庙沟铁矿南帮二次扩帮方案优化研究

许雁超 禹朝群 白桂秋

(1.河钢集团矿业有限公司庙沟铁矿，河北 秦皇岛 066501；2.河钢集团矿业公司矿山设计院，河北 唐山063700；3.河钢集团矿业有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

庙沟铁矿始建于1987年，设计生产规模为22×104t/a，后经2010年扩产能改造后，采矿生产能力达到300×104t/a，目前露天采场纵向已开采至372 m水平，采坑采场长约1 380 m，宽约600 m。西帮420 m以上台阶已经靠近最终境界；南帮已扩帮已至492 m水平台阶，北部444 m水平以上台阶已经靠近最终境界[1]。采场北部小斜坡道工程主要开拓工程已完成，上部覆盖层已形成，现在正在进行采区首采地段采切工程。按目前采场结存矿量情况，预计矿山露天开采2021年9月底基本结束，2020年至2022年矿山供矿量严重不足。本次研究针对南帮挂帮矿资源，提出两种扩帮方案并进行优化探讨。

1 矿体开采技术条件

1.1 水文地质条件

1)露天采坑涌水来源。露天采坑涌水主要来源于大气降雨，潜水入渗及脉状裂隙水，部分大气降雨入渗形成潜流，以径流方式向排至采坑；采场西南两侧终年有第四系孔隙水，水量随着雨季结束逐渐变少。冬季在采场边坡可形成冰溜，采场涌水量大小与大气降水密切相关。

2)矿体围岩富水性。设计范围内矿体矿石矿物主要为磁铁石英岩，矿体围岩主要由角闪黑云变粒岩及花岗岩组成。矿体岩结构致密，节理裂隙不发育，含水较少，透水性较差，称为相对隔水层。

总之，该矿区水文地质条件比较简单。

1.2 工程地质条件

矿区内以块状岩为主，山间沟谷分布比较薄的第四纪砂、砾石夹亚粘土松散岩类，其厚度0～5 m；第7勘探线以北地表为变质岩类的强风化带，属散体结构和碎裂结构，其风化深度一般小于50 m。矿石与围岩岩石坚硬致密，稳定性较好。F1、F2断层带及片理化挤压带属散体结构，稳定性比较差；设计范围内岩矿石抗压、抗剪、抗拉强度较大，均属于坚硬岩类。局部地段受构造断层影响，岩石破碎比较强烈。设计范围内矿岩力学性质见表1。

表1 矿区内矿岩力学性质

综上所述，矿区内工程地质条件属简单类型。

1.3 环境地质条件

矿区地势南高北低，地形陡坡度大。南部受北东向构造体系和响山岩体的影响，山峦起伏，风化侵蚀切割强烈，多为隆起的低中山地貌特征。北部属低山分布区，大部为圆顶山，山势比较平缓，起伏不算大。矿区地形比较陡，一般地形坡度为40°～60°，部分地段大于80°，对降雨排泄十分有利。矿区侵蚀基准面最低标高492.4 m，位于矿区东角沟底，采坑不能自然排水。矿区周围植被发育，空气清新，环境质量较好,但人工堆积地段植被破坏严重，对矿区环境造成一定影响。总之,矿体开采对环境影响不大。综上所述，矿区内环境地质条件比较简单。

2 挂帮矿资源条件

依据《河北省青龙满族自治县河北钢铁集团矿业有限公司庙沟铁矿资源储量核实报告(扩界)》和2012年《河北钢铁集团矿业有限公司庙沟铁矿露天扩帮工程初步设计》资料情况。本方案设计采用水平断面法对露天采场范围以外南帮396 m以上的挂帮矿资源进行统计，结果为庙沟铁矿南帮396 m以上新增的挂帮矿资源量(122b+333)74.09万t，各台阶新增挂帮矿矿产资源/储量见表2。

表2 庙沟铁矿南帮挂帮矿设计核实矿产资源/储量

3 扩帮方案优化探讨

根据采场现状，南帮正在进行加紧扩帮，已扩至492 m水平，扩帮平台宽度20～50 m。为确保露天开采结束后井下排水安全，在564 m水平有一排洪沟。在采场南端帮两侧为箭杆沟和冰沟，箭杆沟和冰沟均在南端帮附近沟口设置有重要的截洪坝和排洪渠防洪工程，两个截洪坝的坝顶标高在604 m和628 m。采场南端箭杆沟和冰沟的截洪坝和截洪沟工程对采场井下开采至关重要，不能破坏。采场南端帮地表为一个陡崖，680 m标高以上的自然地形最大角度为62°，地形十分陡峭，向南扩帮幅度不宜过大[2]。

根据采场的受限情况，按采场南端帮二次扩帮是否破坏564 m水平截洪沟情况，分两种方案:方案一,不破坏564 m截洪沟二次扩帮方案；方案二,二次扩帮破坏564 m水平截洪沟工程，后期再重建截洪沟方案。

3.1 扩帮方案一

3.1.1 扩帮方式及范围

南帮二次扩帮考虑到南端帮边坡的稳定性及防洪工程的安全，扩帮设计仍采用露天开采方式[3]。

此方案是在保持564 m水平排洪沟不动的基础上，对原扩帮工程境界进行优化，由于矿山即将露天开采结束，通过对540 m水平以下台阶宽度优化，尽可能多地回收南帮的资源。即此方案扩帮范围在南帮当前564～396 m台阶间。

3.1.2 开拓运输

此方案采用露天扩帮留设最小安全平台方式回收部分矿石，利用布置在采场下盘的开拓运输道路，通过已有的各安全平台出入设备、材料，后退式回收矿石。

在南帮各帮开采至最终境界位置后，通过清理调整并段后的安全平台，使其具备行走采场穿孔及铲装运输等设备的道路条件。利用布置在采场下盘的开拓运输道路及并段后的安全平台，进行设备、材料出入。上一并段台阶安全平台作为穿孔、爆破作业平台，下一并段台阶安全平台作为出矿、运输设备的作业平台，通过并段后的安全平台及下盘运输公路运出矿石，采用后退式回收矿石。为保证下部台阶的生产安全，各最小安全平台宽度不小于5 m。

按照当前的生产现状，需在528 m增加运输道路，运输道路路面宽8 m，长度100 m，平均坡度12%。

3.1.3 采矿方法与工艺

采用露天矿常规采剥工艺和设备，设计开采阶段高度12 m，设计安全台阶宽度为5～8 m，设计最终境界每2个阶段并段，设计并段后阶段高度为24 m，每2个并段台阶布置一清扫台阶，设计清扫台阶宽度8m，设计最终境界台阶坡面角65°。调整南端帮总体帮坡角52°。

南帮扩帮为高陡边帮开采，采用预裂爆破等控制爆破技术，调整爆破参数，降低爆破震动对边坡的稳定性及周边环境的影响。

设计主体采用1台KQ-120A型潜孔钻机穿中深孔，在平台局部宽度大于20 m的区域采用1台250 mm牙轮钻机辅助穿中深孔。炸药采用乳化炸药和铵油炸药炸药爆破崩落矿岩，非电导爆管爆破，1台2 m3挖掘机装载矿岩，运输采用3台20 t自卸汽车。

此方案设计利用的资源储量14.8×104t(包括低品位矿)，平均品位TFe29.30%，mFe24.27%。设计确定扩帮矿石损失率为10%，废石混入率为12%，贫化率为9%。采出矿石品位：TFe26.66%，mFe22.09%。

3.1.4 扩帮工程量及工期

为保证564 m水平的水渠安全，540 m台阶必须留设足够安全平台，所以从540 m水平台阶开始扩帮回收矿石，从540 m水平至396 m水平台阶扩帮工程量为79万t，其中矿石14.8万t，岩石64.2万t，平均剥采比4.34 t/t。

由于临近边坡扩帮作业，空间狭小，适宜采用小型设备进行穿孔、铲装和运输，设备效率低，扩帮生产能力受限，经计算南帮挂帮矿回采时间约4个月，平均每月可出矿3.7万t。

3.1.5 扩帮费用

根据方案一的扩帮工程量79万t，同时需修建开拓道路100 m，此方案扩帮费用估算为840万元。

3.2 扩帮方案二

3.2.1 扩帮方式及范围

南帮二次扩帮考虑到南端帮边坡的稳定性及防洪工程的安全，设计扩帮亦采用露天开采方式[3]。受地形和防洪工程限制，扩帮范围不宜过大，南帮扩帮的最高标高维持在当前坡顶的685 m，最高平台为660 m，范围控制在12E线以南。564 m平台向南移0～25 m。

3.2.2 开拓运输

此次扩帮除了在636 m水平需从采场南端帮截洪坝处修一段开拓公路，路面宽度8 m，长63 m，其余水平大致与原设计的开采水平相连，可以直接利用原来的平台道路运输。

考虑到564 m水平以上新增挂帮矿资源很多，564 m水平需要外扩，破坏了原有的泄洪沟。考虑到覆盖层形成之前，露天生产还在持续进行，依然有二次截洪的需要，564 m水平的泄洪沟随扩帮重新移设，需重建截洪沟长度308 m。

3.2.3 采矿方法和工艺

采用露天矿常规采剥工艺和设备，设计开采阶段高度12 m，设计安全台阶宽度为6～12 m，设计最终境界每2个阶段并段，并段后阶段高度为24 m，每隔2个并段台阶布置一清扫台阶，清扫台阶宽度10～12 m，最终境界台阶坡面角65°。

根据本矿山现有边坡实践经验和东北大学《庙沟铁矿露天矿边坡稳定性评价研究》[4]，设计确定扩帮后南端帮最终露天边坡角为仍为52°。

南帮扩帮为高陡边帮开采，适合采用预裂爆破等控制爆破技术，调整爆破参数，减少爆破震动对边坡的稳定性及周边环境的影响。

设计主体采用1台KQ-120A型潜孔钻机穿中深孔，在平台局部宽度大于20 m的区域采用1台250 mm牙轮钻机辅助穿中深孔。炸药采用乳化炸药和铵油炸药炸药爆破崩落矿岩，非电导爆管爆破，1台2 m3挖掘机装载矿岩，采用6台20 t自卸汽车运输。

本方案设计利用的资源储量62.2×104t(包括低品位矿)，TFe平均品位29.30%，mFe24.27%。设计确定扩帮矿石损失率为10%，设计废石混入率为12%，设计贫化率为9%。设计采出矿石品位：TFe为26.66%，mFe为22.09%。

3.2.4 扩帮工程量及工期

根据方案二确定的扩帮范围和圈定的台阶参数条件，此方案二次扩帮工程自636～396 m水平总体扩帮工程量157.7万t，其中矿石量62.2万t，岩石量95.5万t，平均剥采比1.54 t/t。由于此方案涉及采场南帮564 m水平截洪沟南移的问题，需在二次扩帮564 m水平到位后，重建截洪沟长度约308 m，规格和尺寸不低于原排洪沟工程。

此扩帮方案自上而下削坡高度达240 m，边坡陡，作业空间狭小，削帮生产能力受限，同时开采受露天开采规模的限制，整体露天开采规模。经估算，此方案南帮二次扩帮回采时间约15个月，平均每月可出矿4.1万t。

3.2.5 扩帮费用

根据此方案的扩帮工程量157.7万t，同时需修建开拓道路63.2 m，同时后期在564 m水平扩帮到位后，重新对564 m水平二次截洪沟建设308 m，此方案扩帮费用估算为1 707万。

4 结语

方案一工程量小，费用低，对矿山维持正常露天生产规模影响不大，设计采出矿石量14.8万t有保障，可行性较强；方案二工程量大，扩帮台阶高度超过240 m，涉及生产台阶20个以上，单台阶平均矿量仅3 万t左右，扩帮总体高差大，工期长，对露天正常扩帮生产影响较大，不利于露天采场生产规模的稳定，同时造成截洪沟重复建设，492 m以上矿体圈定的45.4万t矿石量无法保证，易造成露天矿石供应接续不上，安全隐患较高，可行性一般。

综上，采用方案一进行开采设计，更有利于短时间内弥补庙沟铁矿露天转井下资源不足。