露天转地下平稳过渡采矿技术的运用

露天转地下平稳过渡采矿技术的运用

高鹏辉、耿三军

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摘要：露天采矿是金属矿床开采的重要手段，尤其是我国80%的铁矿石产量来自露天开采。经多年开采，许多大中型露天矿已转入地下开采。在露天矿向地下开采过渡中，如何合理地确定过渡方案是保证矿山不减产、顺利实现露天矿向地下开采过渡的首要工作。

关键词：露天转地下；采矿技术；采矿方案

随着浅层资源的逐渐枯竭，许多露天矿正在或将要转为地下开采。为实现露天矿向地下矿山的平稳过渡，保持矿山产量及经济效益的稳定，需解决露天矿向地下矿平稳过渡中的许多重要技术问题。基于此，本文探讨了露天矿向地下平稳过渡的开采技术。

一、露天转地下开采技术研究

通常，从露天矿转入地下开采的矿山一般为中厚陡倾矿体，其矿体延伸范围大、覆盖层厚度小。矿床早期采用露天开采，具有生产快、建设初期投资少、总贫损小、短期技术经济指标高等优点。然而，随着露天矿的深入，这些矿山逐渐从露天开采向地下开采过渡，最终完全转向地下开采。露天矿转地下开采是一项复杂的系统工程，在“转换”过程中并非孤立的技术问题，通常需将露天矿和地下作为一个整体，通过科学规划及完美衔接，实现整体高效开采。

我国露天矿向地下开采的有南京凤凰山铁矿、江苏冶山铁矿、山东金陵铁矿等，经理论研究及工业试验，这些矿山在露天矿与地下采矿过渡期的产出衔接、露天矿与地下采矿的总体规划、露天矿与地下采矿的联合开采技术等方面进行了有益的研究，为进一步研发适合我国露天矿转地下开采的方法及手段，积累了宝贵经验。

二、露天转地下过渡开采方式及方法

1、露天开采向地下开采的过渡模式有两种：一种是停采后从露天开采向地下开采的长期过渡；另一种是不停产过渡，过渡期短。一般来说，国内外从露天开采到地下开采的实际过渡期可达5～10年。由于国内外许多矿山地下开采的及时发展，在不停产的情况下实现了转型。例如，加拿大基德格里克铜矿、奥地利爱兹贝尔核格铁矿，以及我国的凤凰山铁矿和金陵铁矿等，均在不停产工况下转入地下开采。缩短过渡期的经验是提前开展地质勘查补充工作，提前做好露天矿向地下采矿过渡的总体规划，认真研究解决露天矿向地下采矿过渡的技术问题。

2、国内外露天转地下开采所采用的采矿方法可分为三类：第一类为房柱采矿法或嗣后充填法，包括空场法、留矿法等；第二类为崩落采矿，包括分段崩落法和阶段崩落法；第三类是组合采矿法。

三、阶段空场连续崩落采矿法

低品位大型矿体高效开采方法一般采用阶段空场采矿法及阶段强制崩落采矿法。其中，空场采矿法的矿柱回采及采空区处理往往会造成大量矿产资源损失与安全问题。阶段强制崩落采矿法的贫化损失控制是一项复杂而困难的工作。据统计，我国采用崩落采矿法的矿山总损失率为45.9%。

阶段空场连续崩落采矿法核心是大直径束形深孔高分层落矿、大抵抗线爆破技术和高阶段放矿技术。矿块回采分为三部分：矿房、矿柱、放顶单元。矿段上部布置岩石钻进通道，矿段下部根据矿山设备类型采用平底沟电动耙或底板结构。矿段间采用全连续回采，先回采至采矿间，部分矿石留在采矿间。当矿房回采到最小安全层厚度时，利用矿房作为补偿空间，同时对矿柱和顶部进行崩落，矿块底部沉淀在上覆围岩中。在采场形成的补偿空间总量远大于柱状爆破所需补偿空间的工况下，采场保留部分矿石不放出，以保证柱状崩落矿石不明显位移，以提高回收率。

阶段空场连续崩落法可回收一定量的纯矿石，为实现长距离连续开采提供了必要的补偿空间。柱崩落采用分梁阶段深孔分布方式，与均匀分布方式相比，降低了水平钻进精度和开挖工作量，大幅提高了爆破效果，提高了每米的崩矿量。在柱底部均匀放矿，以减少贫化损失。

四、露天转地下联合开采技术方案

某铁矿露天开采实际生产最高曾达到300万t/a。深部地下开采矿体的建设规模为年产铁矿石320万t。目前，该矿采区露天开采已接近尾声，但采区-33m水平以上露天境界外还残留一部分挂帮矿体，-33m水平以下深部还有丰富的矿产资源，为此将采区转入地下开采，开采露天境界外挂帮矿体和深部矿体。

1、基于连续阶段空场崩落法的露天转地下联合开采方案。当采掘工作在矿床的一侧达到其最终设计深度时，采矿将继续在矿体的另一侧水平进行。当沿矿体形成的露天矿底部达到一定长度时，根据规划布置阶段，可在矿坑底部进行连续崩落，采场可进行岩石钻探和爆破回采。岩石钻探采用露天矿钻机，爆破采出的矿石采用地下运输系统开采。

考虑到崩落采矿中对覆岩安全厚度的要求，在开采中可通过崩落围岩形成覆盖层，围岩崩落滞后于矿体回采1～2采场距离。其优点是：①将地下大型高效采矿技术与露天矿设备相结合，可延长露天矿设备的使用寿命，提高设备利用率；②以露天矿底为凿岩平台，可减少露天矿转地下采矿的第一中段开采，节约成本。③在露天矿向地下开采过渡中，应用地下大型强化开采技术，对生产衔接与平稳过渡具有重要意义。

2、采矿方法。根据某铁矿体的赋存条件及开采工艺条件，崩落采矿法更为适用。阶段空场连续崩落采矿法具有贫化损失小、效率高、成本低等特点，无需对柱采空区进行后续处理。而无柱分段崩落法工艺简单、安全性好、生产能力强，也同样适用。

①无底柱分段崩落法

1)挂帮矿开采：根据挂帮采矿赋存情况，挂帮矿开采结构参数为：分段高度15m，进路距离15m。

2)地下开采：由于该矿体倾角陡峭，大致呈直立状，厚度大，平均厚度120m，适合大构造参数。因此，采场结构参数初步确定为15m*20m进路垂直矿体布置，矿体平面尺寸为120m*(50～70)m，每个矿段布置1个溜槽。同时，矿井溜槽布置在巷道一侧，直径3m。此矿体为急倾斜矿体，可采用直溜槽。溜槽底部位于阶段运输水平，并提供矿口。中深孔爆破，铲运机在进路端部出矿。挂帮矿开采能力定为100万t，挂帮矿开采时间约3.5年。

在地下开采中，从-30m到-105m，每个分段可布置24条有效进路，根据计每5条进路布置1台SY-7.5铲运机(采矿效率75万t/台年)计算，地下开采年生产能力可达360万t/a，矿山生产规模320万t/a。

②阶段空场连续崩落法。阶段空场连续崩落法主要用于大面积挂帮矿厚的开采，结合挂帮矿赋存条件，矿段宽度为35m，矿段长度为40～60m。矿体走向大致沿露天矿坡线排列。凿岩硐室分别布置在标高+45m及+15m处，在水平采场相应位置-30m处，沿采场方向布置沟槽及出矿联络道，且每12m垂直布置一条进路。

3、全面评述露天矿转地下开采方案。结合本铁矿的开采条件，无柱分段崩落法及阶段空场连续崩落法都适用于露天矿向地下开采。阶段空场连续崩落法采用分段采矿法，矿段参数大，在强化开采、扩大生产规模、降低开采成本等方面优于无柱分段崩落法，而且其技术经济指标多优于无柱分段崩落法。挂帮矿开采方案采用平硐、斜巷方案，矿石由原露天道路运输至地表，该方案充分利用了原有露天矿项目，缩短了矿山过渡期的停产时间，减少了挂帮矿的资金投入。因此，阶段空场连续崩落法可实现连续开采及高效集中作业，提高采场生产能力，降低矿石生产直接成本。

参考文献：

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[2]郭金峰．金属矿山露天转地下开采的发展现状与对策[J]．云南冶金，2015(01)．

[3]刘建东.露天转地下平稳过渡采矿技术研究[J].矿冶，2015(05)．