露天礦臺(tái)階并段帶來的經(jīng)濟(jì)效益分析

梁嘉偉

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113000）

露天礦臺(tái)階高度是組成臺(tái)階的要素，是臺(tái)階上部平臺(tái)和下部平臺(tái)之間的垂直間距。臺(tái)階高度除了對(duì)生產(chǎn)工藝過程有影響，還決定著露天礦的經(jīng)濟(jì)效益[1]。在生產(chǎn)過程中，如果上部采區(qū)到界；或是在上部采區(qū)沒有及時(shí)推進(jìn)的情況下，則考慮進(jìn)行臺(tái)階并段，減少剝巖量[2-4]，加快采區(qū)露出，緩解下部采區(qū)接續(xù)緊張的局面，滿足生產(chǎn)需求，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1 撫順東露天礦生產(chǎn)概況

撫順東露天礦礦區(qū)位于撫順煤田東部，礦石賦存呈東西走向，北傾向分布，北幫為工作幫屬于逆坡向節(jié)理邊坡，穩(wěn)定性好。撫順東露天礦采用單斗鐵道工藝，隨開采降深，臺(tái)階數(shù)量增加，逐漸露出富礦采區(qū)和煤礦采區(qū)；鐵道工藝在開采過程中，鐵道站場(chǎng)和連線都需要隨開采推進(jìn)進(jìn)行移設(shè)，由于某些原因，在鐵道站場(chǎng)和連線無法及時(shí)進(jìn)行移設(shè)，造成移設(shè)滯后時(shí)，下部采區(qū)相當(dāng)于被限制了采區(qū)的推進(jìn)速度，在這種條件下，下部富礦采區(qū)將會(huì)出現(xiàn)開采受限情況，給生產(chǎn)接續(xù)帶來許多困難。為此，考慮進(jìn)行局部并段的措施，研究并段處剝巖量變化及對(duì)下部采區(qū)采場(chǎng)富礦露出量的變化，并且對(duì)由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。

設(shè)備的類型是確定臺(tái)階高度的1 個(gè)主要因素，因?yàn)椴煌O(shè)備類型有不同的作業(yè)參數(shù)，臺(tái)階高度直接影響鉆機(jī)和電鏟的作業(yè)效率[5]。目前撫順東露天礦采用側(cè)采的電鏟采裝設(shè)備為4 m3電鏟、10 m3電鏟，現(xiàn)臺(tái)階高度為6～14 m。在此條件下，對(duì)增加臺(tái)階高度帶來的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

2 臺(tái)階高度變化與露天采礦剝巖費(fèi)用的關(guān)系

2.1 臺(tái)階達(dá)到開采境界時(shí)進(jìn)行臺(tái)階并段

當(dāng)臺(tái)階達(dá)到開采境界時(shí)，在開采深度一定的條件下，以沿縱向每米橫剖面為研究對(duì)象，并且假設(shè)不并段的各臺(tái)階高度、各平盤寬度不變。當(dāng)剝巖量減少時(shí)，可以減少剝巖費(fèi)用，達(dá)到降低開采成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。露天礦各參數(shù)關(guān)系如圖1。

圖1 露天礦各參數(shù)關(guān)系

計(jì)算過程如下：

式中：θ 為最終邊坡角，（°）；α 為臺(tái)階坡面角，（°）；h 為臺(tái)階高度，m；b 為平盤寬度，m；n 為臺(tái)階數(shù)目；B 為采場(chǎng)底寬，m。

在假設(shè)條件相同情況下，可得第n 個(gè)臺(tái)階（自下而上排序，n=1，2，…，n），平均寬度Bn為：

沿縱向每米的剝巖量Q 為：

式中：H 為采場(chǎng)深度，m。

當(dāng)B、H、b、α 不變的條件下，剝巖量Q 與h 呈減函數(shù)關(guān)系，即當(dāng)h 增加，Q 減少。說明境界內(nèi)剝巖量是隨著臺(tái)階高度增加而減少，剝巖量減少既是增加經(jīng)濟(jì)效益。在開采深度不變的條件下，境界內(nèi)的剝巖量為定值，增加臺(tái)階高度只減少露天礦采場(chǎng)的巖石體積，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可觀[6]。

增加臺(tái)階高度，減少的剝巖量ΔQ1為：

式中：ρ 為巖石密度，t/m3；Δh 為臺(tái)階高度增加量，m。

2.2 臺(tái)階未到達(dá)開采境界時(shí)進(jìn)行臺(tái)階并段

當(dāng)臺(tái)階還未達(dá)到開采境界時(shí)，假設(shè)不并段的各臺(tái)階高度、各平盤寬度不變。同理當(dāng)剝巖量減少時(shí)，可以減少剝巖費(fèi)用，達(dá)到降低開采成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。采區(qū)各參數(shù)之間關(guān)系如圖2。

圖2 采區(qū)各參數(shù)之間關(guān)系

采場(chǎng)的最終邊坡角是由臺(tái)階坡面角和臺(tái)階平盤寬度控制的，而對(duì)于某一固定采區(qū)非最終境界內(nèi)，影響臺(tái)階坡面角的因素（巖石硬度、節(jié)理裂隙、含水率情況等）是確定的[7-8]。因此，臺(tái)階坡面角為固定值。A、B 表示相鄰的2 個(gè)采區(qū)，假設(shè)各臺(tái)階高度不變，平盤寬度不變。

如圖2，假設(shè)相鄰采區(qū)地質(zhì)條件一定的條件下，臺(tái)階坡面角α 不變；當(dāng)B 采區(qū)向前推進(jìn)，將采區(qū)A平盤（寬度b）采靠后，并且A 采區(qū)不向前推進(jìn)，既是采區(qū)A和B 進(jìn)行了并段，并段后臺(tái)階高度變?yōu)镠′，那么采區(qū)A減少的剝巖量ΔQ2既是圖中陰影部分:

式中：h 為臺(tái)階高度，m；b 為平盤寬度，m；L 為剖面影響距離，m。

經(jīng)濟(jì)效益變化ΔE 為：

式中：C 為露天采礦剝巖成本，元/m3；ΔQ 為減少的剝巖量，m3。

3 撫順東露天礦臺(tái)階并段實(shí)例計(jì)算分析

撫順東露天礦采用單斗鐵道工藝，電機(jī)車進(jìn)入采區(qū)是由站場(chǎng)和鐵道相互連接完成。寬度足以設(shè)置穿爆、采裝和運(yùn)輸設(shè)備以及其他必要設(shè)施的臺(tái)階下部平臺(tái)，也稱工作平盤。當(dāng)上部平盤鐵道未移設(shè)時(shí)會(huì)對(duì)下部臺(tái)階造成影響，使下部臺(tái)階均不能向前推進(jìn)，造成采區(qū)接續(xù)緊張。由于在某一固定區(qū)間，11W1 采區(qū)和11W2 采區(qū)臺(tái)階并段后，臺(tái)階坡面角保持不變。當(dāng)11W1 采區(qū)平盤寬度約為20 m 時(shí)，考慮進(jìn)行臺(tái)階并段，緩解下部采區(qū)富礦接續(xù)的緊張局面。

臺(tái)階并段后，可使11W1 采區(qū)剝巖量也會(huì)隨之減少，下部采區(qū)平盤寬度均加寬20 m。

當(dāng)11W1 采區(qū)平盤寬度為20 m 時(shí)，在上部采區(qū)無法推進(jìn)時(shí)，11W1 采區(qū)不能為下部采區(qū)提供位置，下部采區(qū)將出現(xiàn)接續(xù)困難局面，考慮拆除11W1 采區(qū)平盤鐵道，并調(diào)整鉆機(jī)進(jìn)行打眼，鉆機(jī)打眼要按照并段臺(tái)階要求調(diào)整打眼，為防止出現(xiàn)拉底、拉幫及坡跟硬的現(xiàn)象發(fā)生，按照作業(yè)規(guī)程在11W1 采區(qū)臺(tái)階根部增加鉆機(jī)鉆孔。對(duì)典型剖面E5800 的分析，11W1采區(qū)臺(tái)階高度為8 m，11W2 采區(qū)臺(tái)階高度為6 m，若11W1、11W2 采區(qū)并段臺(tái)階高度為14 m。E5800 剖面減少的剝巖量示意圖如圖3。

圖3 E5800 剖面減少的剝巖量示意圖

并段臺(tái)階考慮采用10 m3電鏟，10 m3電鏟的采掘最大挖掘高度為13.6 m，段高小于等于20 m。由于礦巖為北傾向分布，對(duì)于北幫來說，6～14 m 的臺(tái)階高度中，礦巖的臺(tái)階坡面角不變，均為70°。

當(dāng)11W1 平盤寬度約20 m 時(shí)，考慮對(duì)11W1、11W2 采區(qū)進(jìn)行并段，增加下部采區(qū)推進(jìn)量，并段后臺(tái)階高度為9.5～14.3 m，滿足10 m3電鏟的采掘規(guī)格，并段后，下部各臺(tái)階平盤推進(jìn)量均為20 m，可緩解下部采區(qū)接續(xù)困難局面。

經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

1）減少剝巖量，增加經(jīng)濟(jì)效益。臺(tái)階并段區(qū)間E5400～E6900 共1.5 km，并段巖種為綠土，符合并段要求。減少的剝巖量見表1。由表1 可得減少的剝巖量為17.5 萬m3。根據(jù)實(shí)際情況，電鏟采裝成本為5.95 元/m3；電鐵運(yùn)輸成本內(nèi)排為13.18 元/m3；翻車成本內(nèi)排為1.6 元/m3。得出減少的剝巖量，增加的經(jīng)濟(jì)效益為362.8 萬元。

表1 減少的剝巖量

2）增加富礦量，提高經(jīng)濟(jì)效益。富礦采區(qū)為5W4，影響區(qū)間E5400～E6900 共1.5 km，增加的富礦量見表2。由表2 可得增加的富礦量為18 萬m3。按買原油成本為6.9 元/t；油頁巖密度為2.17 t/m3。得出增加的經(jīng)濟(jì)效益為269.5 萬元。

表2 增加的富礦量

由此2 項(xiàng)合計(jì)可產(chǎn)生632.3 萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

當(dāng)上部采區(qū)由于各種原因未能及時(shí)騰出位置時(shí)，可通過增加下部臺(tái)階高度如臺(tái)階并段的方法,緩解下部采區(qū)緊張的局面，通過對(duì)撫順東露天礦11W1 采區(qū)和11W2 采區(qū)并段后，進(jìn)行定量計(jì)算得出由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益專項(xiàng)分析，得出在適當(dāng)?shù)臈l件下，臺(tái)階并段可減少剝巖量，增加可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并且可以緩解下部采區(qū)接續(xù)困難的局面，實(shí)現(xiàn)均衡科學(xué)的開采。