礦區(qū)位于五臺山脈北麓，五臺山隆斷區(qū)北部化咀—娘娘會大型倒轉(zhuǎn)向斜北翼之山羊坪復向斜之中。礦體為一厚大連續(xù)礦體，礦厚100m～250m，礦帶出露長2680m，其中大黑溝礦段780m，出露寬度為46m，平均厚度109.77m，礦體賦存標高1940m～2140m，控制深度66m～80m。礦體傾角50°～60°。礦體埋藏不深，礦床上部祼露于地表。地質(zhì)儲量為1355.4007萬t，平均地質(zhì)品位TF31.07%，礦山設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬t/a。

一、礦區(qū)開采技術(shù)條件

礦區(qū)含礦巖石為致密堅硬，不易風化的磁鐵石英巖，穩(wěn)固性能好。礦體圍巖及夾石主要為角閃片巖、綠泥石英片巖、斜長角閃巖等，其未經(jīng)風化的新鮮巖石皆屬致密堅硬的巖石，穩(wěn)固性能好。上述各類巖石硬度為(10～12)度，極限抗壓強度均大于1000kg／cm²，按工程地質(zhì)勘察規(guī)范可定為第二類塊狀巖石。據(jù)其地形、地貌，區(qū)內(nèi)多形成陡坡、峭壁，且區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造，礦體厚度大，連續(xù)性較好。故礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬簡單型。礦石及圍巖機械物理性質(zhì)見表1。

二、方案設(shè)計

（一）露天開采境界圈定

露天采場最終邊坡角的確定：設(shè)計參考類似礦山的資料并參考礦山開采技術(shù)條件、最終邊坡高度、開采工藝后確定露天采場的最終邊坡角按50°設(shè)計。

開采深度的確定：開采深度主要參考礦山經(jīng)濟合理剝采比、礦體的勘探程度和圈定的礦量多少后確定。由于礦山勘探程度低，所以圈定露天開采境界主要圈定122b、333級礦體，本次圈定的礦量在15左右年的開采礦量范圍內(nèi)。經(jīng)計算礦山經(jīng)濟合理剝采比為5t／t(4.1m³／m³)。

經(jīng)圈定后確定礦山3線至1線最低開采水平為1920m水平，0線至2線最低開采水平為l980m。4線最低開采水平為2000m水平。

采礦階段高度為5m，到最終露天開采境界時二個采礦階段并段，最終階段高度為10m，安全平臺寬度為5m，階段坡面角為70°；最高采礦水平2120m階段，最低采礦水平為1920m階段，最高剝巖水平為2190m階段，露天邊坡最大高度為230m。

（二）開拓運輸方式

據(jù)《設(shè)計委托書》要求，礦山生產(chǎn)規(guī)模為60萬t／a，年采剝總量為95萬t。露天開采礦石量1335.4007萬t，按礦石回收率95％，貧化率5％，計算可采出礦石1335.4007萬t。按生產(chǎn)規(guī)模60萬／a計算，礦山服務(wù)年限為23年。其中穩(wěn)產(chǎn)期22年，每年生產(chǎn)礦石60萬t，減產(chǎn)期1年，年生產(chǎn)礦石15.4萬t。

根據(jù)礦山目前的現(xiàn)有條件，礦山可采用的開拓方式有兩種：公路開拓運輸方式和平硐溜井與公路聯(lián)合開拓運輸方式。

公路開拓運輸方式：運輸線路布置在露天采場外，通過支線與采場工作面相連，運輸公路按三級道路、雙向行車設(shè)計，線路最大合成坡度值小于9％，連續(xù)1 km線路平均坡度不大于6.5％。

平硐溜井與公路聯(lián)合開拓運輸方式：本方案平1900m標高，平硐長780m，平硐斷面為5m×5m，溜井斷面為φ3m，平硐采用汽車運輸，采出礦石從溜井下放至1900m水平，再從平硐運出地表。剝離的巖石采用汽車直接運輸?shù)綇U石場。隨山坡地形從里向外設(shè)4個溜井，溜井總長度500m，其中最長的一條溜井長200m。并且同樣需要布置上山公路通向露天采場的最上一個工作平臺。

使用平硐溜井與公路聯(lián)合開拓的基建投資明顯比公路開拓大的多，因此使用平硐溜井與公路聯(lián)合開拓運輸方式減少的運輸距離，降低運輸成本，由于礦山基建資金緊張，也不計劃為露天采場供電，最終確定采用公路開拓。

（三）采礦方法設(shè)計

按照常規(guī)設(shè)計，露天開采一般由上向下開采。對本礦山來說，存在以下兩個問題：

1、由上向下開采需要修建上山公路到最上一個工作平臺2190m標高。高差270m，按6.5％

平均坡度計算，干線運輸公路約4200m，加上通向開采作業(yè)面的支線公路，總長度約6000多m，投資較大，礦山基建投資難以滿足。

2、修建運輸公路，需要申請征用土地，由于礦區(qū)所處山坡為林地，種植有不少的小樹，向林業(yè)部門申請占地砍伐非常困難。

由于目前簡易運輸公路已修到1920m標高，稍加改造即可利用。為了減少礦山的基建剝離量，減小生產(chǎn)剝采比，經(jīng)研究后確定，決定打破常規(guī)設(shè)計思路，采用組合臺階式陡幫開采工藝，為由低向高開計采。礦山的首采位置l920m～2000m。全礦共分為4個傾斜的陡幫開采作業(yè)條帶，陡幫開采工藝參數(shù)為：根據(jù)礦體的位置開采作業(yè)條帶基本上沿地形走向布置，組合臺階一次推進寬度既條帶寬度約100m左右，臺階安全平臺寬度5 m，組合臺階作業(yè)平臺最小寬度為25m～30m，組合臺階由8～10臺階組成，每個臺階的高度為5m，組合臺階的總高度40m～50m。

運輸公路在露天采場內(nèi)布置，采用移動坑線，推進到底盤后布置在露天邊幫上，解決了占地及砍伐樹木的難題。

由于礦山的投資緊張，所以采用人工淺孔鑿巖機進行鑿巖，采用孔徑為42mm的7655型淺孔巖機鑿巖，炮孔孔徑為42mm；裝載時采用挖掘機，運輸使用汽車運輸；采礦與剝離分層高度為5m，臺階坡面角為700。采用人工淺孔鑿巖，鑿下向900垂直孔，炮孔采用間距為(0．8～l×0．8～1)m三角形布置，炮孔超深0.2m，炮孔填塞長度不低于0.5m，采取導爆管微差爆破技術(shù)進行爆破。

露天開采主要技術(shù)經(jīng)濟指標為：

（1）工作面長度：(200～300)m；

（2）最小工作平臺寬度：(20～30)m；

（3）采礦分層高度：5m；

（4）采礦階段邊坡角：70°；

（5）最終邊坡角：50°；

（6）炮孔直徑：φ=42mm；

（7）炮孔爆破網(wǎng)度：(0.8～1)m×(0.8～1)m(行距×間距)；

（8）爆破安全警戒距離：300m；

（9）爆破延米爆破量：3.0t／m；

（10）爆破炮孔填塞最小量：0.5m；

（11）淺孔爆破炮孔超深：0.2m；

（12）露天采礦貧化率：5％；

（13）露天采礦損失率：5％；

（14）露天采礦大塊率：1％；

（15）采出礦石品位：32.94％；

（16）露天采場內(nèi)礦石總量1355.4萬t

（17）露天采場內(nèi)剝巖總量552.6萬t

（18）露天采場平均剝采比0.41t／t。

由下向上下開采方案，基建終了在1920～950m之間形成一個采礦的組合臺階，以后逐漸向上形成采礦組合臺階。投產(chǎn)時1臺挖掘機采礦，1臺挖掘機進行新水平的采準工作，采礦規(guī)模60萬t／a。初期生產(chǎn)剝采比為0，以后由小到大逐漸增加到0.58t／t。按設(shè)計開采方案進行露天開采，各分層采礦量及剝巖量見表2。

采用組合臺階開采工藝，由低向高開采后，顯著的降低了礦山的基建剝巖量和生產(chǎn)剝采比，取得了良好的經(jīng)濟效益。

三、結(jié)論

山西代縣洪劍鐵礦由于基建投資少，向林業(yè)部門征地砍伐林木困難，按照常規(guī)設(shè)計思路，由上向下開采困難。通過現(xiàn)場勘察和設(shè)計方法的研究，打破露天開采設(shè)計常規(guī)，采用組合臺階式陡幫開采工藝，由低向高開采，解決了礦山基建投資少和砍伐林木困難的實際問題。目前該露天礦山生產(chǎn)正常，已經(jīng)達到60萬t的設(shè)計生產(chǎn)能力，該礦山的設(shè)計思路可為類似露天礦山的設(shè)計提供可以借鑒的經(jīng)驗。