横采纵剥采矿方法的研究与应用.pdf

2 2 矿 业 工 程 M i ni n g Eng i n e e r i ng 第 7卷第 4期 2 0 0 9年 8月 横采纵剥采矿方法的研究与应用 汪 忠 海 鞍钢集团矿业公司齐大山铁矿，辽宁 鞍山 1 1 4 0 4 3 摘要 横采纵扩的开采方法是采 矿工程发展的必然 结果 。该方法 主要适用 于 以采用 汽 一铁 或汽一胶联 合 开拓运输 方式的矿山及长大型露天矿 山 ，或 由小境界 向大境界 进行扩帮过 渡的矿 山。实践表 明 ，该方法 技 术上可行 ，并 取得了较好 的经济效益 。 关键词 横采纵扩 ；剥采 比；陡帮分条带开采 ；应 用 中图分类号 T D 8 0 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 8 5 5 O 2 0 0 9 0 4 0 0 2 2 0 3 0 引言 鞍钢矿业公司 鞍 矿拥 有六 大露 天铁矿 、一个 地下 铁 矿及 两座大型石灰石 矿 ，是全 国最 大的钢 铁原料 生产 基 地 。进入 2 0 0 0年 以来 ，相继有齐 大山铁矿、弓长岭独 木露 天矿等进行 扩建 工程 改造 ，大 孤山 、眼前 山铁矿 等也 已 向 I I 期扩帮过渡 。目前 ，六 大露 天铁 矿均 已进 入深 凹露 天开 采 阶段 ，随着采 场逐 渐延 深 ，近几 年为 鞍矿 生产剥 采 比的 高峰期 ，由于剥采 比较高 ，造 成 原矿 生产成 本较 高 。根 据 集 团公 司 “ 十一五”钢铁发展 规划要求 ，鞍钢将形成 1 8 0 0 万 t 的钢铁生 产能力 。为确保 鞍钢 钢铁 持续 稳定 生产 ，保 证铁矿石原料 的生产 能力 同步增 长 ，根据 鞍矿 总体 规划 安 排 ，所有选矿厂均 已在 2 0 0 7年底前完成改造 工作 ，选 厂总 能力将达到 2 4 3 0万 t 。为满足公 司采 、选平衡 ，必须对所 属各矿 山进行扩产或新建 ，使矿 山能力满足选厂需要 。 降成本 、增效益 、适应市场需 求 ，是亟待解决 的课题 。 造成矿石成本较高 的因素较 多 ，其 中生产 剥采 比较 大是 主 要原因之一 。为最大 限度 地 降低及 均衡生 产 剥采 比 ，必须 从源头采矿方法人手 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 0 4 作者简介 汪忠海 1 9 6 1 一 ，男 汉族 ，辽宁海 城人 ，鞍 钢集 团 矿业公 司齐大 山铁矿 副矿长 ，高级工程师 。 采用不 同的采矿方法所 带来 的生产剥 采 比的大 小是 不 同的。陡帮剥岩缓帮采矿 是需追 求 的 目标 。为实现 这一 目 标 ，单一 的采矿方法难 以实现 ，尤其 是对 一些 已经 习惯 于 采取某种采 矿方法的 矿山 ，要做 到降低及 均衡 生产 剥采 比 是很 困难 的事情 。采 矿方法 的选取 同具体 采场 的情 况及 开 拓运输方式有关 ，应 随其 变化而 变化 。对 已经 采用某 种采 矿方法但又不适 应 当前 生产情 况 的矿 山，调整 、选 择适 宜 的采矿方法非 常必要 。就 鞍矿各 矿 山的生产 情况 看 ， 目前 均 已进入深 凹露天 开采 ，存 在扩 帮过渡 问题 ，开拓运 输方 式多为汽 一铁或汽 车 一胶 带联合 的开拓 运输 方式 ，单 一 的 开拓运输几乎不存 在 ，也 不适应 生产 需要 。为此 ，必 须找 出适应新形势 的采矿方法 以满足生产需要 。 1 横采纵扩采矿方法 的开采特点 露天采场是一个 复杂 的空 间几何 体 ，每个露 天矿 山 的 大小 、形状和矿岩量均 不 同 ，为 了保证 安 全、经济 、合理 地开发露天矿 山，必须按一定 的采 准剥离和采矿程序 生产。 而露天矿的采剥方式 就是研 究开采 中 的采 准 、剥 离和采 矿 工 程的开采程序 以及 它们之 间的 时空关 系。采矿 方法按 工 作 布置形式可分为纵 采 、横 采 、扁 型开 采 、环 型开 采 。前 两种采 矿方法在矿 山应用较 广。影响 矿山采 矿方 法 的因素 较 多 ，主要 有矿山 的运 输形 式 、采场 长宽 比、矿 石 的损失 贫化 、矿 山的基 建工程 量 、矿 山新水 平准 备时 间等 。纵 采 Cl e a r a nc e r e s e r v i n g s u p po r t e c hni q u e a pp l i e d t o t u nne l ha v i ng hi g h s t r e s s s o f t wa l l r o c k LI J i a n - mi n， GU0 Ha i l i a n g ，S UN Xi a o - y a n Yi ma Co a l I n d u s t r y Gr o u p s Co r p o r a t i o n ， Yi ma 4 7 2 4 3 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f a n a l y z i n g p r o p e r t i e s o f wa l l r o c k o f t u n n e l i n s o f t c o a l s t r a t a ，t h e p r i n c i p l e f o r s u p p o r t o f t u n n e l h a v i n g h i g h s t r e s s s o f t wa l l r o c k i s d i s c u s s e d ． Th e c l e a r a n c e -- r e s e r v i n g s u p p o r t t e c h n i q u e t h a t p r o v i d e s a c o mb i n e d s u p p o r t f u n c t i o n o f“ wa l l r o c k s u p p o r t s t r u c t u r e ” i s u s e d．wh i c h a c h i e v e s r e ma r k a b l e i mp r o v e me n t o f t u n n e l s u p p o r t p e r f o r ma n c e t u n n e l s a f e t y a n d b r i n g s g o o d e c o n o mi c b e n e f i t ． Ke y wo r d s t u n n e l h a v i n g h i g h s t r e s s s o f t wa l l r o c k； c l e a r a n c e -- r e s e r v i n g s u p p o r t ； s u p p o r t o f t u n n e l 2 0 0 9年第 4期 汪忠海横采纵剥采矿方 法的研 究与应 用 2 3 方式主要适用于 以铁路运 输为 主的矿 山 ，长宽 比大 的长露 天及损失贫化较小 的矿 山 ；横采 主要是 下 降强度较 大 ，尤 其适用汽车开拓为主 的矿 山，因为汽 车运输 机动灵 活 ，不 受工作 线长度的限制 ，可适应 各种不 同 的矿 体埋 藏条 件和 品位的空间分 布。尤 其对 于长宽 比大 的长露 天矿 山，采用 横采更为有利 。而横 采纵扩 的采矿 方法集 两者 的优 点 ，由 横 向和纵 向工作 面构成 ，在适 宜 的条件下 ，合理 地进 行组 合 ，可取得较好 的采剥 效果 。所谓 横采 纵扩 就是 以横采 矿 石形成 的空 间代替纵 采 的掘沟 ，即将 采场分 为采 矿和剥 岩 区两部分 ；采矿 区采用 横 采方 式 ，剥 岩 区采 用纵 采 方式 ， 即采矿工作面垂直矿体走 向布置 ，以矿体宽度沿 走向推进 ； 剥岩工作面沿矿体走 向布置 ，以横 向采 矿形成 的空 间为 掌 子面 ，垂直矿体走向 由中问 向两边扩帮 。 采用横采纵扩的采矿方 法可有 效地 降低及 均衡 生产 剥 采 比，减少基建剥离量 ，缓 剥拖 后剥 离岩 石 ，提高 矿石 生 产能力 ，对正在建设 、初期开 采剥 离量 大或 已经生 产但 长 期未达设 计产量 ，或正在进行或即将进行扩帮过渡 的矿 山， 以及 采用 汽一铁或汽 ～胶 联合运输 的一 些采用 纵采 方式 的 矿山 ，采 用该 方法 ，可获得 较好 的经 济效益 。尤其 对那 些 长大 型深凹露天矿山 ，下 部采用横 采矿 石 ，上 部采 用纵采 岩石 ，可有效 地实现缓帮采矿 、陡帮剥岩 。 2 横采纵 扩采矿方法的技术保证 2 ． 1 剥岩条带宽度的确定 剥岩条带宽度是 陡帮开采 中非 常重 要的参 数之 一。其 宽度值越大 ，所需 的备采矿量 就越 多 ，推迟 的剥 岩量 就越 小 ，经济效益也就越 差。陡帮 开采 推迟剥 岩量 越多 ，生 产 剥采 比就越小 ，经济效 益就越 优越 。但 其宽 度必须 满 足下 式 Bs i ≥Bm m 6 式 中 B 最小剥 岩条带 宽，m；B ⋯ 最小工作 平 台宽 ，m；6 暂时不作业平 台宽 ，m。 最小工作平 台宽可 根据类似 矿 山确定 。非 工作 平 台宽 以能零截 留上部 台阶爆破滚石 为原 则 ，同时 有设备 单 向运 输联络作用 。由此可确 定陡帮剥 岩最 小条带 的宽 度 ，具 备 剥岩条带宽度可用剥岩周期来验证 。 2 ． 2 剥岩周期 陡帮开采时 ，备采矿量 的准 备是 周期性 的 ，每 剥完一 个 岩石条 带 ，坑底 就增加一 定 的备 采矿 量 。但 在剥 岩期 间 又采 出一 定 的矿量 。为了保 证 露天 矿 能持 续地 进 行生 产 ， 备采矿量 的保有期应 等于或大于剥岩周期 ，即 ≥ 式 中 备采矿量保有期 ，a ； 剥岩周期 ，a 。 剥岩周期 丁， Bs N H L r ／ Q 式 中 B s 剥岩 条带 宽 ，m；N 陡 帮台 阶数 目，个 ； H阶段高 ，m；L 剥岩条 带长度 ，k m；r 岩石 密度 ，t ／ m。 ；Q一挖掘 机生 产总能力 ，万 t ／ a 。 如果剥岩周期远小 于备采 矿量 的保有 期 ，则 可适 当增 大剥岩条带宽度 ；若剥 岩周期 大于备 采矿 量保有 期 ，则 可 减少剥岩条带宽度 ，但 不得小 于最小 剥岩 条带 宽度 ；当达 到最小剥 岩条带宽度 时，可通过 减少并段 台阶数 目或增加 挖掘机 台数来调 整剥 岩周期 。 剥岩条带 宽度必须满 足水平 推进 速度 的要求 ，即水平 推进速度与剥岩条带 宽度之间应满足 V ≤ B 式 中 水平推进速 度 ，m／ a ；其他符号 同前 。 式 中表 明一次剥 岩条带 宽度要 满足在 剥岩 周期 内所提 供 的备采矿量 2 ． 3 生产 剥采比的均衡 采用横采纵扩 的采矿 方法 的生产 剥采 比 由采 矿 区和剥 岩扩帮 区组成 ，同时 又受开采 顺序 、扩帮方 式 和开采 强度 的制约和影响 。因此对 于调整 后 的露天矿 ，应认 真分 析开 采境界 内矿岩量 的分 布规 律 ，结合 开采顺 序 、扩 帮方 法及 开采参数的研究 ，对生产 剥采 比进行 均衡 ，避免 出现起 伏 现象 ，力求今后生产剥采 比稳定发展 。 均衡 生产剥采 比主要采用 以下方法 1 调整矿 山的下 降强度 ；2 不断调 整采矿 区与扩 帮剥 岩 的剥岩量 ；3 对 重点部位 的剥岩区 ，采用陡帮开采 的扩帮工 艺；4 调整 和 合理安排扩帮顺序 。 3 横采纵扩采矿方法 的应用 3 ． 1 齐大 山铁矿的应用 齐大 山铁矿扩 建工程是国家 “ 八五”期间的重点 工程 。 扩建后 的露天 开采境界由北采 、南采和二矿 区三部分 组成 ， 露天底为 一2 7 0 m。开拓 运输 方 式主要 采 用汽 一胶 及 汽 一 铁联合运输方式 ，少 部分 采用汽 车或铁 路直 排方 式 。采 矿 方法采用纵采方式 。生产规模 1 7 0 0万 t ／ a 。 2 O世纪 9 O年 代末 ，为 降低开 采成 本 ，矿 山采 取 了分 期开采方式 ，采场上部 留下 大量岩 石 。目前 为 降低生 产剥 采 比，矿 山采取 了调整 采矿 方法 的措施 横采纵 扩 ，取 得了较好 的经济效益 。 从采场整体来看 ，北 采落 后南 采 3个生 产水平 ，且北 采工作平 台较宽 ，但新 水平准 备工 作滞 后 ；而南 采上 盘扩 帮落后 ，下盘 一7 5 ～ 一6 m水 平 、6 ～4 2 m水 平几 乎 成并段状态 ，而且新水 平准备 较快 ，下 降速 度远 大于北 采 区 。根据上述现状 ，齐矿 采用 横采 纵扩 的采矿 方法 ，即利 用北 采落后南采这 3个 水平段 ，由南 向北 以矿体宽 度纵 向 推进 ，形 成横采 ，而北采 一4 5 、一6 O和 一7 5 m 的矿石总量 几乎 占 3 个水 平开拓矿 量 的一 半 。利用 北采 3个水 平开 拓 矿量 ，是 降低 、均衡生产剥 采 比的关 键 。因此 ，要 降低 生 产剥采 比必须强化北采 的开采强度 ，降低 南采 的下降速度 ， 以减 轻南 采 的剥岩 压力 ，从而 达 到拖 后 岩石 剥离 的 目的。 将原先矿石 纵采方式调 整为矿 石横采 ，因为 西石砬 子矿 体 量储量较 大 ，上部空 间尺寸较 宽 ，又 处在北 采南 端 ，与 南 采毗邻 ，而南 采超 前 北采 3个生 产 水 平 ，这 样依 托 一3 O 、 ～ 4 5和～6 0 m 生产 水平 为基 准工 作 面 ，由南 向北纵 向 推 进 。实现矿石横采 可迅速 采出大量 的矿 石 ，也 增加 了采 场 的储备矿量 ，从而 达到强 化北 采 ，减少 剥岩 量 ，以降低生 产剥采 比的 目的。而岩石 目前整个 采场均 采用 纵采方 式进 行剥离 。南北采场 3 0 m水平 以上已经贯通 。若将岩石剥离 方式调整为横采 ，工作线 由纵 采变为横采 ，势必缩 短很多 ， 2 4 矿 业 工 程 第7 卷 第4 期 大部分需要 剥岩的纵采横 向推进 的水平 将改为局 部 的横采 纵向推进 。这将影 响到采矿水 平要求 上部 各岩石 剥离 水平 推进速度 ，矿石生 产将受 到影 响。因此 ，岩石仍 采用 纵采 的方式 ，为 了降低生 产剥采 比减少 岩石剥 离量 ，将 采 场重 点部位采用 陡帮剥 岩。 由于南 采下 盘岩石 较集 中 ，以汽车 运输为 主，采用 陡帮 开采对 岩石拖后 剥离 极其 有利 。同时 由于矿石横采 ，以矿体 宽度 由南 向北 纵 向推进 ，可降低 生 产剥采 比，满足岩石水平 推进 与矿石延 伸速度 之 间存在 一 定 的内在关系 。因此该部 位 的岩 石剥 离采用 陡帮 开采是 必 要 的 见 图 1 。 图 1 齐大 山铁矿 2 0 0 7年采掘计 划图 在齐 矿 实 施 两 年 来 ，截 至 2 0 0 7年 末 ，矿 石 产 量 由 2 0 0 5年的 1 2 0 0 万 t 增至 1 9 0 0万 t ，生产剥采 比由 3 ． 3 t ／ t 降至 2 ． 4 2 t ／ t ，效果十分显著 。 3 ． 2 弓长岭矿独木采 区的应 用 弓长岭露 天矿独 木采区已有 4 O多年 的开采历史 。1 9 9 3 年 以前设计规模 为 2 0 0 万 t ／ a ，l 9 9 3年完成 了 1 5 0万 t ／ a 扩 建 的设计 ，但 由于资 金短 缺及矿体 赋存 条件 的变化 ，扩建 后仍保持在 2 0 0万 t ／ a 规模 。1 9 9 9年实 际生产 为 1 9 6万 t ， 生产剥 采 比 3 ． 9 6 t ／ t 。为 降 低 剥 采 比，提 高 矿 石 产 量 ， 2 0 0 0年对采 区进行 了优化设计 ，将原先 的横采 横扩调 整为 横采纵扩 的开采方式 ，使近几年 的生产剥采 比降至 3 ． 3 3 t ／ t 。1 9 9 9 年 独木 采区共 1 8个生 产水 平 ，最 高 3 3 2 m，最 低 1 2 8 m，采区采用横 采横 扩 的采矿 方 法 ，由小境 界 向大 境 界扩帮 。考虑到独木采 区 的特 点 ，岩石 多集 中在 矿体 的上 盘 ，而沿矿体走 向由小境界至王家后 山所覆盖 的岩石较薄 ， 因此矿石采用 横 采 ，沿矿 体走 向 以矿 体宽 度 布置 工作 面 ， 以采代掘 ，将采矿形成 的采空 区作为剥 岩扩 帮的掌 子面 进 行 纵扩。为降低剥采 比，将剥岩台阶并段 ，按 4 ～5个为一 组形成 陡帮剥岩 ，然后采用 分条 带纵采 方式 扩帮 。为解决 由于并段而减少剥 岩工作 面 的问题 ，采用 大型 电铲进 行条 带扩帮剥离 见 图 2 。实践 表明 ，该方法效果较好 。 图 2独木采 区 2 0 0 7年采掘计划图 4 结语 矿石横采 、岩石 纵扩 。因矿 石横 采 ，沿 矿体 走 向 布置工作面 ，增加 了采矿 的生产 台阶数 ，既加 大 了采 矿 的 生产能力 ，又有利 于矿石 生产的质 量 中和 ，对 于矿石 品位 变化较大的矿 山较 为有利 。同时具备 横采 的优 点 ，即下降 速度快 ，有利于提高矿 山 的生 产能力 ，也有 利 于增加 矿石 的两级储量 。岩石纵扩 主要适 用于 以铁 路运 输为 主及 汽一 铁 或汽一胶 联合的开拓 运输方 式 的矿 山 ，或 由小境 界 向大 境 界扩 帮过渡的矿山 ，尤其适用于长大型露 天矿 山的生产 。 陡帮分条带剥离 。陡帮剥 岩是 降低生 产剥 采 比的 需要 ，因矿 山开采存 在一个 空 间与时 间的关 系 ，要 采矿石 就必须先行 剥离岩石 。考 虑到岩石 剥离及 矿石 生产 的发展 方 向，岩石 剥离 必须陡帮作 业才 能达到横 采纵 扩 的生产 目 的，否则将使生产剥 采 比达到较 大值 ，失 去 了采用 横采纵 扩采矿方法 的实 际意义。 为解决 因陡帮剥岩而造成 生产工作面减少 的问题 ， 在生产 中需采用大 型挖掘 设备 。这对 利用 原有设 备进 行生 产改造 的矿 山无疑增 加 了资金 问题 ，应适 当减 少并段 台 阶 的数量 ，以满足小型 挖掘设 备的生 产需要 。随着 采矿 技术 的不断发展 ，横采纵扩 的采矿方法将逐 步得 到充实和完善 。 实践表明 ，该方法对其 他 的矿 山具 有借鉴 作用 ，并取 得 了 较好 的经济效益 。 S t u d y a n d a p pl i c a t i o n o f t r a ns v e r s e mi ni n g a nd l o ng i t u di n a l s t r i p pi n g W ANG Zh o n g - h a i Qi d a s h a n I r o n Or e Mi n e o f An s h a n I r o n S t e e l Gr o u p s Co r p o r a t i o n，An s h a n 1 1 4 0 4 3，C h i n a Ab s t r a c t Tr a n s v e r s e mi n i n g a n d l o n g i t u d i n a l s t r i p p i n g i s a t e c h n i c a l l y p r a c t i c a b l e a n d e c o n o mi c a l l y b e n e f i c i a l mi n i n g me t h o d t h a t a l l o ws mi n i n g o p e r a t i o n b e c a r r i e d o u t wi t h a s ma l l s t r i p p i n g r a t i o ． Th e me t h o d i s s u i t a b l e t o b e u s e d i n l o n g ／ g r e a t o p e n p i t mi n e a d o p t i n g t r u c k r a i l wa y o r t r u c k b e l t c o n v e y e r d e v e l o p me n t＆ t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m．o r i n mi n e t h a t i s i n t r a n s i t i o n p e r i o d f r o m s ma l l l i mi t t o g r e a t l i mi t ． Ke y wo r d s t r a n s v e r s e mi n i n g a n d l o n g i t u d i n a l s t r i p p i n g；s t r i p p i n g r a t i o ； b a n d wi s e c a v i n g a t s t e e p s l o p e ； a p p l i c a t i o n