大型深凹露天金属矿倾斜条带式短分期开采工艺及应用

任红岗，张长锁，赵旭林

（1．北京矿冶研究总院，北京100160；2．北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）

大型深凹露天金属矿倾斜条带式短分期开采工艺及应用

任红岗1，2，张长锁1，赵旭林1

（1．北京矿冶研究总院，北京100160；2．北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）

某铜镍矿是世界级大型铜镍矿床，设计采用露天开采，采剥总量达7．4亿t，最高边坡达645m。针对大型深凹露天矿，采用短分期开采，组合台阶和倾斜条带式陡帮作业，有效推迟剥离高峰，减少基建剥离量和初期生产剥采比，降低投资及初期开采成本，经济效益显著提高。

倾斜条带式；短分期；陡帮作业；缓帮作业

分期开采是金属矿山露天开采中的一种机动灵活的开采方式，可以将开采条件好（矿石多、岩石少）的区域选作为首期开采，把大量岩石推迟到以后剥离［1－2］，一方面可以减少基建投资，降低生产成本［3］，另一方面可以实现早投产、早达产，经济效益明显［4］。对于勘探程度低、矿石价值变化大的矿床，分期开采可以有效地降低风险投资。但是，分期开采对生产技术手段和管理水平要求高，如何选择合理的过渡时机，确定扩帮起始水平标高，是分期开采矿山实现稳产或不停产过渡、均衡过渡期间剥岩量的关键［5］。

分期开采在国内外得到广泛的应用，如智利Zaldivar铜矿、蒙古Oyu Tolgoi铜金矿、我国的南芬铁矿、德兴铜矿［6］。这些矿山服务年限长，分期时间一般也较长，随着矿山装备、技术快速发展，高产量、低服务年限的矿山逐渐兴起，适应矿山生产的短分期开采应运而生。短分期是相对一般分期开采提出的，除具有一般分期开采的优点外，具有分期开采时间短、临时边帮移动速度快、灵活性强等特点。短分期开采将组合阶段陡帮剥离和倾斜条带式开采工艺作为实施手段。

1 矿床开采特征及开采方式

1．1 矿床特征

某铜镍矿是东昆仑成矿带的世界级大型铜镍矿床，被誉为“世界级、革命性的找矿突破”，资源储量达1．5亿t，达到超大型规模。矿区位于青海省西部东昆仑山脉西段，柴达木盆地南缘。矿区沟谷深切，山势陡峻，植被稀疏，呈典型高原荒漠景观，地形总体地势西、南高，东北低，海拔高度3 200～3 600m，最大比高为400m。

矿体产于基性杂岩体中，铜镍矿已编号矿体36个，除M1矿体外其余35条均为盲矿体，含矿岩性主要为橄榄岩和辉石岩，其次为辉长岩。M1矿体占整个矿床储量的93%以上，矿体长1 160m，呈似层状，平均厚度73．19m，赋存标高2 920～3 400 m。东部南倾、西部北倾，倾角0°～35°，侧伏角20°左右。矿体形态单一，在倾向上连续性较好。矿体北东端出露地表，向西逐渐向深部斜入，大部分矿体浅埋地下，见图1。

图1 矿床赋存特征三维模型Fig．1 3Dmodel of ore deposit characteristics

1．2 开采方式

鉴于矿床赋存位置较浅，矿体赋存条件简单，矿体厚大，主矿体产状较缓，矿体连续性较好，部分矿体出露地面，设计采用露天开采方式，先期为山坡露天，后转入凹陷露天，见图2。

图2 露天开采三维模型Fig．2 3Dmodel of open－pit mining

矿山生产规模为675万t/a（2．25万t/d），服务年限为16年，露天境界内矿石量为9 696．7万t，采出Ni品位为0．758%，Cu品位为0．163%，Co品位为0．024%，剥离岩石量64 423万t，平均剥采比为6．64t/t。露天终了境界形成以后，最大边坡高度达645m，露天最终境界参数详见表1。

由于矿体为厚大层状产出，为了充分利用矿体赋存条件优势，提高生产作业效率，降低生产成本，根据采矿生产规模和选用的开采设备，设计台阶高度为15m，最小工作平台宽度40m，非工作最小平台宽度15m，工作台阶坡面角60°～65°。开采到终了境界后进行靠帮并段，最终台阶高度为30m。

表1 露天最终境界参数Table 1 Parameters of final open－pit edge

2 短分期开采

该铜镍矿地形陡峻，地表起伏较大，露天境界内岩石量主要集中在露天采场西南帮上部，封闭圈以上废石量约占废石总量的60%。这种分布需要采剥方法能够较大限度推迟剥离量，以求有效均衡生产剥采比。无论采用全境界缓帮，还是采用全境界陡帮开采，开采初期都要剥离大量的岩石，并在短期内即面临剥离高峰，使得前期生产剥采比大，作业成本高，从而影响整体开采效果。

为了有效推迟剥离高峰，减少基建剥离量和初期生产剥采比，降低投资及初期开采成本，设计采用短分期开采，组合台阶和倾斜条带式陡帮作业。在整个开采境界内，划分出两个临时开采边界，由小的临时边界逐渐开采至最终境界，共分三期开采，露天境界东侧为最终边帮，西侧为临时边帮。分期开采境界示意图见图3，露天分期开采境界矿岩量见表2。

通过短分期开采，使上部岩石量得到有效推迟，减少基建工程量，早日投达产，获取较好的前期效益及资金的时间价值。生产剥采比得到有效均衡，还可以降低投资风险。

为充分利用工作线长度，采掘带沿山坡方向、斜交矿体走向布置。采用沿采场东北帮端部降深方式，依次向深部、向西南推进，直至最终境界。前一期开采一段时间后，后一期在上部扩帮开采。在分期境界内采用陡帮剥离岩石、缓帮采矿工艺，分期开采开采顺序见图4。

图3 分期开采境界示意图Fig．3 Sketch map of the edge in open－pit mining by stages

表2 露天分期开采矿岩量Table 2 Ore and rock quantity in open－pit mining by stages

图4 利用NPV软件绘制分期开采顺序示意图Fig．4 Sketch map of mining by stages in a proper order by using NPV software

3 倾斜条带式开采工艺

所谓倾斜条带式开采工艺，即变原自上而下的单水平逐台阶下降的扩帮方式为由内向外的倾斜分条扩帮方式，将下盘分成若干个倾斜条带，逐条进行采掘［7］，如图5所示。扩帮方式有缓帮扩帮和陡帮扩帮两种方式，国内外分期开采的矿山，常用陡帮扩帮方式［6］。

沿采场空间把剥岩帮划分为若干倾斜条带，由里向外扩帮，各阶段从上到下尾随式开采。尾随的工作平台长度，根据运输方式和工作面运输线路布置确定［2］。将每三个剥岩帮阶段划分为一组，每组由一个工作阶段和两个临时非工作阶段组成。每组阶段内自上而下逐个阶段轮流开采，上一阶段推进到预定宽度后，设备转移到下一阶段开采，当三个阶段均推进到预定宽度后，即完成一个剥离周期。剥离岩石形成足够的开采空间，开采矿石采用缓帮采矿方法，见图6。

图5 陡帮剥离作业示意图Fig．5 Sketch map of steep slope stripping operation

图6 缓帮采矿作业示意图Fig．6 Sketch map of moderately inclined slope mining operation

按照短分期开采规划，投产第一年形成260万t/a的生产能力，投产第二年达到500万t/a的生产能力，第三年达产，即达到设计生产能力。稳产期13年，减产期1年。一期露天境界服务年限为生产第1～5年，二期露天境界服务年限为生产第6～10年，三期露天境界服务年限为生产第11～16年，采剥生产进度计划曲线见图7。

图7 采剥生产进度计划曲线Fig．7 The production schedule program curve of striping and mining

4 结论

1）本矿采用短分期开采，组合台阶和倾斜条带式陡帮作业。在整个开采境界内，划分出两个临时开采边界，由小的临时边界逐渐开采至最终境界，共分三期开采，有效推迟剥离高峰，减少基建剥离量和初期生产剥采比，降低投资及初期开采成本。

2）分期开采对生产技术与管理水平要求极高，如何选择分期数、分期境界、分期开采顺序是一个至关重要的露天开采系统优化技术课题，在生产中，扩帮过渡管理复杂、安全风险增大等因素是影响分期开采的主要因素，要求管理必须做到适时到位。

［1］李冲，王君，张猛，等．长、短分期开采在甲玛铜多金属矿设计中的应用［J］．黄金，2014，35（5）：30－34．

［2］张富民．采矿设计手册（矿床开采卷上册）［M］．北京：中国建筑工业出版社，1987．［3］霍根虎，王鹤年，刘爱民，等．分期开采方法和陡帮开采技术在翁泉沟硼铁矿的应用［J］．有色金属（矿山部分），2012，64（3）：17－20．

［4］杨育，金鑫，王永增．分期开采中影响矿山生产能力的因素［J］．矿业工程，2012，10（5）：18－20．

［5］《露天矿分期开采及运输方式研究》专题组．露天矿分期开采若干问题的研究（中）［J］．冶金矿山设计与建设，1997，29（4）：3－7．

［6］于润沧．采矿工程师手册（上）［M］．北京：冶金工业出版社，2009．

［7］姜科，李长征，钟小宇．倾斜分条扩帮开采工艺在大孤山铁矿的应用［J］．矿业工程，2003，1（3）：28－31．

Inclined strips and short stage mining technology and its application in large－scale deep open－pit metal mine

REN Honggang1，2，ZHANG Changsuo2，ZHAO Xulin1
（1．Beijing General Research Institute of Mining ＆Metallurgy，Beijing 100160，China；2．School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）

A world－class large Cu－Ni deposit is designed for open pit mining，and the general volume of mining and stripping is up to 740million tons and the highest slope is up to 645m．For the large－scale deep open－pit mine，short stage mining combined with benches and inclined strip operation was applied，which effectively delays the stripping peak，reduces the infrastructure stripping quantity and initial production stripping ratio．This technology cuts down the investment and initial mining costs，and the economic efficiency is improved significantly．

inclined strips；short stage；steep slope operation；moderately inclined slope operation

TD854

Α

1671－4172（2015）04－0009－04

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．003

任红岗（1986－），男，工程师，博士，主要从事采矿工程和岩土工程设计及研究工作。