某大型钨矿分期开采境界方案研究

2022-07-12永学艳齐炎陈振超

有色冶金设计与研究 2022年3期

永学艳，齐炎，陈振超

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

露天矿分期开采是指在露天开采的最终境界内，平面上或在垂深上划分出若干个中间境界依次进行开采。分期开采一般在开采品位高、生产条件好、剥采比小的矿段进行，用以减少露天矿初期投资，加速露天矿基建、投产和达产，为露天矿均衡生产和扩大再生产提供保障，达到用最少的投入取得最大的产出的目的[1-2]。

某钨矿为采选联合企业，矿山采用露天开采方式，生产规模为5 kt/d。因终了境界上部剥离量巨大，为减少项目初始投资，矿山按分期建设、滚动发展的思路确定了一期开采境界。目前，一期建成投产至今已有十余年，境界内剩余可采矿量约12 770 kt，平均地质品位(WO3质量分数）为0.282%，剩余服务年限约7.7 a。由于终了境界范围大，境界内废石量多，若由一期境界直接向终了境界实施扩帮过渡，上部剥离废石量将超过1.1×105kt，扩帮过渡期内的生产剥采比较大，持续时间较长，将对企业效益产生不利影响。因此，宜在一期境界基础上再次分期，以减少一次扩帮剥离量，促使企业获得连续良好的经济效益。

1 矿区地质概况

1.1 地质条件

该矿是一个规模巨大、低品位细脉型含钼黑白钨矿床，矿石中主要有用组分为WO3。其中，全区平均黑钨矿中WO3含量占总钨量的50.82%，白钨矿中WO3含量占总钨量的49.18%。伴生Mo 平均品位为0.024%，其它伴生有益组分Bi、Cu、S 等含量均较低。矿体绝大部分产于花岗岩岩株体中，少部分位于岩体附近的变质砂岩中。矿体由无数大小不一，含黑钨矿、白钨矿、辉钼矿等的石英脉和部分浸染状白钨矿组成。几乎整个岩株及部分变质砂岩皆遭受矿化，形成一个规模巨大、品位较低、基本完整的矿体[3]。矿区地质构造较简单，断裂构造不发育，多为小断层。细脉型矿体及花岗岩体未经风化，较坚硬完整，裂隙不发育，多为闭合构造原生裂隙，并向深部减弱。矿区含矿体及顶板、底板岩石坚硬，工程地质条件中等。属岩层（带）裂隙不甚发育，富水性较弱。矿体附近无大的地表水体，矿区地下水主要接受大气降水补给，水文地质条件属简单类型。矿区周边属于山区，人员稀少，矿山开发对环境的影响较小。矿石的种类较多，可利用回收元素较多，具有可选性。

1.2 矿体分布特征

矿区地形为中等高度山区，地形陡峻，切割强烈，山坡坡度在30°～40°之间。矿区内矿体出露于海拔+620～+705 m 的四面环山的低凹处，矿体长636 m，平均厚158 m，向下延伸到海拔+242～+340 m 处逐渐尖灭，平均延深为 297 m；走向北东东，倾角为 60°～70°。

根据地质模型统计，截至目前，矿区+400 m 标高以上保有资源量（含已探明的、控制的和推断的）为 1.07×105kt，平均地质品位（WO3质量分数）为0.233%，金属量为248.9 kt。其中，矿区内探明和控制地质储量95 500.8 kt，平均地质品位（WO3质量分数）为0.231%；推断资源量为11 360.0 kt，平均地质品位（WO3质量分数）为0.245%。统计结果表明，矿石资源量主要集中在+680～+400 m 标高之间，品位呈现上富下贫，随深度的加深而逐渐降低。

图1 矿体三维块段地质模型

2 分期开采技术方案

2.1 开采范围

矿区内有细脉型及石英大脉型两种矿体，其中大脉矿体大部分位于细脉矿体中。该矿山历史上进行了较长时间的民采和工业开采，但主要开采黑钨石英大脉型矿体，且大部分集中在矿体南部+641 m标高以上，并基本采尽，但采出矿量只占极少部分；+641 m 标高以下未被开采。矿山目前已取得了+400 m标高以上矿体的开采权。因此，本次分期确定的开采范围为矿区+400 m 标高以上所有剩余资源。

2.2 终了境界确定

矿山经过十余年的开采，技术经济条件相比最初设计建设时已发生变化，其中金属价值的变化尤为明显。结合境界优化实施经验，金属价格对境界选择的影响最为明显，因此有必要按照现有技术经济条件重新确定终了境界的范围。

1）境界优化参数。境界优化采用的技术经济参数见表1。

表1 分期境界优化技术经济参数

2）境界边坡参数。露天终了境界优化采用已完成的“边坡稳定性分析与研究”所推荐的结果见表2。

表2 露天境界边坡分区及边坡角（°）

3）终了境界优化与圈定。按照上述参数，采用MineSight 软件，应用L-G 图论法生成了20 个境界并进行分析，按照净现值最大原则[4]，选择第9 号境界作为最优境界，并以最优境界为基础圈定终了境界。境界内矿石量为70 933.2 kt，WO3平均品位为0.216%，Mo 平均品位为 0.022%，岩石量为 210 518.1 kt，平均剥采比为2.97。

2.3 分期境界确定

目前，矿山按起初设计的一期境界范围实施采剥，一期境界内剩余矿量还可供矿7.7 a。若由一期境界直接向终了境界实施扩帮过渡，上部剥离量将超过1.1×105kt 废石。因扩帮废石量巨大，扩帮过渡期内的生产剥采比较大，且扩帮过渡期持续时间较长，严重影响企业经济效益。推荐在一期境界与终了境界之间再实施分期开采方案，即在两个境界之间确定一期扩帮境界，开采顺序由现在的一期境界过渡至一期扩帮境界，再由一期扩帮境界过渡至终了境界。一期扩帮境界确定还是建立在境界优化的基础上，境界优化的主要依据和技术经济参数均与终了境界保持一致。

1）选取边坡角。一期扩帮境界边坡角的选取，考虑一期扩帮境界为临时境界。按《有色金属采矿设计规范》（GB 50771—2012）要求，分期开采的临时境界不应并段，即每个台阶都要留相应的平台。故一期扩帮境界边坡按3 个台阶1 组，每组由1 个清扫平台和2 个安全平台组成，每2 组（高差72 m）包含1 个15 m 宽和 1 个 20 m 宽的清扫平台，+708 m 标高以上安全平台宽度为8 m，+708 m 标高以下安全平台宽度为4 m，组合形式见图2。如此组合可计算出分期境界边坡角为38°左右。

图2 分期境界边坡组合形式

2）一期扩帮境界优化。结合技经参数和边坡参数生成了一系列嵌套坑，因为扩帮境界是一个开采范围介于一期境界和终了境界之间的临时境界，所以此处不再将“净现值最大”原则作为选择扩帮境界的依据，而是以这些嵌套坑的可采矿量、品位、废石量为基础，结合具体要求来选择一个适合的扩帮境界。

3）一期扩帮境界选择。本文基于矿山现状地表，结合生成的一系列嵌套坑，从中选择合适的一期扩帮境界。选择的依据和原则为：（1）境界内矿石服务年限为20 a 左右。（2）结合钨市场行情，在保证安全的前提下尽量增大边坡角，以减少扩帮期剥离量；但也需考虑目前确定的一期扩帮境界在未来钨市场行情转好时，具备进行增大扩帮剥离的可行性。（3）按当前钨价，原矿经济合理剥采比约为4，所以扩帮过渡期间的生产剥采比不应超过经济合理剥采比，否则企业现金流为负[5]，且扩帮过渡期间供矿能力不应下降。按上述原则，选出3 个扩帮境界方案进行对比分析，见表3。

表3 分期境界方案比选

表3 选取的3 个方案基本都满足服务年限为20 a 左右，且扩帮期过渡期稳产、剥采比小于经济合理剥采比的原则。但综合来看，方案2 更优，服务年限较方案1 更长，可为后续再次扩帮赢得时间。另外，方案2 较方案3 扩帮过渡期剥采比更小，更能保证企业在扩帮过渡期也有盈利。

4）一期扩帮境界圈定。根据选出的一期扩帮境界范围，结合采剥技术参数要求，圈定一期扩帮境界。境界内矿岩总量76 223.7 kt，其中矿石量34 231.2 kt，WO3平均品位为0.223%，岩石量为41 992.5 kt，平均剥采比为1.23，其平面图见图3。

图3 分期境界与终了境界相对关系

2.4 分期开采过渡方案

一期扩帮主要剥离部位为露天扩帮境界内+876～+720 m 台阶，扩帮剥离过渡期安排6 a 完成，每年剥离量保持均衡，为4 100 kt，扩帮剥离过渡期间由一期境界内+720～+600 m 台阶的矿石为选厂供矿。扩帮过渡期之后开采的矿石量主要集中在出入沟口以下，可继续服务15 a，剥离量逐年减少，届时可启动由一期扩帮境界过渡至终了境界的扩帮剥离工作。因此，一期扩帮境界内剩余矿量还可服务15 a，也为一期扩帮境界过渡至终了境界的扩帮留出了足够的时间。通过分期，合理有效地在完全不影响供矿的前提下实现了将终了境界上部废石剥离延后。