维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓ日ｉａｌ Ｎｏ．４５３ 矿业快报 Ｊａｎｕａｒｙ．２００７ Ｅ ｌＲＥＳＳ Ｉ ＲＭＡＴＩＯＮ ０Ｆ ＭＩＮＩＮＧ ＩＮＤＵＳＴｌ Ｙ 总第４５３期 ２００７年１月第１期 ・试验研究・ 露天转地下过渡层开采及处理方案研究 南世卿 ， 唐春安 （１东北大学岩石破裂与失稳研究中心； 唐钢石人沟铁矿） 摘要：对露天转地下开采中的过渡层以上露天坑积水问题、露天部分的生产与过渡层处理之 闻的关系、过渡层本体的地压与监控、过渡层以下首层开采的生产安全、地下开采引起的露天边坡 失稳、过渡层开采及处理形成覆盖岩层问题等开展深入研究。通过资料收集、物理力学试验、检测 与监控、数值分析与计算、工业实验及论证等项科研工作的开展，最终制定出科学合理的解决方案。 实现了真正意义上的露天转地下开采。 关键词：露天转地下开采；过渡层；开采及处理方案 中图分类号：ＴＤ８５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ５６８３（２００７）０１—００１０—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｎ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ｍｉｎｉｎｇ Ｄｕｒｉｎｇ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｏｐｅｎ－ｐｉｔ Ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｓｐｏ￣Ｐｌａｎｓ Ｎａｎ Ｓｈｉｑｉｎｇ － Ｔａｎｇ Ｃｈｕｒｌ’ａｌｌ （ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｂｒｅａｋｉｎｇ ａｎｄ Ｕｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ－Ｄｏｎｇｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２Ｓｈｉｒｅｎｇｏｕ Ｉｒｏｎ Ｍｉｎｅ－Ｔａｎｇｓｈａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ——ｐｉｔ ｍｉｉｎｎｇ ｔｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｉｎｎｇ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｔｈ０ｍ１】ｇｈＪｙ．Ｔ－ｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｍｉｎｉｇ ａｎｎｄ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ－ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｆ ｗａｔｏｅｒ ｉｎ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｅ ａｂｏｖｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ，ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ。ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ，ｍｉｉｎｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｉｆｒｓｔ ｌａｙｅｒ ｂｅｌｏｗ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ－ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｓｌｏｐｅ’Ｓ ｕｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｕｎｄｅｒ— ｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｇ。ｍｉｎｎｉｇ ｎｆ ｔｏｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ ｒｏｃｋ ｃａｐ．Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｆ ｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｎｄ ｒｅｓｅａｒａｃｈ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｃａｒｒｉｄｏｕｔ－ｓｕｃｈ ｅａｓｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ－ｔｅｓｔｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ－ｅｈｅｅｋｉｇａｎｎｄｍｏｎｉｔｏｒ－ｎｕ— ｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ。ｉｎｄｕｓｔｉａｌｒ ｔｓｔｅｓ ａｎｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｖｉｇ ｐｌｎｎ Ｗａａｓ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ａｔ ｌｓｔ．Ｃａｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ—ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｉｎｎｇ Ｗａｓ ｒｅａｌｌｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｍｉｎｉｇ ｔｎｏ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ；Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ；Ｍｉｉｎｎｇ ｎｄ ｄｉａｓｐｏｓａｌ 目前，我国许多露天开采的矿山面临转地下开 采，露天矿山如何平稳地过渡到地下开采，是困扰露 天开采矿山的一个重要问题。文中将针对石人沟铁 矿露天转地下开采的关键技术问题，即“过渡层”的 处理问题进行分析和探讨，以期获得科学合理的解 决方案，指导矿山顺利地由露天转入地下开采。 １矿山现状 ２０世纪７０年代，为采选联合企业，产品为单一的铁 精矿粉，设计规模为年产１５０万ｔ铁矿石，５０万ｔ铁 精矿粉。矿山规划设计为分期开采，即在０ｍ水平以 上采用露天开采，０ｒｎ水平以下转入地下开采。矿山 进行露天开采生产到２０００年，露天境界内的矿石储 量基本采完。根据当时的矿山现状及市场形势，经 过分析及论证，决定分期转入地下开采。即先将１６ 线以南露天开采已完全结束的南采区转入地下开 采，建设规模年产６０万ｔ铁矿石，该项目为一期转 地下工程，从２０００年开始建设，２００５年投产，采矿 唐钢石人沟铁矿是唐钢的重要原料基地，建于 南世卿（１９５８一），男，汉族，教授级高级工程师，０６４２００河北省 遵化市。 １０ 维普资讯 http://www.cqvip.com 南世卿唐春安：露天转地下过渡层开采及处理方案研究 ２００７年１月第１期 方法为浅孔留矿法。 露天开采部分进行到２００３年，北区Ｏｍ水平以 上的矿石也即将采完，具备了转入地采的条件，唐钢 决定将１６线以北也转入地下开采，立项建设为接续 转地下工程项目，设计规模为年产铁矿石７０万ｔ， 采矿方法为空场法的阶段矿房法和浅孔留矿法。 根据唐钢的发展要求及矿山的资源条件，２００５ 年，唐钢立项研究了扩大地下生产规模的方案，初步 确定在全区一６０ｍ水平以下采用先进的采矿方法、 先进的工艺装备水平，使地下出矿规模达到２００ 万ｔ，采矿方法为无底柱分段崩落法。 石人沟铁矿２００６年上半年的生产现状是：一期 转入地下开采的南采区一６０ｍ水平以上从２００５年 工程竣工地下开始出矿，目前有的矿块已形成采空 区，随着地下开采的进行，还将陆续形成采空区。北 采区的接续地下开采从２００６年工程竣工投产地下 出矿，矿房采矿正在进行中，很快也会陆续形成采空 区。一期的南采区和接续的北采区采用的采矿方法 都是空场法，即采场顶部留了境界顶柱，该境界顶柱 同时是露天开采的底部，也即露天开采转入地下开 采的“过渡层”。该“过渡层”的开采和处理问题是矿 山露天转地下开采的关键问题，只有妥善地科学合 理地解决了该关键问题，才能真正意义上的实现由 露天转入地下开采，给地下开采创造安全顺行的生 产条件。 ２“过渡层”开采存在的问题 （１）露天坑内积水问题。露天开采形成的采矿 坑内存有大量的积水，南北采区露天矿坑内的积水 会因境界顶柱的开采及处理而涌入地下采场内，造 成水患灾害。 （２）过渡层即境界顶柱，是一６０ｍ水平实施空场 法开采的安全顶柱，随着一６０ｍ７￣平开采的进行，陆 续形成了采空区。采空区允许的暴露面积、暴露时 间、期间内的监控措施及最终的开采处理方案，均是 需要研究解决的问题。 （３）“过渡层”的开采和处理对露天边坡的影响。 露天开采已形成１００～１７０ｍ的高陡边坡，对“过渡 层”进行开采和处理势必会影响边坡的稳定性。边 坡底部结构的破坏极易造成边坡失稳，形成大滑坡， 给矿山造成灾害。 （４）南采区形成的内排岩堆对过渡层的影响。 矿山为节约占地，在２０世纪８０～９ｏ年代在南采区 首先进行强采，采完露天境界内的矿石后，在南采区 矿坑内实施了岩石内排。北采区内的岩石排入了南 采区采空区内，经过几年的排岩堆积，在南采空区内 形成了从＋１６～＋１６０ｍ的１４０余米的高岩堆。此 岩堆的底部还有积水存在。因此，在南采区对过渡 层的开采和处理，要充分考虑该岩堆的压力及降沉 等力学问题。 （５）北采区实施的地下开拓方案对斜井及措施 井的影响。为了加快地下工程的施工进度及尽快实 现地下出矿，缓解矿山露天转入地下过程中矿石不 足的问题，北采区的转地下开采开拓方案采取了露 天坑内上盘斜井开拓及北端帮措施井辅助开拓。其 中斜井开拓形成的固定设施要服务于北采区一６０ｍ 以上中段的整体开采过程，服务年限在７ａ以上，措施 井服务年限也在４ａ以上。对过渡层的开采必然会影 响到斜井及措施井及其地面的运输道路，所以，北采 区过渡层的开采和处理要从时间上及空间上进行充 分的论证。 （６）过渡层的开采与覆盖岩层。石人沟铁矿露 天转地下开采工程一６０ｍ以上中段为留顶柱的空场 法，一６０ｍ以下中段扩大规模开采为无底柱分段崩 落法。崩落采矿法的形成要求其上部必须形成覆盖 岩层，必须由一６０ｍ中段的矿柱开采及处理来完成， 因此，需要研究覆岩的合理厚度、覆岩的结构及防泥 石流问题。 ３“过渡层”开采及处理技术研究 ３．１研究构想与思路 通过现场调研，获取矿山现场第一手资料，充分 掌握矿山信息，进行岩石力学实验，岩体力学测试。 采用先进的监测仪器和技术对边坡及地下围岩、地 下水进行监测；进行工业试验及数值计算。通过编 制矿山近期及中远期开采计划、规划，明确过渡层开 采及处理所要求的时间及空间条件。初步制定“过 渡层”开采及处理方案，通过工艺实验及论证，确定 “过渡层”开采及处理方案。 ３．２拟解决的关键技术问题 （１）通过对“过渡层”以及露天边坡、地下开采地 压活动规律的研究，确定合理的开采处理方案。 （２）对边坡及地下围岩、地下水文进行检测及控 制，防止边坡失稳。 （３）为崩落法的实施形成合理的覆盖岩层。 （４）一６０ｍ中段采空区在监控状态下，确保采矿 安全，并制定出安全有效的矿柱回收及空区处理方 案。 （５）过渡层的开采处理中防止突涌、突冒灾害的 发生。 １１ 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第４５３期 矿业快报 ２００７年１月第１期 （６）确保北采区斜井及措施井生产期间安全，使 矿山生产稳定。 ４结论 分析、试验、研究和归纳；②应用东北大学岩石破裂 与失稳研究中心自行开发的ＲＦＰＡ软件及监测仪 器对过渡层的力学问题进行分析计算，掌握地质分 布及活动规律；③在分析与归纳的基础上制定出“过 渡层”开采及处理方案，然后通过专家论证及现场工 目前我国许多矿山都面临由露天开采转入地下 开采，露天转地下开采的关键问题就是“过渡层”的 开采及处理问题。“过渡层”的开采及研究目前还没 有成熟的技术及经验，因此，以石人沟铁矿露天转地 下开采的关键问题为对象进行深入的技术研究，制 定科学合理的“过渡层”开采及处理方案，无论对石 人沟铁矿还是对其它露天转地下开采的矿山都有十 分重要的意义。 “过渡层”的开采及研究涉及到的技术问题较 多，既涉及地表露天采矿坑、露天边坡、露天排岩场 业化生产实践的检验，再经过修改完善后获得最终 的“过渡层”开采及处理方案。 该项研究涉及的问题多，技术难度大，既需要企 业的资金及技术协调的支持，又需科研院所的通力 合作及技术的支持，成立一个由企业领导、技术人员 及科研院所的专家教授等共同组成的科研小组，拟 定研究计划，最终完成该项技术课题的研究。 参考文献： 及塌陷引起的周边群众利益问题，又涉及地下开采 形成的空区顶板及围岩稳定性问题，空区允许的暴 露面积及暴露时间问题，对已形成的开拓工业设施 以及对生产稳定顺行的影响，采矿方法过渡及下阶 段新采矿方法的形成所必须达到的条件等。 研究该技术问题所采用的技术手段，①充分了 解现场的现状及各种相应资料及数据，进行详细的 ［１］南世卿．石人沟铰矿露天转地下开采建矿模式和采矿方法的 研究［Ｊ］．矿业快报，２００６．５． ［２］姜艳美．石人沟铰矿露天转地下开采施工中的问题探讨［Ｊ］． 矿业快报，２００５．１０． ［３］李欣．石人沟铰矿露天转地下开采中的难点反对策［Ｊ］．矿 业快报，２ｏ０２（１９）． （收稿日期２００６—１１．０８） ・信息平台・ 杭州关闭境内所有煤矿 位于浙江省杭州市建德境内的建德市煤矿、大 同红星煤矿等４家煤矿近日被一次性强制关闭。至 此，杭州市关闭了所有的煤矿。 杭州市近一年来，关闭和整改非法、不合格矿山 １６个，注销、吊销采矿许可证２７张。目前，全市矿 山总数已从２０００年的１ ２９８家减少到５５８家。 ２００７年中国铁矿石预计进口量达３亿５千多万吨 ２００６年，中国进口铁矿石预计将达到３．２５亿ｔ。 ２００７年的需求量，还将增加３ ０００万ｔ，达到３．５５ 得了首发定价权。 中国钢铁工业协会副会长罗冰生认为，这意味 着，中国钢铁企业在国际价格谈判中的地位明显上 升，参与谈判的能力增强。相对于前几年，此次价格 上涨幅度，比较真实地反映了供需关系，铁矿石价格 开始回归理性水平。 据悉，ＣＶＲＤ、哈默斯利、ＢＨＰ，这三大铁矿石供 亿ｔ。全球铁矿石需求的增加部分，主要来自中国。 中国钢铁工业协会、中国五矿化工进出口商会 ２００６—１２．２８日在此间举行新闻发布会。发布会上， 主办方发布了上述预测数据。他们认为，总体而言， ２００７年国际铁矿石供需关系将基本平衡。 ２００６—１２月，中国宝钢相继跟巴西ＣＶＲＤ、哈默 斯利、ＢＨＰ达成协议，２００７年铁矿石价格上涨 应商占据了七成的全球市场份额。三家企业具有高 度垄断性，对供需关系有较强的调控能力。铁矿石 的购买商则相对分散，在价格谈判中往往处于劣势。 ９．５％。中国钢铁企业在国际铁矿石价格谈判中，获 １２