某露天铁矿内排土与境界优化方案对比

吕艳奎

(北京华夏建龙矿业科技有限公司)

某露天铁矿内排土与境界优化方案对比

吕艳奎

(北京华夏建龙矿业科技有限公司)

为解决某矿当前面临的外排岩量受限和生产成本较高的问题，对内排土与境界优化2种方案进行了初步规划和技术比较，最终选择境界优化方案并重新编排采剥生产计划，结果不仅可降低生产剥采比，同时也避免超剥，有效降低了生产成本，减少了外排岩量。

内排土 境界优化 经济合理剥采比

某超贫低钒钛磁铁矿位于承德市滦平县境内，为露天台阶式开采，使用公路运输开拓方式，工作线纵向布置，台阶高15 m，年采剥总量约3 000万t，其中剥岩量约1 100万t，目前开采最低标高为 +525 m水平。采区主矿体为Fe4#矿体，为单斜层状，矿体走向90°，倾向180°，倾角为68°～82°，为厚层状矿体。矿体埋深为0～625.4 m，走向长 1 837.3 m，宽177.7～527.4 m，倾斜延深450～ 648 m，最小厚度为102 m，最大厚度为499.84 m，平均厚300.92 m，平均品位为TFe16.46%、mFe7.07%。由于该矿周边矿权相对较多，导致矿山外排土场规模有限，且排土成本较高，内排土与境界优化从理论上可以解决上述问题，为此，对2种方案进行初步规划设计并对比，以找到更为合理的解决措施，为下一步方案确定与实施提供依据。

1 原采矿初步设计

原采矿初步设计以Fe4#矿体为设计对象，在铁精矿预估售价880元/t、经济合理剥采比2.67 t/t的前提下进行露天境界设计，主要参数开采终了时台阶坡面角为65°，台阶高15 m，安全平台不小于5 m，每隔2个台阶设一宽不小于10 m的清扫平台，主运输道路面宽20 m，采场上口尺寸为1 912 m× 1 181 m(长×宽)，下口尺寸为225 m×75 m(长×宽)，最终境界边坡角为24°～44°，边坡最高标高为826.5 m，采场封闭圈标高为535 m，露天底标高为235 m，矿石量为4.56亿t，境界内平均剥采比为0.47 t/t。最终境界设计见图1。

2 内排土方案规划

露天矿排土场分内部排土场和外部排土场，内部排土场即为剥离物堆放在露天采场境界以内的排土场，较外部排土场具有运距短、生产成本低等特点[1]，一般适合于埋藏较浅、分布范围较大、近水平或缓倾斜矿体的露天开采，也适用于一个采场内有2个不同标高底平面的矿山，或经合理安排开采顺序后也可实现部分内排[2]。根据矿体赋存状态和生产条件，通过调整开采顺序，在境界西侧端部实现部分内排。

图1 最终境界设计

结合该矿生产现状(分期开采)，在境界西侧端部堆放部分剥离岩石，待采场东侧端部采完后将所堆岩石倒运，再开采西侧压覆矿石，同时为满足生产能力要求，需将目前工作线纵向布置改为横向布置，且由中间沿走向向两侧推进。内排土区域位置见图2。+525 m标高以上排岩与压矿剖面见图3。

图2 内排土区域位置

图3 +525 m标高以上排岩与压矿剖面

结合平、剖面图，用同样方法对不同标高所排岩量与压覆矿量进行计算，其结果见表1。

表1 所排岩量与压覆矿量情况

由表1可知，+525～+425 m水平标高下降100 m，所排岩量增加了近1 300万t，压覆矿量减少近800万t，可见排岩底部标高越低，所排岩量越多，而压覆矿量越少，越有利于内排工作的开展。

但同时，若排岩底部标高选择在+425 m水平，对于解决当前生产问题存在以下不足：①达到内排条件所需的时间较长，根据原设计中分层矿岩量表+525～+425 m水平矿量约为1.63亿t，按目前开采规模尚需约8 a，短时间内不能缓解外排土场压力和降低生产成本；②当+425 m水平具备内排条件时，境界内剩余岩量约为700万t，整个境界内剥岩工作已接近尾声，基本失去内排土意义。因此，将排岩底部标高选择在+525 m水平较为适宜。

3 境界优化方案规划

作为露天开采境界设计的主要依据，经济合理剥采比是指露天开采单位矿石量与经济上允许的最大剥岩量的比值[3]。随着一定时期内铁精矿市场预估售价的变化，经济合理剥采比会发生变化，由此开采境界也需要重新优化以满足企业生产的需要[4-5]。根据开采现状，先对采场北部境界进行局部优化以降低近期生产剥采比[6]，同时减少外排岩量。

由于该矿在开采过程中采用分期开采，故此次境界优化方案实质是在确保分期内生产剥采比满足经济与生产技术要求的前提下，结合生产现状对采场北部进行收缩境界，其他部位随着开采与经济形势的变化再进行逐步优化。为此，结合市场铁精矿售价对经济合理剥采比进行重新计算，并根据计算结果对开采最终境界进行圈定与修正。局部境界优化方案采用价格法并在计算时考虑一定的利润指标，经济合理剥采比计算公式为

(1)

式中，Nj为经济合理剥采比，t/t；A为铁精矿售价，650元/t；a为露天开采吨矿石采矿费用，13元/t；b为露天开采吨矿石选矿费用，21.5元/t；e为利润指标，25元/t；r为综合选比，14.5 t/t；c为剥岩成本,11.5元/t。

计算得出Nj=0.75 t/t。

依据上述计算结果及初步优化设想，对8～24线北部境界进行收缩优化。优化过程中，主要依据为生产现状平面图、各线剖面图及下一五年分期内的采矿量要求，主要设计参数沿用原设计参数，主要优化方法使用试错法[7]，并利用垂直平行断面法分别计算优化前后矿岩量，粗略编排年度采剥计划以进行合理性求证。经过反复试算后，得到境界优化结果，见图4。16线典型剖面见图5。

从以上两次的实测结果可知，水温梯度测试结果基本一致。兰考豫11井水温整体呈现正增长变化，但在180～200 m的深度区间，存在一个温度变化转折的区间。结合相关的水文地质资料，很可能在这个区间存在一个含水层，含水层中的低温水渗入到了观测井内部，造成温度突降。为了进一步检验该结论，排除地震前兆异常，开展实验二。

图4 境界优化结果

图5 境界优化16线剖面

将采场境界修正后，对采场下一分期内编排了季度采剥计划，其最大生产剥采比为0.4 t/t，对目前及下一阶段市场预估形势经济可行。收缩境界后影响的原设计境界内的矿岩量见表2。

表2 收缩最终境界损失矿量与减少岩量 万t

收缩境界位置损失矿量减少剥岩量8～12线579.52355.5312～16线643.77550.4916～20线526.18583.5620～24线359.42426.87合计2108.891916.46

由表2可知，通过优化后，减少剥岩量与损失矿量之比为0.91，换言之，若开采至原设计最终境界，生产剥采比要比当前的0.58t/t还要高，对目前生产形势是不利的，而若开采至收缩优化后境界，则下一分期生产剥采比可以控制在0.4t/t以下，保持同等供矿规模可减少年剥岩量340万t以上，缓解了外部排土场当前的排土压力，同时还节约采矿生产年投入资金3 910万元以上。

4 方案比选

内排土与境界优化方案在一定时期内均符合缓解外排土场排土压力及降低当期生产成本的要求，但内排土方案+525m标高以上排岩，排岩量为406万t,而压覆矿量达到5 110万t，为1∶12.6，从表1可以看出，排岩底部标高越低，所排岩量越大而压覆矿量越少，但需要推迟排岩时间，则不能解决目前问题；而优化境界后减少剥岩量1 916万t，损失矿量 2 109万t，由此两方案相比具有以下特点：

(1)降低生产成本方面，内排土方案仅缩短了排岩运距，降低了采矿生产成本1.2元/t；境界优化方案则可直接降低生产剥采比，降低矿石生产成本2.07元/t以上。

(2)生产管理方面，内排土方案由于影响下部开采范围，为保证生产能力，需将目前工作线横向布置方式改为纵向布置，且由矿体中间沿走向向两端推进，同时生产台阶增多，增加现场管理难度；境界优化方案则无需改变工作线布置方式，生产管理相对简单。

(3)开采境界影响方面，境界优化是直接根据当前及下一时段的市场预估对开采最终境界的修正，避免超剥造成不经济行为，同时也可随着市场的变化逐次进行调整，以保证生产运营活动得以持续。

综上所述，为达到降低当期生产成本和缓解外排土场库容压力的目的，选择按当前市场形势对开采境界，特别是剥岩地点靠近原设计境界的部位进行优化收缩的方案作为下一步首选技术方案进行设计、实施。

5 结 语

通过内排土与境界优化2种方案的对比分析，最终选择境界优化方案，通过对采场即将采至原设计境界的北部重新编排采剥计划，不仅降低了生产剥采比，也避免了超剥，达到了降低生产成本和减少外排岩量的目的。同时，为其他露天矿山在应对严峻经济形势下，制定降本增效技术措施时提出几点建议：

(1)内排土技术可以降低生产成本，但有很高的应用条件，必须确定适用后方可使用，避免造成矿量损失，甚至后期成本增加。

(2)露天矿进行分期开采时，除考虑5a分期外，还可进一步缩短分期年限，以避免或减少剥岩资金的提前投入，体现资金的时间价值。

(3)充分考虑经济因素影响，对开采境界进行及时优化，保证开采过程中的经济合理性，避免超剥现象的发生。

(4)不仅可对整个开采境界进行优化，也可对局部开采境界进行优化，但需要坚持局部与整体协调、短期与中长期兼顾的原则。

[1] 高 鹏．深凹露天矿实现内部排土提高经济效益[J]．露天采矿技术，2007(5)：7-8．

[2] 胡军尚．露天矿内排土技术在姑山铁矿的应用[J]．金属矿山，2009(10)：42-44．

[3] 黄 勇，胡庆雄，赵兴宽．多种因素变化的露天矿境界优化[J]．金属矿山，2011(12)：35-38．

[4] 王海军，王 青，顾晓薇，等．露天矿最终境界的优化研究[J]．矿冶，2011，20(4)：33-37．

[5] 侯 鹏，马 力．基于动态经济分析的露天矿境界优化研究[J]．露天采矿技术，2014(1)：22-24．

[6] 骆贞江，永学艳，门建兵，等．某矿山局部境界优化及滑坡治理研究[J]．有色冶金设计与研究，2013，34(3)：7-9．

[7] 张延凯，胡乃联，徐国伟，等．某铜钼矿开采境界优化研究[J]．中国矿业，2012，21(10)：84-87．

2014-10-14)

吕艳奎(1978—)，男，工程师，硕士，100070 北京市丰台区南四环西路188号。