试论我国露天铝矿的采矿方法和采剥方式.pdf

S 试论我国露天铝矿的采矿方法 和采剥方式 沈 阳铝镁设 计研 究院姜 立聪 摄薹 通过理论和实捌分析，作者认曲倾斟分条的采矿方法和多分期开采、陡 帮 剥离 的 栗剃 方式是 我 国露天铝 矿开 采技术发 展 蛇必 然 趋势 ，也是 露天铝 加快 技术进涉 、提 高 经济 效 盘 的 重要造径 。 一 、前 言 采矿方法和采剥 方式是 影响露 天矿经济 效 益的决定性 因素 ，对矿 山的基 建工程量 及 矿山建设速度 、生产能 力及其 能 否 保 持均 衡 、生产剥采比的大小及共变化 、矿产 资源 的台理利用等方面 ，有着 举足轻重 的作 用。 我国露天铝矿开采 一直沿 用走 向分 条的 采矿方法和垒境界开 采、缓帮 剥离 的采剥方 式 ， 在实践 申暴露 出开采强度低 、 采掘和运输 设备效率不能充分发挥等 问题。从6 0 年代开 始，国内一些单位相继试验 了新的采矿方法 和采剥方式， 进行了有益的探索， 也积累了宝 贵的经验 。 在 实践中 ， 倾 向分 条的采矿 方法解 决 了传统 的方j 击在缓 、薄 矿体露 天开采 中存 在的 问题，有利于配 矿和降低矿石 的贫 化 与 损失； 当基建贷款利 率大于l 0 时 ，多分期 开采 、陡帮 剥离 的采剥方式对于扩大露 天铝 矿开采境界与规模，加快投产见效周期有着 十分积极 的意义 。 本文结 合露天矿 工艺设备的发展情况 ， 对 我国露 天铝矿的采矿方 法和采剥方式 的研 究 与发展进行 了总结 。 二 、露天 铝矿 采矿 方 法探 讨 --传统的采矿方法存在的问题 我 国铝土矿床赋 存特 点是矿体 呈层状或似层状 产 咀 厚度小 、l 嗫角缓，分 布范禺广 ，品位 变化大 、无矿天 窗和夹层 比较 多、矿体 底扳 凹凸不平 。多年来 ，我国露 天铝矿普遍应 用 自上而下 沿走 向划分 条带 、一次回采 垒厚 的 倾 斜工作台阶 的采矿 方法 走 向分条采矿方 法，见 图1 。实践 表明，这 种方 法能 够合理 地利用矿产资源 ，减少 开采 损失和贫 化。但 它也存在如 下问题 三角矿石爆堆平台 圈 1 走 向分条 采矿 方法示意圈。 1 ．条带宽度小、工作线长度大，不能 使用大 区多排孔微差爆 破技术 。致使爆 破次 数多 、效果差 ，清 理 飞散到采空 区和 矿体 顶 板的矿石 的工作量 增多 爆 堆不集 中、高 度 小 ，严 重地 限制了矿 山的生产 能力。 维普资讯 6 2 ．为了保证设备正常运行，每条采矿 带要留较宽 的三 角矿石 爆堆平 台，致使有效 挖掘断面减 小，限制 了设 备效 率的发挥。 3 ． 白卸汽车在矿石爆堆 平台 上行驶速 度慢 、轮胎 磨损快 。 4 ．不 易剔除夹 层和 选别 开采。 5 ．工作 面少 、不利于配矿。 -- 缓薄矿体叠 夭开采方法的 几个 实 饲为 了克服 “ 走 向分 条”采 矿 方 法 的缺 点，提高缓薄铝矿 体露 天开采的强度和经济 效 益，1 9 6 4 年 1 1 Y l 至1 9 6 5 年4 月 ， 北 京矿冶研 究院 和郑州铝厂小关铝 矿联 合进行 了 “ 推土 机一电 铲采矿方法 ”试验研究c 。试验梧矿 体倾 向布置采矿 工 作 条 带 宽5 ～8 米 、 陡 6 0 7 0 米 ，采用O 1 3 O 型手持式 凿 岩机凿 岩，移 山8 O 型 5 8 ． 8 千瓦推土 机将 爆下的 矿石 沿倾 向分层浅堑沟 沟 槽 铲 推 法集 矿 ， 1米 。 电铲装车，见 图2 。试 验表明 ，遵 守先远 后近的爆破 与集 矿顺 序，有利于降低 废 石混人事 ，试验指标见 表1 。 由于 当时没 有 大 功率推土机和 大区 多排孔微 差爆 破技 术， 该方法没能在露天铝矿得到推广应用。 昆阳磷矿为 解决缓薄矿体站 天开采生产 能 力低 的难题 ，经过近两 年的试验 攻关成 功地应 用了露 天长壁 式采矿方 法0] 。该方法 采 用美 国 Ca t e r p i I I a r公司生 产的D1 0 型 推 土机 5 2 2 千 瓦，配 单齿松土 器沿 矿 体倾 向 白上而下分层 进行裂矿 或穿爆后 集堆 、 电铲采装、汽 车运输 间断开采工艺 ， 见图3 。 试验 结果，D1 0 型推土机 经济 合理 的推运距 离为6 O 米 阶 段高1 5 米 } 推 土 机 的 裂矿集 堆效 率为上 层矿2 9 2 ． O 8 米。 ／ f b时 、夹 层 2 6 8 ． 1 3 米 。 ／ 小 时 、 下层矿 4 4 0 ． 2 5 米 。 ／ f b 时 ；矿岩 可裂 程度见表2 ；技术经济指标见 表 3。 采空压 旦⋯ 圈 3“ 露夭 长璧 式” 采矿方 法示 意圈 液压挖 掘机 具有挖掘 力 大 、 生 产效率 高 、行走速 度快 、爬 坡能力强等优点 ．它特 别适宜 进行选另 lJ 采装 3 ] 。而反铲液压挖掘机 还具有挖掘深 度大，很少破坏矿体底板等优 点。圭 砸那瓦直纳 岛铝土矿为 了克服地下 水 位高和 粘性的粘土或尖柱状灰 岩底板等 不利 开采条件，采用 了长臂液 压反 铲 在 矿 体 顶 板上进行后退 式回采方案[ 4 这 不仅避 免 了 地下水和尖柱状灰岩及湿粘土 底板等 不利开 采因素 ， 而且减 少了灰岩的污染 ， 控 制了矿石 围 2 推土机一 电铲 采矿 方法示意 暖 赞 化，还 从溶洞 中采 出矿石。 采矿 方法试验 指标裹T 项 口 i 作 业 率 台 班 工 时 利 用 率 I 台 班 效 率 口 电 台 班 I 凿岩爆破 l I 5 ． 1 推 士机集 矿 } 2 8 ． 6 3 ． 7 l 1 7 8 ． I 电铲装矿 I 3 4 ． 8 2 ． 3 I 2 5 4 ． 0 j 气车运输 l d 6 ． 8 3 5 ． D J 7 9 ． 1 维普资讯 7 昆阳磷矿矿 岩可裂程度 表表 2 ～ e 米 秒 不 宜裂矿 需爆 破后摊运 三 倾 向分条 采矿 方法的技术特点 和 适 用条件上述几个 实例 虽然采用的工艺 和 设备 各异 ，但 是，其采 矿程 序在时 间和空 间 } 发展 变化方式 是相 同的，即 自上而 下沿 矿体倾 向布 采矿条带 、 倾 斜 工作 台阶 ， 工作 而沿走 向推进 ， 故称之 为倾 向分条采矿方法 。 倾 向分 条采矿方法是随着能 在缓倾斜 矿体上 技术经济指 标对 比表表3 项 目 单 垃 1 露天长臂式采矿方法 传统采矿法 备 注 I 石产量 j 1 0 ‘ 吨 ／ 年 J 1 6 0 夹 甚 量 I 1 米。 ， 年 l 1 ． 8 1 4 ． 8 爆 破 量 1 0 ’ 米 ， 年 2 8 ． O 5 8 1 ． 2 B 推 土机台 数 台 1 D1 0 型 3～ 4 DB L 型 电铲台数 台 l 电铲1 台、装载机1 台 汽车台数 辆 I 7 实际开动数 推土 机 工 作 量 1 0 ‘ 米。 ， 年 i 8 9 ． 4 1 1 3 ． 日 5 汽 车 运 括 量 1 0 ‘ 吨公里侔I 3 3 6 ． 5 o 3 6 5 ． 1 9 平均运距 公里 1 1 ． 7 3 1 ． 8 8 电铲效率 【 吨 台班 2 5 6 7 1 4 2 3 推 土 机 效 宣 【 米 ， 小时 S 2 a DI 型 1 7 6 D8 L 型 汽车效率 吨 ， 台班 l 1 0 2 9 9 试验 { 刚定 装载 机效 率 米 川 、 时。 2 2 7 单 位 采 矿 成 本 元 ， 吨 1 ． 1 注 DB L 型推土机功率为2 5 0 千瓦，9 8 8 B 型转式装载机斗容为5 ． d 水 ，电铲为wx～ { 型，亢车为B 一 5 4 O 型。 稳定作业的钻机 、大功率 推土 机和反铲液压 挖 掘机 等采掘设备 、以及 大区多排孔 微差爆 破 技术 的 出现而产生 的 它不仅 彻底解决 了 缓薄 矿体露天开采 强度低、 采掘设备效率不 能充 分发挥等 问题 ， 而且 可实行分 层采 矿 ， 有 利 于剐除夹 层与配矿，提高 了技术水平和 经 挤 效益 。 根据 使用的主要采 掘设备．倾 向分 条采 矿方 法可分为 推土 机开采法和反铲液压挖掘 机 开 乘 法 。 。 推土机 开采 法 一 般 适 用于 倾角为7 ～ 2 5 。 的矿体，特别适用于底板坚硬 、 倾 角l 5 ～ 2 5 。 的 矿体 。该 方法特点是 1 ．用推土机 进行集矿作业不 仅提 高 了 采 掘运 输设备的效率，而 且可以 分层选别开 采 ， 有利于降低窿石混入 率 ， 还 可以达 到矿石 混 匀效果，使千配 矿 。 2 ．当矿岩弹 性渡纵 波速 度小于2 0 0 0 2 5 0 0 米 ／ 秒 时 ， 可用 配备单齿 松土 器的推土 机犁碎矿岩代替穿爆作业，既安垒又省钱并 且保 护环 境 。 3 ．由于汽车只进入采 场阶段平台， 因 此 缩短 了平 均运 距，降低 了轮胎损耗 ，提 高 了运输经济效果 。 4 ．推土机集矿作业会使 矿石 松散 系数 增大 ，从而降低 了铲斗插入矿堆时受到的插 入 阻 力，因此 可用 挖 掘 力 虽然 不高 但投资 小 、机 动灵活的装载机 代替 电铲进行采装 作 业 。 反铲液压挖掘机开采 法一般 适用于顶板 平整 ，倾 角0 ～7 。 、厚 度l 5 米的 矿体 。该 开采法 特点是液压反铲和汽车在矿体顶 板 上进行后退 式作业；选别开采性能好 、易副 除夹层、特别适宜挖掘 漏斗矿” ， 降低了含 维普资讯 8 一 有夹 层 底板凸 凹不平矿体 开采 的损失 与贫 亿率 ；由千液压 反铲机动灵活 、生产效 率 高 并能 茌各 个水平进行挖掘作业 ，因此它 有利 于矿 山生 产能力的提高和 配矿。 三、采剥方式评述 一扩大露天铝矿开采境界与规模所 面临的 问题铝土矿 露天开采 比地下 开采具 有单位矿石 投资 小、开采成本低 、易 选别回 采 、矿石损 失 贫 化 小 等许 多突 出优 点。因 此 ，我 国铝 土矿露天 开采 比重很大 ，开采 深 度也越 来越 太。我 国露 天铝 矿一 直使 用传统 的垒境 界开采缓帮剥离采剥 方式 。这 种采 剥 方式不仅存在着基 建工程量大 、时间 长，生 产剥采 比调节 余地 小、剥离洪 峰 出 现 早 高；掘沟工程量大 时 间长 、降澡 速度低； 最终边帮暴露 过早 ，边 坡维护量 大等缺点； 而 且应用该采剥方式难以解 决下述 问题 1随 着开采深 度的增加 ，捌采 比越 来越 大，剥离费用在矿石成 本中所 占比侧遥 浙措太从而使矿石开采成本增高，尤其增 加了开采初期钓 矿石成 本 。 ．2 矿体埋藏一 般不 超过 1 9 0 米 ， 但矿 区范围较大，地表多为农 田，不少矿区又临 近村镇 采场和废石场占地闽题十分突 出。 因此，少占农田和造地还田是扩大露天开采 中十分重要的 问题 。 ， 3矿钵 覆盖 层厚薄不 一、矿体 厚度 变 化较 大 、矿石品级 多，因此必 须进 行优采 矿段肋 选择和配 矿 。 髓耨剁寓的优趣|I 生 露天开采一 围 4 缓倾斜矿体露最开采凑窘 町 面 示意 盈 个很 重要 的特 点就是剥离量 在时间上是可调 的。 因此 ，剥 离费 用 的 支 出时 间也是可调 的。考虑资金 的时 间价值[ 5 ] ，即当收益率 一 定时 ，初期生 产剥 采 比愈低 、剥 离洪峰 出现 愈晚 、露 天矿 经济效 益愈佳 。 从圈 4可以看 出，单位 走向长度的剥 离 量 V为 1 1 v告H c t g c t g 口 去L s j n 。 Z c t g c t g a 1 陡帮剥离 比缓帮剥 离推迟的 单位走 向长 度剥 离量A v为 1 A V去H。 c t g aI --c t g a 2 妻 x ‘ ￡ x L s i n 7 c t g aI c t g a 2 2 式 中H 露 天开采深 度； 。一 - 一 工作帮 坡角； L一沿 倾向的推进速度 ，一矿 体倾 角。 由 1 2 式可知 ，当沿矿体倾向 的推进速 度 一定时 ，剥离量 随工 作帮 坡角减 小 、矿体 倾角增大面增加； 陡帮剥离比缓帮 剥离推迟 的剥离量 随矿体 倾 角和开采 深度增 大而 增加 ；工作帮坡 角愈陡 、基建 和初期剥 离量愈小 ，剥 离洪峰 出现愈 晚。 除工作帮 坡角外，采剥 方式 构成 要素中 的工作线推进方 向、段沟的位置 与长 度和采 场降漂方 向以 及是 否采用分期开采都 是影响 剥离量大小 的重要 因素c ∞。因此，采剥 方式 的改进对提高露天 矿的经济效益 有着 极其 重 要 的 作 用 。 弓长岭铁 矿独 术采场 由 于 采 剥 严重失 调，1 9 7 9 年4 月}盛迫采 用 无段 沟 开拓新水 平、横 向采矿、陡帮剥离 采剥 方式 ，在年 剥采总量和设备没 增加 豹条件下 ，生产剥 采 比由4 ． 1 吨／ 吨 降 到L7 吨 ， 吨 ，矿石年产 量提高一倍 ， 达到年 产 l 2 0 万吨的 设计 规模 ， 取得经济效益见表4 c 7 。浏 阳 磷矿 二工区截 至l 0 7 8 年底， 应用陡帮 剥离 比缓帮 剥离推迟 了2 4 9 万 米。 的剥离量，以 贷款利率 5 将 逐 维普资讯 9 独本 采场 陡帮驯离 经济效益囊 单 位万元 囊 4 项 目 。 节省基建晕 离费 l 扭 亏 l 增加利润 l 增收维简费 l 台 计 总计 1 5 5 3 2 5 5 0 年均 2 5 9 5 1 5 d 年的剥 离费 折 算 至 1 9 7 8 年 ，所 得资金现 值 为 陡 帮剥离4 2 3 ． 1 7 万 元 、 缓帮 剥离7 1 6 ． 1 8 万 元 ，前者 比后 者节约2 9 3 ． 0 1 万元[ B ] 。 三 多分期开 采陡 帮删 离 采 剁 方式 的理论 依据圈5 所示 ， ABC D为初期境 界， AEFK为 最终境界 。 当按初 期 境 界 采 矿至 B C处时 ， 单位走 向长度推迟的剥 离量DCJ K 也为初期 向最终境 界发展的 过渡剥离量 的体积 V为 A 图 5 缓倾斟矿体少分期■采横剖 面 示意 图 V f L 2 s V c t g c t g 卢 f L s j j 一 堕 旦 2 1 2 c t g a c g 卢 J 0 口 ≤ 吉 c 一 c t g l O 时 ，陡 帮剥离的经济效果更加 明显， 陡 帮剥离很适宜在露天铝矿 推广应用 。 3 ．工 作帮坡 角对露 天矿分期开采的 划 分起着 决定性的作 用，陡工 作帮 坡 角是实行 多分期开采 的前提 。“ 多分期 开采 陡帮 剥离” 采剥方法是扩大露天铝矿 开采 境界 与规 摸， 提高其经济效益 、加快 技术进步 和发展的重 要途径。 4 ． “ 多分期 开采 眦帮刹离 ”采剥 方法 的 问题 尚未 完垒 认清 ，其经济 优越 性也远未 得 到充 分论证 ，有待于应 用电子计 算机 ，以 及现 代经 济和统计理论 探 分析研究以便确 定最 优的工作参数 。 本文 曾蒙 我院赵金福 高级工程师指教， 谨 致谢忱 。 参 考 文 献 [1】北京矿冶研究院， 推土机一电铲 采 矿方 法 研究 报告 ， 1 9 6 5 年 8 月． [2 】常 振球 何 晓岚 ，娼 ； 三欢 全 国采 矿学术 会 谈论 文集 ，1 9 9 0 年 ． 【3】姜立聪， 我国中，小型露天矿采剥设备 的发展与应用 1 9 8 8 ． 1 1 月． 【4】 Mi n i n g M g a z l n ” ，1 9 鸺年 ， ， 5 7 ． 【5]张冷松等，氍 矿山企业管理 ， l l 辽宁人民 出版 社 ，1 9 8 8 年 ． ’ 【6】李宝祥等， 金属矿床露天开采舟 ， 冶金 工业出版社，1 9 7 9 年8 月． 【7】称力， 矿山 拄东 ，1 9 8 7 年，弛 4 ． 【8]张俊 泉， 化工 矿山 ， 1 9 8 3 年，弛 1 ． 维普资讯