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山达克南矿段露天坑深部扩帮开采技术研究
2019-02-18
山达克南矿段露天开采至末期,资源枯竭,但下部边帮和底部还残留有部分矿体,其 中部分矿体具有露天开采的价值。为了维持矿山生产,延长矿山服务年限,开展了边坡稳定性和扩 帮技术研究,开采残留资源。扩帮开采境界圈定结果:最高扩帮标高734 m,扩帮后露天底标高578 m,最终边坡角45° ~49°,最大采深达到396 m。境界内矿岩总量为830. 45 万t,平均剥采比0. 386 t/ t。此扩帮方案的有效实施,提高了矿山经济效益,延长了矿山服务年限。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 山达克南矿段露天坑深部扩帮开采技术研究 袁ꢀ 康 中冶集团资源开发有限公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 山达克南矿段露天开采至末期,资源枯竭,但下部边帮和底部还残留有部分矿体,其 中部分矿体具有露天开采的价值。 为了维持矿山生产,延长矿山服务年限,开展了边坡稳定性和扩 帮技术研究,开采残留资源。 扩帮开采境界圈定结果:最高扩帮标高 734 m,扩帮后露天底标高 578 m,最终边坡角 45° ~ 49°,最大采深达到 396 m。 境界内矿岩总量为 830. 45 万 t,平均剥采比 0. 386 t/ t。 此扩帮方案的有效实施,提高了矿山经济效益,延长了矿山服务年限。 关键词ꢀ 露天坑ꢀ 深部扩帮ꢀ 边坡稳定性ꢀ 开采技术 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 015 ꢀ ꢀ 巴基斯坦山达克露天铜金矿是集采选冶为一体 的联合型矿山生产企业,其南矿段具有 500 万 t/ a 采矿能力的大型露天矿山,经过 15 a 的开采,已于 2 018 年 2 月闭坑,但露天开采境界下部边帮和底部 还残留部分矿体,其中部分残留矿体存在露天开采 回收的可能性。 为回收残留资源,维持矿山生产,延 长矿山服务年限,开展了加陡边坡扩帮技术研究,通 过工程地质调查、岩体质量评价、边坡岩体强度参数 分析和稳定性计算等一系列试验研究,提出了山达 克南矿段露天坑深部扩帮开采技术方案,为即将闭 坑的矿山回收残留资源提供技术借鉴。 1 ꢀ 地质概况 图 1ꢀ 山达克矿区构造 1 . 1ꢀ 区域地质、构造及水文条件 段、北矿段和东矿段,南矿段矿体呈柱状产出,倾角 矿区位于喜马拉雅—阿尔卑斯褶皱带,出露岩 7 0° ~ 80°,南北长约 400 m,东西宽约 200 ~ 300 m, 层以为 AMALAF 组粉砂岩和云英闪长斑岩为主。 区域构造由一系列北西走向的线性褶皱和近东西 向、南北向断裂组成,具有代表性的主要有 Saindak 断裂、Amalaf 断裂和 Amalaf 向斜,详见图 1。 受地质 构造影,区内岩石节理裂隙发育,大多被石膏所充填 胶结。 山达克地区属亚热带沙漠性气候,干旱炎热, 少雨多风,平均年降雨量 24. 41 mm。 长轴为北北西向,在北东部位( 矿体中部) 为贫化 带,受后期山达克断层及次生断层影响,矿体形状复 杂,其残留矿体主要集中在 734 m 以下,详见图 2。 1 . 2ꢀ 矿体分布特征 山达克地区中新世地质活动频繁,因大量岩浆 侵入,在该区域内形成 3 个云英闪长斑岩体,为区内 主 要含矿岩体,以3个岩体为中心,分别形成南矿 图 2ꢀ 南矿体残留矿体模型 1 . 3ꢀ 南矿段残留资源 山达克铜金矿床为斑岩型铜矿床,于 1962 年由 ꢀ ꢀ 袁ꢀ 康(1973—),男,副总经理,高级工程师,100028 北京市朝 Shahid Noor Khan 发现,1969 年 Mazhar Aslam 经过 阳区曙光西里 28 号中冶大厦。 6 7 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 钻探发现铜矿体,并于 1974—1976 年由巴基斯坦资 源开发公司(RDC) 进行了勘探工作。 南矿段露天 开采建成投产后,为了准确地控制矿体分布及出矿 品位,矿山完成多期生产勘探工作,根据《巴基斯坦 山达克铜金项目南矿体 2012 年度南矿体深部补充 勘探工程技术总结报告》,南矿段露天境界外残留 资源量 4 749. 4 万 t,Cu 平均品位 0. 34% 、Au 平均 品位 0. 33 g / t。 其中,控制以上资源量 4 062. 4 万 t, Cu 平均品位 0. 35% 、Au 平均品位 0. 34 g / t,推断资 源量 687. 0 万 t,Cu 平均品位 0. 27% 、Au 平均品位 开采时,可以形成一个可行的露天矿境界,并取得最 大可能的经济值。 (2)境界圈定结果。 根据地质矿床模型和技术 经济参数,采用“Datamine 矿业系统应用软件包”中 的 NPV 优化程序,确定了最终优化境界。 在此基础 上,根据开拓运输系统布置要求,进行人工调整后, 得出扩帮最终境界(图件从略)。 境界圈定结果:最高扩帮标高 734 m,扩帮后露 天底标高 578 m,从原设计的露天底标高 626 m 向 下延深 4 个台阶共 48 m,最终边坡角 45° ~ 49°,最 大采 深 达 到 396 m。 境 界 内 矿 岩 总 量 为 830. 45 万 t,其 中 矿 石 量: 599. 16 万 t, 平 均 地 质 品 位:Cu 0. 499% 、Au 0. 481 g / t,废石量 231. 29 万 t, 平均剥采比 0. 386 t/ t。 境界内各台阶矿岩量及品 位见表 1。 [ 1] 0 . 23 g / t 。 2 ꢀ 扩帮开采技术方案研究 2 . 1ꢀ 原设计情况 南矿段原设计露天采场境界为上口长 950 m, 宽 850 m,最终边坡角为 45°(758 m 标高以上) 和 4 2°(758 m 标高以下),境界底长 230 m,宽 100 m, 表 1ꢀ 扩帮最终境界内矿岩量 [ 2] 开采标高从 974 ~ 626 m,最大开采深度 348 m 。 台阶 矿岩总量 矿石量 Cu 品位 Au 品位 废石量 剥采比 / 7 7 7 m 34 22 10 / 万 t / 万 t / % / (g/ t) / 万 t / (t/ t) 2 . 2ꢀ 开采方式选择 残留 矿 体 分 布 零 散, 品 位 低, 且 主 要 集 中 20. 58 22. 58 43. 16 45. 77 49. 83 47. 24 70. 46 5. 84 11. 81 18. 80 22. 13 22. 08 24. 71 52. 28 0. 376 0. 321 0. 289 0. 312 0. 392 0. 412 0. 449 0. 329 0. 249 0. 243 0. 334 0. 443 0. 408 0. 468 0. 496 0. 482 0. 543 0. 598 0. 533 0. 423 0. 481 14. 74 10. 77 24. 36 23. 64 27. 75 22. 53 18. 19 29. 29 22. 51 22. 48 10. 70 2. 79 2. 525 0. 912 1. 296 1. 068 1. 257 0. 912 0. 348 0. 276 0. 215 0. 261 0. 177 0. 057 0. 044 在 734 m 以下。 保有资源量 4 749. 4 万 t,Cu 平均 品位 0. 34% ,Au 平均品位 0. 33 g / t,折合成铜品位 仅为 0. 45% ,远低于地下开采的最低品位:无底柱 分段崩落法为 Cu 0. 8% ,自然崩落法为 Cu0. 6% 。 因此,只能在保证最终边坡角稳定的条件下,采用露 天扩帮开采的方式回收边帮和底部残留矿体。 698 6 6 6 6 86 74 62 50 638 135. 40 106. 11 0. 536 127. 09 104. 58 0. 513 6 6 6 5 26 14 02 90 2 . 3ꢀ 开采范围 扩帮开采不同于正常矿山开采,不仅受边坡稳 108. 74 71. 03 51. 99 36. 58 86. 26 60. 33 49. 20 35. 05 0. 542 0. 631 0. 536 0. 480 定条件限制,同时还受生产衔接和作业空间的制约, 因此,圈定扩帮境界时,对扩帮范围需要进行限定。 根据南矿体露天开采残留矿体的分布状态、露天边 坡现状、边坡构成和稳定条件,以及扩帮作业的空间 要求,限定扩帮范围为 734 m 标高以下。 578 1. 54 合计 830. 45 599. 16 0. 499 231. 29 0. 386 3ꢀ 边坡稳定性分析 根据 2010 年 5 月北京科技大学《巴基斯坦山达 克露天矿开采系统优化及边坡稳定性研究》成果表 2 . 4ꢀ 扩帮境界的确定 1)圈定境界的方法。 扩帮开采境界采用 L-G [ 3] ( 明,下部岩体的物理力学特征有所改善 。 同时, 为了进一步核实南矿段露天采场实际揭露的边坡岩 体状况,2017 年 6 月 30 日—7 月 17 日开展了边坡 工程地质调查,对边坡岩体力学参数进行了核实。 3. 1ꢀ 边坡工程地质岩组 法进行了优化圈定,其原理如下:将地质模型转为经 济模型,并将经济模型转化为加权有向图,其中顶点 表示块段,弧表示对其块段的约束,经济模型中的每 一块段用一结点表示,露天开采的几何约束用一组 弧表示,块段一经开采和处理,其内的矿岩净值就由 相应的顶点权重来表示(即块段的经济值),因此确 定最佳露天矿境界就等价于寻找加权有向图最大权 重闭集的图论问题,也即找出一组块段,当它们一起 露天采场边坡主要工程地质岩组有:①第四纪 松散堆积层岩组 Q;②云英闪长斑岩岩组 T;③粉砂 岩岩组 S;④青盘岩化粉砂岩岩组 PS;⑤绢云母化 粉砂岩岩组 SS;⑥青盘岩化云英闪长斑岩岩组 PT; 6 8 ꢀ ꢀ 袁ꢀ 康:山达克南矿段露天坑深部扩帮开采技术研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 ⑦ 绢云母化云英闪长斑岩岩组 ST;⑧钾化云英闪长 强度高, 局 部 岩 圆弧形破坏、楔形破坏等 体破碎 9 区 PS、PT、ST、SS F2 斑岩岩组 POT。 3 . 2ꢀ 边坡分区评价 表 3ꢀ 边坡岩物理力学参数 根据露天采场边坡岩石类型、地质构造特征、节 密度 黏聚力 摩擦角 / (°) 岩石名称 3 理裂隙及岩体结构,潜在破坏模式等,共分为 9 个地 质特征区,见图 3,分区评述见表 2,边坡岩体力学参 数见表 3。 / (kg/ m ) 1 800 2 624 2 583 2 757 2 674 2 605 2 723 2 550 2 657 2 583 2 640 / MPa 0. 045 0. 73 第四系堆积层(Q) 青磐岩化云英闪长斑岩(PT) 绢云母化闪长斑岩(ST) 青磐岩化粉砂岩(PS) 绢云母化粉砂岩(SS) 闪长斑岩(T) 20 43. 15 41. 49 31. 08 38. 72 48. 68 37. 9 0. 72 1. 022 1. 316 0. 81 中青磐岩化云英闪长斑岩(MPT) 粉砂岩(S) 0. 609 0. 275 0. 608 0. 345 0. 634 28. 7 中青磐岩化粉砂岩(MPS) 弱青磐岩化粉砂岩(WPS) 钾化云英闪长斑岩(POT) 38. 91 40. 32 37. 36 3 . 3ꢀ 边坡稳定性计算结果 根据边坡工程地质分区及岩体物理力学参数, 针对本次扩帮后的最终境界,采用 Geo-slope / W 专 业的边坡分析软件,对 8 个剖面的边坡稳定性进行 了校核计算,其计算结果如下: ( 1)A-A 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 为 1. 294。 图 3ꢀ 边坡工程地质分区 ( 2)B-B 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 表 2ꢀ 边坡工程地质分区评述 为 1. 211。 编号 岩组类型 地质构造 岩体结构 潜在破坏模式 ( 3)C-C 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 块 体 结 圆弧形破坏,中下部可构 构,整体 成各种平面破坏、楔形破 为 1. 282。 1 2 3 4 5 6 7 8 区 PS、PT、ST F2 强度高 块 体 结 圆弧形破坏,中下部可构 PS、PT、ST F2、F4、F6 构,整体 成各种平面破坏、楔形破 坏和倾倒破坏等。 (4)D-D 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 为 1. 187。 (5)E-E 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 为 1. 229。 区 强度高 坏和倾倒破坏等。 碎 裂 结 PS、PT、ST F4、F5、F7 构,整体 强度低 可构成各种平面破坏、楔 形破坏和倾倒破坏等 区 ( 6)F-F 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 块 体 结 圆弧形破坏、各种平面破 构,整体 坏、楔形破坏和倾倒破坏 为 1. 322。 区 PS、PT、ST、SS F3、F5 ( 7)G-G 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 强度高 等 块 体 结 为 1. 300。 区 PS、PT、ST、SS F3 构,整体 圆弧形破坏、楔形破坏等 ( 8)H-H 剖面计算的整体边坡的最小安全系数 强度高 为 1. 389。 碎 裂 结 PS、PT、ST 节理发育 构,整体 强度低 可构成各种平面破坏、楔 形破坏和倾倒破坏等 区 区 区 3 . 4ꢀ 边坡稳定性分析结论 个剖面边坡稳定性计算结果汇总见表 4。 8 块 体 结 PS、PT、T 局部小断层 构,整体 圆弧形破坏、楔形破坏等 强度高 根据《 有色金属 采 矿 设 计 规 范》 GB 50771— 2 012 对边坡安全系数的要求,扩帮工程边坡的安全 碎 裂 结 可构成各种平面破坏、楔 PS、PT、SS 节理发育 构,整体 形破坏和倾倒破坏等 [4-5] 系数取 1. 1 ~ 1. 2 。 根据表 4 的结果,只有 D-D 强度低 剖面整体边坡安全系数小于 1. 2,为 1. 187,其他剖 面整体边坡的最小安全系数均大于 1. 2。 6 9 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 4 ꢀ 结论与建议 管稳定性分析评价结果支持加陡最终边坡,但是,扩 帮开采过程中爆破作业对边帮稳定影响仍具有很大 的不确定性。 在扩帮开采初期,特别是基建期应开 展边坡控制爆破参数的研究工作,探索扩帮开采最 佳边坡控制爆破参数,以期爆破作业对边帮稳定性 影响最小。 ( 1)通过对南矿段露天边坡的研究、分析和计 表 4ꢀ 边坡参数及安全系数汇总 边坡高度 整体边坡角 下部边坡角 / (°) 整体边坡 最小安全系数 剖面 / m / (°) A-A B-B C-C D-D E-E F-F G-G H-H 347 372 372 398 397 389 356 342 45. 39 46. 87 46. 91 48. 10 47. 94 46. 89 46. 72 41. 76 47. 44 54. 23 54. 05 53. 20 50. 09 47. 66 47. 58 1. 294 1. 211 1. 282 1. 187 1. 229 1. 322 1. 300 1. 389 ( 4)扩帮开采中应重视边帮稳定性监测工作, 发现问题及时解决,并能做到提前预警,避免发生安 全事故。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 四川鑫顺矿业股份有限公司. 巴基斯坦山达克铜金项目南矿 体 2012 年度南矿体深部补充勘探工程技术总结报告[ R]. 成 都:四川鑫顺矿业股份有限公司,2013. 算,提出了山达克南矿段露天坑深部扩帮开采技术 方案,可开残留矿石 599. 16 万 t,延长服务年限 3 a, 利润总额 478. 9 万美元,并为其他矿山提供技术借 鉴。 [ [ 2]ꢀ 北京有色冶金设计研究总院. 巴基斯坦俾路支省山达克铜金 工程基本设计[R]. 北京:北京有色冶金设计研究总院,1991. 3]ꢀ 北京科技大学. 巴基斯坦山达克露天矿开采系统优化及边坡 稳定性研究[R]. 北京:北京科技大学,2010. ( 2)本扩帮开采方案在已形成的露天采场最终 边帮中下部大范围扩帮,在国内外少见,是一项前瞻 性高难度工程,实际上是露天矿开采末期进行强化 开采的尝试,具有探索和研究性质,需要高度重视, 严格组织实施。 [4]ꢀ 王洪仁,南世卿,张永坤. 露天铁矿扩帮加陡边坡稳定性技术 研究[J]. 矿冶工程,2011(11):10-14. [ 5]ꢀ 中国有色金属工业协会. GB 50771—2012ꢀ 有色金属采矿设 计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2012. ( 收稿日期 2018-11-02ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) ( 3)南矿段露天采场最终边帮已形成多年,尽 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ [ [ [ [ [ 2]ꢀ 成都地质矿产研究所. 黑牛洞—大水沟矿区铜矿勘探地质报 告[R]. 成都:成都地质矿产研究所,2011. ( 上接第 55 页) 用途径,可广泛用于矿山复杂空区 [9] [10] [11] 治理 、高价值残矿回收 、地压改善 等方面, 3]ꢀ 王志方,曲文峰. 有色矿山两步骤采矿的应用与发展[J]. 有色 矿冶,1998(2):3-6. 具备极大实践应用价值。 ( 3)小型化碎石胶结充填采矿法虽直接利用坑 4]ꢀ В И 什捷列,周正濂. 缓倾斜矿体分层回采时形成充填体的工 艺[J]. 国外采矿技术快报,1987(30):16-18. 口废石作为充填粗骨料,在一定程度上控制了充填 成本,但相较于行业内成熟的尾砂胶结充填工艺,碎 石胶结充填采矿成本仍旧偏高,且台班充填能力也 存在一定瓶颈,仅在小规模、特殊用途上具备一定优 势。 5]ꢀ 王ꢀ 晶. 矸石充填开采技术研究与应用[ J]. 科学技术创新, 2 018(1):62-63. 6]ꢀ 张ꢀ 飞,张ꢀ 衡,刘德峰,等. 尾砂胶结充填在某金属矿采空区 处理中的应用[J]. 有色金属:矿山部分,2013,65(4):16-19. [7]ꢀ 窦广文,张承明. 上向式充填与房柱采矿法联合开采工艺实践 J]. 中国矿山工程,2014,43(1):10-12. [ ( 4)小型搅拌输送一体泵受限于设备规格尺寸 [ 8]ꢀ 何艳梅,刘晓亮,汤永平. 中澳矿山运营成本比较研究[J]. 矿 业研究与开发,2015,35(5):99-102. 及泵送功率,远距离水平、垂直泵送能力欠缺,充填 作业范围较小,实际应用过程中涉及操作硐室施工 数量多、设备重复安拆等问题,小型充填设备在一站 式充填范围能力方面还需改进突破。 [ 9]ꢀ 徐ꢀ 江,崔栋梁,陈ꢀ 琪. 金属矿山采空区处理方法综述[ J]. 黑龙江冶金,2007(4):35-37. [10]ꢀ 姜洪波. 电耙道残矿回收技术应用实践[J]. 中国矿山工程, 015,44(6):4-8. 2 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 11]ꢀ 王泽群. 缓倾斜厚大矿体两步回采地压控制技术研究[ D]. 长沙:中南大学,2005. [ 1]ꢀ 陈树楠,杨焕文. 全尾砂泵压充填采矿法技术可行性研究[J]. 矿冶,1997,6(2):1-5. ( 收稿日期 2018-08-22ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) 7 0
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