某露天矿开拓运输系统研究

王新华

(中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116600)

0 引言

某矿山矿体埋藏浅，延深深度大，储量集中，主矿体部分直接出露地表，非常适合露天开采，所以开采方式确定为露天开采，矿山规模为1 500万t/a。根据矿山露天开采境界圈定结果，采场上口尺寸为 1 610 m×1 580 m，下口尺寸为320 m×160 m，采场内矿、岩总量128 126.63万t，平均剥采比为0.79 t/t。为减少矿山开采初期的基建剥离量，降低生产剥采比，矿山采用分期开采方式进行生产。

为了最大限度地开发矿山资源，使矿山获得更好的经济效益，需要根据矿岩在采场内的流向以及它们的空间分布，提出可选的矿石和岩石运输方案，然后进行技术经济比较，根据比较结果选择最优方案。

1 开拓运输系统设计基础

根据露天境界圈定结果，露天境界内采场最高标高、最底标高和封闭口标高分表为620 m、0 m和400 m。根据总图布置，选矿厂和排土场分别布置在露天采场的南部和北部。排土场分为两处，其中位于露天采场北部的是岩石排土场，位于采场西北部的是氧化矿及低品位矿石堆场。

由于露天采场采用分期开采，因此矿、岩开拓运输方案的选择既要满足一期境界内矿、岩运输，尽量减少一期境界内矿、岩运输费用，同时还必须做到一期境界内矿、岩运输系统与终了境界矿、岩运输系统的合理衔接，从而选取最佳矿、岩运输方案。依据圈定的露天开采终了境界及一期境界，结合矿山选厂以及排土场位置等综合考虑，确定本矿山的开拓运输方案。

2 矿石开拓运输方案

根据采场内矿石和岩石的流向以及矿岩的空间分布，综合考虑后可行的矿石开拓运输方案有以下几个选择：全汽车运输方案、汽车-溜井-破碎-胶带斜井运输方案、矿石前期溜井后期固定破碎-斜井胶带方案(以下称为矿石方案一)、汽车-半移动破碎-明胶带运输方案(以下称为矿石方案二)、汽车-半固定破碎-胶带斜井运输方案(以下称为矿石方案三)等。

以上方案中，全汽车运输方案由于经营费和投资高，在经济上不如其他方案；汽车-溜井-破碎-胶带斜井运输方案虽然采场内汽车运距小，但前期胶带运距长，矿石经营费高，且该方案井巷基建工程量大、投资高、基建时间长，满足不了第三年矿山投产的要求；因此，并未对全汽车方案和汽车-溜井-破碎-胶带斜井运输方案进行比较，仅对矿石方案一、矿石方案二和矿石方案三进行技术和经济比较。

2.1 矿石汽车-前期溜井-后期半固定破碎-斜井胶带方案(矿石方案一)

该方案充分考虑露天采场上部为山坡露天，下部为深凹露天的情况，矿山开采初期在矿体中布置了3条直径均为为6 m的降段矿石溜井，溜井上口标高为440～470 m，位于溜井底部的胶带标高为180 m，在溜井底部配备C200型颚式破碎机。3条子胶带分别布置在矿石溜井的底部，破碎后的矿石经子胶带和主斜井胶带运至位于选矿厂的粗矿堆场，主胶带斜井兼作为破碎机大件运输通道。

考虑到矿山通风安全，在采场北部布置了一条回风斜井，同时兼作为矿山第二安全出口。

当开采240 m以上的矿石时，采用汽车运输至矿石溜井卸矿并经破碎后，通过子胶带运输至主斜井胶带，然后再运至位于选矿厂的原矿堆场。

当开采240 m以下的矿石时，之前上部开采时使用的溜井-破碎胶带系统已经报废，此时就需要采用新建的运输系统处理240 m以下的矿石。在采场的西部边帮处布置了固定破碎站，破碎采用62″×75″旋回破碎机，破碎机处理能力1 500万t/a，破碎机下部通过斜井胶带与选厂粗矿堆场连接。采场内240 m标高以下矿石通过汽车运到位于采场内的240m破碎站，破碎后通过斜井胶带运到选厂。

本方案优点：充分考虑了露天采场上部为山坡露天下部为深凹露天的情况。采场内汽车运输距离短，经营费低；初期开采时采用了矿石溜井，溜井可以临时储存矿石，能对矿石开采能力和运输能力的匹配起到缓冲作用；矿石采用斜井胶带输送，可起到防寒的作用。

本方案缺点：该方案由于基建井巷工程量大导致投资费用高；开采前期胶带运输距离长；后期扩帮开采时，矿石运输距离相对较长；矿山管理复杂。

2.2 矿石汽车-半移动破碎-明胶带方案(矿石方案二)

该方案采用半移动式破碎胶带系统[1]，配备62″×75″旋回破碎机，年运输能力1 500万t。

当采场初期山坡露天开采时，将半移动破碎机布置在露天采场南部境界外的421 m标高处，以明胶带方式布置胶带机，破碎后的矿石通过明胶带机运输到选厂的原矿堆场处。随着露天采场开采水平的延深，当进入深凹露天开采时，需要将山坡露天开采时421 m标高处的半移动破碎机移设至露天采场内，每3～4个台阶移设一次。为方便运输和维护，在露天采场的西部固定边帮上采用明胶带的方式布置主胶带机。随着开采水平的降低，主胶带机也随着破碎机移设[2]而逐渐延深，破碎机最终固定布置在171 m平台上，同时主胶带则延深至150 m水平。

采用矿山自卸汽车将采场内开采出的矿石运送至半移动破碎机，破碎后的矿石经皮带输送机运至位于选矿厂的原矿堆场。

本方案优点：与矿石方案一和矿石方案三相比，矿石方案二建设初期基建工程量相对较少、同时基建周期短；破碎机需要随着开采水平下降向下移设，正常采剥部位矿石运距短；破碎机以及胶带机均布置在地表，便于维修、保养。

本方案缺点：采用半移动破碎机，设备投资费用高；由于移动破碎站在生产过程中需要随着开采水平的下降而移设，影响露天矿的生产；初期半移动破碎站服务时间较长，半移动破碎优势没有完全发挥出来；后期由于破碎站下移，扩帮产生的矿石运距相对较长；破碎机以及胶带机均布置在地表，需要解决冬季防寒问题。

2.3 矿石汽车-半固定破碎-斜井胶带方案(矿石方案三)

该方案采用半固定破碎-斜井胶带系统，半固定破碎机选择62″×75″旋回破碎机，破碎系统生产能力为1 500万t/a。

在采场的南部露天境界外420 m标高处布置初期破碎站，其受矿标高为420 m，破碎站底部布置斜井胶带机与选厂原矿堆场连接。随着开采水平的下降，当采场进入深凹采场后，破碎站向露天境界内进行两次下移，同时破碎站内卸矿平台标高分别调整为300、180 m，最终破碎站固定在境界西端帮180 m水平不再移设。

方案优点：采用半固定破碎，相对于半移动破碎，设备投资费用低；其基建工程量虽然比半移动破碎方案工程量大，但较溜井方案少；有利于降低扩帮开采时矿石的运输距离；矿石通过斜井胶带运输，便于防寒。

方案缺点：相对半移动破碎方案，半固定破碎由于移动次数少，正常开采时矿石运输距离长；破碎站由于井巷工程量大导致基建工程量比较大，施工工艺比较复杂，而且建设周期长；作业条件差，不便于设备维护。

分别对以上3个矿石开拓方案进行技术经济比较，比较结果见表1。

表1 矿石开拓运输方案比较表

根据表1比较结果可以看出，矿石方案三的投资和经营费现值都低于矿石方案一和矿石方案二，即采用矿石汽车-半固定破碎-斜井胶带方案明显优于矿石方案一和矿石方案二，故推荐矿石方案三即汽车-半固定破碎-斜井胶带方案。

3 岩石开拓运输方案

矿山排土场位于露天采场北侧，紧靠露天采场布置，露天采场前期为山坡露天开采，具备布置排岩道路条件，开采前期汽车运输距离较短，运输成本低，而且可以实现“高土高排，低土低排”，达到节省经营费用的目的，因此前十年采用单一汽车运输进行岩石运输。随着采场开采水平的降低，汽车的运输距离将逐年增加，导致每年的经营费用也急剧增加，因此考虑了以下几个方案以解决后期矿石运输问题：岩石全汽车运输方案(岩石方案一)、岩石汽车-半固定破碎-斜井胶带-排土机方案(岩石方案二)、岩石汽车-半移动破碎-斜井胶带-排土机方案(岩石方案三)等方案。由于采用分期开采，境界东部属于临时边帮，后期需要扩帮，不具备布置岩石方案三的条件，故仅对岩石方案一和岩石方案二进行技术经济比较。

3.1 岩石汽车运输方案(岩石方案一)

该方案采用汽车运输岩石，一直服务到露天开采结束。

方案优点：采用汽车运输操作机动灵活，而且管理比较方便。

方案缺点：随着开采水平的降低，汽车运输距离将逐步增加，最远运输距离接近10 km，超出汽车经济合理运距范围，导致矿山经营费用大幅增加，经济上不合理。

3.2 岩石汽车-半固定破碎-胶带方案(岩石方案二)

该方案前期采用汽车直接运输岩石至排土场，随着开采水平的降低，汽车运输岩石的距离逐渐增加，为降低汽车运输距离，进而减少矿山运营成本，自第11年开始新建岩石方案二系统，即岩石汽车-半固定破碎-斜井胶带运输系统，破碎运输系统能力为1 500万t/a。首站破碎站第11年布置在境界北部固定帮420 m标高，同时选用60 ″-89 ″ 旋回破碎机。破碎后的岩石通过斜井胶带机运输至排土场，胶带机带宽为1 400 mm。

岩石半固定破碎站服务一期境界和扩帮境界岩石运输，第30年将该破碎站移设到330 m水平，第38年将该破碎站移设到240 m水平，一直服务到露天开采结束。自第11年开始，采场内每年约有1 500万t岩石由矿山自卸汽车运至岩石半固定式破碎机处，经破碎后再由皮带机运至排土场通过排岩机排弃。

本方案优点：由于采用岩石半固定破碎系统，露天开采后期汽车运距明显减小，降低了汽车数量，同时也大幅降低了矿山经营费用。

本方案缺点：井巷工程施工量大，同时施工工艺复杂，作业条件相对较差，生产管理相对汽车运输比较复杂。

以上两个岩石开拓运输方案的比较结果见表2 。

表2 岩石开拓运输方案比较表

根据表2比较结果可以看出，从投资和经营费现值方面比较，岩石方案二都低于岩石方案一，即采用岩石方案二明显优于岩石方案一，所以推荐采用岩石汽车-半固定破碎-胶带方案。

4 推荐的开拓运输方案简述

4.1 矿石运输

矿石运输需新建一套矿石汽车-半固定破碎-斜井胶带运输系统，选用62″×75″旋回破碎机，该系统生产能力为1 500万t/a，首站破碎站第3年建成使用，破碎站卸矿平台标高420 m，破碎后的矿石经下部斜井胶带机运输至新建选厂的原料堆场，随着露天采场的延深，半固定破碎机分别向下移设在300 m(第19年)、180 m(第38年)平台上，破碎机最终固定在180 m平台上不再移设，每年采出的矿石将采用自卸汽车运至矿石破碎站破碎后，再通过斜井胶带机运往位于选矿厂的原矿堆场。

4.2 氧化矿及低品位矿石运输

氧化矿及暂不利用的低品位矿石将安排单独堆放，矿石堆场位于露天采场西北部，由于每年运量相对较少，全部采用汽车运输。

4.3 岩石开拓运输

在露天采场开采初期运输距离短，岩石运输采用汽车直排方式。自第11年开始，将新增一套岩石汽车-半固定破碎-斜井胶带运输系统，破碎站选用60″×89″旋回破碎机，该系统生产能力为1 500万t/a。首站破碎站卸矿平台标高420 m，破碎后的岩石通过斜井胶带运至排土场通过排土机排放，随着采场开采水平的降低，破碎机将移设两次，分别在330 m(第30年)、240 m(第38年)，破碎机最终固定在240 m水平不再移设，自第11年开始，采用汽车将采场内的岩石运到半固定破碎站，破碎后的岩石通过斜井胶带机运输至排土场。

5 结语

矿山露天开采中，开拓运输系统的基建投资一般占总基建费用的60%以上，运输的作业成本约占矿石开采成本的40%左右，运输作业的劳动量约占矿石开采总劳动量的一半以上，运输作业的方式与运输系统的合理性将直接影响露天矿生产的经济效益，所以矿山的开拓运输系统在露天矿设计中起着至关重要的作用，不但要考虑减少投资和矿岩运输的成本，也要充分考虑分期开采时不同时期开拓运输系统的过渡衔接。开拓系统研究时需考虑多种矿岩开拓运输方式组合，根据各方案的投资和经营费用比较结果选择最优的开拓运输方案。