经山寺露天铁矿强化开采凹陷式排水.pdf

3 0 露天采矿技术 2 0 1 4 年第5 期 D O I ： 1 0 ． 1 3 2 3 5 ~ ． c n k i ． h e m． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 0 9 经 山寺露天铁矿 强化开采凹陷式排水 张 万 忠 ( 广东宏大爆破股份有限公 司， 广东 广州 5 1 0 6 2 3 ) 摘要：为 了满足经山寺露天铁矿强化开采需要 ，根据现场实际情况对原排水设计进行优化调 整 ， 取得 了一些关于中小型露天矿 强化开采排水的技 术成果和管理经验 ， 同时收到 良好 的经济 效 益 。 关键词： 强化开采 ； 凹陷式 ； 露天矿排水 中图分类号： T D 8 2 4 ． 6 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 1—9 8 1 6( 2 0 1 4 ) 0 5—0 0 3 0—0 3 1 水文概况及原设计 1 ． 1 水 文概 况 经 山寺露天铁矿床位于丘陵地带 ， 地表标 高 8 8 — 1 3 8 ． 8 m， 矿区夏季炎热 ， 冬季寒冷 ， 属温带半干旱 大陆性气候 ， 平 均降水量 8 2 2 ． 2 3 m m， 年蒸发 量为 1 3 1 6 ． 7 0 m m， 全年 6—9月份为雨季。 矿区无大的地表水体 ， 仅有季节性的杨泉河 ， 杨 泉河 由矿区西部小刘沟一带 ， 经经山寺北坡及杨泉、 孟思恭流出矿区。 河流流量随季节变化 ， 以 6 、 7 、 8 、 9 月份为最大 ， 一般流量 1 0 L ／ s 以下 ， 干旱时断流。 地下水埋深一般 0～1 7 m，平均静止水位标高 为 1 0 3 ． 2 0 m。水头高 出含水层顶板平均 2 3 ． 2 0 m， 大 部分地下水为承压水性质 ， 基岩裸露段为潜水性质 ， 由于地层断裂、 褶皱构造作用的影响 ， 地下水局部 自 流排泄。 地下水流向基本与地表水一致 ， 矿 区内第四 系以洪积及冲积物分布最广 ， 是主要孔隙含水层 ， 但 其上部含水性差。 矿坑充水因素有大气降水 、 大理岩含水层影响 、 断层充水影响 、 地表水流等。 1 ． 2 原 排 水设计 简介 经山寺露天铁矿原设计生产能力 1 2 0万 t ／ a ， 服 务年限为 8 a ， 第 2年达产 ， 矿山排水标高为+ 1 0 8 m 水平 ， 露天底为 0 m水平 。设计选用流量 5 5 0 m ／ h ， 扬程 1 5 3 m的潜水泵 。正常水量时 ， 2台工作 ， 1台 备用 ； 最大水量时， 3台同时工作。排水管道沿非工 收稿日期： 2 0 1 4 — 0 l 一 0 3 作者简介： 张万忠( 1 9 8 4 一) ， 男， 甘肃兰州人 ， 工程师 ， 2 0 0 7年毕业于湖南科技大学， 现从事矿业工程技术管理工作。 作帮敷设 ，设计安装 3条排水管道 ，正常时 2条工 作 ， 1 条备用 ； 最大水量时 3条 同时工作。露天排水 泵站随生产水平的下降而下移。 2 露天采场水量计算 露天采场总涌水量主要由 2部分组成 ，即地下 水涌水量和大气降雨迳流量【 1 。 2 ． 1 地 下水涌水量计算 业 ( 1 ) l g ( ) r 0 F 0 =、 ／ ( 2 ) R =1 0 S 、 ／ ( 3 ) R 0 =R +F 0 ( 4 ) 式 中： Q 为矿坑 地下水 涌水量 ， m 3 ] d ； K为渗透 系数 ， m ／ d ； 为含水层厚度 ， m； H 为水头高度 ， m； S 为水位降深 ， m； R为影响半径 ， m； r 0 为大井 引用半 径 ， m； F为开采面积 ， m 。经山寺露天开采地下水涌 水量计算参数及结果见表 1 。 2 ． 2 露天采场降雨迳流量计算 降雨迳流量分别为设计频率降雨迳流量 Q p 和 正常降雨迳流量 p正 ， 它们分别按下式计算 ： Q = 。 F 1 ( 5 ) Q正=0 ． 1 Q l ( 6 ) 式 中： Q 为设计频率降雨迳流量 ， m ／ d ； Q正 为正 常降雨迳流量 ， m ／ d ； F 为汇水面积 ， m ； 日 为设计频 率( 尸=1 0 ％) 时暴雨量 ， m； 为设计频率 降雨迳流 系数 。 地下涌水量见表 1 ， 开采降雨迳流量见表 2 ， 总 通水量见表 3 。 l 雷 固 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 4 -~, 5 期 ． 3 1 ． 表 2 经山寺露天开采降雨迳流量计算参数表 开采水 平／ m H。 ／ m F ／ m O 0． 3 0 7 8 5 2 3 2 6l 生 兰 ： ： ： ： ： ： ! O ． 6 7 2 9 6 1 9 3 2 5 注： 露天采场排水按照淹没 5 d 考虑。 表 3 经山寺露天铁矿采场总涌水量表 3 强化开采要求调整排水设计 由于表层氧化矿的可选性低 ， 经济效益不好 ， 而 可选性 高的原生矿大都处于 6 0—5 0 I T I 水平 以下 ， 为了早见矿 ， 见好矿 ， 减少初期投入 ， 提高经济效益 ， 及早收回成本 ， 取消 2矿同时开采方案 ， 对经山寺露 天铁矿进行强化开采 ，即先期只对经山寺铁矿床进 行 开采 ， 生产能力提高到 2 4 0万 t ／ a ， 服务年 限缩 短 为 5 a 。这样 的开采强度要求平均每年下降 3个 台 阶才能完成采剥任务( 每 1 0 m 1 个台阶) 。 按照原来 的排水设计 ，露天排水泵站随生产水平 的下降每年 需要下移 3次 ， 泵站移动频率增大 ， 排水系统的服务 年限缩短。显然原有排水设计不再适合本矿 山强化 开采的需要 ， 排水设计需要优化调整【 。 根据生产和排水需要 ， 结合工程实际情况 ， 优化 调整后的排水系统分为集水坑 、 泵站、 管道 、 排水沟 4 部分构成。 初期每下降 1 个 台阶时先掘出 1 个临时集 水坑 ，然后随工作面的推进尽快形成半永久集水坑 ， 半永久集水坑每 2个水平设置 1 个 ， 集水坑选择不影 响生产 的地点布置。排水设备选用流量为 8 0～1 0 0 m 潜水泵 ， 逐级接力排水至采场外 。矿 山生产 中期 + 6 0水平形成永久集水坑以后 ，为了简化排水系统 ， 提高排水效率 ，在+ 6 0水平集水坑设一扬程 9 0 I n的 泵站 ， 选用离心泵一次从+ 6 0水平集水坑排水至采场 外 ， + 6 0水平以下继续延用临时泵站和半永久泵站相 结合的接力排水方式排水至+ 6 0水平集水坑。 矿山初期排水系统示意流程如下 ： 匣 圃 矿山中期以后排水系统示意流程 ： 匝匾巫 互巫圃 改变后的排水系统具有 以下特点 ： ①轻便灵活， 移动方便。 由于移动水泵选用的是 中小型潜水泵 ，只需现场小型挖掘机和装载机的配 合就能方便地移动水泵，不再需要专门的起重机械 或设备； ② 台阶下降时排水系统安装简化。 当台阶下 降时只需要在下一阶段布置水泵和输水管 ，上阶段 的排水系统基本不需要变动；③各台阶的水可以汇 往此阶段的集水坑 ， 不再下流至坑底 ， 减小 了排水压 力 ， 节约了排水费用 ； ④减少矿山初期投资。矿山开 采初期只需要很小一部分排水设备就能保证生产 ； ⑤小型潜水泵便于检修；⑥能很好的适应强化开采 的需要 。 4 现场排水的管理与体会 采场设置专门的调度主任， 负责采场排水 ； 日常 排水安排工人 6名 ， 1日 3 班 ， 安装水泵和水管时由 现场调度另外安排辅助工人和辅助机械。集水坑的 水泵不能时时满负荷运转 ， 平时必需 留有人员看守 ， 一 旦坑 中无水则马上人工停泵 ，否则将出现烧泵的 危险 ， 带来不必要的经济损失。 另外集水坑位置和管 线要尽量布置在不影响生产 的路边或非工作帮。为 了防止大气降雨形成的地表迳流涌人采坑 ，减小坑 内排水压力 ， 节省排水费用 ， 保证安全正常生产 ， 必 需杜绝露天坑 以外的水流人坑内。 根据矿山现状 ， 在 露天采坑周围设置排洪沟 、 截水沟等 ， 与原有的排水 系统相结合 ， 避免坑外降水流人采坑。 雨季时要时时 察看露天坑周 围的排洪沟和截水沟 ，发现问题及时 解决 。 经山寺露天铁矿强化开采 凹陷式排水工程的优 化设计和现场管理 ， 有如下体会 ： 1 ) 在近 2年的矿 山生产中 ， 采场的抽排水工作 能保证矿 山安全正常生产。 2 ) 汛期前后应加强对坑外排水系统的维护工作 ， 同时应与当地村 民就排水过程中可能出现的各种问 3 2 露天采矿技术 2 0 1 4 年第5 期 题及时协调勾通 ，凡是对农 田有影响的排水沟和截 洪沟都要及时妥善处理， 避免不必要的纠纷 。 3 ) 在生产过程中坑 内集水坑有时需要几次移位 调整 ，所以每次位置的确定必须按照方案要求和现 场实际合理选定 ， 以免多次移动造成不必要 的浪费。 4 ) 爆破区附近的水泵、 水管 、 电线 、 水泵开关一定 要有保护措施 ， 比如可以将水管和电线埋在地下等， 必 要时在爆破时先将水泵等转移到爆破安全区， 爆破完 后重新安装水泵排水。 以免飞石砸伤设备 ， 带来损失。 期投入资金。 3 ) 经 山寺强化开采后 ， 排水设备的服务年限 由 1 5 a缩短为 5 ． 5 a ， 相应的排水费和排水管理费用也 会成倍减少。 4 ) 优化后的排水系统减少了水平下降时的移泵 工程量和移泵费用 ， 同时移泵所需时间也大大缩短 ， 基本上不影响排水和矿山持续稳定生产。 5 ) 优化后的排水系统为逐级排水 ， 避免 高水 低流 ， 减小了平均排水扬程 ， 节约了排水费用。 5 高强度开采排水系统的经济效益分析 6 结语 1 ) 采取强化开采技术 ， 将原方案的经山寺 、 扁担 山同步开采优化为先经山寺 、 后扁担山开采 ； 开采扁 担山矿时可以用经山寺采场用过的水泵 ，基本上不 用新添排水设备就能既保证经 山寺收尾工程排水 ， 又能保证扁担山基建排水 。这样算来原来 2矿同采 需用 2套排水设备 ， 现在只要 1 套 ， 节省 1 ／ 2排水设 备投资费用。 2 ) 减少了经山寺矿山初期投资费用。原设计选 用 3台 5 5 0 m ， ／ h ， 扬程 1 5 3 m的大型潜水泵。 而优化 后的排水系统初期只要 3台小泵就能完成+ 8 0以上 的正常排水任务 ，很大程度上节省了经山寺矿山初 综上所述， 优化后的排水系统 ， 不但能够满足凹 陷式露天矿强化开采 的要求 ， 而且初期投资少 ， 排水 运营时间短 ， 运营费用少 ， 实现了综合效益较优。 参考文献 ： [ 1 ] 《 采矿手册》 编辑委员会． 采矿手册[ M] ． 北京： 冶金工 业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 王青． 采矿学[ M] ． 北京： 冶金工业出版社， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 陈家斌， 赵明星． 分期强化开采在级倾斜中厚矿露天 矿山的应用[ J ] ． 化工矿物与加工， 2 0 0 7 ( 7 ) ： 3 3 — 3 4 ． [ 4 ] 唐 日军 ， 王金利． 霍林河南露天矿集控系统在疏干排 水生产中的应用[ J ] ． 露天采矿技术， 2 0 0 7 ( 5 ) 4 1 — 4 5 ． ◆-◆-◆-◆-◆。 ◆- ．-●◆-◆-◆_◆一◆-◆- ．-．-．-◆- ◆-◆_◆一 ◆一◆m◆ ◆-◆-◆-◆- ‘- ‘ -．．◆-◆- ◆-◆-◆-◆-◆-．-_ ．- ‘ ． ．。◆- ．．’ ‘ -’ ( 上接第2 9页 ) 图和监测区平面图。 期 、 恒速变化期和加速变化期。 加速滑动期的出现及 其发展 ， 预示滑落的来临。 即当滑落速度突然大幅增 加 ， 表明滑坡即将发生。 当同一条监测线上的相邻测 点滑动速度相差较大 时， 可以判断这 2个监测点监 位不是处在同一滑体上 ，有助于区分滑体边界和形 状。所 以滑坡的速度与时间曲线是滑坡时间预报和 准确推断滑体位置界线的重要依据 。 由此看 出点位水平位移速率和点位沉降速率是 边坡稳定性分析的主要参数 ，应该增加计算水平位 移速率和沉降速率参数 ，绘制点位水平位移速率一 时间曲线 图和点位沉降速率一 时间曲线图。 4 ) 绘制监测线剖面图、 监测区平面图。 全面准确 掌握和分析边坡移动状况 ，监测线剖面图和监测 区 平面图是非常重要的资料 ，图上的内容随着边坡变 化不断增加。监测线剖面图要详细表示边坡移动前 后的边界外形 ， 各台阶标高 、 地物 、 岩层 、 地质构造界 线 、 各监测点位置 ； 每一期的监测区平面图要详细表 示当期 台阶 、 地物 、 滑体边界 、 裂缝 、 监测线位置等 ， 通过前后期平面图的对 比，直观清楚地反映边坡变 化情况。 当边坡变化幅度较大 ， 建议绘制监测线剖面 4结语 1 ) 外业观测结束后 ， 及时处理监测数据 ， 密切关 注边坡变化情况 ， 处理过程中， 如发现边坡某一时间 段的局部变化量较大 ， 重点加强监测 ， 必要 时， 需果 断调整边坡监测方案。 2 ) 当边坡移动发生较大幅度变化时 ， 需要仔细 分析边坡移动监测资料 ，综合考虑滑动区的工程地 质 、 水文地质 、 岩体性质 、 边坡构成要素及开采工艺 等 因素， 推测出滑动面的形状和位置 ， 计算滑体形态 及规模 ， 找出滑动原因 ， 才能准确及时做 出边坡滑动 预报。 参考文献： [ 1 ] 王树忠，于立波． G P S — R T K在霍林河露天矿边坡变形 监测中的应用[ J ] ． 露天采矿技术 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 4 — 6 ． [ 2 ] 吴贵才． 全站仪在露天矿边坡滑移观测的应用[ J ] ． 现 代矿业 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 1 9 — 1 2 0 ． [ 3 ] 陆金平． G P S技术在矿 山边坡变形监测中的应用[ J ] ． 江西有 色金属 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 8 - 2 0 ． [ 4 ] 张永． 新邱露天煤矿的边坡变形监测技术[ J ] ． 煤炭技 术 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 5 8 — 1 5 9 ．