露天坑固定帮台阶挂帮矿石倒采法实践

2022-11-04谢代洪

现代矿业 2022年10期

谢代洪

（攀钢集团矿业有限公司朱兰铁矿）

兰山露天采场南帮10#～19#勘探线、1 420～1 210 m标高固定帮台阶上，约有288万t高品位（平均地质品位38%）、好磨好选的挂帮矿石，该部位矿石由于所处位置较高，固定帮边坡因局部台阶滑落，无完整的平台和内外联络运输道路，如果按常规的从上往下的开采方式进行挂帮矿回采，需要修建外部运输道路，修建道路的填方工程量大，费用高，时间长。如果不及时回收该部位的挂帮矿石，将会被内排土岩石覆盖而永久损失，造成矿产资源浪费。加之受兰山采场内排土作业的影响，越晚回收固定帮台阶挂帮矿石，回收的矿石资源量会大大减少，失去回收挂帮矿石的价值和意义。目前，兰山露天采场正在进行内排土作业，前期内排土工艺采用汽车运输从低水平往高水平形成排土平台进行排土作业。利用兰山露天采场作为内排土场的有利时机，从内排场修建运输道路到回收的固定帮台阶，采用倒采法对挂帮矿石进行快速、高效、安全地回收［1-4］。

1 矿山概况

朱兰铁矿露天采场设计生产能力为1 500万t/a，采场封闭圈标高1 270 m。以89#勘探线为界，分为兰山采场和朱家包包采场，以西为兰山采场，露天底标高为1 150 m；以东为朱家包包采场，露天底标高为1 042 m。目前，兰山采场有1 180～1 165 m、1 165～1 150 m共2个生产台阶，在2022年将结束开采；朱家包包采场有1 165～1 150 m、1 150～1 135 m、1 135～1 120 m、1 120～1 105 m共4个生产台阶。在朱家包包采场东北帮正在实施扩帮工程，延长矿山服务年限。

1.1 兰山采场现状

兰山采场最高开采标高为1 780 m，露天底标高为1 150 m，1 195 m水平以上已按设计全部靠固定帮，台阶高度为15 m，台阶坡面角为65°，安全平台宽度为8～10 m，露天采场将于2022年开采结束闭坑。露天靠帮台阶挂帮矿回收区内1 270 m水平平台宽度为17 m，1 255 m水平平台宽8 m，1 240 m水平平台宽14 m，1 225 m水平平台宽10 m。兰山采场已处于靠帮范围内，由于受岩层地质结构影响，多数台阶边坡有局部垮塌，没有完整的平台。在兰山采场上盘西南帮部位，原观礼台下方发生的大面积滑坡，滑坡体总高度为286 m，中断了进出兰山采场各平台之间的联络运输通道，目前处于稳定状态。

1.2 兰山采场南帮边坡地质结构特征

边坡岩组主要由大理岩、角闪片岩、细粒辉长岩、铁矿石构成，边坡倾向310°～330°，最终边坡角47.5°～49.9°，边坡形状为直线型。最高人工坡高630m。矿区构造主要有辉长岩体原生层状构造、断层及节理，其中断裂构造对矿体影响和破坏最大。

兰山采场断裂构造发育，皆为成矿后断层，有北东东向、北东向、南北向、北西向4组，回采区主要出露以F208、F211、F222、F223断层为主。

兰山南帮边坡1 420 m水平以下主要由铁矿石岩组构成，铁矿石岩组呈层状、似层状产出，为Ⅸ矿体，在空气中容易氧化成碎裂结构。

1.3 东北帮扩帮工程与兰山露天采场的关系

东北帮扩帮工程是在朱家包包采场矿权范围内，对原境界的北帮和东端帮进行扩帮，扩帮范围内剥离岩石量11 850万t，全部运往兰山采场进行排弃。兰山采场作为东北帮扩帮工程内排土场，排土范围位于7#～19#勘探线，采用汽车—推土机排土工艺，排土段高75 m，分为1 525，1 450，1 375，1 300，1 225 m共5个排土平台，最高排土水平1 525 m，内排土最低水平为1 150 m，内排土场总段高375 m。扩帮工程与兰山采场内排土场平均距离为2 500 m。

目前兰山采场正进行东北帮扩帮工程内排土作业，采用从低水平向高水平逐步排土形成各排土作业水平，P11线以西露天坑底废石回填至1 220 m水平。

固定帮台阶挂帮矿回收位于1 270～1 210 m水平，与兰山采场内排土作业水平高度相差不大，为回收挂帮矿石修建运输道路提供了有利条件。兰山采场、朱家包包采场、扩帮区域及内排土场相互关系见图1。

2 靠帮台阶挂帮矿回收工艺设计

2.1 回收方案的选取

根据兰山采场南帮露天靠帮台阶矿石分布区域、内排土场作业与回收区域的相互关系、矿石回收区的现状条件，提出2种回收方案：一是从上往下逐台阶顺采回收方案，二是从下往上逐台阶倒采回收方案。

2.1.1 顺采回收方案

固定帮台阶矿石回收位于10#～19#勘探线、开采标高为1 270～1 210 m，回收顺序为先回收1 270～1 255 m台阶矿石，再依次从上往下对1 255，1 240，1 225 m水平逐个台阶进行矿石回收。

2.1.1.1 回收区矿岩量的计算

回采境界主要是充分利用1 270 m靠帮宽平台，同时通过提高台阶坡面角释放1 270 m以下空间进行回采兰山采场南帮1 270 m平台压制的下部挂帮矿体，回采区域长约300 m，回采标高为1 220～1 270 m，回采总高度为50 m，各台阶之间留设3 m宽安全平台，台阶坡面角为75°。回采境界圈入矿岩总量为103.55万t，其中矿石84.64万t，平均地质品位TFe31.88%，岩石量15.53万t，平均剥采比为0.22。回采区域各分层矿岩量见表1。

2.1.1.2 方案优缺点

该回收方案回收区域内回收矿石量较大，约85万t，从现场条件来看有如下缺点：

（1）1 270 m水平东西两侧平台局部塌方无运输通道，作业设备不能到达现场，无法及时进行回收作业。

（2）目前，兰山采场内排土场的最低作业水平为1 220 m水平，由兰山采场北帮修筑运输道路到南帮1 270 m水平，按10%的道路坡度，需要作500 m长的运输道路。

（3）用内排土物料修筑运输道路时，降低内排土作业效率，影响扩帮工程进度。

（4）从上往下回收矿石，不能对回收区域及时进行压坡脚回填，容易引起回收区边坡失稳和边坡安全事故。

（5）从上往下对回收矿石进行倒方，倒方段高大（最高达60 m），容易产生滚石飞溅，安全风险高。

（6）多次倒方容易造成回收矿石的损失和贫化，同时增加倒方费用。

2.1.2 倒采回收方案

回收区域与方案一相同，回收顺序为先回收最低台阶1 210～1 225 m的矿石，回收完后及时用内排土物料对回收区进行压坡脚回填，然后依次逐台阶从下往上对1 240，1 255，1 270 m水平进行矿石回收，并及时回填，完成挂帮矿回收作业。

2.1.2.1 回收区矿岩量计算

回收区范围与方案一相同，为保证钻机作业空间，各台阶之间留设3 m宽安全平台，台阶坡面角为85°。回采境界圈入矿岩总量48.58万t，其中矿石38.5万t，平均地质品位TFe32.46%，剥离岩石量10.08万t，平均剥采比为0.26 t/t。回采区域各分层矿岩量见表2。

2.1.2.2 方案优缺点

该方案回收矿石较少，约为39万t，与方案一相比，相同区域内回收矿石为方案一的45%。但从回收区作业现状条件和安全方面存在如下优点：

（1）结合内排土作业，可及时对各水平矿石进行回收。

（2）各台阶矿石回收完后，可及时对回收区进行内排土压坡脚回填，降低了对边坡稳定性的影响。

（3）各台阶矿石爆破后可及时运走，不存在倒方，减少了倒方费用。

（4）回收各台阶矿石，不用单独作各水平的运输道路，减少回收作业对内排土作业的影响，对扩帮工程影响小。

（5）降低了回收矿石的损失与贫化。

2.1.3 回收方案确定

兰山采场南帮靠帮台阶挂帮矿石回收区域，存在人工边坡高（630 m），地质结构较复杂，局部台阶有垮塌和浮石。不管采用方案一或方案二，都增大了局部边坡的边坡角，对边坡的稳定性产生了一定影响，因此在高陡边坡下回收挂帮矿作业，安全是第一要素。从方案一和方案二的对比分析来看，方案一虽然回收的矿石量较多，但存在的安全风险明显比方案二高，因此选择方案二进行施工。

2.2 挂帮矿回收工艺

先回收1 210～1 225 m台阶挂帮矿石，回收完后依次回收1 225～1 240 m、1 240～1 255 m台阶，最后回收1 255～1 270 m台阶。

2.2.1 挂帮矿回收主要步骤

为确保挂帮矿回收作业安全，必须在雨季前完成回收工作，回收工艺主要步骤：①根据回收部位提前调整内排土作业计划，为回收挂帮矿石修建联络道路作准备；②用内排土物料堆排1 220～1 225 m水平的运输通道，为回收作业设备创造条件；③钻机按设计参数穿主爆孔和预裂孔；④按爆破设计进行爆破施工并起爆；⑤现场地质人员确认矿岩分界；⑥用液压挖掘机将矿石倒方到1 210 m水平，并将矿石装运到指定的临时堆存点堆存；⑦岩石直接倒方到与1 210 m水平内排土的相邻区域；⑧矿石回收完后，及时对回收区进行内排土压坡脚回填，堆排至1 225 m水平，完成1 210～1 225 m水平台阶的回收作业。其他台阶的回收过程相同。

2.2.2 爆破参数选取

兰山南帮挂帮矿石回采台阶高度为15 m，爆破作业平台宽度为10～40 m。主爆区钻孔采用孔径为165 mm的RL8钻机，炸药单耗0.65 kg/m3；边坡孔采用孔径为100 mm的351钻机，边坡孔孔距为900mm。单个爆区总药量控制在10 t之内，最大单响药量不大于300 kg。主爆孔和辅助孔采用间隔分层装药，起爆方式采用逐孔分层微差起爆，预裂孔采取分段微差起爆。