金属矿山露天转地下开采的发展现状与对策.pdf

2 0 0 3年 2月 第 3 2卷第 1 期 总第 1 7 8期 云 南 冶 金 YU NNAN TA I I I I l ； Y F e b． 2 0 0 3 v o 1 ．3 2．N o ．1 s u m1 7 8 金属矿 山露天转地下开采的发展现状与对策 郭金峰 马鞍 山矿 山研究院 ，安徽马鞍山2 4 3 0 0 4 摘要介绍了国内外露天转地下开采的技术发展现状，结合国内金属矿山露天转地下开采的市场需求，全 面阐述了金属矿山露天转地下开采中的几个技术问题与对策。 关键词露天开采；地下开采；极限深度；产量衔接；安全措施 中图分类号I 1 8 5 文献标识码 A文章编号1 0 0 6 0 3 0 8 2 0 0 3 0 1 - 0 0 0 7 - 0 4 De v e l o p me n t St a t e a n d S t r a t e gy o f Me t a l Mi n e Tr a ns f e r r e d f r o m op e n c a s t M i n i n g／ nt o Un d e r g r o u n d M i ni n g G UO J i n - f e n g M a a n s h a n I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h ，M a a n s h a n ，A n h u i 2 4 3 0 0 4 ，C h i n a A 】 B s -I 1 匪 A CTC l J 嬲 吐t e c h n o l o g i c a l d e v e l o p me n t 0 f me t a l m i n e s t ．g e l ,hg f r o m o p e n c a s t Ⅱ 五 n i I l g i n t o lJ r -【 k 叼 l n d Ⅱ 五 n i I lg i n C h i n a a n d A b r t a l e r e v i e we d．C o mb i n e dw i t hma r k e t r e q U 卿 ，s o me u mi c a l p t ebl m a n d c mt e rme 8 啪i nt h et r a le r 0 f 嘶 I r 蚓h 0 d s a r e d e - s c r ib e d ． KEY W ORD S 0 p m i n i n g ； 咖d ￡ cm l f d m i n i n g ； l i m i t 伽叫c o n n e c ti ； s a f e t y m 脚 1 概述 露天转地下开采的矿山通常是矿体延伸较深、 覆盖层不厚 、多为中厚或厚大的急倾斜矿床 ，由于 这类矿床采用露天开采后 ，具有投产快 、初期建设 投资少、贫损指标优等优点 ，早期一般采用露天开 采方式进行采矿 ，但 当露天开采不断延深后 ，这些 矿山逐步 由露天开采 向地下开采过渡最终全面转 向 地下开采。因此，要求露天转地下开采的矿山，在 进行露天转地 下开 采 的设 计 时，对前 露天 后 地下期开采应统一 全面规划 ，露天开采后期 的 开拓 系统既要考虑地下巷道的利用 ，同时在 向地下 开采过渡时 ，地下开采也应尽可能利用露天开采的 相关工程和设施等有利因素，使露天开采平稳地过 渡到地下开采，使矿山产量和经济效益保持稳定。 收稿 日期 2 0 0 2 - 0 6 - 1 9 作者简介郭金峰 1 9 6 3 - ，男，江西信丰县人，高级工程师。 露天转地下开采 的矿 山，整个矿山的开采期一 般要经过露天开采期 、露天与地下联合开采的过渡 期和地下开采期三个 阶段 ，在这三个阶段 中，矿山 的开采强度和矿 山企业 的生产能力是各不相 同的 ， 因此 ，在考虑露天转地下开采的开采工艺及工程布 置时，必须研究与矿山矿床赋存条件及开采技术条 件相适应的开采强度和生产能力，以求获得经济效 益的最大化。 国内外露天转地下开采矿山的经验表明 ，当矿 山充分利用了露天与地下开采 的有利工艺特点 时， 统筹规划露天与地下开采的工程布置 ，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 。因此 ，本文针对 国内外金属矿 山露天转地下 开采的技术发展现状 ，对我 国金属矿 山露天转地下 开采时应该注意 的几个技术 问题进行探讨 。 7 维普资讯 2 O O 3年 2月 第 3 2 卷第 1 期 总第 1 7 8 期 云 南 冶 金 Ⅵ J NN AN 艇 TA I LU RG Y F e b．嬲 V o 1 ．3 2 ．N o ．1 S u m 1 7 8 2 国外露天转地下开采的技术发展现状 国外露天转地下开采的矿山较多 ，涉及的矿 山 有金属矿 山、非金属矿山和煤矿等等 ，如瑞典的基 鲁纳瓦拉矿 、南非的科菲丰坦金刚石矿 、加拿大的 基德格里克铜矿、芬兰的皮哈萨尔米铁矿 、前苏联 的阿巴岗斯基铁矿 、澳大利亚的蒙特莱尔铜矿等 ， 上述矿山根据地质 、资源 、生产 、环境和经济等因 素不 同的情 况 ，并 就合理 确定露 天开采 的极 限深 度 、露天开采 向地下开采过渡时期的产量衔接 、露 天坑底盆的顶柱与缓 冲层、露天开采的开拓系统与 地下开采的开拓系统衔接 、露天开采的边坡管理与 残柱 回采 、坑内通风与防排水系统等主要 问题进行 了研究 ，取得了较好的效果。 瑞典基鲁纳瓦拉矿的矿床由三个透镜状矿体组 成 ，长7 0 0 0 m，倾角 5 5 o 6 5 o ，其 中基鲁纳瓦拉矿 走 向长3 0 0 0 In，平 均厚度 9 0 m，该矿从 1 9 5 2年开 始由露天向地下开采过 渡 ，1 9 6 2年全部 由露 天转 入地下开采 ，矿山生产能 力为2 3 0 02 5 0 0 万 t ／ a ， 矿山开采 的特点是 深部露天的矿石用溜井通过坑 内巷道 运 出，减少 了露 天剥 离量 和缩 短 了运 输距 离；地下用竖井斜坡道开拓 ，使凿岩、装运等无轨 设备可直接进出坑内采场工作面；井下运输提升全 部实现 自动化 ，使地下开采的机械化提高到一个新 的水平 。 芬兰皮哈萨尔米矿为黄铁矿床 ，矿体埋深在地 表以下 5 0 0 m，走 向长 6 5 0 m，中部宽 7 5 I n ，两 端 变窄 ，矿体倾角北部 5 0 一7 o 。 ，其余部位为垂直 的，该矿开采 的特点是 采用露天转地下同时开拓 建设 ，露天超前地下开采的方式 ，并利用统一 的地 下巷道 ，使过渡时期拉长 ，确保地下开采有充分的 时间进行采矿方法试验；露天转地下共同使用井下 破碎站和提升系统 ，减少了基建投资和露天剥离 量 ；深部露天矿石通过溜井下放到地下开采的运输 系统 中，采用竖井提升方式 比地面汽车运输节约开 采成本 ；从地面有斜坡道直通井下各个工作面 ，有 利于提高采场的机械化程度和设备的效率。 3 国内露天转地下开采的技术发展现状 国内露天转地下开采 的矿山有江苏的凤凰山铁 矿和冶山铁矿 、安徽的铜官山铜矿、湖北的红安萤 石矿、甘肃 的白银折腰铜矿 、江西的良山铁矿 、浙 江的漓渚铁矿和山东的金岭铁矿等 ，近三十年来， 国内露天转地下开采的矿 山虽然不多 ，但是通过试 8 验和研究也积累了很多宝贵的经验 ，为我们进一步 研究适合我 国露 天转地下开采的方法和手段创造了 条件 。 针对国内露天转地下开采的技术要求及今后的 发展趋势 ，进行了理论研究 ，如马鞍山矿 山研究院 利用技术创新资金 ，研究了露天与地下联合开采的 工艺技术 ，它包括联合穿爆地下出矿采矿工艺 、露 天漏斗法采矿工艺 、地下穿爆露天出矿工艺等 ，同 时也研究 了露天与地下联合开采的关键技术 ，为国 内露天转地下开采的矿山提供 了理论准备 。 江苏凤凰山铁矿是我国露天转地下开采最早的 矿山 ，该矿 1 9 6 0年开始进行地下开采工程的建设 ， 1 9 7 3 1 976年由露天转 向地下开采的过渡，由于过 渡期采用 的方法得 当，达 到了稳产 3 0万 t ／ a 过 渡 期产量 的要求 。该矿在过渡期开采 的特点是 露天 与地下同时建设 ，先采露天部分 ，待转入地下开采 时 ，使露天有 足够的时间 回采残柱 ，地下有充分的 时间进行试采 ，这样既保证了露天残柱 回采 ，也给 过渡期的持续稳产创造了条件 ；因地制宜地选择地 下第一中段 的采矿方法 ，是露天转地下开采在过渡 期稳产 的重要环节 。 浙江漓渚铁矿为露天转地下开采的矿 山之一 ， 该矿矿体走向长 3 0 0 m，倾角 5 5 。 一7 5 。 ，矿体埋深 3 3 5 m，矿体平均厚度 6 0 m ，该矿在 8 0 m以上采 用露天开采 ，露天开采结束后 ，沿矿体走 向留下了 三个露天坑和顶 底板三角矿带 ，转 入地下 开采后 ， 先采用无底柱分段崩落法回采顶底盘残矿 ，然后采 用大爆破 的方式一 次性将顶底 板 围岩崩 落后形 成 2 0 m以上 的废石覆盖层 ，作为地 下开采 时的上覆 岩层 ，这样确保 了地下采矿的安全。 铜陵有色金属 集 团公司下属铜山铜矿的铜 山露天矿 、前 山露 天矿和凤 凰 山铜矿 的金 牛露天 矿 ，均为由地下转露天开采的矿 山实例 。以铜山露 天矿为例 ，该矿利用原 一4 0 m阶段作 为露 天矿 的 主运输巷道 ，其开采技术特征是 露天爆破作业对 地下作业面的严重破坏作用完全可以人为地控制， 该矿采用 多排 孔微差 爆破技 术 ，每 段药量 控制在 5 0 0 k g以内，地下巷道一般不会发生冒顶和严重 开 裂现象 ，可以保证其稳定性 ；同时把在计算地震波 影响范围内的地下工作人员撤离到安全地点和及时 清顶检查 ，可以保证人员 的安全。此外 ，凤凰 山铜 矿与马鞍 山矿 山研究院合作 ，就该矿金牛露天采场 开采技术安全 问题进行了全面系统的研究 ，由于该 采矿属于地下转露天开采类型 ，研究后采用露天矿 维普资讯 郭金峰金 属矿山露天转地下开采 的发展现状与对策 临界边坡控制爆破技术 、地下空区层位及形态的探 测技术 、合理规划露天开采顺序和边坡稳定性监控 等研究方法和手段 ，也实现 了露天矿 的安全生产 ， 同时确保 了下部地下开采的正常进行。 此外 ，马鞍 山矿 山研究 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 。 4 金属矿 山露 天转地下开采的技术 问题与 对策 针对我 国金属矿床的赋存特征和矿体规模 ，以 及 目前 国内外露天转地下开采的矿山所取得的实践 经验 ，对于金属矿山露天转地下开采的矿山应考虑 以下几个技术 问题 ，并组织科研力量开展露天转地 下开采的试验研究工作 ，为今后国内大规模进入露 天转地下开采的矿 山提供技术条件。 4 ． 1 合理确定露天开采的极限深度 采用露天开采 的金属矿山 ，在设计时通常是用 境界剥采比大于经济合理剥采比的原则来确定露天 开采的界线 。在露 天开采境界以外的矿床 ，露天开 采水平 以上的矿床拟采用挂帮形式地下开采 ，而露 天开采水平以下的矿床拟采用露天转地下开采 。 当采用露天转地下开采 的开采方式进行矿床开 采时 ，在矿山设计时应考虑上述两种工艺在相 当长 时期 内其开采工艺系统相互利用与结合 。因此 ，露 天开采的极限深度就不能用原先单一采用露天开采 的方式进行计算和确定 ，应按照露天开采和地下开 采每吨矿石的生产成本相 等的原则确定较为合理 ， 此时露天开采的极限深度就不 同。 4 ． 2 露天转地下开采过渡时期的产量衔接 露天转地下开采的矿山 ，都存在过渡时期的产 量衔接问题 ，即要使露天开采产量逐渐减少 ，地下 开采的产量逐渐增加 ，最后在露天开采结束时 ，地 下开采达到设计产量，并正式投产。为了保证在露 天转地下开采过渡时期产量不减产或少减产 ，在过 渡时期必须做到以下几点 1 地下开采设计在露天开采设计时要进行全 面规划 ，并 根据规划 尽早进行 地下 开采 的施 工设 计 ； 2 地下开采的建设时间不能过短 ，要充分估 计露天开采的产量变化 、国内地下工程的建设速度 和建设资金情况等因素确定开工建设时间。地下开 采 的建设可以利用露天开采的排水井或疏干巷道等 地下工程来缩短建设时间。 3 正确选择露天转地下开采过渡时期的采矿 方法。由于露天产量逐渐要 由地下开采 的产量来代 替 ，必须解决好过渡 阶段的采矿方法问题 ，根据 目 前 国内外露天转地下开采使用的采矿方法 ，可以归 纳为三类 第一 类是房柱 式采 矿法。主要有 空场 法 、留矿法等 ，使用这类采矿方法 ，露天和地下可 以同时在一个垂直面内作业 ，但要求从露天底到地 下采矿 中段之间要 留一定厚度的隔离矿柱 ，对地下 开采的采场暴露面积大小 、间柱规格和强度 、露天 和地下 的爆破规模等都有严格的要求 ，与采用单一 形式的地下开采矿山要复杂得多 ，矿区地压显现特 征也有较大的区别 ；第二类是崩落采矿法 。它包括 分段崩落采矿法 有底柱和无底柱和阶段崩落采 矿法 ，这类采矿方法要求在地下开采 区域 的上部 留 有安全缓 冲垫层 ，其余 的技术 要求 与地下 开采相 同；第三类是联合采矿法。其实质就是房柱式采矿 法和崩落采矿法的组合方法 ，兼有房柱式采矿法和 崩落采矿法的优点 ，但采 区的结构参数 、回采工艺 等都与一般的房柱式采矿法和崩落法不 同，这类采 矿方法适应于围岩中等稳 固以上 、矿体厚度较大的 矿床开采 。 4 ． 3 露天开采的边坡管理 露天开采的边坡稳定性 ，主要受边坡体 内的地 质构造等因素的影响 ，是一个较为复杂的地质力学 问题 ，一旦采用 由露天转向地下开采 ，在过渡时期 就形成了由露天和地下开采相互影响的应力场 ，这 种应力场的变化有可能导致边坡失稳 。为了保证露 天边坡和上覆岩层 的稳定性 ，有必要开展露 天转地 下开采时的边坡稳定性研究 ，通过工程地质调查 、 计算机数值分析等研究手段 ，寻找地下巷道 、边坡 周围压力 的变 化特性 ，找 出边 坡应 力场 的分布规 律 。并针对研究的结果采取必要的安全措施 ，确保 露天开采时边坡的稳定 ，同时还要制定露天转地下 开采过渡时期 的边坡管理办法 ，纳入矿 山生产管理 之 中。 4 ． 4 露天开采残留矿柱的回采 矿床开采 的地质条件越来越复杂 ，根据矿 山设 计确定 的露天开采的极限深度的限制 ，在开采范围 内的境外矿体通常只作为残 留矿柱而永久性损失 。 当采用露天转地下开采方式进行矿 山开采时可 以采 用 以下方式进行残 留矿柱 的回采 9 维普资讯 2 O O 3 年 2月 第 3 2 卷第 1 期 总第 1 7 8 期 云 南 冶 金 Yl I NNAN 【 既 AI I J 瓜GY Fe b．2 0 0 3 V o 1 ．3 2 ．N o ．I S u m1 7 8 1 在露天底与地下采空区之间的矿柱 ，可 以 采用联合开采的方式进行回采 ； 2 在露天矿边坡附近的残留矿柱 ，根据露天 矿下降速度，可以利用露天台阶的平台，布置地下 开采巷道进行局部回采，通常称为露天矿挂帮矿体 的回采或露天矿境外矿体开采。 4 ． 5 地下开采的通风系统与防洪排水措施 针对国内金属矿床 的赋存特征 ，当矿床 由露天 转地下开采后 ，其地下开采的通风系统与一般的地 下开采矿山基本相同，但是在考虑地下开采的通风 系统时 ，要考虑露天与地下之间已经沟通这一 因素 对地下通风的影响效果。 地下开采的防洪排水措施包括地表和地下两部 分。地下开采的涌水量为地下开采时 的地下水量和 露天坑受大气降水渗入或流入地下采场的水量。一 般说来地下水量的大小与地下水的静储量和外部补 给动储量的多少有关，这部分涌水量较为稳定，但 露天坑渗入或流入地下采场的水量，受大气降水影 响较大 ，要控制好这部分涌水量 ，通常有 以下几种 措施 1 在露天矿境界外周 围设置防洪排水沟 ，并 充分考虑到最大涌水季节的涌水量 ，配置防洪排水 设施 ； 2 露天境界 内也要设置防洪排水系统 ，在露 天坑底设置储水池等设施 ，并配置防洪排水设施 。 4 ． 6 地下转露天或露天与地下联合开 采的地下空 间问题 对于地下转露天或露天与地下联合开采的过渡 期 ，由于开采地段存在地下空 区，开采区段内的地 压活动时有发生 ，影响露天采场边坡 的稳定性 ，此 外 ，采掘设备和人员在地下空区上部作业 ，因地下 空 区垮 冒常有设备和人员陷入地下空区内的现象发 生 ，造成人员和设备 的伤亡事故。 针对地下转露天或露天与地下联合开采的地下 空区问题 ，通常的做法为 露天矿 的最终境界以下 与地下开采交界处 ，留有一个较厚 的水平矿柱 ；对 1 0 露天开采境界 以下的地下空区进行充填处理 ；露天 与地下开采同时作业时 ，露天开采作业应超前地下 开采作业 ；采用控制爆破技术 ，削弱露天爆破对地 下空区的破坏作用。 5 结语 露天转地下开采技术在 国外有较 系统 的研究 ， 并且积累了较为丰富的实践经验 ，而国内无论是在 基础理论上还是在技术 内涵 、适应条件 的研究上均 不太成熟 ，还处于不断的探索之中。 目前 国内正在或即将要露天转地下开采的矿 山 较多 ，正在进行露天转地下开采的矿 山或露天与地 下联合开采 的矿山 ，如广西的大新锰矿 、河北的建 龙铁矿 、福建 的连城锰矿 、河南 的银洞坡金矿 、安 徽的新桥硫铁矿 、铜 山铜矿和凤凰 山铜矿 ，即将进 行露天转地下开采或露 天与地下联合 开采的矿 山， 主要有新疆的雅满苏铁矿 、安徽的南 山铁矿 、四川 的泸沽铁矿等。因此 ，针对这些矿山开展全面系统 的研究 ，寻找露天转 地下开采 的合理方法和途径 ， 将是我国矿业科技 工作者今 后一段 时间 工作 的重 点。 参考文献 [ 1 ]徐长佑．露天转地下开采 [ M] ．武汉武汉工业大学出版社． 1 9 9 0． [ 2 ]杨培章 ．露 天开采极限深度 的技 术论证 [ J ] ．国外 采矿技术快 报 ．1 9 8 7 ， 2 9 9 L I l 1 ． [ 3 ]蔡鸿 起 ，汪为 平 ．露 天 与地 下联 合 开采 综合 技 术研 究 [ R] ． 马鞍山矿山研究 院技术创新研究 报告 ．1 9 9 9． [ 4 ]郭金峰．浅析锰矿露天转地下开采 的市场需求 和技术问题 [ J ] ．中国锰业 ，2 0 0 1 ， 2 1 4 _ 6 ． [ 5 ]郭金峰 ．我 国地 下矿山采矿方法 的技术发展现状及展 望 ． 冶金矿 山科学技 术 的回顾 与展 望 [ M] ．北京 煤炭 工业 出版 社 ，2 O 0 O ． [ 6 ]李 宝祥 ．采 矿手 册 第 3卷 [ M] ．北 京 冶 金 工 业 出版 社 ． 1 9 9 1 ． [ 7 ]马鞍山矿山研究院，漓渚铁矿．无底柱双菱形高分段崩落采矿 法在漓渚铁矿的实践 [ J ] ． 金属矿山，1 9 8 4 ， 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