姜仁义

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)



露天转地下规模化开采采矿方法的研究

姜仁义

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

根据部分矿山露天转地下开采的设计和建设实践，对露天转地下规模化开采采矿方法进行了分析研究，提出了露天转地下规模化开采的主要采矿方法和技术特征，并对露天转地下规模化开采主要采矿方法的环境影响进行了分析评价，指出高分段、高阶段应是其发展方向，采掘设备及自动化水平将不断提高，应用充填采矿法的矿山会越来越多。

露天转地下规模化开采采矿方法

近年来，随着露天开采矿山相继转入地下开采，在露天转地下开采的设计和实践中，规模化开采采矿方法意义重大。选择规模化开采的采矿方法，充分利用矿产资源，安全高效地由露采转入地采，能够获得最佳的经济收益、社会效益和环境效益[1-4]。

1　规模化开采的意义

对矿山企业来说，规模化一般是指在一定的资源条件、投融资条件及技术经济条件下，建立了完备的生产、安全、职业卫生、环保等组织管理体系，矿山达到经济合理的生产规模，能够获得最佳的经济收益、社会效益和环境效益。一个矿山企业可能因不同的投融资条件及技术经济条件而采用不同的经济合理生产规模，但在自身资源条件、投融资条件和技术经济条件一定时，矿山企业通常具有确定的经济合理生产规模，应当按照经济合理的生产规模进行规模化开采。

在矿山建设时，一般都要按照经济合理的生产规模进行建设，投产后形成规模化开采。生产期间，随着资源条件、投融资条件及技术经济条件的改变，原有的生产规模已不再经济合理，矿山应当根据改变后的条件，适时地改建或扩建，形成新的规模化开采。

以唐钢石人沟铁矿为例，2001年7月开始建设露天转地下开采一期工程，建设规模为铁矿石60万t/a，2003年建成后实现规模化开采。与此同时，矿石价格快速上涨，投融资条件和技术经济条件显著变化，2003年即开始二期扩建，扩建新增规模70万t/a，扩建后一、二期总规模达到130万t/a。2005年投产后实现了更大规模的规模化开采，同时，矿石价格继续上涨，2005年，唐钢石人沟铁矿开始了三期工程建设，铁矿石规模达200万t/a。可以看出，矿山企业规模化开采的目标是一定条件下的经济合理的生产规模。

2　露天转地下规模化开采的主要采矿方法

露天转地下开采的矿床上部矿体均采用露天开采，露天开采范围内的地表一般允许陷落，在地表允许陷落的范围内，规模化开采的主要采矿方法是崩落法和空场法。

矿岩中等以上稳固时，可以采用空场法，如石人沟铁矿露天转地下一期和二期均采用空场法开采。空场法开采矿柱回采损失贫化率大，采空区和地压问题突出，处理难度较大，矿体厚度较大时问题更加严重。露天转地下开采时，空场采矿法一般用于矿岩中等以上稳固、中厚以下矿体，厚大及中厚倾斜、急倾斜矿体时多采用崩落采矿法。崩落采矿法生产成本低，安全高效，应用广泛。崩落采矿法见图1。

图1　崩落采矿法

当地表不允许陷落、有环保要求、排尾受限或矿石价值较高时，采用充填采矿法。如司家营铁矿北区上盘因有平青大公路不允许陷落、因环保要求排尾受限，从长远看，高效的空场嗣后充填采矿法将在露天转地下开采中广泛采用。空场嗣后充填采矿法见图2。

图2　空场嗣后充填采矿法

3　技术特征

根据对已建成投产、在建和规划设计的部分露天转地下矿山的统计分析，露天转地下规模化开采采矿方法的主要技术特征(包括阶段高度、分段高度、凿岩、出矿设备规格等)见表1。

4　环境评价

露天转地下开采应用最多的崩落采矿法对环境的负面影响最大，存在地表塌陷，边坡滑塌，废石、废水、尾矿等排放量大；充填采矿法开采时，对环境的影响最小；空场采矿法依空区处理方式不同而对环境造成不同影响。

表1　露天转地下规模化开采采矿方法的主要技术特征

采用崩落法处理空区时，对环境的影响与崩落法开采对环境的影响相似；充填采空区时，可以有效地保护环境；采用隔离措施，密闭、封堵空区时，对环境的影响介于前述二者之间，空区不垮落时，与充填法相似，空区垮落时，与崩落采矿法相似，由于存在不确定性，隔离空区的措施较少采用。采用隔离措施的，应考虑隔离空区垮落后对环境的影响及安全措施。

5　发展趋势

目前，露天转地下规模化开采的主要采矿方法是崩落采矿法，该法安全、高效，但对矿山环境影响较大，开采过程中易造成地表塌陷、边坡滑塌，废石、废水、尾矿等排放量大。

露天转地下规模化开采采矿方法的总体发展趋势是安全、环保、高效、低耗。尽管崩落采矿法生产成本低、生产效率高，但对环境影响较大，按安监总局〔2012〕32号文的规定，新建金属非金属地下矿山必须对能否采用充填采矿法进行论证并优先推行充填采矿法，因此，从长远看，未来露天转地下规模化开采采用充填采矿法的矿山会有所增加。

为了提高生产效率，降低成本，减少安全事故，规模化开采采矿方法将向着高分段、高阶段、采用高效采掘设备的方向发展，自动化水平将不断提高。

[1]杨旭，姜仁义．某大型铁矿露天转地下开采总体技术方案论证[G]∥王运敏．中国采选技术十年回顾与展望．北京：冶金工业出版社，2012：110-113.

[2]姜仁义．矿体的相似原理与标准采矿方法设计[J]．现代矿业，2014(1)：17-21.

[3]张明峰，姜仁义，苏建军．阿尔登-拓普坎铅锌矿采矿方法的选择[J]．金属矿山，2012(11)：49-51.

[4]张建勇，苏建军．石人沟铁矿三期工程采矿方法选择[J]．金属矿山，2013(1)：23-26.

2016-03-18)

姜仁义(1959—)，男，教授级高级工程师，066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道71号。