齐大山铁矿陡帮开采工艺的应用研

来源：孙承菊吴恩泽 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要：鉴于齐大山铁矿生产裁采比偏大。成本较高。因此。结合采场现状采角陡帮开采I艺。加快台吩下降速度，及早见矿。保证矿山即时经济和总体经济效益。

关键词：陡帮开采：工作帮坡角：剥采比

0 引言

为了满足鞍钢1800万t钢的铁料平衡需要，齐大山铁矿采矿设计规模将从年产1 700万t扩建到2 000万t。基建剥离量大，初期生产剥采比高，后期较低，故影响矿山即时经济和总体经济效益，尽管在编制采剥进度计划时能进行一些调整和均衡，但由于工艺特点的影响，仍会出现较高的剥离高峰值。扩建一期采剥总量大，设备和人员增多，基建投资大，生产成本高。

为此，采用陡帮即台阶轮流开采工艺，使工作帮坡角达25．6°～31．5°(缓帮一般8°～15°)，从而加快了台阶下降速度，及早见矿，克服了缓帮开采无法解决的矛盾。

1 合理性分析

在金属露天矿山，陡帮开采工艺的作用可主要概括：1)减少前期剥离量，推迟剥离洪峰；2)合理配矿，均衡出矿品位。由于其工作帮坡角较大，故在基建期能有效地减少基建剥离，降低基建投资；在生产期间能延缓剥离高峰期，并使峰值下降，从而达到均衡生产剥采比，实现分期开采的目的；最终将使矿山取得良好的投资回报率，经济效益较常规开采方式有较明显的优势。此外，由于各矿山矿产资源的分布在垂向上大多为贫富不均，品位变化较大，故为满足选矿工艺、并使产品质量符合要求，则采场生产必须合理配矿、均衡出矿品位，这在金属露天矿最理想的解决方法是采用陡帮开采方式，以尽早揭露深部矿体，实行多阶段回采，从而达到出矿品位相对均衡的目的。

陡帮开采工艺因其使用效果较理想，目前，在金属露天矿山(特别是覆盖层厚、剥离量大的露天矿山)得到较广泛的应用。

2 矿区地质简况

齐大山铁矿床是一个规模巨大的鞍山式沉积变质铁矿床，全矿床地质储量17．63亿t，其中工业储量8．43亿t。主矿层呈厚大层状，厚130～350 m，平均174．264 m，为急倾斜矿床，倾角70°～90°。矿石有3种工业类型，即假象赤铁、磁铁假象赤铁和磁铁石英

岩，全矿床地质平均品位30．35％。围岩以千枚岩和混合岩为主，间有闪长岩和绿泥石英片岩，矿床开采技术条件好，适于露天开采。扩建一期露天境界全长3 480m，宽900～1000m，露天底标高－270 m，采场上盘比高312，下盘比高3 84。矿山依地表以上的自然地形条件

可分为北采区和南采区。南、北采区均采用纵向开采方式，从上盘向下盘推进，段高12～15 m。南采区现开采阶段有－6、－18、－30、－45、－60、－75、－90和－105m，北采区有－18、－30、－45、－60、－75和－90m水平。

3 陡帮开采工艺的可操作性及实施要点

3．1 工作帮参数构成

陡帮主要由工作平台(Bp)及非工作平台宽(b)、段高(h)、阶段坡而角(β)和构成工作帮的组合阶段数(n)等参数组成。

工作帮坡角α与上述参数之间的相互关系为：

α＝f(Bp、b、h、β、n、)＝arctg^-1[nh／((11－1)b＋Bp＋nbctgβ)]

理论和实践表明，(非)工作平台过宽、组合阶段数太少，则起不到陡帮开采的作用；若(非)工作平台过窄、组合阶段数过多，工作帮虽较陡，但采剥设备效率难以发挥、劳动强度增大、开采成本也会相应提高。因此过窄、过宽的平台宽度和过多、过少的组合阶段数都有可能给矿山正常生产带来不利的影响。参数选择应以不片面强调过陡的工作帮，而

需结合矿山实际，对矿山生产的整个工艺流程进行分析研究。从高效、经济、安全、可操作性等方面综合考虑，并在生产过程中不断得到改进和优化为原则。

3．2 合理选取工作帮坡角

工作帮坡角主要根据矿体的赋存状况、矿床开采技术条件、采矿规模和投资额等因素选取，以实现减少前期剥离、均衡生产剥采比和维持出矿品位相对稳定的目的。目的不同，所采用的角度也不同。齐大山铁矿境界内平均剥采比较小，但其前期生产部位的覆盖层大，必将造成矿山前期剥离集中、后期剥离量极小的局而。为此设计拟采用陡帮开采工艺；为进一步减少基建剥离、降低基建投资，使矿山建设投资总额控制在计划范围内，故将其工作帮坡角由原设计的25°02′提高到28°22′。

由于工作帮坡角的大小主要通过改变其构成参数(Bρ、b、h，β、n)实现的，工作帮的陡缓将直接对作业强度和生产效率产生影响，因而工作帮的合理角度仍是一个值得深入探讨研究的数值。通常，实行陡帮开采工作帮坡角大多在20°以上，国内矿山一般在20°～30°，并以25°居多；国外矿山在28°以上，最高达40°。

3．3 机械化装备水平

采剥设备主要根据矿山的开采技术条件、采矿规模和投资额等因素选取，以实现减少前期剥离、均衡生产剥采比和最大发挥设备的生产能力。

——采剥设备生产能力的大小是实现陡帮开采的必要条件。陡帮开采时，通常要求采用较大型的开采设备，以充分发挥其生产能力大、需用台数少、工作效率高的特点，从而可增大陡帮作业的工作段高，并可使各段之间的运输线路简化，从而达到加陡工作帮的作业。

——采剥设备规格的大小又是制约工作平台宽的直接因素。所选用的铲装运设备越大，其要求的工作平台宽也就越大，这就导致工作帮变缓，与实施陡帮工艺的目的相违背；若减少工作平台宽，虽可提高工作帮坡角，但工作场地较小，又将限制设备的工作效率。因此合

理选择采剥设备成为陡帮开采能否得以合理实施的关键。

目前，齐大山铁矿主要采剥设备为16．8 m³电铲、190t和154 t电机车。设备大型化、现代化程度高，符合陡帮作业的要求。

3．4 矿山管理水平

纵观齐大山铁矿能够行之有效地应用陡帮开采工艺，除了上述原因外，还与矿山的管理水平、操作方式和实践经验有关。

——时空关系的协调。表现在：1)各工作帮之间的时空关系，各工作帮之间作业设备和人员既要充分发挥其工作效率，又要确保安全生产，上下作业点之间在时间和空间上必须有一定的超前和滞后关系；2)采矿与剥离作业的时空关系，这也是露天矿开采能否得以正常进

行的最终表现。陡帮剥离的最终目的是保证采矿作业的顺利进行，但如何使上部的陡帮剥离以一组最优的参数构成的工作帮和一个技术可行、经济合理的水平和延伸速度向外扩帮、向下延深，从而为采矿作业创造有利的工作条件，使采剥时空关系协调发展，这也是一个很值

得探讨的问题。根据经验推断，采剥工作保持协调必须满足以下关系式：

V_bx≥V_cx；B_P／V_ex≥nh／V_by

式中V_ex——采矿水平推进速度；

V_bx——剥岩推进速度；

V_by——剥岩延深速度；

n——工作帮内组合阶段数；

h——段高；

B_P——扩帮带宽度。

——储备矿量设置。传统的储备矿量设置方法是宽度法，它要求设置储备矿量的平台较宽，这样必将导致扩帮量增多、大量岩石提前剥离，这是一种与陡帮开采工艺目的不一致的设置方式。

目前，大部分采矿设计认为用宽度法设置备采矿量质量虽高，但方式有待改进，故在设计中常将备采矿量改为由临时非工作平台以外的那部分矿量来确定；该法效果较为明显，其储备矿量的质量并未降低，也能有效地减少前期剥离量，与陡帮工艺相辅相成，但需适当改变作业方式。

4 陡帮工艺未来的发展

4．1 高阶段陡帮工艺

阶段高(h)作为陡帮工艺的一个工作参数，增大该值无疑将会提高工作帮坡角(α)，因此，在陡帮工艺中引用高阶段开采的作业方式是不难理解的。但它有一个从破段到正常采剥，又从正常采剥到并段的非正常工序，而高阶段陡帮工艺则是应用大型穿孔、铲装设备实行单阶段作业的一种工序，开采工艺相对简单；由于形成高阶段作业，不但能简化工作阶段之间的运输线路，对同样宽度的平台而言，其开采矿量也相对充分。当然，该工艺的应用必须有与其相适应的开采技术条件。该工艺的发展过程中最需要研究解决的是：1)相应穿孔、铲装设备的研制和选用；2)高台阶工艺的生产安全；3)最优段高的选择。

4．2 重力搬运

重力搬运的工作原理可简述为利用重力势能实行较大比高之间矿岩运输的生产工艺，其最大优点为：简化了各工作平台之间、工作平台与非工作平台之间的运输线路，从而可压缩每个生产年的扩帮宽度，能较有效地推迟剥离高峰，降低前期生产剥采比，故同样具备陡帮

开采工艺的功能；可减少运输设备的投资、降低年运输经营费用，并有利于矿山实现节能和减员增效的目的。

比较典型的重力搬运方式：1)溜井或明溜井溜放；2)电铲、推土机或前装机(接力)倒推；大倾角胶带输送机也属于利用重力势能实现运输的范畴。目前国内外凡有条件的矿山，特别是采场距选厂或采场距废石场比高大的矿山，都已得到比较广泛的应用。但该工艺带来的技术难题主要有：1)溜井的堵、跑矿问题；2)明溜槽内物料}留放规律的研究；3)倒堆工艺时空关系及安全问题；4)大倾角输送机内矿岩的回流问题。所以在重力搬运推广运用和发展的同时，解决这些实际问题，将对矿山的发展起到较大的促进作用。

5 结语

陡帮开采工艺的作业效果是有目共睹的，在其实施过程中最难解决的是其工作参数的定量问题，这也是该工艺难以正常实施的关键；陡帮工艺的应用对矿山相应的水平和操作能力的要求也是很严格的，二者缺一不可。

陡帮工艺的应用与发展应立足于矿山实际情况，切实解决存在的技术难题和操作问题，真正发挥该工艺的工作效果，使其在既能保证矿山正常生产，又最大限度地提高经济效益的轨道上发展。

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