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38 采 矿 工 程 黄 金 GOLD 2020 年第 4 期／ 第 41 卷 长山壕金矿东露天采场境界重新圈定及其稳定性分析 收稿日期 2019 － 11 － 27；修回日期 2019 － 12 － 20 作者简介 焦金伟（ 1985） ， 男， 吉林临江人， 工程师， 从事金属矿山露天开采技术研究工作； 长春市南湖大路 4726 号， 长春黄金设计院有限公司， 130012； E- mail 155145050＠qq. com 焦金伟 （ 长春黄金设计院有限公司） 摘要 露天矿山边坡稳定性是矿山安全生产的主要影响因素之一。针对长山壕金矿东露天采 场逐渐转入深部开采后出现的多处区域不同规模的滑坡及不稳定现象， 对原东露天采场境界进行 重新圈定， 并对重新圈定的露天境界边坡进行了稳定性分析。详细介绍了东露天采场境界方案比 选、 道路参数的选择与设置、 露天境界的重新圈定及边坡稳定性分析等。结果表明， 优化后的露天 境界边坡整体处于稳定状态， 满足安全生产要求。 关键词 露天矿山； 深部开采； 边坡； 露天境界； 边坡角； 稳定性 中图分类号 TD854文献标志码 A开放科学（ 资源服务） 标识码（ OSID） 文章编号 1001 － 1277（ 2020） 04 － 0038 － 04doi 10. 11792／ hj20200408 内蒙古太平矿业有限公司长山壕金矿（ 下称“ 长 山壕金矿” ） 东露天采场逐渐转入深部开采后， 多处 区域出现不同规模的滑坡及不稳定现象， 造成采场主 运输道路中断， 加固设施破坏， 不能按照原设计靠界、 放缓边坡角， 增加安全平台宽度等难题； 已经严重威 胁露天采矿作业的安全， 制约矿山露天采矿长期计划 的实施。为了缓解矿山存在的上述难题， 需要对原东 露天采场设计进行修改， 提高东露天采场边坡稳定 性， 满足矿山安全生产的需要。本文依据长山壕金矿 东露天采场最新边坡稳定性研究成果， 重新确定露天 境界最终边坡角参数， 对原东露天采场设计进行修 改， 采用 M icromine 矿业软件进行露天境界重新圈定 与优化， 并对初步重新圈定的东露天采场境界边坡进 行稳定性计算， 根据计算结果对境界边坡参数反复优 化， 使其满足 GB 507712012 有色金属采矿设计 规范 和 GB 510162014 非煤露天矿边坡工程技 术规范 安全系数要求。 1 工程背景 长山壕金矿位于内蒙古自治区乌拉特中旗新忽热 苏木北 10 km 的浩尧尔忽洞地区， 属于低品位特大型黄 金矿山。长山壕金矿于2007 年 10 月投产， 露天开采， 分 为东露天采场和西露天采场， 生产规模为 20 000 t／ d。 2014 年， 扩建工程新增生产能力 20 000 t／ d， 同年西 露天采场生产接近尾声， 扩建工程主要为东露天采 场， 扩建后生产能力为 40 000 t／ d， 服务年限 10 a。 东露天采场位于内蒙古西部阴山山脉， 属纬向构 造带， 矿区地形地貌条件简单， 地层岩性较复杂， 岩体 软弱夹层和薄层发育带均构成贯通性宏观软弱面， 对 露采边坡的稳定构成较大威胁； 采用单一汽车运输方 式， 台阶高度 12 m（ 部分并段后 24 m） ， 最终边坡角 42 ～ 44 。2006 年至2018 年， 已开采 12 a， 现最高开 采标高 1 696 m， 最低开采标高 1 438 m。随着东露天 采场采深不断延深， 边坡高度不断加大， 滑坡规模越 来越大， 频率也愈加频繁， 仅 2016 至 2017 年就发生 9 起较大规模的滑坡事故。从滑坡的位置分布来看， 广泛分布在东露天采场南帮中下部和北帮。长山壕 金矿对这些滑坡区域通过局部削方、 留置宽平台， 降 低台阶高度和坡面角等手段， 勉强维持生产； 局部地 区虽然经过了边坡加固， 但是仍旧发生了大规模的滑 坡灾害， 严重威胁矿山的安全生产。 为解决东露天采场威胁安全生产的问题， 依据 内蒙古太平矿业有限公司边坡稳定性评价及危险 性区划研究结题报告 ， 经过现场踏勘， 采用 M icro- mine 矿业软件对露天境界进行优化和重新圈定， 并 对重新圈定的露天境界边坡进行了稳定性分析。 2 露天境界圈定 2. 1 境界圈定原则 长山壕金矿东露天采场重新进行露天境界圈定 的原则主要有 1） 以 M icromine 矿业软件现金流法进行境界优 化圈定。 2） 以平均剥采比不小于经济合理剥采比校核露 天境界［ 1］。 2. 2 经济合理剥采比的确定 根据矿床开采技术条件、 地质品位、 采剥成本、 堆 万方数据 2020 年第 4 期／ 第 41 卷 采 矿 工 程39 浸回收率及预测的黄金价格等技术经济指标， 计算经 济合理剥采比［ 2］。计算参数及计算结果见表 1。 表 1 经济合理剥采比计算结果 序号指标数值备注 1岩石密度／ （ tm － 3） 2. 70 2矿石密度／ （ tm － 3） 2. 79 3地质品位／ （ gt－ 1）0. 648 4纯露天采矿成本／ （ 元t－ 1）10. 1128. 21 元／ m3 5露天剥离成本／ （ 元t－ 1）9. 5725. 84 元／ m3 6采矿损失率／ ％3 7矿石贫化率／ ％3 8堆浸回收率／ ％60. 00 9经营成本、 税费合计／ （ 元t－ 1）28. 56 9. 1选矿经营成本／ （ 元t－ 1）13. 34 9. 2管理及其他经营成本／ （ 元t－ 1）11. 62 9. 3税金／ （ 元t－ 1）3. 60 10成品金价格／ （ 元g － 1） 276. 00 11经济合理剥采比（ 价格法） ／ （ m3m － 3） 8. 06 本次设计选取的经济合理剥采比为 8. 06 m3／ m3。 2. 3 露天境界最终边坡角 露天境界最终边坡角根据 内蒙古太平矿业有 限公司边坡稳定性评价及危险性区划研究结题报 告 推荐的边坡角进行选取， 选择的露天境界最终边 坡角 北帮取 36. 5 ， 南帮取 38. 0 。 2. 4 境界优化主要参数 采用 M icromine 矿业软件， 根据确定的技术经济 参数进行境界圈定及优化。境界优化主要输入参数 见表 2。 表 2 M icromine 境界圈定输入参数 序号指标数值 1岩石密度／ （ tm － 3） 2. 70 2矿石密度／ （ tm－ 3）2. 79 3纯露天采矿成本／ （ 元t－ 1）10. 11 4露天剥离成本／ （ 元t－ 1）9. 57 5采矿损失率／ ％3 6矿石贫化率／ ％3 7堆浸回收率／ ％60. 00 8经营成本、 税费合计／ （ 元t－ 1）28. 56 8. 1选矿经营成本／ （ 元t－ 1）13. 34 8. 2管理及其他经营成本／ （ 元t－ 1）11. 62 8. 3税金／ （ 元t－ 1）3. 60 9成品金价格／ （ 元g－ 1）276. 00 10边坡角／ （ ） 北帮 36. 5， 南帮 38. 0 11边界品位／ （ gt－ 1）0. 28 2. 5 露天境界方案 2. 5. 1 M icromine 嵌套境界圈定 采用 M icromine 矿业软件分别按照露天底标高 1 156 m、 1 168 m、 1 180 m、 1 192 m、 1 204 m 进行露 天境界圈定， 圈定结果见表 3。 表 3 M icromine 多方案嵌套境界圈定矿岩量统计结果 境界矿岩总量／ 万 t岩石量／ 万 t 边界品位 0. 28 g／ t 以上矿石 矿石量／ 万 t矿石品位／ （ gt－ 1）金属量／ t 平均剥采比／ （ tt － 1） 境界剥采比／ （ tt － 1） 底标高／ m Ⅰ23 439. 1016 497. 156 941. 950. 66346. 032. 381 204 Ⅱ29 503. 1221 809. 807 693. 320. 65850. 622. 837. 071 192 Ⅲ33 178. 5625 077. 018 101. 550. 65653. 153. 108. 001 180 Ⅳ39 282. 4830 560. 398 722. 090. 65356. 963. 508. 841 168 Ⅴ44 401. 5535 168. 239 233. 320. 64959. 923. 819. 011 156 2. 5. 2 M icromine 嵌套境界经济分析 按照表 3 中技术经济参数对各境界进行效益分 析， 分析结果见表 4。 表 4 多境界效益分析结果 境界矿岩总量／ 万 t岩石量／ 万 t 边界品位 0. 28 g／ t 以上矿石 矿石量／ 万 t矿石品位／ （ gt－ 1）金属量／ t 底标高／ m 现金流／ （ 元t － 1） 总现金流／ 万元 Ⅰ23 439. 1016 497. 156 941. 950. 66346. 031 20445. 09313 012. 53 Ⅱ29 503. 1221 809. 807 693. 320. 65850. 621 19239. 90306 963. 47 Ⅲ33 178. 5625 077. 018 101. 550. 65653. 151 18037. 08300 405. 48 Ⅳ39 282. 4830 560. 398 722. 090. 65356. 961 16832. 69285 125. 12 Ⅴ44 401. 5535 168. 239 233. 320. 64959. 921 15629. 13268 966. 61 2. 5. 3 露天境界底标高选择 1） 经济分析。根据表 4 多境界效益分析结果可 知， 底标高 1 204 m 境界优于底标高 1 192 m 境界， 底 标高 1 192 m 境界优于底标高 1 180 m 境界。 2） 技术分析。 （ 1）露天 底 标 高 1 204 m 境 界。露 天 底 标 高 1 204 m 境界边坡与开采现状边坡重合度非常高（ 见 图 1） ， 现场施工中施工面无法满足最小采矿工作面 万方数据 40 采 矿 工 程 黄 金 宽度要求， 技术上不可行。 图 1 底标高 1 204 m 境界典型水平分层平面图 （ 2）露天 底 标 高 1 192 m 境 界。露 天 底 标 高 1 192 m 境界边坡与开采现状边坡间距较小（ 见图2） ， 现场施工中施工面难以满足最小采矿工作面宽度要 求， 技术上不可行。 图 2 底标高 1 204 m 与 1 192 m 境界典型水平分层平面图 （ 3）露天 底 标 高 1 180 m 境 界。露 天 底 标 高 1 180 m 境界边坡与开采现状北坡间距 40 ～ 60 m， 南 坡间距 30 ～ 50 m， 南北坡均有少量局部边坡间距较 小（ 见图 3） ， 基本满足现场施工最小采矿工作面宽度 要求， 技术上可行。 图 3 底标高 1 180 m 境界典型水平分层平面图 3） 露天境界方案选取。露天底标高 1 180 m 境 界经济上合理， 技术上可行， 设计推荐选用露天底标 高 1 180 m 境界。 2. 6 道路参数选择及设置 1） 矿山现有矿岩运输设备。长山壕金矿东露天 采场现有矿岩运输设备有用于岩石剥离的 220 t 电 动轮自卸汽车（ 车宽 7. 3 m） 和 TR100 t 自卸汽车 （ 车宽 5. 9 m） ， 用于采矿生产的 TR50 t 自卸汽车 （ 车宽 4. 1 m） ［ 3］。 2） 道路参数选择。 （ 1） 1 252 m 台阶以上。矿山主运输道路宽度按 照 220 t 电动轮自卸汽车进行设计， 计算双车道道路 宽 26. 0 m， 考虑境界边坡常有塌落发生， 选取双车道 道路宽 32. 0 m， 增加的 6. 0 m 宽用于拦截塌落废石 及塌落废石清理。道路坡度 8 ％， 每300 m 坡长设缓 和坡段 60 m。 （ 2） 1 204 ～ 1 252 m 台阶。矿山运输道路主要用 于矿石运输， 道路宽度按照 TR50 t 自卸汽车进行设 计， 双车道道路宽 20. 0 m。道路坡度 8 ％， 每 300 m 坡长设缓和坡段 60 m。 （ 3） 1 180 ～ 1 204 m 台阶。矿山运输道路主要用 于矿石运输， 道路宽度按照 TR50 t 自卸汽车进行设 计， 单车道道路宽 13. 8 m。 2. 7 圈定露天境界 根据已确定的最终边坡角、 运输道路参数等， 对 选取的露天底标高 1 180 m 境界进行详细圈定。先 对初步圈定的露天境界进行稳定性分析计算， 再对圈 定后的露天境界边坡参数进行调整优化。经过反复调 整优化， 使设计的露天境界处于整体稳定状态。圈定 后的露天境界参数见表5， 露天境界内矿岩量见表6。 表 5 露天境界参数 指标原东露天采场境界重新圈定的东露天采场境界 上部尺寸／ （ m m）1 780 1 2701 860 1 355 下部尺寸／ （ m m）190 40283 37 台阶高度／ m12（ 并段后24）12， 部分并段24 台阶坡面角／ （ ）65 ～ 7056 ～ 60 安全平台宽度／ m105 清扫平台宽度／ m8 ～ 158 ～ 10 运输平台宽度／ m 32. 0（ 双车道） 18. 0（ 单车道） 32. 0， 20. 0（ 双车道） 13. 8（ 单车道） 最高台阶标高／ m1 6961 696 最低台阶标高／ m1 1321 180 封闭圈标高／ m1 6361 636 最终边坡角／ （ ）北帮42. 0， 南帮44. 0北帮 36. 5， 南帮 38. 0 表 6 露天境界内矿岩量统计结果 项目数值备注 矿岩总量／ 万 t 矿石量／ 万 t 金属量／ kg 平均品位／ （ gt － 1） 岩石量／ 万 t 平均剥采比／ （ tt － 1） ／ （ m3m － 3） 37 029. 92 8 473. 16 54 766. 72 0. 65 28 556. 76 3. 37 3. 48 矿石密度 2. 79 t／ m3 岩石密度 2. 70 t／ m3 3 露天境界边坡稳定性分析 3. 1 设计安全系数综合选取 1） 根据 GB 507712012 有色金属采矿设计规 万方数据 2020 年第 4 期／ 第 41 卷 采 矿 工 程41 范 和 GB 510162014 非煤露天矿边坡工程技术 规范 ， 长山壕金矿在考虑边坡岩体自重和地下水条 件下（ 荷载组合Ⅰ） 的设计安全系数为 1. 25 ～1. 20， 考虑到本区域水文地质条件简单、 地下水不发育的特 点， 在荷载组合Ⅰ条件下仅考虑边坡岩体自重进行稳 定性计算。 2） 露天矿边坡受多次生产爆破的影响， 因此必 须考虑自重及爆破震动（ 荷载组合Ⅱ） 作用下的稳定 性计算， 且设计安全系数为 1. 20 ～ 1. 15。 3） 矿区处于低于 6 度的地震烈度范围内， 根据 GB 507712012 有色金属采矿设计规范 规定， 边 坡稳定性分析不再考虑地震条件下荷载组合Ⅲ工况。 3. 2 稳定性分析 对重新圈定的露天境界边坡进行稳定性计算， 优 化前 N1、 N3、 S3 剖面稳定性微差， 经再次优化后全部 剖面达到稳定要求。境界各剖面设计及优化后安全 稳定性系数见表 7， 再次优化的露天境界的安全稳定 性分析结果表明， 优化境界的各边坡剖面均处于整体 安全稳定状态， 满足 GB 507712012 有色金属采 矿设计规范 和 GB 510162014 非煤露天矿边坡 工程技术规范 安全系数要求。优化境界及边坡稳 定性分析剖面见图 4。 4 结 语 根据长山壕金矿东露天采场矿床开采技术条件 等， 采用 M icromine 矿业软件对露天境界进行了重新 圈定。重新确定了经济合理剥采比， 设计 5 种露天底 标高境界圈定方案， 经过经济技术对比选择露天底标 高 1 180 m 境界固定方案， 并选择合理的道路参数。 对重新圈定的露天境界边坡进行稳定性分析可知， 重 新圈定的东露天采场境界的各边坡剖面均处于整体 安全稳定状态， 安全系数满足要求。长山壕金矿东露 天采场境界重新圈定及优化， 提高了边坡整体稳定 性， 保障了采矿生产安全， 同时也缓解了矿山供矿困 难的问题， 为采矿长期计划的实施提供了有力支撑。 表 7 东露天采场境界重新设计安全系数计算结果 采场区域剖面位置边坡角／ （ ） 安全系数 荷载组合Ⅰ荷载组合Ⅱ N1 优化前37. 11. 2501. 196 优化后36. 51. 2551. 202 N2 优化前37. 11. 2521. 201 优化后36. 51. 2571. 207 N3 优化前36. 01. 2531. 197 优化后35. 51. 2591. 204 S1 优化前38. 01. 2581. 205 优化后37. 81. 2591. 207 S2 优化前38. 01. 2581. 207 优化后38. 01. 2581. 207 S3 优化前38. 71. 2461. 195 优化后38. 01. 2601. 205 E1 优化前30. 51. 2601. 211 优化后29. 31. 2671. 220 W1 优化前33. 51. 2531. 204 优化后33. 51. 2531. 204 图 4 优化境界及边坡稳定性分析剖面图 ［ 参 考 文 献］ ［ 1］ 采矿设计手册 编委会. 采矿设计手册 矿床开采卷［ M］ . 北京 中国建筑工业出版社， 1987. ［ 2］ 王运敏. 现代采矿手册［ M］ . 北京 冶金工业出版社， 2012. ［ 3］ 王运敏. 中国采矿设备手册［ M ］ . 北京 科学出版社， 2007. Re- delineation of east open- pit stope boundary of Changshanhao Gold Mine and its stability analysis Jiao Jinwei （ Changchun Gold Design Institute Co. ， Ltd. ） Abstract The slope stability is one of the major issues of safe mining operation in open- pit mines. The east open- pit stope of Changshanhao Gold M ine is gradually shifting to deep mining， during which many areas incur land slides of different scale and instability. In light of that， the previous east open- pit boundary is re- delineated and the slope stabi- lity of the re- delineated open- pit boundary is analyzed. The paper in detail introduced the comparison and selection of the east open- pit stope boundary， the selection and settings of road parameters， the re- delineation of open- pit boundary and slope stability analysis. The results show that the slope of the optimized open- pit boundary is generally stable and can meet the requirement of safe production. Keywords open- pit mine； deep mining； slope； open- pit boundary； slope angle； stability 万方数据