第ｌＯ卷第ｉ期 矿 业 工 程 Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １５ ２０１２年２月 ・矿物开采・ 眼前山铁矿露天转地下开采关键技术分析 姜 鹏 （中冶北方工程技术有限公司，辽宁鞍山１１４００９） 摘要：根据眼前山铁矿矿体赋存条件以及开采现状，分析了该铁矿露天转地下开采过程中挂帮矿体开 采、采空区处理、覆盖层形成、开拓系统以及开拓系统在时间、空间、产量衔接等技术方面的问题。 关键词：露天转地下；挂帮矿体；覆盖层；采空区 中图分类号：ＴＤ ８０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—８５５０（２０１２）０１—００１５—０３、 斜东南翼区域出露地层以震旦系变质岩系为主，并 ０ 引言 ． 有震旦系、寒武系及第四系，同时还有不同时期的 露天转地下开采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。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 火成岩侵入。该矿区与齐大山 王家堡子、胡家庙 子及关宝山等铁矿床构成了一条走向东西、长约 １４ ｋｍ的狭长铁矿带。 眼前山采区内出露３层矿层，划分为ｉ 、 ２ 、３ 矿体。１ 矿体赋存于鞍山群中部，下部为 薄层千枚岩和混合岩，上部为千枚岩及 ２ 、３ 薄 层矿体，总体呈直立的单斜构造，主要由磁铁石英 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 岩型铁矿体和夹有各种片岩、脉岩及少量的富铁矿 组成。３个矿体彼此间平行分布，均呈直立单斜构 造走向２７０。～３００。，倾向北东，倾角一般为７Ｏ。 ９Ｏ。，１ 矿体长１ ７４７ Ｉｎ，厚７５￣２２５ １ＴＩ，２ 矿体长 ３６４ ＩＴＩ，厚５～１４ １ＴＩ，３ 矿体长１ ０２０ ｍ，厚４．５～ ２１ ＩＴ１。 ’ 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。露天转地 下开采的矿山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３个阶段。在这３ 个阶段中，矿山的开采强度和企业的生产能力各 异，因此，在考虑露天转地下开采的开采工艺及工 ２矿山开采现状 眼前山铁矿为生产矿山，目前采用露天开采， 矿山有完善的工业辅助设施。矿山露天开采设计规 模为２５０万ｔ／ａ，目前实际规模约３００万ｔ／ａ。眼前 山铁矿露天采场上口长１ ４１０ ｍ，宽５７０～７１０ ｍ， 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。生产经验表明，当矿山充分利用 封闭圈标高为９３ ｍ，台阶高１２ １ＴＩ，最终露天境界 露天底标高一１８３ １２＂１。目前开采最低标高为 一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２５ ～５Ｏ ，生产成本降低约２５％。 １４７ １ＴＩ水平，西端帮一５ｌ ｍ以上已经靠帮，东端 帮一１２３ １ＴＩ以上已经靠帮。 １ 矿床地质 眼前山铁矿位于鞍山复向斜北部的胡家庙子向 ３ 露天转地下主要技术分析 ３．１采空区处理 地下采空区围岩在拉应力作用下开始剥落，是 作者简介：姜鹏（霎品 ：罄２０１ 。 ）１９２８ｏ０－），男（汉族），吉林白山＾，中冶ｊ，吉林白山人，中冶北方 哥玖路木 圾收扑ＮＥ方 导致露采边坡破坏的主要因素，随着采空区逐渐增 土贾Ｉ△Ｉ糸，腿召不三Ｉ三 殓 ｌ 酉 王程技术有限公司工程师。 ． 大，应力集中程度亦逐渐增大，直至采空区塌陷和 １６ 矿 业 工 程 第１Ｏ卷第１期 露采边坡破坏，使应力重新分布。在回采过程中， 为使岩体应力逐渐转移，避免应力集中而导致大的 地压活动，在回采作业和采空区处理安排上，应采 用由露天坑向两端后退的回采顺序，并随着开 采的进行及时处理采空区。根据理论分析和国内外 露天转地下开采经验，在台阶下部形成压应力集中 区，在采空区底下形成拉应力区，若在边坡区下部 和采空区及时回填岩石，以压坡脚和阻止采空 区开裂剥落，对控制地压显现十分有利。由于露天 边坡是按照经济合理服务年限进行设计的，在转地 下开采时常处于稳定的临界状态，在地下开采的扰 动下，易发生大的滑坡，如白银折腰山铜矿在露天 闭坑前一年，采场东北帮岩体发生大的滑坡 ｌ ０００ ０００ ｍ。，导致井下巷道局部发生错动开裂， 使岩石力学条件进一步恶化，因此，在转入地下开 采之前，宜先行局部崩矿体的上下盘边坡，覆盖露 天边坡角及坑内待采矿体的上部，以改善地下采空 区矿岩应力是十分必要的。 ３．２开拓系统的衔接 ３．２．１ 时间衔接 眼前山铁矿目前处于露天开采末期，露天开采 还可以持续约３年。为使矿山平稳过渡到井下开 采，过渡期与井下系统基建期一致同为６年（２００９ ￣２０１４年）。在过渡期设计安排从２００９年开始， 对过渡期挂帮矿体开拓系统及转井下开拓系统进行 基建。在露天开采结束后即２０１２年，过渡期挂帮 矿体开拓系统形成较大生产能力，以使矿山产量平 稳过渡，过渡期结束后即转入井下开拓系统。 从上述时间安排可以看出，由于露天开采可服 务时间仅为３年，导致过渡期挂帮矿体开采压力较 大。因此，必须在露天开采结束前，形成完善的过 渡期开拓系统。过渡期挂帮矿体基建时间较为紧 张，必须加强施工建设才能保证矿山平稳过渡。 ３．２．２ 产量衔接 通过加大挂帮矿体生产能力，使矿山在露天开 采结束后产量平稳过渡。当井下系统建成后，矿体 赋存条件逐渐变好，矿山生产能力逐年增加。矿山 总产量呈平稳过渡逐年增加的情况。 ３．２．３ 开拓系统衔接 开拓系统。目前矿山采用露天开采铁一汽 联合开拓，过渡期挂帮矿体开采利用平硐溜井开拓 系统，转入井下开采后矿山采用竖井、主斜坡道联 合开拓。３种开拓系统必须相互协调、统一组织， 只有这样才能保证矿山平稳过渡。 ——过渡期挂帮矿体开拓方式确定。过渡期是 指矿山从露天开采全面过渡到井下开采之间的一段 时间，即在竖井开拓系统建成、投产前均为过渡 期。过渡期的时间安排、产量平稳过渡及合理的开 拓系统，是矿山从露天转入井下开采的重要保障。 过渡期生产既要充分利用露天现有开拓系统，又要 尽量减少对露天生产的影响。另外，露天开拓系 统、过渡期开拓系统及转入井下开拓系统的合理衔 接，露天转井下开采的安全问题等，都是眼前山铁 矿过渡期必须解决的重要技术问题。 ３．３过渡期开采挂帮 挂帮矿体与深部矿体一致，均以Ｆｅｌ、Ｆｅ２、 Ｆｅ３矿体为主，其中Ｆｅｌ矿体最为厚大。Ｆｅｌ矿体 顶板为千枚岩稳定性较差，底板为混合岩稳定性较 好。矿体主要由未氧化矿、半氧化矿、氧化矿及碳 酸铁组成。 过渡期开采范围内西端帮矿体，走向长３００～ ５５０ ｍ，矿体平均厚８０ ｍ，平均倾角为７０。。 一１５ ｍ以上矿体未氧化矿与氧化矿各占一半， 一１５ ｍ以下未氧化矿占８０ 以上。西端帮在ＸⅣ 勘探线以东至露天境界部位大部分为碳酸铁矿体。 西端帮断层较为发育。 东端帮矿体走向长１００ ２５０ ｍ，矿体平均厚为 １５０ ｒｎ，平均倾角为８５。。东端帮基本为未氧化矿。 北帮矿体与东端帮矿体相连，矿体主要赋存在 Ｖ勘探线以东。 ——过渡期挂帮矿体开采原则：１）必须有运 输线路与外部相通；２）必须安全可靠，尤其露天 生产期间挂帮矿体开采不能影响露天生产安全；３） 不影响、制约转入井下系统的正常施工；４）尽量 做到未氧化矿矿石产量不低于３００万ｔ／ａ，做到平 稳过渡；５）充分考虑井下系统建设周期，挂帮矿 体开采为过渡期延长留有余地；６）做好露天转地 下开采的结合工作，使露天开采安全、平稳过渡到 井下开采。 过渡期挂帮矿体开采的开拓系统确定。鉴 于眼前山铁路露天采场只能服务３年，而过渡期为 ６年，如不采取措施矿山将出现停产过渡的情况， 这将对矿山生产管理造成极大影响。因此，为使矿 山露天转地下开采过程中矿石产量平稳过渡，过渡 期利用井下开拓系统对挂帮矿体进行开采。 过渡期挂帮矿体开采的开拓系统为临时开拓系 统，井下开拓系统建成后即停止使用，转入井下开 拓系统统一开采。为统一生产和管理，过渡期与转 ２０１２年第１期 姜 鹏 眼前山铁矿露天转地下开采关键技术分析 １７ 地下开采均采用无底柱分段崩落采矿方法。 分段靠近露天境界部位的矿体都应留做覆盖层。覆 矿、岩运输系统：井下矿、岩运输均采用无轨 盖层厚应＞２Ｏ ＩＴＩ，设计采用中深孔爆破方式对覆 运输设备。矿石利用矿石溜井放至运输平硐，由 盖层矿体进行爆破，只放出本分层崩矿量的：／３， ５０ ｔ井下汽车运至地表倒装场。一５１、一１２３ １ＴＩ运 其余作为矿石覆盖层。 输平硐均为环形运输。采场采准的岩石，利用３ ｍ。 各端帮挂帮矿体首采分层上部都应留部分矿石 柴油铲运机直接装入３０ ｔ井下汽车中，利用汽车运 作为覆盖层，其中西端帮２１ １ＴＩ标高以上矿体作为 输地表倒装场。待露天结束后岩石可有计划的逐步 覆盖层，东端帮一６９ ｍ标高以上矿体作为覆盖层， 排弃至露天底，作为防水垫层。 南、北帮一１２３ ｍ水平以上矿体作为覆盖层。 ３．４覆盖层形成 一１８３ ｍ露天底以下覆盖层的形成可通过，在 ３．４．１ 露天底防水垫层的形成 露天开采结束时，采用牙轮钻机对露天底部矿石进 为防止露天境界内降水大量涌人地下造成淹井 行穿孔爆破的方式形成。 事故，以及满足井下防冻及放矿的需要，露天底至 生产过程中应防止矿石垫层被放空，不得出现 少需４０ １ＴＩ厚垫层。经计算该部分垫层需岩石量约 “漏天”现象。覆盖层厚不足时应及时予以补充。 １３６万ｍ。。 露天底覆盖层废石设计主要通过外运方式解 ４结语 决，其覆盖层方法：１）露天开采结束后，在东端 综上所述，我国现有大中型露天开采的铁矿山 帮一１４７ ｉｎ台阶进行废石回填。废石可利用由眼前 近１００座，许多矿山经过多年的开采已进入露天开 山废石场废石和井下基建废石。但由于过渡期露天 采后期，即将面临转入地下开采。露天转地下开采 排水系统仍在使用，排岩标高及废石坡底与排水设 是一项复杂的系统工程，技术难度大，相关因素错 施需留有足够距离。排岩量需考虑露天最大涌水 综复杂，一方面要兼顾露天开采的正常生产；另一 量，确保过渡期各端部开采平硐安全；２）露天开 方面又要进行挂帮矿体开采和地下开采基建，产量 采结束后，暂缓南帮矿体开采。利用南帮运输线路 要平稳过渡，安全问题多，技术问题复杂。因此， 采用外运方式形成其余部分防水垫层。待防水垫层 必须从露天和地下开采的全局出发，统筹考虑、合 完全形成后，南帮矿体再进行开采。 理安排，做到露天与地下开采时空关系互相协调， ３．４．２ 无底柱分段崩落法矿石覆盖层的形成 产量平稳过渡，关键工艺环节合理衔接。 露天转地下开采是一项复杂的系统工程，覆盖层 参考文献： 合理厚度的确定是其中难题之一。由于国内外对此研 ［１］孟桂芳．国内外露天转地下开采的发展现状［ｊ］．《化工矿 物与加工》，２００９（４）． 究较少，矿山企业一直没有可借鉴参考资料。确定合 Ｅ２］潘鹏飞，梁峥祥，洪大华．眼前山铁矿露天转地下开采的可 理的覆盖层厚度，是有效回收隔离矿柱的关键。 行性研究［ｊ］．《矿业工程》，２００５（１０）． ［３］乔国刚，李占金，杨丹丹等．王岩露天转地下开采覆盖层厚 眼前山铁矿地下开采设计采用无底柱分段崩落 度的影响因素分析ＥＪ３．《金属矿山》，２００８（４）． 法，在回采分层矿体上部需有一定厚的崩落矿石作 ［４］陈光富．杏山铁矿露天转地下开采工程的设计实践［Ｊ］． 《黄金》，２００９（７）． 为覆盖层。受露天境界和台阶影响，挂帮矿体每个 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｙａｎｑｉａｎｓｈａｎ Ｉｒｏｎ Ｏｒｅ Ｍｉｎｅ ｂｅｉｎｇ ｃｈａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ＪＩＡＮＧ Ｐｅｎｇ （Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＭＣＣ，Ａｎｓｈａｎ １１４００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｒｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｙａｎｑｉａｎｓｈａｎ Ｉｒｏｎ Ｏｒｅ Ｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｓｔａｔｅ ａｒｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔＯ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ ｐｉｔ ｗａｌｌ ｏｒｅ， ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔｅｄ ａｒｅａ，ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ ｌａｙｅｒ，ｌｉｎｋ ｕｐ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ（ｉｎ ｒｅｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｍｅ，ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｑｔｙ）ａｒｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ；ｐｉｔ ｗａｌｌ ｏｒｅ；ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ ｌａｙｅｒ；ｅｘｈａｕｓｔｅｄ ａｒｅａ（ｇｏａｆ）
