某铁矿露天开采方案设计

矿区位于五台山脉北麓，五台山隆断区北部化咀—娘娘会大型倒转向斜北翼之山羊坪复向斜之中。矿体为一厚大连续矿体，矿厚100m～250m，矿带出露长2680m，其中大黑沟矿段780m，出露宽度为46m，平均厚度109.77m，矿体赋存标高1940m～2140m，控制深度66m～80m。矿体倾角50°～60°。矿体埋藏不深，矿床上部祼露于地表。地质储量为1355.4007万t，平均地质品位TF31.07%，矿山设计生产能力为60万t/a。

一、矿区开采技术条件

矿区含矿岩石为致密坚硬，不易风化的磁铁石英岩，稳固性能好。矿体围岩及夹石主要为角闪片岩、绿泥石英片岩、斜长角闪岩等，其未经风化的新鲜岩石皆属致密坚硬的岩石，稳固性能好。上述各类岩石硬度为(10～12)度，极限抗压强度均大于1000kg／cm²，按工程地质勘察规范可定为第二类块状岩石。据其地形、地貌，区内多形成陡坡、峭壁，且区内无大的断裂构造，矿体厚度大，连续性较好。故矿区工程地质条件属简单型。矿石及围岩机械物理性质见表1。

二、方案设计

（一）露天开采境界圈定

露天采场最终边坡角的确定：设计参考类似矿山的资料并参考矿山开采技术条件、最终边坡高度、开采工艺后确定露天采场的最终边坡角按50°设计。

开采深度的确定：开采深度主要参考矿山经济合理剥采比、矿体的勘探程度和圈定的矿量多少后确定。由于矿山勘探程度低，所以圈定露天开采境界主要圈定122b、333级矿体，本次圈定的矿量在15左右年的开采矿量范围内。经计算矿山经济合理剥采比为5t／t(4.1m³／m³)。

经圈定后确定矿山3线至1线最低开采水平为1920m水平，0线至2线最低开采水平为l980m。4线最低开采水平为2000m水平。

采矿阶段高度为5m，到最终露天开采境界时二个采矿阶段并段，最终阶段高度为10m，安全平台宽度为5m，阶段坡面角为70°；最高采矿水平2120m阶段，最低采矿水平为1920m阶段，最高剥岩水平为2190m阶段，露天边坡最大高度为230m。

（二）开拓运输方式

据《设计委托书》要求，矿山生产规模为60万t／a，年采剥总量为95万t。露天开采矿石量1335.4007万t，按矿石回收率95％，贫化率5％，计算可采出矿石1335.4007万t。按生产规模60万／a计算，矿山服务年限为23年。其中稳产期22年，每年生产矿石60万t，减产期1年，年生产矿石15.4万t。

根据矿山目前的现有条件，矿山可采用的开拓方式有两种：公路开拓运输方式和平硐溜井与公路联合开拓运输方式。

公路开拓运输方式：运输线路布置在露天采场外，通过支线与采场工作面相连，运输公路按三级道路、双向行车设计，线路最大合成坡度值小于9％，连续1 km线路平均坡度不大于6.5％。

平硐溜井与公路联合开拓运输方式：本方案平1900m标高，平硐长780m，平硐断面为5m×5m，溜井断面为φ3m，平硐采用汽车运输，采出矿石从溜井下放至1900m水平，再从平硐运出地表。剥离的岩石采用汽车直接运输到废石场。随山坡地形从里向外设4个溜井，溜井总长度500m，其中最长的一条溜井长200m。并且同样需要布置上山公路通向露天采场的最上一个工作平台。

使用平硐溜井与公路联合开拓的基建投资明显比公路开拓大的多，因此使用平硐溜井与公路联合开拓运输方式减少的运输距离，降低运输成本，由于矿山基建资金紧张，也不计划为露天采场供电，最终确定采用公路开拓。

（三）采矿方法设计

按照常规设计，露天开采一般由上向下开采。对本矿山来说，存在以下两个问题：

1、由上向下开采需要修建上山公路到最上一个工作平台2190m标高。高差270m，按6.5％

平均坡度计算，干线运输公路约4200m，加上通向开采作业面的支线公路，总长度约6000多m，投资较大，矿山基建投资难以满足。

2、修建运输公路，需要申请征用土地，由于矿区所处山坡为林地，种植有不少的小树，向林业部门申请占地砍伐非常困难。

由于目前简易运输公路已修到1920m标高，稍加改造即可利用。为了减少矿山的基建剥离量，减小生产剥采比，经研究后确定，决定打破常规设计思路，采用组合台阶式陡帮开采工艺，为由低向高开计采。矿山的首采位置l920m～2000m。全矿共分为4个倾斜的陡帮开采作业条带，陡帮开采工艺参数为：根据矿体的位置开采作业条带基本上沿地形走向布置，组合台阶一次推进宽度既条带宽度约100m左右，台阶安全平台宽度5 m，组合台阶作业平台最小宽度为25m～30m，组合台阶由8～10台阶组成，每个台阶的高度为5m，组合台阶的总高度40m～50m。

运输公路在露天采场内布置，采用移动坑线，推进到底盘后布置在露天边帮上，解决了占地及砍伐树木的难题。

由于矿山的投资紧张，所以采用人工浅孔凿岩机进行凿岩，采用孔径为42mm的7655型浅孔岩机凿岩，炮孔孔径为42mm；装载时采用挖掘机，运输使用汽车运输；采矿与剥离分层高度为5m，台阶坡面角为700。采用人工浅孔凿岩，凿下向900垂直孔，炮孔采用间距为(0．8～l×0．8～1)m三角形布置，炮孔超深0.2m，炮孔填塞长度不低于0.5m，采取导爆管微差爆破技术进行爆破。

露天开采主要技术经济指标为：

（1）工作面长度：(200～300)m；

（2）最小工作平台宽度：(20～30)m；

（3）采矿分层高度：5m；

（4）采矿阶段边坡角：70°；

（5）最终边坡角：50°；

（6）炮孔直径：φ=42mm；

（7）炮孔爆破网度：(0.8～1)m×(0.8～1)m(行距×间距)；

（8）爆破安全警戒距离：300m；

（9）爆破延米爆破量：3.0t／m；

（10）爆破炮孔填塞最小量：0.5m；

（11）浅孔爆破炮孔超深：0.2m；

（12）露天采矿贫化率：5％；

（13）露天采矿损失率：5％；

（14）露天采矿大块率：1％；

（15）采出矿石品位：32.94％；

（16）露天采场内矿石总量1355.4万t

（17）露天采场内剥岩总量552.6万t

（18）露天采场平均剥采比0.41t／t。

由下向上下开采方案，基建终了在1920～950m之间形成一个采矿的组合台阶，以后逐渐向上形成采矿组合台阶。投产时1台挖掘机采矿，1台挖掘机进行新水平的采准工作，采矿规模60万t／a。初期生产剥采比为0，以后由小到大逐渐增加到0.58t／t。按设计开采方案进行露天开采，各分层采矿量及剥岩量见表2。

采用组合台阶开采工艺，由低向高开采后，显著的降低了矿山的基建剥岩量和生产剥采比，取得了良好的经济效益。

三、结论

山西代县洪剑铁矿由于基建投资少，向林业部门征地砍伐林木困难，按照常规设计思路，由上向下开采困难。通过现场勘察和设计方法的研究，打破露天开采设计常规，采用组合台阶式陡帮开采工艺，由低向高开采，解决了矿山基建投资少和砍伐林木困难的实际问题。目前该露天矿山生产正常，已经达到60万t的设计生产能力，该矿山的设计思路可为类似露天矿山的设计提供可以借鉴的经验。