CN102606161A - 倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法，将矿床开采的生命周期分为露天开采阶段、露天转地下过渡阶段和地下开采阶段，通过以下两个步骤来实现：创立露天地下开采界线划分公式，根据境界剥采比函数与经济合理剥采比函数的关系确定露天地下开采界线，判别矿山开采生命周期的划分;在划分露天地下开采界线的基础上，确定矿山三阶段开采各阶段的开采时机。本发明方法三阶段开采统一全面规划设计，这样露天开采阶段设计时，就考虑其开拓系统要为后续地下开采阶段所利用,同时在露天向地下开采过渡时,地下开采也尽可能利用露天开采的相关工程和设施等有利因素。这样就有效地减少了矿山开拓系统建设的重复投资。可在黑色、有色、煤炭、化工等行业的中厚或厚大的倾斜、急倾斜矿床开采中广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于露天转地下开采技术领域，特别适合中厚或厚大的倾斜、急倾斜矿床的开采，可在黑色、有色、煤炭、化工等行业的类似矿山开采中广泛应用。
背景技术
我国是一个矿产资源严重短缺的国家，特别是战略性金属矿产资源供需矛盾突出。以铁矿资源为例，我国铁矿资源对外依存度高达71%，严重威胁着我国钢铁工业经济安全。当前，占我国铁矿产量60%以上的大型露天铁矿都已进入中晚期开采，生产能力快速衰减，有的已停产闭坑，这进一步加剧了我国铁矿供给的紧张局面。而其境界外底部保有70～80亿吨以上的资源，因此，这些大型露天铁矿都亟待转入深部地下开采，以确保深部资源的有效、合理利用。因此，必须加快露天转地下开采所涉及到的关键技术攻关研究，以满足我国钢铁工业可持续发展对铁矿石的需求。
露天转地下开采的矿山,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,由于这类矿床上部适宜采用露天开采,具有投产快、初期建设投资少、生产能力大、开采成本低、贫损指标优等优点,但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) 期开采应统一全面规划,露天开采后期的开拓系统既要考虑后续地下巷道的利用,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和设施等有利因素,使露天开采平稳地过渡到地下开采,并使矿山产量和经济效益保持稳定。
露天转地下开采的矿山,整个矿山的开采期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三个阶段,在这三个阶段中, 矿山的开采强度和矿山企业的生产能力各不相同,因此,在考虑露天转地下开采的开采工艺及工程布置时,必须研究与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。国内外露天转地下开采矿山的经验表明,当矿山充分利用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 %～50 % ,生产成本降低25 %左右。
而我国大多数露天转地下的矿山在设计时没有对矿床进行统筹规划，确定露天开采与地下开采的界线时，既没有考虑露天开采成本随开采深度的变化，也没有考虑矿石品质随深度的变化，露天下部的矿体何时开始向地下开采过渡？露天地下产能怎么衔接？露天地下采矿开拓系统如何相互利用？如何实现平稳过渡？针对这些问题，目前矿山并没有一套可以有效应对的方法。本发明对此特别提出矿山露天转地下三阶段开采的设计方法，将矿床开采的生命周期进行整体规划、设计，这种方法能有效的避免露天转地下的矿山在露天地下过渡时期遇到的如产量衔接、过渡时机、投资浪费等问题。
发明内容
本发明的目的就是针对我国露天转地下的矿山在开采设计时没有对矿床进行统筹规划，造成了矿山重复投资，矿床开发利用率低，露天矿难以向地下开采平稳过渡，开采效能降低等难题，而提出的将大型矿床开采的生命周期作为整体规划设计，提供一种倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法，该方法提出了露天地下开采三阶段的技术思想，即以整个矿床开采获取最大效益为目标，将矿床开采划分为露天开采阶段、露天转地下过渡阶段和地下开采阶段。
为实现本发明的上述目的，本发明倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法通过以下两个步骤来实现：
1）创立露天地下开采界线划分公式，根据境界剥采比函数与经济合理剥采比函数的关系确定露天地下开采界线，判别矿山开采生命周期的划分：
其中：，
，
式中：α（H）——品位随深度变化的函数；
Tl（H）——采矿费用随深度变化的函数；
L（H）/m（H）——境界剥采比；
A、B、C——与采矿指标相关的常数：
Td —— 每吨金属矿量地下开采的采选费用，元；
b——露天开采每吨剥离费用，元。
等式右边是本研究推出的露天开采境界剥采比函数，等式左边是确定的矿床三阶段划分的经济合理剥采比函数，两条函数曲线出现交点时，矿山将划分为露天开采阶段、露天地下开采过渡阶段、地下开采阶段，应进行露天地下三阶段开采统筹设计，交点K0所对应的矿床深度Hk0即为露天地下开采的界线。
当出现多个极值点时，则根据这些多极值点的值域确定合理界线。
如果两条函数无交点，则分两种情况考虑：
①境界剥采比函数始终在经济合理剥采比函数上方，境界剥采比始终大于经济合理剥采比，表示矿山生命周期全部为地下开采。
②境界剥采比函数始终在经济合理剥采比下方，境界剥采比始终小于经济合理剥采比，表示矿山生命周期全部为露天开采。
2）在划分露天地下开采界线的基础上，确定矿山三阶段开采各阶段的开采时机
矿山三阶段开采，初始为第一阶段露天开采阶段，当露天开采阶段开始减产时，地下开采开始投产，矿山进入第二阶段开采即露天转地下过渡阶段，地下产能将不断弥补露天产能的消失，保持矿山产能的稳定发展；当露天开采深度到Hk0时，露天开采结束，矿山完全转入地下开采阶段，即进入第三阶段开采。
采用上述方法确定露天地下开采界线，要求境界剥采比函数与在经济合理剥采比函数存在交点。
本发明采用以上方案后，具有以下积极效果：
（1）对露天、地下开采界线划分考虑的因素更全面，既考虑地质品位的变化，又考虑采矿成本的变化，所确立的经济合理剥采比为变量，相比传统方法所确立的经济合理剥采比为常量，更加符合矿山实际情况。
（2）将矿床开采的生命周期作为一个整体考虑，对矿山前期的露天开采阶段、中期的露天地下过渡阶段、后期的地下开采阶段进行统一全面规划，这样露天开采阶段设计时，就考虑其开拓系统要为后续地下开采阶段所利用,同时在露天向地下开采过渡时,地下开采也尽可能利用露天开采的相关工程和设施等有利因素。这样就有效地减少了矿山开拓系统建设的重复投资。
附图说明
图1为矿山生命周期全部为露天开采曲线图。
图2为矿山生命周期全部地下开采曲线图。
图3为本发明倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法的矿山生命周期三阶段开采曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方案对本发明倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法作进一步说明。
首先根据矿山境界剥采比函数和经济合理剥采比函数的关系确定露天地下开采界线。
（1）如果境界剥采比函数始终在经济合理剥采比函数下方，境界剥采比始终小于经济合理剥采比，如图1所示，在此情况下，矿山设计全部按露天开采方式设计。
（2）如果境界剥采比函数始终在经济合理剥采比函数上方，境界剥采比始终大于经济合理剥采比，如图2所示，在此情况下，矿山设计全部按地下开采方式设计。
（3）如果境界剥采比函数与在经济合理剥采比函数存在交点K0，矿山进行露天地下三阶段开采统筹设计，交点K0对应的Hk0，即为露天地下开采界线；然后设计确定三阶段开采的各阶段的开采时机，当露天阶段产能开始衰减时，地下开始投产，矿山进入第二阶段开采即露天转地下过渡阶段；当露天开采深度到露天地下分界线Hk0时，露天开采结束，矿山完全转入地下开采阶段，进入第三阶段开采，如图3所示。
国内经验表明,将矿床开采的生命周期作为一个整体规划设计时，矿山确定好各个阶段开采的合理时机，可实现露天开采向地下开采的平稳过渡、产量均衡和效益的最大化，同时，可充分利用了露天与地下开采的有利工艺特点,统筹规划露天与地下开采的工程布置，使矿山的基建投资减少25 %～50 %,生产成本降低25 %左右。
Claims (2)
1.一种倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法，将矿床开采的生命周期分为露天开采阶段、露天转地下过渡阶段和地下开采阶段，其特征在于通过以下两个步骤来实现：
（1）创立露天地下开采界线划分公式，根据境界剥采比函数与经济合理剥采比函数的关系确定露天地下开采界线，判别矿山开采生命周期的划分：
其中：
，
，
式中：α（H）——品位随深度变化的函数，
Tl（H）——采矿费用随深度变化的函数，
L（H）/m（H）——境界剥采比；
A、B、C——与采矿指标相关的常数：
—— 每吨地质矿量的露天开采价值，元，
Td —— 每吨金属矿量地下开采的采选费用，元，
b——露天开采每吨剥离费用，元；
其中等式右边是本研究推出的露天开采境界剥采比函数，等式左边是确定的矿床三阶段划分的经济合理剥采比函数，两条函数曲线出现交点时，矿山将划分为露天开采阶段、露天转地下开采过渡阶段、地下开采阶段，进行露天地下三阶段开采统筹设计，交点K0所对应的矿床深度Hk0即为露天地下开采的界线；
2）在划分露天地下开采界线的基础上，确定矿山三阶段开采各阶段的开采时机：
矿山三阶段开采，初始为第一阶段露天开采阶段；当露天开采阶段开始减产时，地下开采开始投产，矿山进入第二阶段开采即露天转地下过渡阶段，地下产能将不断弥补露天产能的消失，保持矿山产能的稳定发展；当露天开采深度到Hk0时，露天开采结束，矿山完全转入地下开采阶段，即进入第三阶段开采。
2.如权利要求1所述的倾斜、厚大矿床的露天地下三阶段开采方法，其特征在于：所述的境界剥采比函数与在经济合理剥采比函数存在交点。
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