提高作业设备的效率。

3.2 工程布置

中国恩菲有色工程设计研究总院在2003年设计了富家坞采区陡帮开采图，在后面的阐述里都简称“原设计”，图1所示的是原设计富家坞采区“4.5万t生产第一年年末图”，本次的陡帮开采规划与其相比较，主要有如下方面的优化:

3.2.1 临时边坡的处理

原设计富家坞破碎站西面山头的临时边坡处没有预留电铲作业所需的平台和对应的道路布置，到时第三期扩帮时，电铲、大车的联合作业无法展开，需要用小型设备先打开工作面，将要花费更多的时间、金钱;另一方面，因作业位置狭小，给设备作业留下不安全因素。原设计如图1所示:

图1 富家坞破碎站西部山头——原设计

本次规划充分考虑了最终境界的因素，预留了合适的作业平台及大车运行的道路，为采区的下轮大扩帮工作做好了准备。优化后设计如图2所示:

图2 富家坞破碎站西部山头——优化设计

3.2.2 排土场出口优化

原设计整个上部采区只留有500m、410m、320m三个排土场出口，上、下两排土场之间段高为90m，排土段高相对较大，为今后的排土作业留下不安全因素［6］;待三期扩帮剥离时，需多个台阶的废石要连续上坡方能抵达排土场，如:电铲作业至440m台阶时，电动轮需要经440m－455m－470m－485m－500m斜坡道方能到排土场排土，增加了生产成本。

本次规划则留了500m、485m、455m、410m、350m、320m等多个排土场出口，上下排土场段高平均只有45m，提高了排土作业安全性;可选择的排土点多，节省了排土的运输成本。

3.2.3 优化陡帮封闭圈

富家坞采区的矿藏特点是，剥离量集中在采区上部，当扩帮达到4.5万t/d的生产能力后，采区下部的剥采比小于1，下部出矿只需要3台电铲便能满足供矿需求，其余的设备需返回上部采区，进行三期的扩帮作业。原设计最大的缺陷就是采区四周围都使用了高陡边坡设计，其中东面为最终边坡，别外三面为临时边坡(图3)，若进行三期扩帮剥离作业，设备需重新返回上部台阶(500m以上)进行陡帮开采，经计算需要五年以上的时间方能降至下部出矿台阶，可以看出，原设计的剥离作业表现为长周期性，再次扩帮所需下降的台阶太多，达20个以上，剥离持续时间长，对下部出矿能力的衔接性和及时性都不能准确预计。

本次陡帮开采规划中，结合了富家坞采区的原始地形特点，在采区北面做了“开放”式设计(图4)，即富家坞破碎站西面山头整体降至395m水平后，在不压矿的前提下，合理预留电铲作业平台，一方面减少了该处的剥离作业量，尽早实现富家坞采区4.5t/d出矿能力，另一方面，当4.5t/d出矿能力形成后，可调配一台电铲至此处扩帮剥离，与下部出矿台阶相差3至4个台阶，能在短时间内降至下部出采区域，能延长4.5t/d出矿能力的持续年限，甚至为形成更大的出矿能力做好准备。

3.3 剥离工程量比较

与原设计相同的是，待形成4.5万t/d的出矿能力生产第一年后，扩帮台阶最低降至275m台阶。各台阶作业量如下附表所示，中国恩菲有色工程设计研究总院在2003年设计的富家坞采区陡帮开采设计中，扩帮总作业量为2.37亿t，本次开采规划中，扩帮总体作业量为1.89亿t，相差近5000万t作业量，可提前将近一年的时间形成4.5万t/d的出矿能力。

3.4 预计图对比

(图3)为:中国恩菲有色工程设计研究总院在2003年设计的富家坞采区陡帮开采设计达产第一年年末预计图:

图3 原设计达产一年年末图

(图4)为:本次优化后的设计达产后第一年年末图:

图4 优化设计达产一年年末图

4 预计效果

合理的扩帮境界及陡帮开采，大大加快了富家坞采区上部剥离的下降速度，能更好地与下部出矿台阶实现工程上的衔接，能更早形成4.5万t/d供矿能力，减小铜厂采区供矿压力，均衡两采区的服务年限，为德兴铜矿13万t/d扩能项目稳产做好工程上的准备。

由于加快了官帽山下降速度，塌陷边坡得到了极早处理，减少了官帽山滑坡体、泥石流等地质灾害的发生，减少了其对运矿公路及富家坞采区供出矿的影响。

［1］朱国山.德兴铜矿表外矿的综合利用［J］.有色金属，1998，(1).

［2］郭振春.经济合理剥采比的计算方法和分析［J］.现代矿业，2010，(10).

［3］周连碧.有色金属进展［A］.中南大学出版社，2007.

［4］高永涛，吴顺川.露天采矿学［A］.中南大学出版社，2010.

［5］赵文.岩石力学［A］.中南大学出版社，2010.

［6］刘志强.德兴铜矿富家坞采区高段排土安全管理［J］.铜业工程，2008，(1).

The Optimization of Fujiawu Steep Slope Mining Design

LI Xiao－jun，HUANG Lei－bo

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

China Nonferrous Engineering and Research Institute designed the steep slope mining project of Fujiawu mining area in 2003.The designing production capacity of 45，000 t/d is far behind the time to reach the expanded production capacity of 13 million t/d at Dexing Copper.The only way to achieve Dexing Copper＇s production capacity of 130，000 t/d is to increase daily mining capacity of Tongchang mining area.However，it increases the mining pressure of Tongchang mining area and shortens the service time as well.This design optimizes the original Fujiawu mining design，sets a reasonable transition state，and proposes a more reasonable" open"step－down approach to realize the production target ahead of schedule.

Dexing copper mine;Fujiawu mining area;steep slope mining;design optimization;slope angle;project layout

TD862

C

1009－3842(2011)04－0019－03

2011－04－12

李小军(1978－)，男，汉族，湖南永州人，大学本科，采矿工程师，主要从事露天矿山的工程设计和计划编制，E－mail:26620701@qq.com