王登玉 芮 斌 余楊超 何 逢 王洪洲

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

上橫山釩礦經(jīng)濟合理剝采比參數(shù)的確定

王登玉 芮 斌 余楊超 何 逢 王洪洲

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

露天開采中經(jīng)濟合理剝采比及最終邊坡角是確定露天開采境界的重要依據(jù)。上橫山礦區(qū)為緩傾斜多層薄礦體，適合聯(lián)合開采，+170 m以上適宜露天開采。通過與類似礦山對比，選擇適合此類礦石的3種方法：原礦成本比較法、金屬成本比較法、儲量盈利比較法進行合理剝采比的計算比較，最終選用原礦成本比較法，確定出該礦露天開采經(jīng)濟合理剝采比為4.50 m3/m3。

露天開采 剝采比 最終邊坡角

確定經(jīng)濟剝采比是圈定露天礦開采境界的關(guān)鍵所在[1]。于汝綬等(2005年)提出了當(dāng)量經(jīng)濟剝采比的新概念，把經(jīng)濟剝采比乘以由安全系數(shù)和回采率系數(shù)組成的當(dāng)量系數(shù)[2]；姬長生、張幼蒂等(1998年)對現(xiàn)行的經(jīng)濟剝采比進行了合理性分析，提出把露天礦復(fù)墾費用和最低盈利要求加入到經(jīng)濟剝采比計算當(dāng)中的觀點[3]。但是，礦床賦存特征的復(fù)雜性決定了單一方法確定經(jīng)濟合理剝采比都有一定的局限性，因此通過多種方法對比，選擇最優(yōu)經(jīng)濟合理剝采比對特定礦山具有重要的意義，尤其對于丘陵地區(qū)緩傾斜多層難采礦體，經(jīng)濟合理剝采比確定的研究很有必要。

1 上橫山釩礦概況

上橫山礦區(qū)地處低山丘陵區(qū)，礦區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀一致，向南緩傾，傾向150°～220°，傾角5°～25°，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，呈多層狀產(chǎn)出，連續(xù)性較好，傾角緩而穩(wěn)定。礦體長224～670 m，厚0.81～5.54 m，延深103～223 m，最大埋深223 m。

上橫山礦石類型為炭質(zhì)釩礦石、硅質(zhì)釩礦石、含炭釩礦石等。釩礦礦床上盤為硅質(zhì)巖，下盤為黑色炭質(zhì)巖。V2O5品位為0.12%～0.56%，最高可達0.67%。圍巖與夾石中釩礦化普遍，對礦山開采較為有利，可降低礦石的貧化率，減少入爐礦石品位與原礦石品位的差距，相對回收到更多的釩資源，從而有效提高礦山經(jīng)濟效益。礦區(qū)地質(zhì)見圖1。

礦區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單，局部巖溶發(fā)育，開采時應(yīng)注意防止坑道涌水。礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬簡單—中等類型，但區(qū)內(nèi)部分地段山坡較陡，巖石裂隙較發(fā)育，易產(chǎn)生崩塌及滑坡，應(yīng)預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

圖1 上橫山釩礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2 采礦方法的選擇

礦區(qū)礦體產(chǎn)狀極緩，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的釩礦化呈近東西向展布，總體南傾，傾角10°～20°。在礦區(qū)北部礦體多出露地表，往南由地表逐漸深至地下。礦體北部上橫山及其東西兩側(cè)溝谷眾多，可堆放大量的廢土和廢石，礦區(qū)南東約2 km處低洼地帶可建選廠。對于賦存于丘陵地區(qū)的上橫山釩礦，礦體傾角小，延深較大，聯(lián)合開采成為必然。據(jù)此特征一期工程170 m以上采用露天開采，170 m以下采用地下開采。本文著重針對上橫山釩礦一期開采工程的最終邊坡角和經(jīng)濟合理剝采比進行研究，確定適合一期開采的經(jīng)濟合理剝采比。見圖2。

2.1 確定礦山主要技術(shù)參數(shù)

按照組成邊坡巖體的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，邊坡高度及其形狀、存在年限等因素，參照類似礦山的實際資料和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步選取露天礦最終邊坡角，再根據(jù)臺階布置情況和臺階參數(shù)確定最終邊坡角。在保證安全的前提下，最終邊坡角應(yīng)盡可能的大，以減少剝離量。

圖2 上橫山釩礦A-A 剖面

(1)初選最終邊坡角。上橫山釩礦床上盤為硅質(zhì)巖，f=15～20，堅固性較好；下盤為黑色炭質(zhì)巖，f=8～14堅固性相對較差。因此，初選上盤最終坡面角為55°，下盤最終坡面角為45°。

(2)確定臺階高度。臺階高度主要取決于礦巖性質(zhì)和裝載設(shè)備規(guī)格。根據(jù)其初步設(shè)計生產(chǎn)能力，設(shè)計采用直徑150 mmKQ150型潛孔鉆機，W1002型1 m3電鏟，QQ562型10 t自卸汽車。

我國設(shè)計和生產(chǎn)的露天礦，小型礦山階段高度一般為8～10 m，大、中型礦山一般多為10～12 m。

W1002型1 m3電鏟的動臂傾角45°，正鏟工作時最大挖掘高度8 m，結(jié)合該釩礦床上盤下盤圍巖特征，確定該露天礦臺階高度8 m。

(3)臺階坡面角。臺階坡面角與巖石性質(zhì)、產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面(如節(jié)理面、斷層面和層理面等)、臺階高度以及穿孔爆破方法等因素有關(guān)。上橫山釩礦礦床上盤巖石堅固性較好，下盤巖石堅固性較差，構(gòu)造不發(fā)育。因此，可確定上盤臺階坡面角為80°，下盤臺階坡面角為70°。

(4)運輸?shù)缆菲露?，主要由礦山各類設(shè)備的爬坡能力所確定。根據(jù)該礦山主要開采技術(shù)參數(shù)，結(jié)合直徑150 mmKQ150型潛孔鉆機爬坡能力為14°(24.8%)，W1002型1 m3電鏟爬坡能力為20°(36.3%)，QQ562型10 t自卸汽車爬坡能力為23.7%，確定運輸?shù)缆纷畲笃露炔荒艹^23.7%。設(shè)計選取運輸?shù)缆菲露葹?2°(21.3%)。

(5)臺階布置形式。該露天礦設(shè)計采用安全平臺—清掃平臺布置。我國設(shè)計和生產(chǎn)的露天礦，一般其安全平臺寬3 m，清掃平臺寬6.5 m。

(6)確定最終邊坡角。結(jié)合該礦床礦體賦存特征、圍巖特點、臺階布置形式及已選定的各主要參數(shù)，確定最終邊坡角上盤為55°，下盤為47°。根據(jù)礦體空間展布特征，將下盤最終邊坡角調(diào)整為40°。見圖3。

圖3 上橫山釩礦區(qū)最終邊坡角

2.2 經(jīng)濟合理剝采比的確定方法

經(jīng)濟合理剝采比是露天開采設(shè)計中確定露天境界的重要依據(jù)[4]。其確定方法很多，常見的方法有原礦成本比較法、金屬成本比較法和儲量盈利比較法3種。

2.2.1 原礦成本比較法[4]

以原礦作為計算基礎(chǔ)，使露天采出原礦等于地下開采成本：

njh=λ(CD-a)/b，

(1)

式中，njh為經(jīng)濟合理剝采比，m3/m3；λ為礦石密度，t/m3；CD為地下開采原礦成本，元/t；a為露天開采純采礦成本(不包括剝離)，元/t；b為露天開采的剝離成本，元/m3。

2.2.2 金屬成本比較法[4]

以選礦或冶煉后產(chǎn)品的金屬量作為計算基礎(chǔ)，使露天開采后經(jīng)選、冶所得的金屬成本等于地下開采的金屬成本:

(2)

式中,KL，KD分別為露天和地下開采的每噸原礦的金屬產(chǎn)出率，t/t；DL,DD分別為露天和地下開采的每噸原礦所分攤的采礦、選礦、冶煉生產(chǎn)成本。

2.2.3 儲量盈利比較法[4]

以礦石的工業(yè)儲量作為計算基礎(chǔ)，使露天開采的礦石盈利等于地下開采的礦石盈利：

(3)

2.2.4 各方法優(yōu)劣比較

3種方法的優(yōu)缺點及其使用條件見表1。

2.3 上橫山經(jīng)濟合理剝采比的確定

2.3.1 經(jīng)濟合理剝采比計算參數(shù)的確定

通過其他同類型礦山的類比，得到上橫山經(jīng)濟合理剝采比數(shù)據(jù)[5]如表2。

2.3.2 不同方法對經(jīng)濟合理剝采比的確定

參考表1數(shù)據(jù)，分別用上述3種方法計算經(jīng)濟合理剝采比,結(jié)果見表3。

3 結(jié) 論

對于確定經(jīng)濟合理剝采比的方法來說，原礦成本比較法是最簡單的一種，要求的數(shù)據(jù)最少，但未充分考慮到損失貧化，對于價值高的釩金屬礦，這種因素是有利于露天開采的，所得的經(jīng)濟合理剝采比也是最小的，所以選取4.50 m3/m3作為上橫山礦區(qū)露天開采部分的經(jīng)濟合理剝采比。

表1 3種方法比較

表2 經(jīng)濟合理剝采比計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

注：η′=η/(1-ρ)；α′=α(1-ρ)；k=α′ε.

表3 上橫上礬礦露天開采經(jīng)濟合理剝采比

m3/m3

[1] 阮忠賢,齊 穎.露天礦合理剝采比淺析[J].露天采煤技術(shù),2000(2):7-8.

[2] 于汝綬,張瑞新,王寶庭,等.露天礦優(yōu)化理論與實踐[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[3] 姬長生,張幼蒂.合理經(jīng)濟剝采比合理性探討[J].煤炭設(shè)計,1998(7):15-17.

[4] 李寶祥.金屬礦床露天開采[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

[5] 中國礦業(yè)學(xué)院.露天采礦手冊：第五冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版杜,1986.

2014-10-23)

王登玉(1990—)，男，430081 湖北省武漢市青山區(qū)和平大道建設(shè)一路947號。