石碌铁矿露天转地下协同开采的实践.pdf

第2 1卷第4 期2023年8 月采选工程石碌铁矿露天转地下协同开采的实践矿业工程Mining Engineering7范庆霞，何青松，杨兴华（1.海南矿业股份有限公司，海南昌江57 2 7 0 0；2.金诚信矿业管理股份有限公司，北京10 0 0 7 0）摘要：为了解决石碌铁矿露天转地下开采过程中稳定生产、采场地压管理、采场防汛抗洪等问题，矿山采用自然崩落和回填覆盖岩层来管理地压、采取“截、疏、挡、排、防”的措施治理矿井涌水，实施露天与地下协同开采，有效地防止了涌水对采矿生产的影响、保证了原矿产量的平稳过渡。关键词：露天转地下；协同开采；覆盖岩层；排水中图分类号：TD8610引言石碌铁矿是一个露天开采转地下开采的矿山，设计采选综合生产能力为4 8 0 万t/a。为了实现由露天开采向地下开采的平稳过渡并保持原矿产量稳定，矿山按照边生产、边建设的思路实施露天转地下协同开采，通过采取露天回填覆盖层、强制采空区顶板崩落、挂帮矿体开采、强化矿区排水体系、优化采场生产布局等技术措施，在保证原矿总产量稳定的情况下，逐步降低露天开采量，增加地下开采量。经过长达7 年多的时间，实现了由露天向地下开采的平稳过渡，2 0 2 1年8 月起矿山北一采场已停止露天采矿活动。1盒露天转地下协同开采的关键技术1.1首采分段覆盖岩层的形成金属非金属矿山安全规程要求，矿山在露天开采转地下开采时，需根据所选用的采矿方法在地下开采的上部边界以上回填岩石垫层，采用无底柱分段崩落法回采时，在回采工作面的上方应有大于分段高度的覆盖岩层，以保证回采工作的安全。石碌铁矿覆盖岩层形成存在露天坑底和挂帮矿顶板两种情形，其中露天坑底需要进行回填才能形成覆盖岩层，挂帮矿可收稿日期：2 0 2 2-0 6-17作者简介：范庆霞（19 6 3），男（汉族），江苏扬州人，海南矿业股份有限公司教授级高级工程师。文献标识码：A文章编号：16 7 1-8 550（2 0 2 3）0 4-0 0 0 7-0 4采用自然崩落或强制崩落顶板形成覆盖岩层1）露天坑底形成覆盖岩层。矿山露天开采坑底最低标高为-15m，露天转地下开采的首采分段为-153 0 m，为了满足无底柱分段崩落法对顶板覆盖岩层的要求并防止强降雨引发采场泥石流，需要在-15m以上回填岩石以形成覆盖岩层（见图1），综合考虑雨水渗透时间，降低采场最大涌水量，矿山确定回填覆盖岩层厚度为4 0 m（相当于2.6 7 倍分段高度）。矿山将露天坑底回填区划分为A、B、C、D 四个条带由东向西顺序进行，自2 0 12 年起开始利用露天开采过程中剥离的岩石实施回填覆盖岩层工作，到2 0 2 1年7 月为止累计回填岩石7 14万t，满足了地下开采对覆盖岩层的要求。+75m+60m+40ml+20m0m-15m-30m-45ml-60m-75m-90m-105m-120m图1北一西矿区5#穿脉回填覆盖岩层剖面图2）挂帮矿形成覆盖岩层。东挂帮、南挂帮矿体处于露天矿坑的边坡上，受台阶宽度、边坡角等因素制约不能采取回填的方法形成覆盖岩层，因此采用强制崩落顶板和自然冒落相结合的方法形成覆盖岩层。由于北挂帮矿体处于露天开采总出人沟的位置，大量的矿石悬挂在FeFe8边坡上，采用地下开采存在效率低、贫化大、成本高等问题，所以在露天开采结束后采用回填与自然冒落相结合的方法形成覆盖岩层。1.2露天开采挂帮矿体的回收石碌铁矿露天开采至15m标高时，在露天境界外尚有部分矿体需要开采，矿山根据挂帮矿体在露天采场内所处的位置、形态以及开采条件采用了不同的采矿方法。东挂帮、南挂帮矿体开采利用矿山露天采矿和深部开拓系统，在露天边坡3 6 m平台上掘矿业工程进辅助斜坡道沟通东挂帮、南挂帮各回采分段（见图2）。东挂帮矿体采用垂直走向布置的无底柱分段崩落法，设8 4、6 0、4 5、3 0、15、0 m六个分段水平，4 5m以上回采的矿石由辅助斜坡道经3 6 m平台运出，3 0、15m回采的矿石卸人采场溜井，经0、12 0 m运输水平卸入1#、2#主溜井；南挂帮矿体采用沿走向布置的无底柱分段崩落法，设7 5、6 0、4 0、2 0、0 m五个分段水平，4 0 m以上、2 0、0 m回采的矿石分别在0、-12 0 m运输水平进行转运。第2 1卷第4 期30m露天境界6 0 m露天境界北一露天采场8Qm东挂挂图2 东挂帮、南挂帮6 0 m分段平面布置图北挂帮矿体采用露天与地下开采相结合的方式，12 m以上设13 2、12 0、10 8、9 6、8 4、72、6 0、4 8、3 6、2 4 m 十个台阶自上而下进行露天开采，采出矿石由各台阶运至露天倒装平台，12 m以下采用垂直走向布置的无底柱分段崩落法，设-10、-3 0、-4 5、6 0 m四个分段进行地下开采，采出矿石由各分段卸人溜井进人深部开拓系统，最后由主井提升至地表。1.3地下开采防汛抗洪的措施海南地区受台风、热带低气压影响每年都有几次强降雨过程，且具有降雨时间集中、范围广、雨量大等特点（其中：2 0 0 1年8 月3 0 日最大降雨量6 4 4.6 mm、2 0 14 年7 月19 日最大降雨量54 4.3 mm、2 0 16 年8 月18 日最大降雨量398.9mm、2 12 1年10 月双台风连续降雨量620.1mm），为确保矿山地下开采工作在台风暴雨季安全度汛，采取了“截、疏、挡、排、防”五项措施，即：在露天采场的山体和边坡上构筑截洪沟将雨水截流并引出采场，最大限度地缩小露天坑底的汇水面积以减轻矿井排水的压力；在地下采场各分段设立专用排水通道将涌水快速疏导到水仓泵房，尽可能减少采矿区域积水，以利于回采分段生产正常进行；在排水路径上、溜井口设置挡水坝等设施，防止泥砂随水流带人水仓泵房、避免水流进入溜井，从而保证水泵正常运行和溜井正常放矿；在中央泵房以最高的标准设置排水设施，保证涌水进人水仓后能快速排至地面；在预防措施方面矿山建立健全相应的管理办法、防洪应急预案，确保在台风暴雨季安全度汛 2 。1.4露天转地下开采产量的衔接随着矿山地下开采工程相继完工、露天开采工作接近最终开采境界，矿山由露天转地下开采原矿产量变化呈现此消彼长的过程，为了保持矿山生产稳定、防止原矿产量大幅波动，并将露天边坡垮塌和采空区顶板冒落的影响降低到最低程度，矿山采取了露天与地下协同开采的方案，逐年减少露天开采生产区域并降低露天开采量，逐年扩大地采生产区域并增加地下开采量，在露天开采过程中利用剥离的岩石兼作覆盖岩层回填工作，最终全部由地下开采采出。根据矿山露天开采和地采工程进度情况，先行开展东挂帮矿体的地采回收工作，依次推进南挂帮、北挂帮、矿体露天转地下的回收工2023年第4 期作，从而不断地增加地下开采的生产区域，实现矿山由露天向地下开采方式的转变。表1为20142 0 2 1年北一采场出矿情况统计表。由表1可见，露采出矿量占比总体呈逐年下降的趋势，地采出矿量占比总体呈逐年增长的趋势；2 0 17 年地采出矿量出现了断崖式下降，导致地采出矿量占比降低到2 2.6 5%，其主要原年份2014年万t373.91露天%万t地下%合计/万t1.5露天与地下同时开采时的安全措施因北挂帮矿体处于露天开采总出入沟的位置，在边坡上部残留着大量高品位矿石，利用新建的地下开拓系统难以回收残留在边坡上部的矿石，为了加快北挂帮矿体的开采速度并降低采矿成本，只能采取露天与地下同时作业的生产方式。矿山以+12 m为界将北挂帮矿体划分成上下两个部分，+12+13 2 m采用露天开采方式自上而下分台阶逐一回采，+12 6 0m采用无底柱分段崩落法进行回采，采场结构参数为分段高度进路间距=（152 0）m18m。在露天与地下同时作业的情况下，矿山主要采取的安全技术措施：实行定时爆破，在爆破不存在相互影响时，按矿山规定的几个时间段撤出露天或地下的作业人员，当两者爆破存在相互影响时，各自作业人员撤离到相应的安全地点；控制炸药用量，露天爆破采用逐孔微差爆破，减少同段炮孔的数量，降低爆破地震效应；加快露天开采下降速度，合理匹配穿孔、铲装、运输设备，实施强化开采，缩短露天与地下同时开采的时间；采取边开采边回填的方式对露天边坡进行压脚处理，以防高边坡失稳产生垮塌现象。截至2 0 2 1年7 月，矿山已完成北挂帮+12 m以上矿体的回收和覆盖岩层的回填工作。1.6采场地压管理的主要内容采场地压管理是矿山进行采矿活动过程中范庆霞等石碌铁矿露天转地下协同开采的实践因是矿山自行开展采矿业务操作技能不高；20192021年地采出矿量及占比虽有提高但增幅不大，其主要原因是2 0 19 年2#主溜井垮塌严重并停产修复，2 0 2 0 年受新冠疫情影响导致开工不足，2 0 2 1年炸药停供时间长，对地采出矿影响较大。表12 0 14 2 0 2 1年北一采场出矿情况统计表2015年2016年243.73204.9084.4966.2868.62124.0115.5133.72442.53367.7492017年2018年281.7753.3662.3677.35123.6982.5237.6422.65328.58364.29一项重要工作内容，石碌铁矿采场地压管理包括露天坑底和挂帮矿首采分段覆盖层管理、采空区顶板地压管理、露天边坡垮塌管理、回采顺序管理等四项主要内容。有关露天坑底和挂帮矿首采分段覆盖层管理在首采分段覆盖岩层的形成中已分别介绍，这里不再赘述。采空区顶板地压管理方法主要根据矿区的地质条件、矿岩的稳定性、采场的暴露面积来确定，其中：北一东区LE11LE12 LE13 LE14 勘探线间矿体埋藏较深且距离露天开采境界较远，在+20、0 m 分段采用强制崩落和少量出矿的方法形成矿岩覆盖层，E9LE10 LE11勘探线间矿体距离露天开采境界较近且矿岩稳定性较差，在-4 5、-6 0 m分段直接进行回采形成大面积采空区，利用自然冒落的方法形成矿岩覆盖层；北一西区DO-D1勘探线间矿体赋存在露天开采境界的下方，曾采用碎石压脚护坡预防边坡塌，因而不需要放顶处理采空区。回采顺序管理就是通过合理安排采掘作业面，减少同时采矿生产的分段数量，控制各分段回采进路的超前距离，以防应力集中造成巷道冒顶片帮。2?露天转地下协同开采的效果1）采用综合地压管理措施，消除了采场生产安全隐患。石碌铁矿在露天开采向地下开采转换的过程中，通过在露天坑底回填碎石形成了人工覆盖岩层、通过强制崩落或自然崩落对2019年65.5323.8218.91170.61280.9976.1881.09223.97346.522020年84.7417.06411.8782.94496.602021年66.1313.07439.7886.93505.9110露天开采境界以外的采空区顶板进行了处理，满足了金属非金属矿山安全规程对无底柱分段崩落法回采时覆盖岩层的要求，因而消除了采空区对采矿生产的影响，保证了回采工作的安全。2）露天与地下协同开采，保证了矿山原矿产量稳定增长。石碌铁矿采取露天与地下协同开采的方法，前期以露天开采为主实施边采矿、边回填的方式，后期在地下开采的同时对挂帮矿体进行回收，局部地段在露天开展采剥和回填工作，在地下进行巷道掘进，这种露天与地下协同开采，产量互为补充的做法，保证了矿山原矿生产的稳定，为提高选矿生产效率创造了有利条件。3）持续优化采矿生产布局，实现了露天开采与地下开采的转换。为了优化调整采矿生产布局，矿山将南挂帮的分段高度由15m加大到20m，并采取多爆破、少出矿的办法，北挂帮采取露天与地下同时回采的办法，并实行边回采、边回填、边施工，随时对采矿生产布局进行优化调整，从而加快了挂帮矿下降速度，实现了露天与地下开采的转换，采矿主要作业面高差正在逐步缩小。4）协同开采过程中不留保安矿柱，有效回收了铁矿石资源。矿山在露天开采转地下开采过程中，按照应收尽收的原则对挂帮矿和露天坑底矿进行回采，露天和地下工作面在空间上保持12 个分段的安全距离，但不留保安矿业工程矿柱，当存在相互影响时则对爆破工作进行控制，实现了露天高效率、低贫化开采，保证了地采相关工程的顺利实施和铁矿石资源的有效回收。5）采取截、疏、挡、排、防措施，解决了台风季矿井防汛抗洪问题。针对矿区降雨集中、雨量大的特点，矿山在生产中采取的截、疏、挡、排、防措施有效地拦截了露天边坡上部的汇水，保证了地下采场及泄水井巷水流顺畅，有效地阻止了涌水进人溜井和泥砂进入3 6 0 m水仓，减轻了强降雨带来的排水压力，从而消除了汛期存在的安全隐患。3结语露天转地下开采需经历露天开采、露天与地下协同开采、地下开采等不同阶段，涉及开采方式转换、采场地压管理、挂帮矿回收、强降雨水患治理、原矿产量稳定等问题，每一个问题都不是孤立存在的，协调处理好相互之间的关系十分必要。石碌铁矿是国内露天转地下开采的大型矿山，在协同开采与转换过程中采取了系列安全技术措施，消除了安全隐患、稳定了矿山生产，相关有效措施可供同类矿山借鉴。参考文献：1甘德清，高锋，张云鹏，等某露天矿扩帮形成覆盖层方法探究J矿业工程，2 0 14（2)：6-9.2刘景秀深凹露天转地下开采矿山防排水措施的探讨J.金属矿山，2 0 0 0（8）：4 0-4 1.第2 1卷第4 期Practice of Collaborative Mining from Open Pit Mining toUnderground Mining in Shilu Iron MineFAN Qingxia,HE Qingsong,YANG Xinghua?(1.Hainan Mining Co.,Ltd.,Changjiang 572700,China;2.Jinchengxin Mining Management Co.,Ltd.,Beijing 100070,China)Abstract:In order to solve the problems of stable production,stope ground pressure management,stope flood control and floodfighting in Shilu Iron Mine during transition from open pit mining to underground mining,the Mine adopts natural caving and backillingoverburden rock stratum to manage ground pressure,adopts measures of intercepting,dredging,blocking,draining and preventingto control mine water inrush,and implements open-pit and underground collaborative mining,which effectively prevents the influenceof water inrush on mining production and ensures the smooth transition of raw ore output.Key words:transited from open-pit mining to underground mining;collaborative mining;overlying strata;drainage