露天转地下开采过渡期采矿方法及安全问题探究.doc

露天转地下开采过渡期采矿方法及安全问题探究 摘要近年来,国内外学者注重于工程实践,从实际工程出发,对露天转地下开采的相应的技术做了大量的研究工作,大量的科学理论研究工作很好地指导了工程实践,为国内外露天转地下工程设计、施工提供了科学依据。本文对露天转地下开采过渡期采矿方法及安全问题进行了分析，具有一定的理论意义。 关键词露天转地下安全方法 中图分类号TD43文献标识码 A 文章编号 1.露天转地下开采的特点 1由露天转入地下开采的矿山,一般多是露天开采多年,已形成了完整的生产系统和生活福利设施,如选场、修理厂、供电和供水管网以及露天坑等。因此,转入地下开采时的设计,要充分考虑利用这些设施,注意研究通向地表的井巷位置,过渡时期的露天开采运输系统,地下采矿方法等方案。有条件的矿山,应在上部露天开采设计的同时,即统筹研究今后如何从露天转地下的问题。 2浅部用露天开采的矿山,深部矿体地质勘探程度往往不足,需在露天转地下过渡之前,充分研究地质资料,必要时提出补充勘探工作。可以更进一步了解露天转地下部分的地质情况,有利于后序开采工作的进行。在露天转地下开采过程中,由于开采使原岩受到扰动,打破了原有的应力平衡状态,特别是在露天边坡周围和境界顶柱附近等出现应力集中,致使应力迭加,形成高地压区。为此,必须对岩体应力分布特征作详细地质测量和研究,找出控制地压和岩体位移的最佳方案,从而确定出合理的回采顺序、采矿方法,对采矿参数进行优化。另外,由于在初始探矿时期,对地下开采的深部矿体地质勘探程度较低,因此需要提前加强补探工作,提高储量级别,作为设计、生产的依据。 3露天转地下开采的矿山,地下开采的工程量相当于新建一个地下矿山,也有一个工艺熟悉的过程,过渡时期的建设周期长,因而,必须充分研究其持续生产和提前开拓的问题。 2.露天转地下开采过渡的采矿方法研究 露天-地下联合采矿法不同于传统的露天、地下开采。按采矿界一般的认识,凡是同时进行露天和地下的开采设计,统一安排露天和地下工程的施工,就可认为是露天-地下联合开采。这种方式的显著特点是矿床分为上、下两层,上层用露天开采法,下层用地下开采法。在露天与地下两部分中间留隔离顶柱或缓冲层分隔开来。 露天-地下联合采矿法是在露天地下联合开采中发展出来的一种新型采矿方法。对一个矿床来说,在其开采范围内的垂直方向上分为上、中、下三层,上层用露天法开采,下层用地下法开采,中层也称过渡层或过渡带,其回采的工艺过程是用地下开采工艺进行开拓、采准和切割,用露天开采法进行钻孔爆破,利用地下运输系统出矿,露天与过渡层形成统一的采空区用以内排。要处理好上部露天作业对地下开采的影响和互相干扰问题,同时还要考虑产量的衔接。这给地下开采特别是第一阶段的采矿方法提出许多特殊的要求。根据这一特点和要求,目前露天转地下开采使用的采矿方法可归纳为以下三类。 1房柱式采矿法。主要有空场法、留矿法和充填法。使用这类方法时,露天和地下可在同一个垂直面内同时作业,但是要求从露天底到地下采矿场之间要留有一定厚度的隔离顶柱。对地下采场的暴露面大小、间柱的强度,以及对露天和地下爆破的规模,都要有严格的控制和要求,与一般的地下开采相比,所受到的条件限制要复杂的多。充填法成本较高,多用于贵重金属的开采,因为充填采矿法矿石损失贫化小,此时降低的赢利可以通过增加贵重金属的回收率来得到补偿。 2崩落法。包括分段崩落法和阶段崩落法。崩落法的特点是,在崩落矿石的同时崩落围岩,用来充填采空区,控制和管理地压。在回采过程中,不需要把矿块划分成矿房和矿柱,而是以整个矿块为回采单元,按一定的回采顺序崩落矿石,连续进行单步骤回采,这类采矿方法要求在地下开采区的上部有一层安全缓冲层,其生产工艺与一般的地下开采基本相同。因此,要求露天分段结束,地下须分段投入生产,露天和地下的生产基本上是顺序进行的。 3联合采矿法。其实质是上述两类采矿方法的结合。根据国外近20a成功的应用经验,这类方法的特点是,在地下开采第一阶段的矿体时,须分两个步骤进行。即在阶段上把矿体划分为矿房与矿柱,先用房柱式采矿法回采矿房,然后靠矿石的自重崩落或强制崩落回采间柱和顶柱。它适用于围岩较稳固、矿体较厚的矿床,兼有房柱法和崩落法的优点。其采区的结构参数、回采工艺均与一般的崩落法和房柱法不同。 上述三类采矿方法与一般常用的典型方案基本相似,可结合露天转地下开采第一阶段的采矿方法的特点,并根据高效率、低成本、高回收和安全可靠的要求,采取相应的采矿方案。 采矿方法的选择,不但要考虑矿体的产状特点,产量要求,而且要考虑地压影响,尤其是境界外堆置有大量的岩石。所以无论是选择崩落法还是充填法等采矿方法,都要本着安全、经济、有效的原则。 3露天转地下开采过渡期安全问题研究 3.1爆破地震波的影响 露天爆破对地下工程的破坏性影响主要是爆破所产生的地震波在岩体界面产生拉伸作用所致。炸药爆炸时,无论介质是空气还是岩石,都将会有空气冲击波产生。在距离爆炸源一定距离内,爆破在岩体中的冲击波转化为应力波,岩性比较好时,震速、动应力、动应变值较大,扰动时间短。相反,岩性较差时,震速、动应力、动应变值则较小,扰动时间长。尽管岩体中复存大量节理、裂隙和软弱夹层等会严重阻碍应力波的传播,加剧应力波的衰减,但由于采场场每天都进行生产爆破,频繁爆破震动应力加剧裂隙的发展,仍会对采场围岩造成剧烈的伤害。 3.2露采、地采的回采顺序 在露天转地下开采过程中,露天、地下在垂直方向上同时开采,随着露天台阶向下推进和地下开采的向前推进,露天台阶在不断减少,地下开采完的矿房将形成空区。在这种情况下,由于露天矿量的减少和越来越接近顶柱,为了保证顶柱的稳定,爆破药量必然会减少,此时所产生的应力波对顶柱的破坏力必然发生变化;同时,由于矿房的减少和空区的形成,也必然使顶柱所受应力发生变化,空区上方的顶柱可能会产生应力集中[3]。因此过渡时期的地下工程作业应不影响露天作业的正常进行和安全生产,注意与露天采场作业的密切配合,研究合理的回采顺序。露天矿边坡下的回采,采用由两端向边坡推进的回采顺序,露天坑底与地下采场之间留有必要的境界顶柱和矿房间柱。 3.3疏干排水 岩石遇到水作用后,会引起某些物理、化学和力学等性质的改变。岩石内部存在着许多随机分布的孔隙和裂缝,在自然含水和饱和含水状态下,这些孔隙和裂隙中必然有水存在。当在岩石上施加载荷时,岩石的内部孔隙和裂缝的体积被压缩,孔隙水压力增大,导致岩石的变形特性发生改变。在露天转地下工程中,水对矿体及其顶、底板岩石稳定性有很大影响,进而对采场的稳定性具有重大影响。露天转地下联合开采的上部为残存的露天深凹盆地,汇水面积往往达数十万平方米,降雨迳流直接影响地下排水,尤其是处在丰雨地区的矿山,给井下生产造成严重危害。如果顶柱中节理裂隙发育,地表迳流将沿着裂隙渗入至顶柱中,此时裂隙网络渗流对裂隙壁将施加法向渗透压力和切向拖拽力,由此形成的渗流场会对顶柱的稳定性带来明显的影响。 3.5围岩观测 根据国内部分矿山采场冒顶事故调查分析统计资料表明,造成采场冒顶的因素有8个应力状态、岩体结构、岩性、岩石物理力学性质、地下水、采场结构尺寸、爆破震动影响程度、采场顶板暴露时间。在这些因素中,岩体结构是造成采场失稳的主要因素。此外,50的采场冒顶发生在每年的雨季。为此,必须采取有效的围岩观测。围岩观测主要包括围岩地压观测、边坡岩移监测和采场冒顶定位预报等。围岩地压观测主要内容有应力计观测;岩体声发射监测;水准测量;巷道剖面收敛测量。 4.结语 露天转地下开采过渡期采矿方法的选择和安全问题研究是露天转地下开采矿山最重要的技术问题,涉及到的影响因素、技术问题及研究方法较多。在过渡时期选择适宜的采矿方法并研究解决相关的安全技术问题,对矿山的生产经营及长远发展非常重要。笔者在总结并阐述相关科学技术研究的同时,提出了适宜的采矿方法,即采用空场法进行过渡,并提出了有效解决安全问题的技术措施。 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,1989. [2]汪勇.采空区上方安全境界矿柱厚度的确定方法[J].矿业快报, 20021 1718.