CN104806243A - 一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法，包括露天延深开采下盘侧矿体，地下应用诱导冒落法开采上盘侧挂帮矿体，露天与地下开采区域按楔形转接，该楔面角除满足露天安全开采要求外，还需满足在诱导冒落区内不大于岩移可控角；露天开采区域陡帮开采下盘侧矿体，最后2～3个台阶采用横采内排方式延深开采；地下诱导冒落法采场借助从露天坑开掘措施工程快速形成生产规模；诱导冒落工程通过采用距离边坡由远及近的回采顺序、并按冒通地表的塌陷坑能够容纳边坡岩移散体总量的要求确定采空区高度。本发明从根本上解决大型铁矿山过渡期安全生产条件差和产量衔接困难的难题，为保障露天转地下平稳或增产过渡奠定基础。

Description

一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法

技术领域

本发明涉及金属矿床露天与地下开采技术领域，具体是一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法。

背景技术

我国约90％的大型露天铁矿山均已进入深部开采，其中许多矿山正在陆续转入地下开采。在露天转地下开采的过渡期间，通常采用留境界矿柱或设置覆盖层的过渡方法，露天开采和地下开采相互干扰，安全生产条件差和产量衔接困难，致使我国露天转地下开采的大型铁矿山普遍出现减产过渡或停产过渡现象。究其原因，主要是常规过渡方法将露天开采与地下开采割离开来，使矿体不能连续开采。为释放露天与地下的生产潜能以及解决露天地下同时生产的相互干扰问题，东北大学提出了露天转地下过渡期协同开采方法，即露天开采下盘侧矿量，地下应用诱导冒落法开采上盘侧矿量，与这一新型开采方法相配合，需要研发露天转地下连续开采与平稳转接的过渡方法，包括露天与地下开采界线的合理划分、露天延深开采与地下诱导冒落关键参数的确定方法，边坡岩移危害控制以及工作面防护技术等，以最大限度地消除露天地下同时开采的相互干扰，充分释放露天与地下的生产能力，并改善露天地下的安全生产条件，从根本上解决过渡期安全开采与产能衔接难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法，从根本上解决大型铁矿山过渡期安全生产条件差和产量衔接困难的难题，为保障露天转地下平稳或增产过渡奠定基础。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法，包括露天延深开采下盘侧矿体，地下应用诱导冒落法开采上盘侧挂帮矿体，露天与地下开采区域按楔形转接，露天地下开采境界的楔面角为最上一个台阶的坡顶线至最下一个台阶的坡底线的连线与水平面的夹角，该楔面角除满足露天安全开采要求外，还需满足在诱导冒落区内不大于岩移可控角；露天开采区域陡帮开采下盘侧矿体，在最后2～3个台阶采用横采内排方式延深开采；地下应用诱导冒落法开采，诱导冒落工程通过采用距离边坡由远及近的回采顺序、并按冒通地表的塌陷坑能够容纳边坡岩移散体总量的要求确定采空区高度，由此控制边坡岩移避开或背离露天开采区域；地下采用诱导冒落法的首采分段设置在挂帮矿体较下部位，以增大诱导冒落的矿石层高度，当露天开采区域回采到诱导冒落工程设计位置之下1～2个分段的标高时，从露天边坡适宜的位置开掘措施平硐，快速形成挂帮矿大规模生产的开拓、采准与回采条件；在露天地下同时生产期边坡岩移的最低边界位置，设置边坡滚石防护平台与防护坝；从而形成露采在下、地采在上、投影面内两者错开的露天地下同时开采局面，在矿体连续开采中实现从露天向地下开采的渐近转接与平稳过渡。

作为本发明进一步的方案：所述露天与地下开采区域按楔形转接，露天开采区域呈楔形由大变小，地下开采区域呈楔形由小变大。

作为本发明进一步的方案：在露天地下同时开采期间的诱导冒落区内，根据岩体稳定条件，将楔面角控制在35°～50°之间。

作为本发明进一步的方案：通过调整回采顺序与采空区高度控制边坡岩移的方向，采用距离边坡由远及近的顺序回采挂帮矿，诱导冒落工程的连续回采尺度需满足下式：

       $T\≤\frac{{\mathrm{\γl}}^2}{h}(\frac{H}{2}+\frac{l}{3}\tan \mathrm{\α})$

      

式中T为单位面积上的岩体抗压力，t；γ为上覆岩层容重，t/m²，h为空区高度，m；H为空区顶板最小埋深，m；α为露天边坡角，°；α₁为滑落散体坡面角，°；β为矿岩滑移角，°；B为回采宽度，m；l为保安矿柱宽度，m；η为矿岩碎胀系数。

作为本发明进一步的方案：所述边坡滚石防护平台的宽度与防护坝高度，通过露天边坡滚石试验，按能够完全挡住滚石、使其不落入下部露天开采区域的准则确定，防止边坡浮石滚落于露天开采区域。

作为本发明进一步的方案：在露天末期开采设计中，需考虑露天、地下开拓系统的协同关系，采用汽车—胶带半连续下盘运输系统、平硐溜井开拓运输系统或下盘折返式运输系统，释放上盘空间，以便于挂帮矿诱导冒落法及时开采和过渡期露天地下采出矿石的集中运输。

作为本发明进一步的方案：当实际生产中的地下开采速度超出设计，需留临时矿柱保护防护坝不塌落，以确保露天生产安全，同时，在地下诱导冒落工程回采过程中，需采用端部口不敞空的出矿控制方法，防止采空区冒落对地下工作面的冲击危害。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过露天与地下开采区域按楔形转接，实现了矿体在连续开采中从露天到地下开采方式的渐近转接过渡，消除了过渡期露天地下开采二者间的相互干扰，不仅可以增大露天地下的生产规模，提高露天转地下过渡期生产能力，而且还大幅降低了开采成本，从根本上解决大型铁矿山过渡期安全生产条件差和产量衔接困难的难题，为保障露天转地下平稳或增产过渡奠定基础。本发明特别适用于露天转地下需要平稳或增产过渡的大型铁矿床。

附图说明

图1是一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法的施工原理剖面图；

图2是一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法的施工示意图；

图中：1-露天开采区域、2-地下开采区域、3-防护坝、4-露天开采境界、5-露天炮孔、6-措施平硐、7-诱导冒落工程、8-诱导冒落工程的回采范围、9-回采进路、10-矿体上盘、11-矿体下盘、12-横采内排区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明实施例中，一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法，包括露天延深开采下盘侧矿体，地下应用诱导冒落法开采上盘侧挂帮矿体；露天与地下开采区域按楔形转接，露天开采区域1呈楔形由大变小，地下开采区域2呈楔形由小变大，露天地下开采境界的楔面角为最上一个台阶的坡顶线至最下一个台阶的坡底线的连线与水平面的夹角，该楔面角除满足露天安全开采要求外，还需满足岩移控制要求(在诱导冒落区内不大于岩移可控角)。

通常露天采用挖掘机进行装载作业，以减小最小工作面宽度，在不扩帮或少量扩帮的条件下，尽可能增大露天开采的深度。当露天开采区域1到达露天开采境界4后，利用组合台阶或分区开采等陡帮开采技术，沿下盘侧延深开采。根据矿岩稳定性条件，露天开采区域1陡帮开采下盘侧矿体，在最后2～3个台阶采用横采内排方式延深开采，即横向布置工作线、走向推进、内排土场排岩，废石从矿体下盘11台阶向矿体上盘10侧就地排放，使较大块度的废石靠近矿体停落，以提高露天坑底部边坡角，进一步增大露天采深，从而改善下部矿体开采时的覆盖层块度条件。为此，需进行露天延深开采的总体方案设计，并按技术经济指标，比选出最佳方案，同时确定出露天延深开采区段的细部境界。

在延深开采区，露天最终边坡角的选取就矿体的上、下盘边坡角分别考虑，上盘边坡角不仅要考虑露天生产期间的边坡稳定性，而且要考虑挂帮矿采用诱导冒落法开采所需的便利条件，尤其是便于控制露天边坡的岩移方向，一般诱导冒落区的矿体上盘10边坡角为35°～50°，稳定岩体取较大值，不稳定岩体取较小值；矿体下盘11的边坡角，从安全角度考虑，通常参照矿山实际资料选定。

在矿体下盘11侧，露天开采区域1一直开采到可采矿体宽度仅能满足露天开采最小工作面宽度要求时为止；在矿体上盘10侧，地下采用诱导冒落法的首采分段设置在挂帮矿体较下部位，以增大诱导冒落的矿石层高度，当露天开采区域1回采到诱导冒落工程7设计位置之下1～2个分段的标高时，从露天边坡适宜的位置开掘措施平硐6，快速形成挂帮矿大规模生产的开拓、采准与回采条件，施工挂帮矿开采工程，以便诱导冒落工程的回采范围8达到持续冒落跨度后，下部回采分段高强度回收冒落矿石。为便于控制边坡岩移方向，挂帮矿的回采巷道应沿边坡方向布置，其中诱导冒落工程7应布置在挂帮矿较低位置，最好布置在矿体水平厚度远大于上部矿岩持续冒落跨度的分段位置，以保证在不开掘岩石的条件下，诱导冒落工程的回采范围8即可大于上覆矿岩的持续冒落跨度。地下诱导冒落法采场借助从露天坑开掘措施工程快速形成生产规模；诱导冒落工程7通过采用距离边坡由远及近的回采顺序、并按冒通地表的塌陷坑能够容纳边坡岩移散体总量的要求确定采空区高度，由此控制边坡岩移避开或背离露天开采区域。通过调整回采顺序与采空区高度控制边坡岩移的方向，采用从里向外(从远离边坡一侧向边坡方向退采)的顺序回采挂帮矿，诱导冒落工程7的连续回采尺度需满足下式：

       $T\≤\frac{{\mathrm{\γl}}^2}{h}(\frac{H}{2}+\frac{l}{3}\tan \mathrm{\α})$

      

式中T为单位面积上的岩体抗压力，t；γ为上覆岩层容重，t/m²，h为空区高度，m；H为空区顶板最小埋深，m；α为露天边坡角，°；α₁为滑落散体坡面角，°；β为矿岩滑移角，°；B为回采宽度，m；l为保安矿柱宽度，m；η为矿岩碎胀系数；回采高度(回采体积)按上述公式分析计算确定，以使采空区冒落形成的塌陷坑，能够完整地容纳边坡岩移量。

挂帮矿的诱导冒落工程7与其下回采分段，均由措施平硐6打采区斜坡道联通，每一分段的采准工程，均在露天边坡设置通风口，形成通风系统。

挂帮矿诱导冒落工程7回采过程中为空场条件下出矿，须保持进路断部口不敞空，以防治冒落气流冲击与顶板冒落滚石危害，确保地下工作面生产安全。

在井下运输系统形成之前，挂帮矿开拓与采准出碴，以及回采出矿，均由措施平硐6通过露天运输系统运出。

在露天地下同时生产期边坡岩移的最低边界位置，设置边坡滚石防护平台与防护坝3，该边坡滚石防护平台的宽度与防护坝3高度，需通过露天边坡滚石试验，按能够完全挡住滚石、使其不落入下部露天开采区域的准则确定，防止边坡浮石滚落于露天开采区域。在诱导冒落工程7回采之前，进行露天边坡滚石试验，根据滚石落地点位置确定防护平台与防护坝3的位置，用露天废石堆筑防护坝3，防护坝3的作用是防止地下开采扰动引起露天边坡浮石滚落的危害，使其不危害露天开采区域，确保露天生产安全。防护坝3的高度一般不超过2.0m。

露天开采深度以及边坡滚石防护平台的位置，需考虑过渡期露天地下生产能力的均衡而合理设计。为便于实施露天地下楔形过渡，在露天末期开采设计中，需考虑露天、地下开拓系统的协同关系，可采用汽车—胶带半连续下盘运输系统、平硐溜井开拓运输系统、或下盘折返式运输系统等，释放上盘空间，以便于挂帮矿诱导冒落法及时开采和过渡期露天地下采出矿石的集中运输，实现过渡期稳产或增产衔接。最终形成了露采在下、地采在上、投影面内两者错开的露天地下同时开采局面，在矿体连续开采中实现从露天向地下开采的渐近转接与平稳过渡。

如果实际生产中的地下开采速度超出设计，需留临时矿柱保护防护坝不塌落，以确保露天生产安全，同时，在地下诱导冒落工程7回采过程中，需采用端部口不敞空的出矿控制方法，防止采空区冒落对地下工作面的冲击危害。

本发明通过露天与地下开采区域按楔形转接，实现了矿体在连续开采中从露天到地下开采方式的渐近转接过渡，消除了过渡期露天地下开采二者间的相互干扰，不仅可以增大露天地下的生产规模，提高露天转地下过渡期生产能力，而且还大幅降低了开采成本，从根本上解决大型铁矿山过渡期安全生产条件差和产量衔接困难的难题，为保障露天转地下平稳或增产过渡奠定基础。本发明特别适用于露天转地下需要平稳或增产过渡的大型铁矿床。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种露天转地下开采的楔形转接过渡方法，包括露天延深开采下盘侧矿体，地下应用诱导冒落法开采上盘侧挂帮矿体，其特征在于，露天与地下开采区域按楔形转接，露天地下开采境界的楔面角为最上一个台阶的坡顶线至最下一个台阶的坡底线的连线与水平面的夹角，该楔面角除满足露天安全开采要求外，还需满足在诱导冒落区内不大于岩移可控角；露天开采区域陡帮开采下盘侧矿体，在最后2～3个台阶采用横采内排方式延深开采；地下应用诱导冒落法开采，诱导冒落工程通过采用距离边坡由远及近的回采顺序、并按冒通地表的塌陷坑能够容纳边坡岩移散体总量的要求确定采空区高度，由此控制边坡岩移避开或背离露天开采区域；地下采用诱导冒落法的首采分段设置在挂帮矿体较下部位，以增大诱导冒落的矿石层高度，当露天开采区域回采到诱导冒落工程设计位置之下1～2个分段的标高时，从露天边坡适宜的位置开掘措施平硐，快速形成挂帮矿大规模生产的开拓、采准与回采条件；在露天地下同时生产期边坡岩移的最低边界位置，设置边坡滚石防护平台与防护坝；从而形成露采在下、地采在上、投影面内两者错开的露天地下同时开采局面，在矿体连续开采中实现从露天向地下开采的渐近转接与平稳过渡。

2.根据权利要求1所述的露天转地下开采的楔形转接过渡方法，其特征在于，所述露天与地下开采区域按楔形转接，露天开采区域呈楔形由大变小，地下开采区域呈楔形由小变大。

3.根据权利要求1所述的露天转地下开采的楔形转接过渡方法，其特征在于，在露天地下同时开采期间的诱导冒落区内，根据岩体稳定条件，将楔面角控制在35°～50°之间。

4.根据权利要求1所述的露天转地下开采的楔形转接过渡方法，其特征在于，通过调整回采顺序与采空区高度控制边坡岩移的方向，采用距离边坡由远及近的顺序回采挂帮矿，诱导冒落工程的连续回采尺度需满足下式：

$T\≤\frac{\mathrm{\γ}{l}^2}{h}(\frac{H}{2}+\frac{l}{3}\tan \mathrm{\α})$

式中T为单位面积上的岩体抗压力，t；γ为上覆岩层容重，t/m²，h为空区高度，m；H为空区顶板最小埋深，m；α为露天边坡角，°；α₁为滑落散体坡面角，°；β为矿岩滑移角，°；B为回采宽度，m；l为保安矿柱宽度，m；η为矿岩碎胀系数。

5.根据权利要求1所述的露天转地下开采的楔形转接过渡方法，其特征在于，所述边坡滚石防护平台的宽度与防护坝高度，通过露天边坡滚石试验，按能够完全挡住滚石、使其不落入下部露天开采区域的准则确定，防止边坡浮石滚落于露天开采区域。

6.根据权利要求1所述的露天转地下开采的楔形转接过渡方法，其特征在于，在露天末期开采设计中，需考虑露天、地下开拓系统的协同关系，采用汽车—胶带半连续下盘运输系统、平硐溜井开拓运输系统或下盘折返式运输系统，释放上盘空间，以便于挂帮矿诱导冒落法及时开采和过渡期露天地下采出矿石的集中运输。

7.根据权利要求1所述的露天转地下开采的楔形转接过渡方法，其特征在于，当实际生产中的地下开采速度超出设计，需留临时矿柱保护防护坝不塌落，以确保露天生产安全，同时，在地下诱导冒落工程回采过程中，需采用端部口不敞空的出矿控制方法，防止采空区冒落对地下工作面的冲击危害。