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露天矿内排土技术在姑山铁矿的应用
2009-10-17
露天开采比地下开采有很多的优越性,但缺点也是非常明显的,那就是在开采矿石的同时,还要剥离 大量的岩石。相对于地下开采的废石场,露天开采的排土场占地面积要大得多。姑山铁矿地处长江中下游平原, 排土场选址一直是困扰矿山开采的老问题。利用现有的露天采坑,合理调整采剥部位,创造条件实现内部排土,延 长了姑山铁矿露天采场的服务年限。
Series No. 400 Octoberꢀ 2009 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总09第年 第40010期 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 露天矿内排土技术在姑山铁矿的应用 胡 军 尚 马 钢 集 团 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 ) ( 摘 ꢀ 要 ꢀ 露 天 开 采 比 地 下 开 采 有 很 多 的 优 越 性 , 但 缺 点 也 是 非 常 明 显 的 , 那 就 是 在 开 采 矿 石 的 同 时 , 还 要 剥 离 大 量 的 岩 石 。 相 对 于 地 下 开 采 的 废 石 场 , 露 天 开 采 的 排 土 场 占 地 面 积 要 大 得 多 。 姑 山 铁 矿 地 处 长 江 中 下 游 平 原 , 排 土 场 选 址 一 直 是 困 扰 矿 山 开 采 的 老 问 题 。 利 用 现 有 的 露 天 采 坑 , 合 理 调 整 采 剥 部 位 , 创 造 条 件 实 现 内 部 排 土 , 延 长 了 姑 山 铁 矿 露 天 采 场 的 服 务 年 限 。 关 键 词 ꢀ 采 剥 部 位 ꢀ 内 排 土 ꢀ 结 构 参 数 ꢀ 安 全 措 施 Application of Inner Dump for Openpit in Gushan Iron Mine Hu Junshang ( MaSteel Group Design & Research Institute Co. , Ltd. ) Abstractꢀ The openpit mining has more advantages than underground mining, but its disadvantages is also very obvi ous, that is, a lot of rocks are also peeled in minerals exploitation. Relative to the waste rock dump of underground mining, openpit mining needs a larger one. Gushan Iron Mine is located in the Yangtze River Plain, so how to decide waste dump site is an old problem for mines. Using the existing open pit, the stripping and mining site is rationally adjusted, and condi tions are created for realizing the inner dump and extending the open pit service life of Gushan Iron Mine. Keywordsꢀ Stripping and Mining site, Inner dump, Structural parameters, Security measure ꢀ ꢀ 可 持 续 发 展 已 成 为 当 今 世 界 各 国 社 会 与 经 济 发 浅 ; 在 水 平 方 向 为 半 环 状 , 南 部 被 岩 体 断 开 。 因 此 , 设 计 的 露 天 境 界 东 、 西 两 端 最 低 开 采 标 高 是 不 一 样 的 , 东 部 最 低 开 采 标 高 - 106 m, 西 部 最 低 开 采 标 高 - 166 m。 开 采 现 状 表 明 , 采 场 东 部 - 70 m 以 上 各 台 阶 已 经 到 界 , 底 部 还 有 3 个 台 阶 就 能 到 界 ; 采 场 西 部 及 西 北 部 , 各 台 阶 均 未 靠 固 定 帮 , 而 且 底 部 台 阶 较 多 ( 见 图 1) 。 展 的 共 同 课 题 , 矿 业 可 持 续 发 展 也 已 成 为 本 行 业 的 重 要 课 题 。 姑 山 铁 矿 是 马 钢 主 要 铁 矿 石 原 料 基 地 之 一 , 经 过 50 多 年 的 开 采 , 已 经 形 成 长 约 1 200 m, 宽 约 1 100 m, 垂 直 深 度 110 ~ 160 m 的 露 天 采 坑 。 由 于 矿 山 特 殊 的 地 理 位 置 , 以 往 的 排 土 场 都 是 分 散 选 址 的 , 主 要 有 钟 山 坑 排 土 场 、 罗 村 排 土 场 。 钟 山 坑 排 土 场 排 满 后 已 复 垦 成 林 地 , 罗 村 排 土 场 也 已 堆 排 到 最 终 境 界 。 但 是 露 天 采 场 尚 有 5 年 的 服 务 年 限 , 有 约 1 600 万 t 的 岩 土 需 要 排 放 , 因 此 , 如 何 利 用 露 天 采 坑 , 创 造 条 件 实 现 内 部 排 土 , 是 充 分 回 采 矿 产 资 源 、 延 长 矿 山 服 务 年 限 的 关 键 所 在 。 1 ꢀ 合 理 调 整 采 剥 部 位 , 为 内 排 土 创 造 条 件 内 排 土 技 术 适 合 于 矿 体 埋 藏 较 浅 、 分 布 范 围 较 图 1ꢀ 姑 山 采 场 开 采 现 状 大 、 水 平 赋 存 或 倾 角 很 缓 , 采 用 露 天 开 采 的 矿 山 , 因 此 在 露 天 开 采 的 煤 矿 得 到 广 泛 应 用 。 金 属 矿 床 大 多 为 倾 斜 或 急 倾 斜 矿 体 , 走 向 长 度 短 、 倾 斜 延 伸 大 , 因 此 采 用 内 排 土 技 术 的 矿 山 很 少 。 根 据 姑 山 采 场 现 阶 段 开 采 的 状 况 , 如 果 东 、 西 两 端 同 时 开 采 , 剥 离 的 岩 土 是 没 地 方 可 排 的 。 因 此 对 胡 军 尚 ( 1959— ) , 男 , 马 钢 集 团 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 , 高 级 工 程 师 , 243000 安 徽 省 马 鞍 山 市 湖 南 路 。 姑 山 铁 矿 床 埋 藏 较 浅 , 矿 体 赋 存 状 态 在 垂 直 方 向 为 穹 隆 状 , 并 且 西 翼 延 伸 较 大 , 东 翼 延 伸 相 对 较 · 42· ꢀ ꢀ ꢀ 胡 军 尚 : 露 天 矿 内 排 土 技 术 在 姑 山 铁 矿 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 10 期 采 场 采 剥 部 位 进 行 优 化 调 整 , 利 用 采 场 东 部 即 将 开 采 到 界 , 而 采 场 西 端 最 上 一 个 台 阶 尚 未 靠 帮 的 条 件 , 首 先 开 采 采 场 的 东 部 ( 图 1 中 的 ①) , 剥 离 的 岩 土 临 时 排 放 到 采 场 西 部 上 方 至 爆 破 警 戒 线 范 围 内 ( 图 1 中 的 ②) , 采 场 东 部 开 采 结 束 后 , 再 开 采 采 场 西 部 。 采 场 东 部 开 采 结 束 后 , 在 采 场 东 部 形 成 了 一 个 相 对 较 大 的 采 坑 , 可 以 作 为 采 场 西 部 开 采 的 内 部 排 土 场 。 首 先 将 堆 放 在 采 场 西 部 的 岩 土 , 利 用 采 场 内 部 的 开 拓 运 输 道 路 转 移 至 采 场 东 部 坑 内 , 再 进 行 内 排 土 场 设 计 和 稳 定 性 研 究 , 确 定 合 理 的 排 土 结 构 参 数 ( 见 图 2) , 然 后 开 采 采 场 的 西 部 ( 图 2 中 的 ①) , 剥 离 的 岩 土 堆 放 至 内 排 土 场 ( 图 2 中 的 ②) 。 ( GB50421— 2007) 的 规 定 , 排 土 场 边 坡 稳 定 研 究 安 全 系 数 [ F ] = 1. 15 ~ 1. 3, 并 应 根 据 被 保 护 对 象 的 s 允 等 级 而 定 。 当 被 保 护 对 象 为 失 事 后 使 村 镇 或 集 中 居 民 区 遭 受 严 重 灾 害 时 , Fs 应 取 1. 3; 当 被 保 护 对 象 为 失 事 后 不 致 造 成 人 员 伤 亡 或 者 造 成 经 济 损 失 不 大 的 次 要 建 构 筑 物 时 , Fs 应 取 1. 2; 当 被 保 护 对 象 为 失 事 后 损 失 轻 微 时 , F 应 取 1. 15。 s 本 次 为 内 排 土 场 , 排 土 场 的 东 、 南 、 北 面 都 是 采 场 的 固 定 帮 , 只 有 西 面 是 露 天 采 坑 , 而 且 还 有 采 场 内 的 岩 芯 岛 压 坡 角 。 由 于 排 土 场 局 部 高 出 地 面 , 排 土 场 东 侧 是 青 山 河 堤 , 且 为 较 重 要 的 公 路 , 发 生 失 稳 后 影 响 面 广 , 损 失 较 严 重 , 因 此 确 定 其 允 许 安 全 系 数 [ Fs ] 允 = 1. 30; 排 土 场 其 他 区 段 失 稳 后 造 成 损 失 较 s 允 小 , 确 定 允 许 安 全 系 数 [ F ] = 1. 15。 经 稳 定 性 分 析 计 算 后 , 内 排 土 场 的 结 构 参 数 为 : 排 土 阶 段 高 度 10 m, 安 全 平 台 宽 度 16 m, 台 阶 坡 面 角 34°, 总 体 边 坡 角 19 ~ 21°。 3 ꢀ 提 高 排 土 场 边 坡 稳 定 性 的 对 策 措 施 图 2ꢀ 姑 山 采 场 内 排 3 . 1ꢀ 排 土 前 的 安 全 技 术 措 施 ( 1) 对 采 坑 底 部 进 行 基 础 处 理 , 将 大 块 岩 石 等 2 ꢀ 排 土 工 艺 及 结 构 参 数 渗 水 性 较 好 的 物 料 堆 放 在 排 土 场 的 底 部 , 可 降 低 排 2 . 1ꢀ 排 土 工 艺 的 选 择 土 场 内 部 浸 润 线 。 如 图 4。 传 统 的 排 土 场 按 排 土 顺 序 不 同 , 可 分 为 单 台 阶 ( 2) 排 土 场 底 部 可 开 挖 排 渗 沟 , 提 供 排 水 排 渗 全 段 高 排 土 法 ( 见 图 3a) 、 压 坡 脚 式 多 台 阶 排 土 法 通 道 , 降 低 排 土 场 内 部 浸 润 线 。 参 见 图 5。 ( 见 图 3 b) 和 覆 盖 式 多 台 阶 排 土 法 ( 图 3c) 。 图 4ꢀ 排 图 场 物 料 堆 放 示 意 图 3ꢀ 不 同 的 排 土 工 艺 示 意 单 台 阶 全 段 高 排 土 最 不 利 于 排 土 场 稳 定 , 其 优 点 是 排 土 工 艺 简 单 , 排 土 运 营 费 较 低 。 压 坡 脚 式 排 土 工 艺 对 于 先 高 山 后 凹 陷 的 露 天 矿 采 用 , 排 土 场 地 形 基 本 为 一 顺 坡 山 谷 , 排 土 场 早 期 稳 定 性 差 。 图 5ꢀ 排 渗 沟 示 意 3. 2ꢀ 排 土 过 程 中 应 采 取 的 安 全 措 施 覆 盖 式 排 土 有 利 于 排 土 场 的 稳 定 , 且 目 前 大 多 数 矿 山 采 用 的 是 覆 盖 式 排 土 , 本 次 内 排 采 取 了 这 种 排 土 工 艺 。 在 合 理 的 排 土 结 构 参 数 下 , 排 土 场 不 易 发 生 泥 石 流 , 稳 定 状 态 良 好 。 ( 1) 避 免 出 现 互 层 物 料 集 中 堆 排 。 互 层 物 料 进 行 排 放 前 , 首 先 应 利 用 性 质 良 好 物 料 按 格 栅 体 形 态 进 行 排 放 , 然 后 在 进 行 互 层 物 料 的 排 放 , 在 平 面 上 从 而 避 免 互 层 物 料 出 现 集 中 排 弃 的 情 况 发 生 ; 在 垂 向 上 , 上 下 各 台 阶 排 放 的 互 层 物 料 应 呈 交 叉 分 布 , 避 免 出 现 不 同 台 阶 水 平 在 垂 向 上 出 现 互 层 物 料 集 中 排 2 . 2ꢀ 排 土 场 结 构 参 数 根 据 《 有 色 金 属 矿 山 排 土 场 设 计 规 范 》 · 43· 总 第 400 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 10 期 放 。 物 料 性 质 良 好 的 物 料 应 排 放 在 各 台 阶 外 侧 以 形 成 围 堰 体 , 尤 其 是 排 土 场 西 侧 - 56 m、 - 46 m 台 阶 严 禁 排 放 互 层 物 料 。 ( 2) 对 堆 排 速 度 和 高 度 的 控 制 。 考 虑 到 排 土 物 料 性 质 差 , 含 水 量 大 , 若 其 中 孔 隙 水 在 受 外 力 作 用 下 一 时 难 以 消 除 , 固 结 度 满 足 不 了 要 求 , 极 易 引 起 滑 坡 。 因 此 , 应 安 全 设 计 的 10m 段 高 进 行 堆 排 , 并 且 同 一 台 阶 堆 排 速 度 不 能 过 快 。 图 7ꢀ 种 植 草 皮 和 灌 木 护 坡 及 坡 面 排 水 沟 示 意 用 的 位 移 监 测 系 统 有 GPS 监 测 与 全 站 仪 。 3 . 3ꢀ 排 土 结 束 后 的 安 全 技 术 措 施 ( 1) 排 土 场 内 部 在 达 到 堆 排 设 计 后 , 应 建 立 台 4 ꢀ 结 ꢀ 语 内 排 土 场 自 2007 年 底 投 入 使 用 以 来 , 已 累 计 排 阶 及 坡 面 排 水 系 统 , 以 利 于 排 土 场 大 气 降 雨 时 汇 水 3 放 岩 土 300 万 m , 解 决 了 姑 山 采 场 西 帮 扩 帮 岩 土 的 排 放 问 题 。 由 于 排 土 场 底 部 堆 放 了 大 块 物 料 、 开 挖 排 渗 沟 、 分 台 阶 排 放 等 措 施 , 排 土 场 稳 定 性 良 好 。 的 排 出 。 可 参 考 图 6 和 图 7。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 中 钢 集 团 马 鞍 山 矿 院 有 限 公 司 . 姑 山 矿 采 场 排 土 安 全 控 制 技 术 研 究 [ R] . 马 鞍 山 : 马 钢 姑 山 矿 业 公 司 , 2009. 2] ꢀ 马 钢 集 团 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 . 姑 山 采 场 西 帮 扩 帮 技 术 改 造 初 步 设 计 [ R] . 马 鞍 山 : 马 钢 姑 山 矿 业 公 司 , 2008. 3] ꢀ 徐 ꢀ 燕 , 佴 ꢀ 磊 , 丁 黄 平  南 芬 铁 矿 大 东 沟 排 土 场 稳 定 性 分 析 与 治 理 对 策 [ J] . 金 属 矿 山 , 2007( 4) : 1922. 图 6ꢀ 排 土 场 内 沿 台 阶 走 向 排 水 沟 断 面 2) 排 土 场 位 移 监 测 。 姑 山 矿 内 排 土 场 在 达 到 ( 规 划 设 计 高 度 后 , 应 建 立 位 移 监 测 系 统 , 及 时 跟 踪 了 解 其 变 形 状 况 , 以 保 证 西 侧 采 场 生 产 安 全 。 目 前 常 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20090821) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 版 社 , 2002. ( 上 接 第 34 页 ) [ 7] ꢀ 唐 春 安 . 岩 石 破 裂 过 程 声 发 射 规 律 的 数 值 模 拟 初 探 [ J] . 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 1997, 16( 4) : 368374. [ 5] ꢀ 冶 金 部 勘 察 科 学 技 术 研 究 所 . 唐 山 钢 铁 公 司 石 人 沟 铁 矿 露 天 采 场 边 坡 稳 定 性 研 究 报 告 [ R] . 唐 山 : 石 人 沟 铁 矿 , 1989. 6] ꢀ 蔡 美 峰 , 何 满 朝 , 刘 东 燕 . 岩 石 力 学 与 工 程 [ M] . 北 京 : 科 学 出 [ ( 收 稿 日 期 ꢀ 20090814) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 上 接 第 41 页 ) 止 溜 井 出 现 故 障 , 必 须 在 溜 井 的 设 计 、 施 工 和 生 产 管 理 等 各 个 环 节 严 格 把 关 , 这 样 才 能 保 证 溜 井 的 长 期 服 务 , 为 企 业 创 造 更 大 的 效 益 。 时 , 一 定 制 定 详 细 合 理 使 用 方 案 , 严 格 控 制 入 井 矿 岩 块 度 , 在 溜 井 快 速 填 满 后 才 能 使 用 , 并 做 好 使 用 观 测 纪 录 , 并 严 格 执 行 。 溜 井 使 用 中 要 做 到 满 井 使 用 , 使 入 井 矿 岩 与 井 壁 接 触 由 砸 撞 改 为 磨 擦 , 防 止 直 接 冲 击 井 壁 。 严 禁 泥 粉 入 井 , 防 止 溜 井 “ 跑 溜 ” 或 矿 岩 板 结 。 溜 井 连 续 使 用 , 避 免 间 隔 时 间 过 长 ( 48 h 以 上 ) , 使 溜 井 内 矿 岩 保 持 运 动 状 态 , 减 少 地 下 水 积 聚 和 矿 岩 板 结 程 度 。 加 强 溜 井 科 学 管 理 , 注 意 观 察 溜 井 内 的 矿 岩 及 流 水 变 化 情 况 , 及 时 采 取 措 施 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 李 宝 祥 . 金 属 矿 山 露 天 开 采 [ M] . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1986. 2] ꢀ 高 文 远 . 兰 尖 铁 矿 科 技 论 文 集 [ M] . 成 都 : 四 川 科 学 技 术 出 版 社 , 2004. 3] ꢀ 中 冶 长 天 国 际 工 程 有 限 责 任 公 司 . 白 马 铁 矿 初 设 说 明 技 术 资 料 ( 一 期 ) [ R] . 攀 枝 花 : 攀 钢 新 白 马 有 限 责 任 公 司 , 2005. ( 4) 溜 井 高 位 堵 塞 处 理 要 慎 重 。 建 设 溜 井 的 费 [ 4] ꢀ 中 冶 长 天 国 际 工 程 有 限 责 任 公 司 . 攀 枝 花 钢 铁 集 团 公 司 白 马 # 铁 矿 一 期 工 程 平 硐 溜 井 系 统 1 溜 井 矿 建 施 工 图 [ R] . 攀 枝 花 : 用 投 入 极 高 , 当 溜 井 发 生 高 位 堵 塞 时 , 要 仔 细 的 研 讨 堵 塞 成 因 、 论 证 处 理 方 案 、 选 取 最 佳 处 理 方 案 、 认 真 组 织 实 施 , 这 个 过 程 时 间 较 长 , 在 此 期 间 要 保 证 良 好 的 心 态 , 不 能 急 进 。 攀 钢 新 白 马 有 限 责 任 公 司 , 2005. # [ 5] ꢀ 攀 钢 冶 建 特 种 公 司 . 白 马 矿 1 溜 井 直 ( 斜 ) 溜 井 段 工 程 地 质 素 描 图 [ R] . 攀 枝 花 : 新 白 马 公 司 , 2005. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20090812) 溜 井 系 统 的 管 理 应 贯 彻 “ 预 防 为 主 ” 的 原 则 , 防 · 44·
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