1、露天轉地下開采關鍵問題及技術方向王運敏概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語7891、概述國內一大批深凹露天礦正在或即將轉入地下開采，露天轉地下或露天地下聯(lián)合開采已經成為當前和今后一段時間國內礦山的熱點之一 。本鋼南芬鐵礦 攀鋼朱家包包鐵礦 石人溝鐵礦露天轉地下開采1、概述國內露天轉地下開采要解決的關鍵問題：露天地下聯(lián)合開采時的露天開采極限；露天轉地下開拓系統(tǒng)、地下采礦方法、過渡期聯(lián)合采礦方法；過渡期限確定及過渡期產量銜接；露天

2、坑底緩沖墊層、安全頂柱厚度的確定及安全頂柱的回采；露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制及邊坡穩(wěn)定；地下通風與防排水；露天生產與地下開采同時作業(yè)的安全問題等。1、概述國內外已有一些礦山已經進行了露天轉地下開采或露天地下聯(lián)合開采，實現(xiàn)了各自露天轉地下的聯(lián)合開采和過渡，取得了一定的研究成果，得到了一定的經驗教訓：國外礦山：基魯納鐵礦（瑞典）、基德格里克銅礦（加拿大）、皮哈薩爾米鐵礦（芬蘭）、蓋斯克礦（前蘇聯(lián)）、蒙特萊爾銅礦（澳大利亞）國內礦山：大冶鐵礦、漓渚鐵礦、保國鐵礦、建龍鐵礦1、概述國外露天轉地下礦山研究成果比較實用。國內礦山的研究僅是解決具體礦山在露天轉地下過渡期內某些具體技術問題，在基礎理論、技

3、術內涵、適應條件的研究上均不太成熟，缺乏露天轉地下平穩(wěn)過渡整體綜合技術的研究與應用。概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語7892、露天轉地下礦山的整體規(guī)劃 露天轉地下開采的礦山，在進行礦山設計之時對前期露天開采和后期地下開采應進行全面規(guī)劃，應考慮上述兩種開采方法在過渡期及在整個礦山開采過程中開采工藝系統(tǒng)相互利用與結合。2、露天轉地下礦山的整體規(guī)劃 露天開采后期的開拓系統(tǒng)既要考慮地下巷道的利用，同時在向地下開采過渡時，地下開采也

4、應盡可能利用露天開采的相關工程和設施等，使露天開采經濟、合理地平穩(wěn)過渡到地下開采，使礦山產量和經濟效益保持穩(wěn)定。國內外露天轉地下開采礦山的實踐表明，當?shù)V山充分利用了露天與地下開采的有利工藝特點時，可以使礦山的基建投資減少，生產成本降低25%50%左右。2、露天轉地下礦山的整體規(guī)劃 芬蘭皮哈薩爾米礦露天轉地下開采，過渡期產量銜接平穩(wěn)，露天后期礦石通過地下運輸系統(tǒng)運出，減少露天剝離，節(jié)約運輸成本。在露天開采的同時，進行地下開拓建設，露天超前地下開采的方式，并利用統(tǒng)一的地下巷道，使過渡時期拉長，確保地下開采有充分的時間進行采礦方法試驗；露天轉地下共同使用井下破碎站和提升系統(tǒng)，減少了基建投資和露天剝離

5、量；深部露天礦石通過溜井下放到地下開采的運輸系統(tǒng)中，采用豎井提升方式比地面汽車運輸節(jié)約開采成本；從地面有斜坡道直通井下各個工作面，有利于提高采場的機械化程度和設備的效率。概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語789 3、露天開采極限深度 在理論上常用境界剝采比不大于經濟合理剝采比的原則來確定露天開采極限深度。但經濟合理剝采比是一個隨礦產品價格變動的因數(shù)?，F(xiàn)代科研設計和生產一般使用設計軟件，采用浮動圓錐法等方法根據(jù)礦產品市場價格進

6、行露天開采極限深度的確定，并隨其變化及時修改。露天轉地下開采礦山，露天開采的極限深度應按照露天開采和地下開采每噸礦石的生產成本相等的原則確定較為合理。 按照露天開采和地下開采每噸礦石的生產成本相等的原則確定露天轉地下開采經濟合理剝采比。但在計算時有一些重要的邊界條件需要考慮。現(xiàn)代社會對土地、環(huán)境保護、安全生產等的要求已經成為開采方式選擇、確定露天轉地下開采礦山露天開采深度的重要因數(shù)。 3、露天開采極限深度 露天礦山采礦場、排土場占用大量土地，大量破壞植被，而包括貴金屬、鐵礦、甚至煤礦在內的現(xiàn)代地下礦山采用充填采礦越來越多，不僅減少了占地，而且地表不發(fā)生沉降，地下開采礦山在征用土地方面的投資比露

7、天開采礦山大大降低； 3、露天開采極限深度 3、露天開采極限深度 露天礦山采礦場、排土場不僅使植被破壞，在生產期間產生粉塵污染，而且關閉后有部分土地無法恢復，環(huán)境運行成本和環(huán)境破壞成本較高；隨著地下礦山采礦設備和采礦效率的提高，大型地下礦山開采成本大大降低，如2008年上海梅山鐵礦采礦成本元/t，浙江漓鐵集團采礦成本元/t，同年全國露天礦山平均采礦成本元/t。 概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語789國外露天轉地下礦山，在露

8、天轉地下時，采用了簡單和有效的聯(lián)合工藝，如瑞典基魯納礦、芬蘭皮哈薩爾米礦，都是在露天開采深部不設運輸系統(tǒng)，將深部露天礦石通過地下運輸系統(tǒng)運出，減少露天剝離和運輸成本。實際上在露天開采設計時，在有條件的礦山，即考慮露天深部礦石通過地下開采的運輸系統(tǒng)運出，可縮小露天境界，大大減少剝離量。4、露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 露天與地下聯(lián)合開采將露天采礦技術和地下采礦技術有機結合，形成新型采礦工藝，這些工藝的完善和實施，是露天地下聯(lián)合開采追求的目標，實現(xiàn)真正意義上的露天地下聯(lián)合開采。目前，國內有許多科研機構針對國內露天轉地下開采的技術要求及今后的發(fā)展趨勢，進行了一定的理論研究。4、露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 中鋼

9、集團馬鞍山礦山研究院利用技術創(chuàng)新資金，研究了露天與地下聯(lián)合開采的工藝技術，包括聯(lián)合穿爆地下出礦采礦工藝、露天漏斗法采礦工藝、地下穿爆露天出礦工藝等，同時也研究了露天與地下聯(lián)合開采的其它一些關鍵技術。先后對河南銀洞坡金礦、新疆雅滿蘇鐵礦、馬鋼南山鐵礦等露天礦山進行了設計研究，取得了很好的應用效果，為國內露天轉地下開采的礦山提供了理論準備和實際經驗。 4、露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 聯(lián)合穿爆、地下出礦采礦工藝適用于礦床規(guī)模大、質量好，地表允許崩落的礦山，工藝實質是于露天坑底用一個高臺階穿爆、礦石經地下運輸系統(tǒng)運到地表，如下圖所示。4、露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 礦床聯(lián)合開采示意將過渡層劃分成若干分段，掘進

10、分段鑿巖巷道與提升井和通風井相連，從露天采場底部和分段巷道鉆鑿下向深孔，開采工藝為分梯段進行擠壓崩礦，孔網(wǎng)參數(shù)綜合考慮分段高度，出礦漏斗尺寸和礦石塊度等因素確定，崩下的礦石從集礦平巷運出。采空區(qū)用作剝離廢石場或尾礦庫。由于只有一個高臺階開采過渡層，并且露天境界不需再擴幫，大大減少了剝離量；又由于采空區(qū)用作生產廢料場，對礦區(qū)自然環(huán)境的破壞范圍得以縮小，這種工藝方法的關鍵是準確確定上、中、下3層開采時間順序，即過渡層開始作業(yè)時間。4、露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 露天漏斗法采礦工藝露天采掘工程在礦床的一翼達到設計深度時，采掘工程繼續(xù)沿水平方向向礦層中夾推進，然后將露天礦的工作幫向前推進150200m，在

11、非工作幫靠近端部掘一天井，將露天坑底與地下開拓巷道連結。用成排的垂直鉆孔爆破將天井擴成與礦體走向垂直、橫貫礦體全厚的一條切割槽。對過渡層從露天底向下沿全高進行鉆孔，然后隨露天采掘工作線的推進而爆破，礦石從地下巷道運出。上、中、下3層形成統(tǒng)一的采空區(qū)。隨著礦石的放出，采空區(qū)用廢石堆棄，以增加采空區(qū)邊幫附加荷載，提高露天邊幫的穩(wěn)定性。4、露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 a-邊界與階段無礦巖附加荷載；b-階段用爆落礦石做局部附加荷載；a-用露天法采至探水平而不另改變露天邊坡的方案；r、x-分別為底部出礦和端部出礦對采空區(qū)階段與邊界全面用附加荷載的方案。1-露天礦非工作幫；2-內部排土場；3-爆落的礦石；4-

12、露天/地下聯(lián)合開采層的階段；5-露天礦工作帶；6-下向平行鉆孔；7-出礦巷道；8-階段附加荷載；9-扇形鉆孔。露天地下聯(lián)合開采基本方案概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語789露天轉地下復合開采條件下巖體變形和移動所誘發(fā)的露天邊幫的穩(wěn)定性問題，是露天轉地下開采礦山的重要問題之一，有一些露天轉地下礦山發(fā)生了邊坡滑坡、地面坍塌等安全穩(wěn)定事故。露天轉地下開采的礦山穩(wěn)定性問題既不同于單一的露天開采，又不同于單純的地下開采，復合開采礦山

13、的巖體經歷露天和地下二次開挖擾動，應力場和位移變化比較復雜。5、露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制 5、露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制 地下與露天綜合開采關系示意 應力作用原理 從應力場的變化來看，隨著露天開挖的進行，由于卸載作用，邊幫巖體內的能量逐步得以釋放，露天采動影響范圍內應力狀態(tài)不斷發(fā)生變化，巖體也產生相應的變形和滑移，系統(tǒng)處在一種動態(tài)平衡的變化之中。露天開采末期轉入地下開采，地下開采引起的應力變化會對露天采動影響范圍內的巖體產生二次擾動，表現(xiàn)為地下采動效應對原來平衡體系的干擾或作用，使得兩種采動效應相互影響和擾動，形成一個復合動態(tài)變化系統(tǒng)。5、露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制 國內一些學者

14、針對露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制和邊坡穩(wěn)定性開展了一系列研究工作。孫世國、王思敬研究了地下與露天復合采動影響下邊坡巖體穩(wěn)定性評價方法，在理論分析的基礎上，推導出邊坡穩(wěn)定性的評價方法。分析認為在地下與露天復合開采的礦山中均存在著礦體開采范圍的優(yōu)化設計問題；一方面如果邊坡角過大有可能產生滑坡，而直接影響生產和經濟效益；另一方面井下礦的開采量、開采范圍和開采方法不同，也直接影響到邊坡的穩(wěn)定性，因此兩者之間存在一個優(yōu)化方案, 如能在開采之前進行優(yōu)化計算與設計將會起到事半功倍的作用。5、露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制 杜建華等針對大冶鐵礦深凹露天轉地下開采的實際情況，考慮巖性、斷層和破碎帶的影響，建立

15、了錯動界限計算模型。利用極限平衡理論和FLAC軟件對轉地下開采前的邊坡穩(wěn)定性進行了研究，分別分析了不同開采水平，塌陷區(qū)回填與不回填兩種條件下的應力變化、塑性區(qū)分布和位移變化規(guī)律，并以地表水平變形為標準來圈定不同開采水平的地表錯動范圍。韓現(xiàn)民等通過對影響邊坡的穩(wěn)定性的主要力學指標 邊坡表面最大主應力、邊坡最大水平位移、礦房間柱的最大主應力以及礦房頂板的垂直下沉位移進行敏感度分析，得出了在影響邊坡穩(wěn)定性的礦房結構參數(shù)中，礦房間柱是高敏感性因素，礦房跨度是較敏感性因素，礦房頂板是小敏感度因素。5、露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制 概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦

16、工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語789境界礦柱留設與否，主要根據(jù)地下采礦方法、回采技術等要求來確定。一般情況下，采用兩步驟回采過渡層及地下開采采用空場法時，通常要留設境界礦柱。留設境界礦柱可以使露天與地下開采同時進行，這樣可以保證在露天轉地下開采過程中，開采礦量保持穩(wěn)定，還可以保證通風系統(tǒng)正常運行。6、露天轉地下境界礦柱厚度確定 境界礦柱厚度的確定是一項非常重要而又復雜的課題 ： 境界礦柱留設也會影響地下開采的安全，如果境界礦柱留的過薄，易造成境界礦柱突然間崩落，會對地下采空區(qū)產生強動力沖擊；

17、并且當境界礦柱塌落時，對采空區(qū)內空氣壓縮，被壓縮的空氣從與采空區(qū)連通的巷道泄出時具有很高的速度，形成破壞性很大的氣浪，對井下設施及人員有很大危害，甚至可使礦井報廢。境界礦柱如果留的過厚又會造成礦產資源的浪費，因為礦柱回采率低，貧化率大?；夭删辰绲V柱的掘進工程量和投資都比較大。6、露天轉地下境界礦柱厚度確定 國內外確定空區(qū)處理所需境界礦柱厚度的方法主要有以下幾種：魯別涅依他等人的公式波哥留波夫的公式平板梁理論推導松散系數(shù)理論按巖梁理論計算經驗類比法工程計算法數(shù)值模擬法6、露天轉地下境界礦柱厚度確定 前五種方法都是公式計算法，這些公式都有一定的假定條件和一定的適用范圍，并不能完全如實地反應實際情況

18、，而且這些公式都是在二維空間假設條件下進行計算的，沒有考慮工程實際情況中三維空間各個影響因素之間相互關系與二維空間情況的差異，存在很大的片面性。經驗類比法和工程計算法是在工程實踐中總結出來的，由于各個礦山地質條件和生產需要的不同，這兩種方法得出的結果與實際情況存在很大的差異性，只能起到一定的參考作用。6、露天轉地下境界礦柱厚度確定 數(shù)值分析法是現(xiàn)在應用較多的方法：張永彬等用RFPA2D數(shù)值模擬系統(tǒng)模擬確定了石人溝鐵礦露天轉地下境界礦柱厚度。許宏亮等針對司家營鐵礦三采場露天轉地下應用軟件建立礦體的力學模型，模擬境界礦柱的受力及其塑性區(qū)分布情況，研究了境界頂柱、間柱厚度以及間柱之間的間隔距離對礦柱

19、應力分布以及塑性區(qū)分布的影響，從而確定境界礦柱的合理厚度及其他的相關參數(shù)。6、露天轉地下境界礦柱厚度確定 概 述露天轉地下礦山的整體規(guī)劃露天開采極限深度1234露天轉地下聯(lián)合采礦工藝 56露天轉地下境界礦柱厚度確定 生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 報 告 提 綱露天轉地下開采邊坡巖體滑移機制其它問題結 語7897、露天轉地下生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 在露天轉地下開采過渡過程中，如何合理確定過渡時期及地下開采時期礦山的生產規(guī)模，做到不停產，維持礦山持續(xù)的生產能力，順利地由露天轉入地下開采是最重要的環(huán)節(jié)之一。礦山生產規(guī)模是礦區(qū)開發(fā)過程中非常重要的一項決策要素，與此相關的決策要素還有礦山服務年限等。在市場經濟條件下，這些決策因素確定的正確與否，將對礦山開采經濟效益與礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力帶來深遠的影響。7、露天轉地下生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產量銜接 目前國內外在這方面的研究尚不多，對礦山生產規(guī)模及其相關要素理論研究也不充分；礦山生產規(guī)模一般在設計任務書中直接下達，而不是作為項目研究中舉足輕重的決策要素對待，導致礦山設計實踐中的盲目性，礦山規(guī)模不能符合礦山及社會實際，在生產實踐中不得不改、擴建。不僅耽誤了生產，也浪費了大量的資金。7、露天轉地下生產規(guī)模確定及開采過渡時期的產