石人沟铁矿露天转地下最佳开采模式研究.pdf

分类号⋯一⋯⋯⋯⋯一 U D C ⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 密级⋯⋯⋯一～⋯． 编号⋯⋯一一⋯⋯～ 十l 约大謦 C E N T R A L S o U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目 石人沟铁矿露天转地下最佳 学科、专业 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职务 开采模式研究 采矿工程 渤力 王新民 教授、博导 中南大学 2 0 1 2 年4 月 分类号 UDC 硕士学位论文 密级 编号 石人沟铁矿露天转地下最佳 开采模式研究 S t u d yo f t h eb e s tm i n i n gm o d ef o rt h e t r a n s f e r r i n g ● I ●●o 11 ●● I r o mo p e n - p i tm i n i n gI n t 0u n d e r g r o u n dm i n i n g 。 S h i r e n g I r o nMiin S h i r e n g o ul r o nM i n e 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 杨力 采矿工程 资源与安全工程学院 王新民 论文答辩日期丝 圣竺兰} 答辩委员会主 中南大学 二零一二年四月 一苓一一年四月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名■垒垄日期丝 三年』月兰日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名盐盈导师签名丝鱼堑终日期丝 兰年上月兰日 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 我国铁矿资源目前8 5 ％以上为露天开采，经过近几十年的开采 和不断增产，国内的大部分露天矿山企业都面临着露天采场闭坑、即 将转入地下开采阶段。鉴于我国露天矿山企业多为深凹露天矿的特 点，在转入地下开采时将面临更多的困难。为实现露天向地下开采的 平稳过渡，必须对涉及平稳过渡的关键技术进行攻关研究，其中露天 转地下相互协调安全高效采矿工艺技术是研究的重点内容之一。 本文通过现场调查、综合分析、方案设计及优化、类比分析、数 学分析方法等手段对石人沟铁矿露天转地下开采的开拓系统衔接、过 渡阶段采矿方法以及过渡模式等问题进行系统分析和深入研究，取得 了如下研究成果 1 为保证露天转地下能衔接紧凑，持续稳产，石人沟铁矿采 用露天分段结束、地下分期建设、分段投产的方法是可行的，但己投 入的工程服务期短、利用率低，露天转地下过渡缺乏完善的整体规划。 2 针对如何充分利用原有主井和副井，尽量减少改造的问题， 提出了新掘副井、一期副井改造延深、新掘盲竖井三种方案，并进行 了技术经济比较，推荐采用新掘副井方案。 3 经综合技术经济分析，推荐石人沟铁矿露天转地下采用主 副竖井加辅助斜坡道开拓方案。 4 通过对露天转地下开采过渡模式进行评价，得出如下结论 过渡期的生产能力较低，矿床的综合产能可能利用程度很低。露天和 地下联合开采时空联系程度较低，缺乏统一、全面的规划。另外，过 渡期较短，空间联系比较紧密，但因为过渡时间不充足，以及预留露 天坑底境界保安矿柱使露天开采及地下开采的开拓系统及回采工艺 结合程度偏低。 5 通过对矿体按厚度和倾角进行分类统计可知，中厚及厚大 矿体占9 0 ％以上，倾角均为倾斜至急倾斜。可采用的采矿方法有分段 中南大学硕士学位论之 摘要 凿岩阶段矿房法、无底柱分段崩落法、上向水平分层充填法及空场嗣 后充填法等。为满足生产管理与安全技术管理的需要，针对开采技术 条件，通过模糊数学方法进行优化选择，得出石人沟铁矿露天转地下 最优采矿方法分段凿岩阶段空场嗣后充填法。 关键词开拓系统衔接，采矿方法，模糊数学，露天转地下开采 中南大学硕士学位论文A B S T R A C T A BS T R A C T C u r r e n t l y , m o r et h a n8 5p e r c e n to fI r o no r er e s o u r c e si nC h i n aa r e o p e n - p i tm i n i n g ．A f t e rd e c a d e so fm i n i n ga n dc o n s t a n t l yi n c r e a s i n g p r o d u c t i o n ，m o s to f t h ed o m e s t i co p e n - p i tm i n i n ge n t e r p r i s e sa r ef a c i n g t h ei s s u eo fc l o s i n gt h e o p e n p i tm i n i n ga n da b o u tt os w i t c ht ot h e u n d e r g r o u n dm i n i n gs t a g e ．I nv i e wo f t h ec h a r a c t e r i s t i c st h a tt h eo p e n p i t m i n i n ge n t e r p r i s e si nC h i n am o s t l ya r eo f t h ef u r r o wo p e n p i tm i n e ，m o r e d i f f i c u l t i e sw i l lb ef a c e di nt h eu n d e r g r o u n dm i n i n g ．T oa c h i e v et h e s m o o t ht r a n s i t i o no ft h eo p e n p i tm i n i n gt ot h eu n d e r g r o u n dm i n i n g ，t h e k e yt e c h n o l o g i e sm u s t b es t u d i e d ，a n dc o o r d i n a t i n gt h es a f ea n de f f i c i e n t m i n i n gt e c h n o l o g yi so n eo ft h ef o c u s e so ft h er e s e a r c h ．I nt h i sa r t i c l e ， t h o u g ht h em e a n so f s i t ei n v e s t i g a t i o n ，c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s ，p r o g r a m d e s i g n i n ga n do p t i m i z a t i o n ，a n a l o ga n a l y s i sa n dm a t h e m a t i c a la n a l y s i s m e t h o d s ，s y s t e m a t i c a la n di n d e p t hs t u d yo ft h et r a n s i t i o ne x p o r a t i o n s y s t e mf r o mo p e n - p i tt ou n d e r g r o u n di nS h i r e n g o ui r o nm i n e ，t h e m i n i n gm e t h o di nt h et r a n s i t i o n a ls t a g ea n dt h et r a n s i t i o nm o d ea n dm a d e t h ef o l l o w i n gf i n d i n g s 1 I no r d e rt oe n s u r et h ec o m p a c tt r a n s i t i o n ，s u s t a i n e da n ds t a b l e p r o d u c t i o n r t h em e t h o dS h i r e n g o ui r o no r eu s e di sf e a s i b l e ，w h i c ht h e o p e n p i tp a r tw a se n d e d i np h a s e s ，t h eu n d e r g r o u n dp a r tw a sc o n s t r u c t e d a n dp r o d u c t e di np h a s e s ，b u tt h ep e r i o do ft h es e r v i c e ，e n g i n e e r i n gh a d b e e np u ti n t o ，w a ss h o r t ．T h eu t i l i z a t i o nr a t ew a sl o wa n dt h et r a n s i t i o n f r o mo p e n p i tm i n i n gt ou n d e r g r o u n dm i n i n gi sl a c ko fo v e r a l lp l a n n i n g o fi m p r o v m e n t ． 2 F o rt h ep r o b l e mh o w t om a k ef u l lu s eo ft h eo r i g i n a lm a i ns h a f t a n da u x i l i a r ys h a f ta n dh o wt om i n i m i z et h et r a n s f o r m a t i o na sm u c ha s p o s s i b l e ，t h r e ep r o g r a m sw e r ep r o p o s e dt h a tt u n n e l i n gan e wa u x i l i a r y s h a f t ，t r a n s f o r m i n ga n de x t e n d i n gt h ea u x i l i a r ys h a f ta n dt u n n e l i n gan e w b l i n ds h a f t ，a n dt h e yw e r ec o m p a r e di nt e c h n i c a la n de c o n o m i ca s p e c t s ， f i n a l l y , t h ep r o g r a mt u n n e l i n gan e wa u x i l i a r ys h a f tw a s r e c o m m e n d ． 3 A f t e r a c o m p r e h e n s i v et e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s ，t h e e x p l o r ep r o g r a mu s i n gt h em a i na n da u x i l i a r ys h a f tc o m b i n e dw i t ht h e a u x i l i a r yr a m pw a sr e c o m m e n d e df o rt h et r a n s i t i o nf r o mo p e n ．p i tm i n i n g t ou n d e r g r o u n d m i n i n g ． 4 T h o u g he v a l u a t i n gt h em o d eo ft r a n s i t i o nf r o mo p e n - p i tm i n i n gt o u n d e r g r o u n dm i n i n g ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r ep r e s e n t e d t h e p r o d u c t i o nc a p a c i ．t yw a sl o wi nt r a n s i t i o np e r i o d ，a n dt h ei n t e g r a t e d c a p a c i t yo ft h ed e p o s i tw a su s e di nal o wl e v e l ．W h e nc o m b i n e do p e n ．p i t a n d u n d e r g r o u n d ，。t h ec o n t a c tw a si nal o wd e g r e e ，l a c k i n go fu n i f o r ma n d c o m p r e h e n s i v ep h m n i n g ．I na d d i t i o n ，t h et r a n s i t i o np e r i o dw a ss h o t ，t h e s p a c ec o n t a c tw a sr e l a t i v e l yc l o s e ，h o w e v e r , b e c a u s et h et r a n s i t i o nt i m e w a sn o te f f i c i e n t ，a n dt h es e c u r i t y w e r es e ta s i d e ，w h i c hm a d et h e p i l l a r si nt h eo p e n - p i tb o t t o mr e a l m i n t e g r a t i o no ft h ed e v e l o p m e n ta n d m i n i n gt e c h n o l o g yi nt h eo p e n - p i tm i n i n ga n du n d e r g r o u n dm i n i n gw a si n al o w d e g r e e ． 5 C o u n t i n g ‘t h eb o d yt h i c k n e s sa n dd i pb yc a t e g o r y , w ec a nk n o w t h a t ，t h et h i c ka n dh e a v yo r e b o d i e sa c c o u n t e df o rm o r et h a n9 0 ％． i n c l i n a t i o n so fw h i c ha r ei n c l i n e do r s t e e p l yi n c l i n e d ．T h em i n i n g m e t h o d sc a nb eu s e ds u c ha ss u b l e v e lr o c kd r i l l i n ga n d s t a g er o o m s t o p i n g ，s u b l e v e lc a v i n g ，t h eu p w a r dh o r i z o n t a ls l i c i n ga n df i l l i n gm e t h o d a n d o p e n s t o p es u c c e e db yf i l l i n gm e t h o da n dS Oo n ．T om e e tt h en e e d so f p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n ds e c u r i t yt e c h n o l o g ym a n a g e m e n t ，f o rt h e m i n i n gc o n d i t i o n s ，b yt h ef u z z ym a t h e m a t i c a lm e t h o d st oo p t i m i z et h e c h o i c e ，o b t a i n i n gt h em o s to p t i m a lm i n i n gm e t h o do fS h i r e n g o ui r o no r e ‘‘ 一 ‘‘ 一 ●●● t o r t h et r a n s i t i o nf r o mo p e n ’p l tm i n i n gt ou n d e r g r o u n dm i n i n g s u b l e v e l r o c kd r i l l i n ga n d s t a g er o o ms u c c e e db yf i l lm e t h o d ． K E Y W O R D S C o n v e r g e n c e o f d e v e l o p m e n ts y s t e m ，M i n i n g m e t h o d ，F u z z ym a t h e m a t i c s ，T h et r a n s f e r r i n gf r o mo p e n ．p i tm i n i n gi n t o u n d e r g r o u n dm i n i n g l V 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A B S T RA C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 研究背景、目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外露天转地下开采技术应用与研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．1 国外露天转地下开采发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．2 国内露天转地下开采发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．3 露天转地下开采技术难点与基本准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 研究内容及路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 第二章露天转地下开拓系统衔接技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．1 开拓系统衔接分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 2 ．2 典型开拓方案研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 石人沟铁矿开拓系统现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 石人沟铁矿露天转地下当前开拓系统衔接评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．5 石人沟铁矿露天转地下开拓方案优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 第三章露天转地下开采过渡模式评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．1 露天和地下开采时空衔接评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 3 ．1 ．1 评价指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 。1 ．2 评价结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 4 3 ．2 露天和地下开采工艺系统衔接评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 第四章露天转地下采矿方法初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 4 ．1 露天转地下采矿方法适应性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．2 采矿方法初选⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．1 无底柱分段崩落法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 4 ．2 ．2 分段凿岩阶段矿房法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 V 中南大学硕士学位论文 目录 4 ．2 ．3 分段凿岩阶段空场嗣后充填法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．2 ．4 上向水平分层充填法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 第五章石人沟铁矿露天转地下最佳开采模式确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．1 开拓系统确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 5 ．1 ．1 矿山工程建设现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 5 ．1 ．2 开拓系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 5 ．2 最佳开采模式选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．2 ．1 综合评价指标体系的构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．2 ．2 影响因素权重向量的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 5 ．2 ．3 隶属矩阵确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．2 ．4 综合评判⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 第六章结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71 6 ．1 结{ 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 0 V 中南大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 ．1 研究背景、目的与意义 矿产资源开采是国民经济基础性支柱产业之一，涉及国民经济的许多领域， 诸如钢铁、煤炭、有色金属、黄金、化工及非金属工业等【l 】。铁矿是国民经济最 重要的基础资源之一，几十年来，我国钢铁工业取得了举世瞩目的进步和发展， 其年产量连续几年均居世界第一位，对国民经济建设和社会发展具有举足轻重的 影响作用【2 J 。但是，我国铁矿资源目前8 5 ％以上为露天生产，经过近几十年的 开采和不断增产，国内的大部分露天矿山企业都面临着露天采场闭坑、即将转入 地下开采阶段【3 】。鉴于我国露天矿山企业多为深凹露天矿的特点，在转入地下开 采时将面临更多的困难。为实现露天向地下开采的平稳过渡，必须对涉及平稳过 渡的关键技术进行攻关研究，其中露天转地下相互协调安全高效采矿工艺技术 是研究的重点内容之一【4 - 5 1 。 我国年生产能力在3 0 0 万t 以上的露天铁矿山有1 6 座，其中有1 0 座设计深 度达到2 0 0 m 封闭圈以下 以上，相当数量矿山的开采己步入中晚期。国内即 将进入露天转地下开采的矿山生产能力近2 0 0 0 万t 。由于我国大型露天铁矿绝 大部分都是急倾斜或倾斜矿体，且埋藏延深一般都比较大，属于短而深的矿床， 因此露天开采最终境界以下的深部仍然驻留了大量矿产资源，比如唐钢集团石入 沟铁矿驻留有6 4 5 2 ．6 1 万t 铁矿，鞍钢集团大孤山铁矿驻留有约7 0 0 0 万t ，眼前 山铁矿驻留有约1 ．6 亿t ，武钢集团大冶铁矿驻留有大约4 6 0 0 万t 等等。据统计， 我国大型露天铁矿最终境界以下深部驻留有大约2 8 ～3 0 亿t 的铁矿资源冷引。 大型骨干露天矿山进入深凹开采后，虽经不断的技术创新，使产能得以延续， 但总体上露天境界内保有的开采储量却日益减少。因此，露天境界外的深部矿体 必须通过露天转地下的方式进行开采，以确保深部资源的有效、合理的利用。 因此，必须加快露天转地下开采所涉及到的关键技术攻关研究，以满足我国钢 铁工业可持续发展对铁矿石的需求【9 ’1 ⋯。 目前，国内外露天转地下开采的技术内涵及外延目前尚不完整和明确，仅 仅为露天采矿和地下采矿的单一集合。这些矿山只对露天转地下开采中存在的 中南大学硕士学位论文第一章绪论 某些问题进行了探索．如产量衔接、边帮残矿开采、开拓方法等，积累了。一些经 验，但露天转地下开采的关键综合技术仍处在理论探索阶段1 1 1 - 1 2 J 。 同时，我国经济建设对钢铁等金属资源需求的日益增长，带动了铁矿石业前 所未有的发展，刺激了国际铁矿价格的大幅上扬。仅2 0 0 5 年一次性上涨幅度高 达7 1 。5 ％，2 0 0 8 年比2 0 0 7 年一次上涨6 5 ％，促使国内各大钢铁公司重新审视铁 矿石原料来源的市场定位，充分挖潜自身的资源优势，走节约化资源利用道路。 国内外露天转地下开采矿山的经验表明，当矿山充分利用露天与地下开采的有 利工艺特点时，可以使矿山的基建投资减少2 5 “ - 5 0 ％，生产成本降低2 5 ％左右。 从我国露天金属矿山企业面临的现状看，露天转地下综合技术研究有着广阔的 市场推广前景和深远社会经济意义。因此，尽早实现露天转地下开采的平稳过 渡已迫在眉睫【”。6 1 。 1 ．2 国内外露天转地下开采技术应用与研究现状 露天转地下开采的矿山通常情况下是矿体出露地表并且延伸比较深，一般 多为厚大或中厚的倾斜或急倾斜矿床。由于露天开采具有初期投资少、投产见效 快、采矿成本低及贫化损失率低等优点，该类矿床初期一般都采用露采方式进行 采矿，但随着露采的不断向下延深，剥采比逐渐增大，当剥采比接近或超过经济 合理剥采比后，矿山必须逐步由露天开采向地下开采过渡并最终转入地下开采。 因此，要求露天转地下开采的矿山，在进行露转地开采的设计时，对前 露天 后 地下 期开采应统筹规划，露采后期的开拓系统既要考虑充分利用地下开拓 巷道；向地采过渡期间，地采应充分利用露采的相关设施及井巷工程等，实现露 天开采安全平稳地过渡到地下开采，保持矿山产能及经济效益的稳定。 露天转地下开采通常需经露天开采阶段、露天和地下联合开采阶段 过渡期 及地下开采阶段三个时期，开采强度随着不同开采阶段是不断变化的，因此为了 获得最大经济效益，研究与矿床赋存情况以及开采技术条件相适宜的采矿强度和 产能对露天转地下的生产工艺及工程布置是至关重要的。根据国内外露转地矿 山的经验，如果矿山能充分利用露与地的有利因素，统筹规划露天与地下开采的 工程布置和衔接，能使矿山的基建投资节省约2 5 ％～5 0 ％，采矿成本降低约 15 ％[ 1 7 - 2 0 ] 。 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 ．2 ．1 国外露天转地下开采发展现状 I 虱 t - 露天转地下开采的矿山企业比较多，涉及金属、非金属矿山以及煤矿 等，现将一些矿山开采情况列于表1 ．1 。 表1 ．1 国外露天转地下开采矿山 上述部分矿山依据地质条件、资源状况、环境及经济等因素的差异，对露 天合理开采深度的确定、露天向地下开采过渡阶段的产能衔接、露天坑底隔离层 及缓冲层合理厚度、露采与地采开拓系统的良好衔接、露天边坡的管理及驻留矿 体回收、井下通风及防排水系统等一系列主要问题进行了深入研究，并已取得了 显著的效果。 瑞典的基卢纳矿的矿床包括3 个透镜状矿体，长约7 0 0 0 m ，倾角5 5 0 ～6 5 D ， 其中基鲁纳瓦拉矿走向长3 0 0 0 m ，平均厚度9 0 m ，该矿山自1 9 5 2 年开始从露天 开采向地下开采过渡，至1 9 6 2 年进入地下开采阶段，地下开采的生产能力达到 2 3 0 0 - 2 5 0 0 万妇。该矿具有如下特点露天深部采出矿石采用溜井下放到井下， 然后通过井下运输巷道运出，从而达到减少露天废石剥离量和缩短矿石运输距离 的目的；地下开采采用竖井加辅助斜坡道开拓系统，使凿岩台车、铲运机等大型 无轨设备能够直接出入工作面；井下全部采用自动化的运输提升系统，大大提高 了矿石运输提升能力【2 1 - 2 2 】。 芬兰的皮哈萨尔米黄铁矿的矿床位于地下约5 0 0 m ，沿走向全长约6 5 0 m ，矿 体两端较窄，中部宽度达7 5m ，北部矿体倾角为5 0 D ～7 0 0 ，其它部位矿体倾角基 中南大学硕士学位论文第一章绪论 本接近垂直，该矿开采具有如下特点露天开采与地下开采同时进行开拓且露天 开采超前于地下开采，并且同时利用统一的地下坑道系统，延长过渡期，保证有 充足的时间来进行与地下开采技术条件相适应采矿方法试验；露天和地下同时使 用井下破碎设施及提升系统等，降低了露天废石剥离量并节省了基建投资；露天 深部采出矿石经溜井下放至井下运输系统，竖井提升比地表汽车运输成本低，从 而达到降低采矿成本的目的；地表与井下工作面采用辅助斜坡道连通，提高了采 矿的机械化程度和无轨设备的工作效率‘2 3 以】。 1 ．2 ．2 国内露天转地下开采发展现状 近3 0 年来，国内的露天转地下开采的矿山虽然比较少，但也通过研究与试 验积累了一些宝贵经验，为进一步研究与我国露天转地下开采相适应的开采方 法起到了一定的借鉴作用。国内部分露天转地下开采矿山的生产情况见表1 ．2 。 江苏的凤凰山铁矿是国内露天转地下开采较早的矿山之一，该矿于1 9 6 0 年 底开始地下开采，1 9 7 3 ～1 9 7 6 年间为露天开采向地下开采过渡阶段，因为过渡阶 段采用正确的方法，使过渡阶段生产能力达到了3 0 万t ／a 的稳产要求。该矿过渡阶 段的开采特点如下露天开采和地下开采同时进行建设，先进行露天开采，等到 转向地下开采时，有充足的时间进行残矿回收，而地下又有足够的时间试采，既 确保了露天驻留矿体回收，又为过渡阶段的持续稳产提供了良好条件；选择与地 下开采第一阶段相适应的开采方法，对实现露天转地下开采在过渡阶段的持续 稳产是至关重要的。 浙江绍兴漓诸铁矿属于露天转地下开采的矿L 【J ，该矿山的矿体沿走向长约 3 0 0m ，倾角为5 5 。～7 5 0 ，矿体埋藏深度为3 3 5m ，平均厚度约6 0m ， 8 0 m 以上 为露天开采，露天开采完毕后，形成了沿走向的3 个露天坑及顶底板之间的三角 驻留矿体，转入到地下开采以后，首先采用无底柱分段崩落法回收顶底板驻留 矿体，再将顶底板围岩一次性大爆破崩落，形成了2 0 r n 以上的岩石覆盖层，以此 为地下开采的缓冲层，从而保证了地下开采的安全。 4 中南大学硕士学位论文第一章绪论 隶属于铜陵有色金属 集团 公司的安徽铜山铜矿为露天转地下开采的矿山 实例。该矿把原地下．4 0 m 中段用作露天开采的主要运输巷道，其开采特点是 露天开采爆破对地下工作面的破坏作用得到非常有效的控制，该矿露天开采运用 多排孔毫秒微差爆破控制技术，每段装药量控制在6 0 0 k g P _ J , 内，以避免井下巷道 出现冒顶现象，保证了井下运输巷道的稳定性；同时把地下作业人员撤离到爆破 震动影响范围以外的安全地点，保证了井下人员安全[ 2 5 - 2 8 】。 此外，马院在露天矿不扩界开采境外矿方面做了大量的研究工作，先后对河 南的银洞坡金矿、新疆的雅满苏铁矿、马钢的南山铁矿等露天矿山进行了设计研 究，取得了很好的应用效果。 从这些矿山实例折射出的问题可以看出 1 国外大部分过渡期时间长； 2 国内大部分矿山转入地下使用崩落法，损失、贫化大，产能小。因此新的研究方 向在于 1 缩短过渡期； 2 使用高效率的方法，保护地表环境，减少固体废 料的排放，有利于地表的环境恢复，这点是国家政策的导向； 3 考虑到资源的 不可再生及保障程度，提高矿石回收率，降低贫化率，意义重大； 4 特别是我 国大部分矿山，在露天开采时并未充分考虑和规划露天转地下开采的技术问题。 5 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 ．2 ．3 露天转地下开采技术难点与基本准则 当矿体延伸较深，且上部出露地表或埋藏较浅时，上部多采用初期建设投资 少、投产快、贫损指标较优的露天开采。但随露天开采工作面不断向下推进，达 临界深度时，若继续采用露天开采方式则难以取得较好的技术经济效益，这时矿 山将逐步由露天开采向地下开采过渡，最终实现地下开采。这一类型的矿山，一 般都要经过露天开采期、露天和地下同时开采的过渡期及地下开采期三个阶段。 在第一和第三阶段，只单一地进行露天或地下开采。只有当露天开采临近结束， 其深部向地下开采过渡时，存在露天与地下同时开采，即迸入第二阶段。此时， 露天产量逐年减少，地下产量逐年增加，直至露天开采结束，地下开采达到设计 产量。我们把露天与地下开采同时在同一矿床中并行作业的这段时间称为 露天转地下开采的过渡期。在露天开采向地下开采的过渡期间，地下采矿直接 在露天坑底之下进行，开采技术和安全条件复杂，露天与地下开采的相互干扰与 影响较大，难以取得较好的技术经济指标。 1 露天转地下开采技术难点 矿山由露天转为地下开采须经历三个阶段即露天开采阶段、 露天转地下开采过渡阶段及地下开采阶段，因而其建设模式、开拓方式和生产 工艺等均具有其独特性，表现在如下几个方面 1 由露天转入地下开采的矿山，露天部分已进行多年开采，并已形成了 完善的生产、生活系统，比如选厂、机修车间、水电管网系统、露天采坑、废石 场以及生产与销售系统等等。因此，在进行露天转入地下开采规划设计时，必须 充分地考虑露天开采已有设施的利用，统筹规划井下开拓系统与露天采矿系统， 如井筒位置、出车方位以及过渡阶段采矿方法等等。 2 露转地开采的矿山，深部矿体勘探控制程度通常不高，露采后期需加 大生产探矿的力度，掌握深部矿体的开采技术条件。 3 从露天开采转为地下开采，其开拓工程相当于一个新建设的地下矿山， 且地下采矿方法与回采工艺与露天开采截然不同，地下开拓工程的建设及投产过 程均在空间和时间上与露天开采并行；因此，相互之间存在着很大的干扰与影响， 除了过渡期露天与地下开采需要相互协调和保证生产安全外，对地下开采工艺的 6 中南大学硕士学位论文第一章绪论 熟悉和适应也需要相当的过程，是过渡期应研究解决的重大技术难题之一。 4 露天转地下开采的过渡时期，露天开采已临近最终境界，地下开拓系 统将逐步形成，并具备一定生产能力，此时可充分利用地下巷道和采空区，研究 过渡期的矿石和废石运输系统以及采矿方法方案，研究露天废石回填地下采空区 的可能性，或论证用地下开拓系统提升矿石的经济合理性，尤其是