牛苦头铅锌矿露天与地下联合开采方案的探讨

阙赟鹏，许登伟（青海鸿鑫矿业有限公司，青海格尔木 816000）

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牛苦头铅锌矿露天与地下联合开采方案的探讨

阙赟鹏，许登伟
（青海鸿鑫矿业有限公司，青海格尔木 816000）

通过对牛苦头矿区的矿石类型及其资源储量、矿床特征和矿床开采技术条件的分析研究，提出该矿区采用露天与地下联合顺序开采方式是合适的，且经济优势明显。并结合矿区实际，阐述了露采和地采主要技术方案的确定方法及思路，并提出了几个需要解决的关键问题，从理论上为牛苦头矿山今后开发建设提出了思路。

矿山开采方案确定；露天开采方案；地下开采方案；联合开采

随着矿业经济的不断发展，矿产资源在逐步贫化，牛苦头铅锌矿目前正处于投资建设的前期阶段，开展好矿山开采方案研究对加强矿山开发进程，以及对后期的矿山设计建设工作都有积极的意义。由于该矿铅锌品位较低，目前铅锌金属价格低迷，如何采用一种投资少、成本低、技术可行、能体现规模效应和综合经济效益的矿山开采方案，是公司迫切需要解决的难题。根据牛苦头矿区的矿产资源分布情况以及开发条件，特开展此次开采方案研究。

1 矿山资源概况

矿区地处柴达木盆地西南缘祁漫塔格山北坡，交通较方便。区内人烟稀少，经济落后，自然环境恶劣，矿山开发对环境影响很小。区内地势南高北低，平均海拨3 800 m左右，属盆地边部浅-中切割高山区。该区气候以高寒、多风少雨、蒸发量大、昼夜温差大为特点，发育高寒荒漠土，属高寒、干旱的典型内陆性气候。

牛苦头矿带矿体平均埋藏在几十米到百余米之间，覆盖层较薄，上部还有10～30 m左右的风化带，便于剥离。矿体走向北西-南东、倾向北东，矿体倾角为0°～20°，该矿资源赋存情况复杂，矿石种类较多，不同类型的矿体分层现象严重，有22条硫铁多金属矿体，均为隐伏矿体，矿体多为透镜状或似层状，规模不一。矿体的长度、宽度和厚度变化较大，一般长100～300 m，最长950 m；宽一般100～300 m不等，最宽处可达700 m；厚度一般在0.65～20 m之间，最厚处可达38.22 m，平均6.38 m，全区厚度变化系数为84.40%；矿体的矿石类型复杂，可在同一矿体中见磁黄铁矿石和铜铅锌等多种矿石类型。按主要矿石类型估算查明的资源量见表1。

表1 主要矿石类型地质勘探资源量及金属量表

2 矿山开采方案

2.1 矿山开采方案的确定

根据矿体的空间分布情况来看，矿体总体埋藏不深，但全部采用露天开采方式，剥采比较高，不经济，项目变得不可行。如果采用露天与地下联合顺序开采的方式，将中部大部分矿体先采用露天开采方式采出，其余深部及挂帮矿体采用地下开采方式采出，共用露天开拓运输系统，将大幅度减少矿山基建投资，也有利于规模化开采，减少开采成本。牛苦头M1矿区矿体的空间分布情况如图1所示。

图1 牛苦头M1矿区16线勘探剖面图

从图1可知：本矿区的矿体埋藏较浅，采用露天开采方式优势明显。随着矿体向下、向矿体两端延深，矿体变薄，宜采用地下开采方式。总的开采顺序是：先进行露天开采，再进行地下开采；先采硫铁铅锌矿，再采硫铁矿。

矿山方案通过计算经济合理剥采比和境界剥采比，确定露天开采的境界，露采开采境界以外采用井下开采方式。按照先开采上部矿体后开采下部分矿体的原则分期开采，一期先采用露天开采方式开采矿区矿体中部范围（主要为硫铁铅锌矿），二期采用地下开采方式开采下部分及周边零星小矿体（下部主要为硫铁矿），充分利用露天运输平台形成地下开采的开拓运输系统，减少地下开采系统建设时间和投资，以确保生产的持续性。

2.2 露天开采方案

2.2.1 露天开采境界确定

根据矿岩赋存情况，露天境界按照经济合理性原则圈定：（1）开采境界的境界剥采比小于并接近经济合理剥采比；（2）以界内可采矿体作为开采对象来圈定境界；（3）露天采场具有安全稳定的最终边坡。

经济合理剥采比的计算：经济合理剥采比是露天矿境界圈定的一个非常重要的指标，通过对矿区周边及国内一些典型及相似的露天开采矿山进行了解，综合考虑后认为牛苦头的矿石开采成本14元／t，开采废石总成本12元／t较为合理。根据原矿成本法计算的经济合理剥采比是8.56 t／t，储量盈利法计算的经济合理剥采比是9.46 t／t。还考虑了另一种计算经济合理剥采比的方法，即假定坑采与露采1 t矿石的成本相等，经估算，坑采1t矿石的综合成本110元左右，露采1 t矿石的综合成本按14元计，还考虑了贫化率、损失率，以及选矿回收等指标，据此估算的坑露合理剥采比为9.9 t／t，表明当露采境界的增量剥采比低于9.9 t／t时，采用露天开采经济效果较坑采好，而当露采境界的增量剥采比高于9.9 t／t时宜采用坑采。从“经济合理剥采比+净现值最大”的双重原则出发，结合矿山实际情况，在形成露天终了边坡时，自露天坑底的非工作帮掘进平硐、斜坡道形成地下矿体的开拓系统，可以节省大量的井巷工程投资，即井下开采的采矿成本会大幅度下降。经过反复测算，综合考虑各种因素，认为该矿露天与地下联合开采时经济合理剥采比为8.3 t／t较为合理，

露天采场最低标高的确定：在露天矿设计中，一般采用境界剥采比≤经济合理剥采比的原则来确定露天矿最佳开采深度。根据矿体的境界剥采比，采用面积比法确定露天采场最低标高。

开采境界的确定：按照选定的参数、矿体的赋存条件及地形条件，在地质横剖面图上运用面积比法依次确定各剖面位置上最佳的开采深度，然后在矿体的纵剖面图上对各剖面最佳开采深度进行综合均衡，最后圈定露天采场开采境界。根据围岩稳定性及矿山生产规模，为满足生产能力，均衡生产剥采比，削减剥离高峰，增强抵抗市场风险的能力，采用“陡帮剥离，缓帮采矿”的采矿方式。

2.2.2 首采区段确定

考虑终了开采境界内矿量较大，上部剥离量大，为减少基建剥离量、推迟和降低剥离高峰、尽量均衡生产剥采比，减少矿山前期投资和成本，增强企业前期效益，设计推荐采用分期开采。

2.2.2.1 首采区段确定的原则

1.首采区段内矿量应保有一定的生产年限。

2.首采区段选在岩石复盖层薄，平均剥采比小，地质品位高，基建剥离量小的部位。

3.扩帮台阶宽度在50 m以上，以利扩帮作业的正常进行。尽量减少和避免四周扩帮，减少上下台阶作业的互相干扰。

4.充分考虑已经形成的开采境界与分期开采的关系，合理分期。

2.2.2.2 首采区段的确定

依据上述原则和开采技术条件，在矿体平面图和地质剖面图上不断圈定优化，优化出一个平均剥采比较小、矿石价值高的境界作为首采区段。根据圈定的首采区段，结合后期境界、露天边坡角、矿床开采顺序及开拓运输系统等因素，对首采区段进行修整并增加道路，确定其坑底标高。

2.2.3 矿山生产规模及服务年限

根据露天境界内分层矿岩量表及矿床开采技术条件等，矿山生产规模按工业矿2 500 t／d（750 kt／a）进行露采生产规模验证。

2.2.3.1 生产规模的验证

1.Taylor经验公式验证。Taylor定则是国际上比较公认的规模计算公式，即：

T＝Q1／4×6.5×（1±0.2）通过计算可得，服务年限T＝8.03～12.05 a，即矿山合理的服务年限为8～13 a，相应的矿山生产能力为472.75～709.12 kt／a。照此计算，矿山基本上可达到2 500 t／d生产规模（铅锌矿）。依据硫铁矿的赋存条件和首采区的开采，前四年有少量硫铁矿产出，待生产第五年后硫铁矿才能形成规模。

2.按矿山工程年下降速度验证。根据露天境界分层矿量、分层平面图和矿山基建图，露采投产时采矿标高为3 540 m台阶，达产年矿山主要生产台阶在3 550～3 492 m，台阶总高度60 m，经计算达产年平均下降速度10.41 m／a，年下降速度较小，生产中是完全可以达到的。还按可布置的挖掘机工作面数目和新水平准备时间进行验证，露采生产规模均能达到2 500 t／d。

2.2.3.2 生产规模及服务年限

按照地质储量报告，考虑了地质可信度系数，经计算，露天境界采出矿石量为5 697.595 kt。按2 500 t／d的达产能力计算，矿山总服务年限为7.60 a。按照新建矿山生产经验和选厂调试时间，投产期为1 a，达产期为7 a，减产期1 a，露天境界共计服务年限8 a。

2.2.3.3 开拓运输系统

因该露天采场面积和深度不大，地形较平缓，为有效减少基建剥离量和前期生产剥采比，采用条带式陡帮开采工艺，生产中带有扩帮，故采场内开拓运输推荐机动灵活的公路开拓、汽车运输方案。最后根据露天境界分层矿岩量、分层剥采比和采场进度计划表，对穿孔设备、挖掘装载设备、运输设备进行合理选型。

2.3 露天开采转地下开采

根据牛苦头矿体赋存情况，露天境界外矿体被露天坑划分为南北两个区，南部称为二采区，北部称为三采区，东北部境界外露天坑挂帮矿量和露天坑地下矿量为一采区，牛苦头M1矿区地下开采采区划分如图2所示。

图2 牛苦头M1矿区地下开采总体平面图

从图2可知牛苦头M1矿区地下开采一采区、二采区及三采区的总体布置情况和相对位置关系。

2.3.1 深部矿体的开采

根据矿体的赋存情况，一采区在露天境界内布置开拓系统方案采用斜坡道+平硐开拓运输方案。中段高度20 m，共5个生产中段，3 480 m及以上中段用平硐开拓，3 480 m以下采用斜坡道开拓，各生产中段均为无轨运输中段：本开采方案规划在露天开采全面结束前，逐步形成井下开拓系统工程，完成部分矿段的采切工程，满足必要的三级矿量，实现露天转地下的良好过渡和衔接，确保矿山生产的持续稳定。

2.3.2 挂帮矿体的开采

在圈定露天开采境界时，考虑到剥采比的经济合理性，矿体很难全部圈在开采境界内，部分边缘矿体存留在露天开采终了边坡以外，形成挂帮矿体。为了确保生产安全，挂帮矿体的开采工作定在露天开采大规模爆破工作结束后，对终了边坡进行稳定性分析并采取了有效的安全防护措施后进行。挂帮矿体的开采应遵循从上而下的原则进行，利用露天采场安全运输平台作为开拓运输系统，以减少投资，降低开采成本。依据矿体的赋存条件和露天境界的圈定情况，二采区、三采区主要开采挂帮矿体。

3 矿山采矿方法

根据上述矿床的开采技术条件和露天开采影响，国内对缓倾斜薄到中厚矿体开采方法一般采用崩落法和空场法，选择崩落法时回采贫化率和损失率大，加之开采过程中地表陷落，雨季降水地表径流会大量渗入井下，严重影响采场顶板的稳固性，造成露天边坡不稳，故不宜采用。其次，考虑本次设计牛苦头地下开采时只回采铅锌矿体，硫铁矿体暂时不回采，待以后有经济价值时再回采，同时需要考虑露天坑挂帮矿体开采时需要保护露天坑边坡的稳定性，因此，选用充填采矿法。如果采用水砂充填，则充填滤水的影响比较严重；若采用普通的干式充填（铲运机除外），因矿体倾角很缓，充填料不能自流；若采用全胶结充填，则充填成本高。故经综合分析研究，设计推荐采用空场类嗣后分级尾砂充填采矿法，靠近露天边坡地段需要留永久保安矿柱。对厚度＜2.8 m的矿段推荐采用电耙全面采矿嗣后充填法开采；对厚度为≥2.8 m的矿段采用铲运机全面采矿嗣后充填法开采。

4 需要研究解决的几个问题

4.1 生产平稳过渡的措施

露天开采到设计境界后，下部矿体的储量不多，采用地下开采方式，生产能力降低，选矿厂生产不能确保，要解决好产量的衔接，生产不足矿量需由周边矿区采矿补充，即时需加强生产的组织与协调，确保生产的平稳过渡。

4.2 加强露采期间边坡稳定性研究

考虑到今后地下开采的安全性，需从露天爆破技术、边坡角设计、平台宽度设计、边坡的维护管理等方面加强研究，确保露天边坡稳定性，为地下开采创造一个良好的安全条件。

4.3 研究地下开采对露天边坡的扰动影响

要针对地下开采活动对露天采场边帮岩体滑移和边坡稳定性影响开展一系列的研究工作，对露天开采和地下开采的开采范围、开采量、开采方法等进行优化计算与设计，对影响因素进行有效的控制，提出解决办法和措施，最大限度降低地下开采活动对边坡稳定性影响。

5 结 论

通过对牛苦头矿产资源储量和开发条件分析，确定了经济合理剥采比，圈定了露天开采境界，适合露采的矿量达69%，露天开采规模效应可以显现。发挥了露天开采成本低的优势，同时能够减少井下开拓系统的投资，降低地下开采成本，矿山寿命期内综合采矿成本与同类型矿山地下开采成本相比有明显的优势，能体现出综合经济效益。因此，牛苦头矿区采用露天与地下联合顺序开采方式是合适的，且经济优势明显，从理论上为牛苦头矿山今后开发建设提出了思路。

［1］ 王运敏，汪为平.露天转地下开采平稳过渡关键技术体系理论［A］.符永际，林文治，陆树文，等.2011年中国矿业科技大会论文集［C］.北京：中国冶金矿山企业协会，2011.13-17.

［2］ 梁庆壮.浅谈露天转地下开采挂帮矿体的回收［J］.矿业工程，2010，（6）：8-11.

［3］ 田泽军，南世卿，宋爱东.露天转地下开采前期关键技术措施研究［J］，金属矿山，2008，（7）：27-29.

［4］ 王青，任凤玉.采矿学［M］.北京：冶金工业出版社，2011.4.

The Discussion About the Niukutou Lead-zinc Mine Combined Underground and Opencast Mining Scheme

QUE Yun-peng，XU Deng-wei
（Qinghai Hongxin Mining Co.Ltd.，Geermu 816000，China）

Through the analysis and research on the Niukutou mine burnt ore types and resource reserves，deposit characteristics and oremining technical conditions，it is appropriate to adopt the combined sequenceminingmethod of the open pit and underground in themine area，and the economic advantage is obvious.Combined with the actual mining area，expounds the methods and ideas to determine open-pitmining and mining of the main approach，and puts forward the key problems that need to be solved in a few，from theory for Niukutou mine suffering mines in the future development and construction of the idea.

mining plan；opencast；undergroundmining；combined mining

TD852

A

1003-5540（2016）01-0001-04

2015-10-20

阙赟鹏（1969-），男，工程师，主要从事采矿生产技术管理工作。