浅析南芬铁矿四期开采方式

浅析南芬铁矿四期开采方式

中冶北方工程技术有限公司 韩波

摘要：分析了本钢南芬铁矿四期开采采用露天转地下开采两种开采方式的可行性，以及两群开采方式的利弊。

关键词：南芬铁矿；四期开采；露天采场扩帮；地下开采

1概述

1．1 矿山地质概况

1．1．1 矿床地质特征

南芬铁矿为一大型鞍山式沉积变质铁矿床，矿床赋存于太古界鞍山群大峪沟组含铁岩段中，呈单斜构造。

矿体由鞍山群含铁岩段的一、二、三层铁组成，3个铁矿层的形态和厚度在走向和倾向上的变化均较稳定。

矿体南起黄柏峪26线，北止茶信沟-6线，地表出露全长3 400 m，工业矿体总长3 000 m；矿体走向NNW，倾向SW，倾角40°～50°，其中三层铁(Fe₃)为矿区最大的铁矿层，储量占全区的82％，矿体延深达-330 m标高，垂深1145m。

1．1．2地质储量

截止到1975年底，矿区累计探明储量为：A B C级101 506．7万t，D级27 383．0万t；A E C D级合计128 889．7万t。

南芬露天铁矿提供的2001年末矿山各级矿石保有储量为：A E级310．7万t，C级70 241．2万t，D级27 383．0万t；A E C D级合计97 934．9万t。

1．2矿山设计沿革及开采现状

1．2．1矿山设计沿革

南芬露天铁矿最早于1955年由前苏联列宁格勒矿山设计院完成初步设计，1956年由鞍山冶金设计院做技术设计和施工图设计，设计一期露天底标高466 m，矿山规模年产矿石470万t。1980年完成扩建设计，根据当时的地质勘探情况，确定二期境界的开采露天底标高为190 m，设计规模年产矿石1 000万t，岩石2 700万t，生产剥采比2．7 t／t。1989年完成了南芬露天矿二次扩帮过渡设计，三期境界露天底标高70m，平均剥采比2．71 t／t；设计规模年产矿石1 000万t，岩石4 800万t，生产剥采比4．8t／t。

由于受当时冶金行业经济形势和资金等诸多影响，原设计已无法指导矿山生产。本钢矿业公司于1994-1996年委托鞍山冶金设计院对三期境界进行了两次修改，对上、下盘扩帮困难部位维持原有境界不再扩帮，境界内平均剥采比由2．71 t／t降至2．1 t／t，扩帮时期的生产剥采比由4．8 t／t降至3．7t／t。

2004年受本钢矿业公司委托，中冶北方工程技术有限公司完成本钢南芬露天铁矿扩建1 500万／a可研设计。

1．2．2开采现状

截至目前，除北山部位仍处于扩帮状态外，露天采场其他部位扩帮已基本结束，矿山最低开采水平238 m。

——开拓运输系统。南芬铁矿矿石运输系统采用汽车一振动放矿倒装矿槽-准轨铁路联合开拓运输方式。振动放矿倒装矿槽设计能力1 000万t／a。采场内矿石用汽车运至振动放矿倒装矿槽，倒装到列车后运往选矿厂粗碎车间。

——该矿上盘岩石运输主要采用汽车-半固定破碎-斜井胶带系统，破碎系统设计规模1 800万t／a，露天采场内上盘的岩石通过1号岩石破碎胶带系统运到上盘2号排土场，剩余岩石由汽车运往上盘排土场，下盘岩石由汽车运至下盘排土场。

——矿山现有排土场。南芬铁矿现有4个排土场，分别是上盘2号排土场、上盘永安排土场(3号)、下盘4号、5号排土场。

——露天境界服务年限。根据2004年中冶北方工程技术有限公司完成的南芬露天铁矿扩建1 500万t／a可研设计，截至2004年末，该矿三期露天境界内矿量2．82亿t，岩量4．74亿t，平均剥采比1．68t／t。根据可研设计编制的采剥计划，从2005年开始按1 500万t／a 规模，以现有露天境界南芬铁矿露天开采服务年限为21年，第6年达产，稳产时间14年。

2 矿山四期开采方式选择

综上所述，如果按现有露天境界进行开采，南芬铁矿三期露天开采服务年限只有21年，而南芬铁矿露天境界外仍保有地质储量合计约6．2亿t(B C D)，因此，需要尽早开展四期开采方式研究。基于实际状况，开采方式有：1)露天开采，即通过对现有露天采场进行扩帮，继续采用露天开采方式进行开采；2)在现有露天采场基础上，将矿山由露天转地下开采，采用地下开采方式开采剩余储量。

2．1 采用露天开采方式

南芬铁矿现有采场截至目前仅有不到20年露天服务年限，若想四期开采继续采用露天开采方式，必须马上对现有境界进行扩帮。对于四期扩帮设计，中冶北方工程技术有限公司进行了大量工作，根据实际情况，考虑了现有露天境界不扩帮、只扩上盘及上、下盘同时扩帮3种情况，

通过对扩帮境界进行实际排铲，若对南芬铁矿现有露天境界进行扩帮，矿山将主要面临若干问题。

2．1．1 扩帮工程量巨大，前期生产成本高

如只对上盘境界扩帮，矿山可增加矿量1．01亿t，却需要多剥离岩石量5．28亿t，增加部分矿岩剥采比5．32t／t；若对上、下盘境界全部扩帮，可增加矿量2．45亿t，却需要多剥离岩石量14．86亿t，增加部分矿岩剥采比6t／t。

南芬铁矿扩帮岩量如此巨大，主要是1989-2001年受经济形势等客观条件限制，并一再修改设计，降低生产剥采比，目的就是少剥岩多采矿，其目的是将本应提前剥离的岩量留下来。如果进行扩帮则扩帮后增加的矿量在下部，20年后才能开采，而增加的扩帮岩量主要集中在采场上部，须耗费资金进行剥离。

2．1．2 扩帮过渡期间1 500万t／a规模无法保证

矿山目前最低开采水平238 m。上盘扩帮部位从658 m标高开始，高差420 m；下盘扩帮部位从710 m标高开始，高差472 m。若想扩帮过渡顺利实施，上、下盘扩帮部位需按要求尽快与下部正常采剥部位衔接。

由于扩帮高差大，为保证上部扩帮生产不危及下部正常采剥生产安全，必须在上、下盘合适部位留出足够宽度的接碴平台。通过编制的采剥进度计划发现，为保证扩帮过渡期间1 500万t／a规模，如只对上盘境界进行扩帮，其平均下降速度要达到42 m，初期下降速度最高要达到70 m以上。如对上、下盘境界全部扩帮，其平均下降速度要达到48 m，初期下降速度最高要达到96 m以上。另外该矿上、下盘扩帮部位地势相对较陡，运输线路布置困难，平均2~3个开采水平方可布置一个进出车口，需要在采场内布置移动线路。

在上述条件下进行大规模扩帮：1)扩帮下降速度很难达到，目前在国内尚无先例；2)为保证安全，扩帮与下部采剥部位作业区在空间上必须错开，接碴平台占用正常采剥空间，这将给下部采剥带来困难。因此，南芬铁矿扩帮过渡期间1 500万t／a规模稳产无法保证。

2．1．3安全问题

南芬铁矿扩帮过渡工程安全问题主要集中在上部扩帮与下部正常采剥之间和采场边坡的安全。

由于上、下盘扩帮高差大，虽然扩帮期间要求在下部设接碴平台，但上部扩帮生产不可避免影响下部正常采剥安全，特别是该矿上、下盘均布置运输干线，且无法避开，如何解决上部扩帮生产对运输干线安全的影响是矿山面临的主要问题。

南芬铁矿目前境界边坡角度的确定主要依据保定研究所提交的《本钢南芬露天矿深部开采边坡稳定性研究报告》，该报告控制勘探深度-2 m，而该矿扩帮后露天底146 m。由于目前没有勘探程度更深的边坡稳定性研究报告，若沿用原报告提供的各分区边坡角进行境界圈定，则露天境界边坡安全，特别是下盘边坡安全存在极大问题，因为现有境界下盘边坡曾出现过大规模滑坡。

2．1．4征地动迁困难

南芬铁矿目前排土场剩余空间基本满足现有露天境界内岩石排弃需求，只有少量挖潜空间。如果南芬铁矿进行扩帮，只对上盘境界扩帮，增加岩石量5．28亿t，占地约120～133hm²(1 hm²=15亩)；对上、下盘境界全部扩帮，则增加岩石量14．86亿t，占地约267～333 hm²。上述扩帮增加岩量大部分集中在采场上盘，上盘冯家东沟与大东沟基本为林地，沟口村民众多，征地、动迁极为困难，投资也难以估算。

2．1．5设备投入巨大，经济上不合理

由于扩帮岩量主要集中在采场上部，如果进行扩帮则初期生产剥采比很高，采剥总量很大，后期随着开采水平下降生产剥采比和采剥总量随之迅速降低。通过对扩帮境界进行实际排铲，如只对上盘境界扩帮，初期生产剥采比要达到5～5．5 t／t，采剥总量9 000．9 750万t；如对上、下盘境界全部扩帮，初期生产剥采比要达到6～7t／t，采剥总量10 500～12 000万t。这就意味着矿山扩帮初期要进行较大的设备投入，根据扩帮剥离高峰集中在初期的实际情况，大量投入的设备服务年限较短，将很快出现设备闲置问题。由于上盘扩帮，上盘岩石半固定破碎一斜井胶带系统必然报废，并需要建新的上、下盘岩石破碎运输系统，解决岩石运距过长的问题，相关投资巨大。

2．2采用地下开采方式

2．2．1地下开采对象及顺序

根据辽宁省冶金地质勘探公司107队于1976年9月提交的《本钢南芬铁矿二期扩建地质勘探报告》，南芬铁矿床工业矿量控制在-200 m水平，-200～-300 m水平矿量为矿山远景储量。因此，地下开采一期开采对象为 64～-200m范围内矿石，矿体垂高270 m，预计开采矿量3．5亿t，加上64 m水平以上挂帮矿量，合计约4．5亿t。

南芬铁矿12勘探线以北的采场露天底标高64 m；以南标高169 m。在实际操作中，该矿露天转地下开采必须分步实施，首先采用地下开采方式开采采场南部169～64 m之间挂帮矿量，此时该矿露天开采(14勘探线以北)和地下开采(14勘探线以南)同时进行，不仅可延长露天开采的服务年限，保证矿山1 500万t／a规模的稳定，还为矿山提供地下开采技术和生产管理等经验。露天开采与挂帮矿体开采结束后矿山完全转人地下开采，开采 64～-200 m范围内矿量。

2．2．2地下开采预期规模

南芬铁矿地下开采虽未进行设计，但该矿体赋存情况与瑞典基鲁纳铁矿颇为相似。

根据南芬铁矿矿体长度、厚度、年平均下降速度分析，采用地下开采完成1．500～2 000万t／a矿石规模完全具有条件，并从矿体赋存情况相似的瑞典基鲁纳铁矿可以得到验证。

2．2．3地下开采可采用开拓运输系统

根据南芬铁矿采场与选矿厂位置、矿体赋存条件、开采标高及矿山现有运输系统，初步分析该矿地下开采矿床开拓适合采用竖井-斜井胶带-斜坡道联合开拓方案，矿石通过斜井胶带直接运往选矿厂中碎矿槽或运往4 km站倒装铁路后运往选矿厂，少量岩石通过箕斗井输送到地表后内排到开采结束的露天采场，人员和材料通过罐笼井运输，主要设备通过斜坡道直接进入井下。

2．2．4露天转地下开采的利弊

优点：1)矿山可长期保持l 500万／a规模，还有增加可能；2)不再需要征地；3)避免露天扩帮带来的诸多安全问题；4)矿山现有露天开采设备保持维简状态即可，不需大规模购置；5)有利于减少露天开采挂帮矿体，便于挂帮矿体回收；6)后期地下开采基建投资及经营费用相对露天扩帮大幅降低。

缺点；1)地下开采工作环境不如露天开采；2)管理复杂；3)矿山缺乏地下开采生产管理经验及相关技术人员。

3结语

综上所述，南芬铁矿如采用露天开采方式进行四期生产，虽然能适当延长矿山露天服务年限，但矿山不可能无限期扩帮，迟早须转入地下开采；并且采用露天开采方式进行四期生产，存在1 500万／a规模无法保证、征地动迁困难、安全隐患多、投资巨大等问题。而四期开采如转入地下开采：1)矿山可在现有露天境界内继续正常生产；2)避免了采用扩帮生产带来的诸多难以解决的问题。单从经济角度进行分析，如采用上、下盘扩帮，矿山需要增加14亿t扩帮岩石剥离量，按7元／t考虑，不算其他投资，仅仅剥离该部分扩帮岩量所需生产费用静态投资高达98亿元，而完成露天转地下开采总投资大约只需约30亿元。