论文部分内容阅读
摘要：为保证露天开采向地下开采的顺利过渡衔接，确保矿产资源合理开发利用和缩短基建周期，适当扩大露天开采储量以延长露天开采服务年限是非常必要的。本文从露天扩界与边帮加陡两方面进行经济效益分析。
关键词：铁矿开采；境界优化；效益分析
Abstract: In order to ensure that the open-pit mining to underground mining smooth transition convergence, to ensure that the mineral rational exploitation of resources and shorten the infrastructure cycle appropriate to extend the service life of open-pit mining is very necessary to expand the open pit mining reserves. This article from the open-air expanding sector with the side to help plus steep economic benefit analysis.Keywords: iron ore mining; realm optimization; benefit analysis
中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
１概述
某铁矿始建于1987年，1994年二期扩建后，矿山年生产能力为采剥总量500万ｔ，年处理矿石量122万ｔ，生产铁精粉40万ｔ；2008年初进行深部资源勘探，同时选厂进行二次扩产改造，2008～2009年相继完成了碎矿系统中、细碎和筛分工序的扩能改造，2010年完成了采场破碎干选站建设，目前某铁矿采矿生产规模为采剥总量560万t/a，采出矿石量245万t/a，共有456、468、480和492四个生产台阶，矿床已开采至456ｍ水平。截止2010年６月底某铁矿露天开采境界内剩余矿石量1427万ｔ，按采矿245万t/a的生产规模，矿山还可服务5.9年，矿山急需进行露天扩界及转地下的前期工作。
２露天开采境界优化的必要性
截止2010年６月30日某铁矿境内（原设计露天底部396ｍ标高以上）保有矿石量1427万ｔ，若按原设计不扩帮生产（即按原设计开采至３96水平后再转入地下开采），则需剥离岩石量1467万ｔ。按回采率90％，废石混入率12％进行计算，露天按原设计开采至396ｍ水平时矿山可采出矿石量1460万ｔ，按245万t/a的生产规模进行生产，矿山还可以服务5.9年。
若扩帮生产（按拟设计开采至372ｍ水平后转入地下开采），截至2010年６月30日，矿山扩东帮后372ｍ水平以上保有矿石量可达2101万ｔ，按回采率90％，废石混入率１２％进行计算，仍可采出矿石量2118万ｔ，按245万t/a的生产规模进行生产，矿山还可以服务约8.6年，即优化境界后可延长露天开采年限2.7年。
矿山扩帮后增加矿石量658万ｔ，增加剥离岩石量1738万ｔ，增加的矿石剥采比为2.7t/t，平均剥采比2.6t/t。
３露天开采境界优化
３．１露天开采境界的圈定
———按照境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，采用3Dmine软件进行露天开采境界的初步圈定；
———以3Dmine软件初步圈定的露天开采境界为基础，根据边坡岩体稳定性研究成果及矿山各区段扩界工程实际情况，对扩帮境界进一步进行优化。
３．２经济合理剥采比的确定
该矿山矿体延伸较深，露天转地下开采不可避免。因此采用动态分析法，确定经济合理剥采比时采取如下原则：选厂磨选能力220×104t/a为固定值，因此，采用两种开采方式分别按其贫化率确定采矿规模，确保选矿厂每年获得等量的经破碎、干选后的粗精矿，按磨选单位原矿所获得盈利相等计算经济合理剥采比。
按确保选矿厂每年获得220×104t/a经破碎、干选后的粗精矿计算：地下开采生产规模275×104t/a；经济合理剥采比计算公式为：
式中Nj———经济合理剥采比，t/t；Cd———年地下开采成本（包括破碎干选）Cd＝275×75＝20625万元；CL———年露天采矿成本（包括破碎干选）CL＝244.4×26＝6354.4万元；（ALAd）———年精矿销售收入差额为1697.4万元；
（Bd－BL）———年安全费用差额为1222.4万元；
（EL－Ed）———消耗资源造成的差额为416.6万
元。
经计算经济合理剥采比为6.4t/t。
３．３露天扩界最终边坡角的确定
通过进行现场点荷载试验、边坡风化破碎带测试、边坡结构面调查及岩体质量评价及边坡岩体稳定性计算研究，确定某铁矿优化露天开采境界后最终边坡角为52°（原设计为48°）。
依据露天矿工程设计规范（GB50197－94），服务年限10年以上的非工作帮边坡安全系数要求达到1.2～1.3，即使临时性的工作帮边坡安全系数也要求达到1.1。各当前边坡安全系数均大于1.30，达到规范要求，当前边坡稳定性良好。根据以上边坡稳定性研究成果，结合目前矿床开采实际，确定设计某铁矿最终边坡角为52°
３．４根据采场边坡稳定性研究成果对开采境界进行优化
3Dmine露天境界優化软件给出的露天扩帮境界是理想状态下的理论最优解，根据该矿山现有边坡的实际情况进行分析，设计对计算机优化给出的露天扩帮境界调整如下：
———露天底标高。3Dmine露天境界优化软件给出的露天底标高为360ｍ，该分层的走向长为360ｍ、宽仅为25～30ｍ，开采工作面非常狭窄。
难以保证在闭坑之前保持较高的生产能力，顺利完成露天开采向地下开采的过渡。因此，确定将露天底标高提高到372ｍ水平。
———西边帮。西边帮最高点位于4～8勘探线之间，现有边坡最大高度已达167ｍ，边坡角44°～48°。3Dmine露天境界优化软件圈定的理论最优境界，将西边帮外扩了2～15ｍ。
———南端帮。本次设计南端帮685～420ｍ，标高边坡高度为265ｍ，边坡角52°，虽然偏大，但目前国内大量露天矿山通过边坡研究后将原设计边坡角提高，节省了大量剥离费用，建议矿山委托有资质的研究单位对该矿山边坡进行研究，以求取得更好的经济效益。
———北端帮。北端帮的扩帮是矿区范围扩大后的北扩部分（３线以北），紧邻地下开采拟设的主井工业场地。该矿段在地表有露头，矿体厚度较小，适合露天开采的深度不大，因此确定为地下开采的首采矿段。地下开采投产前该矿段的露天开采必须结束，并且为该矿段留下不少于一年的开采矿量。因此，设计按经济合理剥采比并综合考虑了露天和地下开采的衔接，确定将516ｍ平台北推至11线，将516ｍ标高以上矿体全部采完。露天开采结束后，将516～504ｍ矿体爆破松动作为地下开采的矿石垫层，并用露天剥离废石堆至530ｍ标高，作为地下开采的废石垫层。
———东边帮。经进行开拓方案的比较，确定该矿山开拓系统采用直进—折返式布线方式，固定坑线布置在露天采场的东边帮。因此，在计算机优化境界的基础上，考虑运输坑线的布置，调整平台参数并适当外扩。根据以上调整，重新圈定的露天开采境界为：
西边帮边坡不扩，东边帮布置运输平台后向外扩约30ｍ，南端帮向后回退约40ｍ，扩至高陡崖的边缘；北端帮考虑了露天和地下的衔接重新圈定露天开采境界。圈定的露天扩帮境界最低开采标高为372ｍ，露天底长390ｍ，宽30ｍ。扩帮境界内矿石可采量为：2430.7499×104ｔ，岩石剥离量3790.1789×104ｔ，平均剥采比1.56ｔ／ｔ。根据矿方提供的生产资料，矿山自2009年１月至2010年６月共开采矿石量345.5332×104ｔ，岩石量584．8208×104ｔ。
扣除2009年１月至2010年６月开采的矿岩量后，截止2010年６月30日境界内保有矿石量2085．2167×104ｔ，剥离岩石量3205.3581×104ｔ。
按回采率90％，废石混入率12％进行计算，矿山可采出矿石量2132.6080×104ｔ，按245×104ｔ／ａ的生产规模进行生产，矿山还可以服务10年（包括３年减产期）。
４经济效益分析
４．１露天扩界经济效益分析
———露天开采成本。矿岩采剥直接成本按9.9元／ｔ计算，安全、维简及资源税费28.9元／ｔ计算，总成本为42736.6万元。
———地下開采成本。地下开采直接成本按65元／ｔ计算，安全、维简及资源税费32.9元／ｔ计
算，总成本为64418.2万元。
———入选品位降低造成的精矿收入差距。年精矿销售收入差额按下式计算：
ＡＬ－ＡＤ＝（ａＬ－ａＤ）×ε／β×Ｑ×900＝4646.5万元
式中ＡＬ、ＡＤ———分别为露天和地下开采的精矿销售收入；ａＬ、ａＤ———分别为露天和地下开采的入选品位；ε———选矿回收率；β———精矿品位；Ｑ———开采矿石量。
精矿售价900元／ｔ，露天开采比地下开采增加经济效益为：地下开采成本＋露天开采比地下开采增加的精矿销售收入－露天开采成本＝64418.2＋4646.5－42736.6＝26328万元。
４．２边帮加陡经济效益分析
根据扩帮前后东、西、南三面边坡角及边坡高度变化差：由于边坡角由原设计48°改为52°后所形成的减少岩石量分别为东边帮为4239268ｔ；西边帮为4030214ｔ；南边帮为3374783ｔ；三面边坡角总计为1164万ｔ。
岩石运距按3300ｍ，运费1.5元／t·kｍ，则减少1164万ｔ剥岩岩量形成的减少费用为5761.8万元。
某铁矿扩界后将边坡角由48°设计为52°，为矿山减少剥岩运费5761.8万元。根据以上分析，露天扩界总经济效益为32464.9万元。
关键词：铁矿开采；境界优化；效益分析
Abstract: In order to ensure that the open-pit mining to underground mining smooth transition convergence, to ensure that the mineral rational exploitation of resources and shorten the infrastructure cycle appropriate to extend the service life of open-pit mining is very necessary to expand the open pit mining reserves. This article from the open-air expanding sector with the side to help plus steep economic benefit analysis.Keywords: iron ore mining; realm optimization; benefit analysis
中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
１概述
某铁矿始建于1987年，1994年二期扩建后，矿山年生产能力为采剥总量500万ｔ，年处理矿石量122万ｔ，生产铁精粉40万ｔ；2008年初进行深部资源勘探，同时选厂进行二次扩产改造，2008～2009年相继完成了碎矿系统中、细碎和筛分工序的扩能改造，2010年完成了采场破碎干选站建设，目前某铁矿采矿生产规模为采剥总量560万t/a，采出矿石量245万t/a，共有456、468、480和492四个生产台阶，矿床已开采至456ｍ水平。截止2010年６月底某铁矿露天开采境界内剩余矿石量1427万ｔ，按采矿245万t/a的生产规模，矿山还可服务5.9年，矿山急需进行露天扩界及转地下的前期工作。
２露天开采境界优化的必要性
截止2010年６月30日某铁矿境内（原设计露天底部396ｍ标高以上）保有矿石量1427万ｔ，若按原设计不扩帮生产（即按原设计开采至３96水平后再转入地下开采），则需剥离岩石量1467万ｔ。按回采率90％，废石混入率12％进行计算，露天按原设计开采至396ｍ水平时矿山可采出矿石量1460万ｔ，按245万t/a的生产规模进行生产，矿山还可以服务5.9年。
若扩帮生产（按拟设计开采至372ｍ水平后转入地下开采），截至2010年６月30日，矿山扩东帮后372ｍ水平以上保有矿石量可达2101万ｔ，按回采率90％，废石混入率１２％进行计算，仍可采出矿石量2118万ｔ，按245万t/a的生产规模进行生产，矿山还可以服务约8.6年，即优化境界后可延长露天开采年限2.7年。
矿山扩帮后增加矿石量658万ｔ，增加剥离岩石量1738万ｔ，增加的矿石剥采比为2.7t/t，平均剥采比2.6t/t。
３露天开采境界优化
３．１露天开采境界的圈定
———按照境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，采用3Dmine软件进行露天开采境界的初步圈定；
———以3Dmine软件初步圈定的露天开采境界为基础，根据边坡岩体稳定性研究成果及矿山各区段扩界工程实际情况，对扩帮境界进一步进行优化。
３．２经济合理剥采比的确定
该矿山矿体延伸较深，露天转地下开采不可避免。因此采用动态分析法，确定经济合理剥采比时采取如下原则：选厂磨选能力220×104t/a为固定值，因此，采用两种开采方式分别按其贫化率确定采矿规模，确保选矿厂每年获得等量的经破碎、干选后的粗精矿，按磨选单位原矿所获得盈利相等计算经济合理剥采比。
按确保选矿厂每年获得220×104t/a经破碎、干选后的粗精矿计算：地下开采生产规模275×104t/a；经济合理剥采比计算公式为：
式中Nj———经济合理剥采比，t/t；Cd———年地下开采成本（包括破碎干选）Cd＝275×75＝20625万元；CL———年露天采矿成本（包括破碎干选）CL＝244.4×26＝6354.4万元；（ALAd）———年精矿销售收入差额为1697.4万元；
（Bd－BL）———年安全费用差额为1222.4万元；
（EL－Ed）———消耗资源造成的差额为416.6万
元。
经计算经济合理剥采比为6.4t/t。
３．３露天扩界最终边坡角的确定
通过进行现场点荷载试验、边坡风化破碎带测试、边坡结构面调查及岩体质量评价及边坡岩体稳定性计算研究，确定某铁矿优化露天开采境界后最终边坡角为52°（原设计为48°）。
依据露天矿工程设计规范（GB50197－94），服务年限10年以上的非工作帮边坡安全系数要求达到1.2～1.3，即使临时性的工作帮边坡安全系数也要求达到1.1。各当前边坡安全系数均大于1.30，达到规范要求，当前边坡稳定性良好。根据以上边坡稳定性研究成果，结合目前矿床开采实际，确定设计某铁矿最终边坡角为52°
３．４根据采场边坡稳定性研究成果对开采境界进行优化
3Dmine露天境界優化软件给出的露天扩帮境界是理想状态下的理论最优解，根据该矿山现有边坡的实际情况进行分析，设计对计算机优化给出的露天扩帮境界调整如下：
———露天底标高。3Dmine露天境界优化软件给出的露天底标高为360ｍ，该分层的走向长为360ｍ、宽仅为25～30ｍ，开采工作面非常狭窄。
难以保证在闭坑之前保持较高的生产能力，顺利完成露天开采向地下开采的过渡。因此，确定将露天底标高提高到372ｍ水平。
———西边帮。西边帮最高点位于4～8勘探线之间，现有边坡最大高度已达167ｍ，边坡角44°～48°。3Dmine露天境界优化软件圈定的理论最优境界，将西边帮外扩了2～15ｍ。
———南端帮。本次设计南端帮685～420ｍ，标高边坡高度为265ｍ，边坡角52°，虽然偏大，但目前国内大量露天矿山通过边坡研究后将原设计边坡角提高，节省了大量剥离费用，建议矿山委托有资质的研究单位对该矿山边坡进行研究，以求取得更好的经济效益。
———北端帮。北端帮的扩帮是矿区范围扩大后的北扩部分（３线以北），紧邻地下开采拟设的主井工业场地。该矿段在地表有露头，矿体厚度较小，适合露天开采的深度不大，因此确定为地下开采的首采矿段。地下开采投产前该矿段的露天开采必须结束，并且为该矿段留下不少于一年的开采矿量。因此，设计按经济合理剥采比并综合考虑了露天和地下开采的衔接，确定将516ｍ平台北推至11线，将516ｍ标高以上矿体全部采完。露天开采结束后，将516～504ｍ矿体爆破松动作为地下开采的矿石垫层，并用露天剥离废石堆至530ｍ标高，作为地下开采的废石垫层。
———东边帮。经进行开拓方案的比较，确定该矿山开拓系统采用直进—折返式布线方式，固定坑线布置在露天采场的东边帮。因此，在计算机优化境界的基础上，考虑运输坑线的布置，调整平台参数并适当外扩。根据以上调整，重新圈定的露天开采境界为：
西边帮边坡不扩，东边帮布置运输平台后向外扩约30ｍ，南端帮向后回退约40ｍ，扩至高陡崖的边缘；北端帮考虑了露天和地下的衔接重新圈定露天开采境界。圈定的露天扩帮境界最低开采标高为372ｍ，露天底长390ｍ，宽30ｍ。扩帮境界内矿石可采量为：2430.7499×104ｔ，岩石剥离量3790.1789×104ｔ，平均剥采比1.56ｔ／ｔ。根据矿方提供的生产资料，矿山自2009年１月至2010年６月共开采矿石量345.5332×104ｔ，岩石量584．8208×104ｔ。
扣除2009年１月至2010年６月开采的矿岩量后，截止2010年６月30日境界内保有矿石量2085．2167×104ｔ，剥离岩石量3205.3581×104ｔ。
按回采率90％，废石混入率12％进行计算，矿山可采出矿石量2132.6080×104ｔ，按245×104ｔ／ａ的生产规模进行生产，矿山还可以服务10年（包括３年减产期）。
４经济效益分析
４．１露天扩界经济效益分析
———露天开采成本。矿岩采剥直接成本按9.9元／ｔ计算，安全、维简及资源税费28.9元／ｔ计算，总成本为42736.6万元。
———地下開采成本。地下开采直接成本按65元／ｔ计算，安全、维简及资源税费32.9元／ｔ计
算，总成本为64418.2万元。
———入选品位降低造成的精矿收入差距。年精矿销售收入差额按下式计算：
ＡＬ－ＡＤ＝（ａＬ－ａＤ）×ε／β×Ｑ×900＝4646.5万元
式中ＡＬ、ＡＤ———分别为露天和地下开采的精矿销售收入；ａＬ、ａＤ———分别为露天和地下开采的入选品位；ε———选矿回收率；β———精矿品位；Ｑ———开采矿石量。
精矿售价900元／ｔ，露天开采比地下开采增加经济效益为：地下开采成本＋露天开采比地下开采增加的精矿销售收入－露天开采成本＝64418.2＋4646.5－42736.6＝26328万元。
４．２边帮加陡经济效益分析
根据扩帮前后东、西、南三面边坡角及边坡高度变化差：由于边坡角由原设计48°改为52°后所形成的减少岩石量分别为东边帮为4239268ｔ；西边帮为4030214ｔ；南边帮为3374783ｔ；三面边坡角总计为1164万ｔ。
岩石运距按3300ｍ，运费1.5元／t·kｍ，则减少1164万ｔ剥岩岩量形成的减少费用为5761.8万元。
某铁矿扩界后将边坡角由48°设计为52°，为矿山减少剥岩运费5761.8万元。根据以上分析，露天扩界总经济效益为32464.9万元。