CN110735639B - 一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，包括以下步骤，根据矿体赋存条件，将井下开采的各个回采工作面布置在一个或几个条带上，在回采工作面上部划出一个或几个移动区,在移动区外划出安全带,将露天坑内安全带以外的区域作为回填排岩区,移动区、安全带、回填区都要随井下回采工作面的移动而移动，回填作业是一种尾随作业,按最低开采分段矿石采出后的边界，圈定围岩变形界线，并在最低开采分段矿石采出前，回填围岩变形界线以内的露天坑,确定各分区开采顺序和回填作业顺序，安排回填排岩运输系统。本发明满足了井下开采覆盖层的要求，避免了废石排至排土场对环境造成的不利影响，有利于井下开采的安全。
Description
技术领域
本发明涉及露天坑回填技术领域，尤其涉及一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法。
背景技术
露天转地下崩落法开采时，为保证出矿水平的安全，同时为了防漏风、防寒保暖，需形成高度不小于两个分段高度的覆盖层。在地下矿体的开采过程中，由于矿体采出，覆盖层下移，打破了原有露天矿边坡应力平衡状态，应力不断调整，易导致循环动力冲击灾害。现有露天转地下崩落法矿山开采后露天坑回填方法有以下几种技术：
技术一：在井下开采之前，利用排土场废石和井下基建的废石回填露天坑，使覆盖层厚度大于两个分段高度。为防止循环动力冲击灾害的出现，覆盖层的厚度往往要大于两个分段的高度，这种覆盖层形成方式造成前期废石回填量大，投资高；井下投产后，生产过程中将产生部分废石，由于崩落法造成上部覆盖层和围岩的移动、变形，如果将这部分废石用于回填露天坑，难以保证回填排岩作业的安全，因此，露天转地下开采的矿山生产过程中产生的废石都运至露天开采时期已有的排土场或新建的排土场，对环境造成了影响。露天转地下开采结束后，再对露天坑进行回填或封闭处理。
技术二：在井下开采之前，利用排土场废石和井下基建的废石回填露天坑，使覆盖层厚度大于两个分段高度，井下投产后，生产出的废石运至其他不生产的露天坑或露天坑中其他不生产的采区，该方案仅用于多露天采坑矿山或较大露天采坑分区开采矿山的露天转地下开采。
技术三：在井下开采之前，不回填露天坑，井下投产后，把上部两个以上分段崩落矿石的大部分留作覆盖层，井下投产后，生产出的废石运至排土场。露天转地下开采结束后，再对露天坑进行回填或封闭处理。这种方案前期积压崩落的矿石，影响矿山初期生产，后期回收困难。
因此，现有技术中存在在井下生产时，上部覆盖层和围岩产生移动、变形，没有办法保证回填作业的设施和人员安全的问题，现有技术解决这一问题的方法为在井下开采之前，利用排土场废石和井下基建的废石回填露天坑，使覆盖层厚度大于两个分段高度，井下生产时，井下产生的岩石需要排放到矿山已有的排土场或新建的排土场，不能直接排放到露天坑中，此方法存在以下问题：1、井下开采之前回填，投资较大，回填量相对较少，露天坑易受循环动力冲击，危害井下开采；2、覆盖层得不到及时的补充；3、生产过程中产生的废石都运至排土场，对环境造成了影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，解决现有技术中的单一采区或多露天坑、多采区同时回采的崩落法露天转地下开采矿山井下生产的同时，露天坑回填的问题，同时解决崩落法开采覆盖层的补充、避免循环动力冲击灾害对井下开采的影响以及井下废石排放的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，包括以下步骤：
S1：根据矿体赋存条件，将井下开采的各个回采工作面布置在一个或几个条带上，在回采工作面上部划出一个或几个移动区；
S2：为了回填作业安全，在移动区外划出安全带；
S3：将露天坑内安全带以外的区域作为回填排岩区，进行废石排放；
S4：由于回采工作面是移动的，故移动区、安全带、回填区都要随井下回采工作面的移动而移动，本质上是动态分区，回填作业是一种尾随作业；
S5：为确保露天坑和回填作业的安全，按最低开采分段矿石采出后的边界，依据围岩移动角圈定围岩变形界线，并在最低开采分段矿石采出前，回填围岩变形界线以内的露天坑，防止露天坑边帮围岩变形移动，同时在进入围岩变形界线以内进行回填作业时，运输车辆限速行驶，确保运输回填作业的安全；
S6：当不同区段的矿体品质、采掘设备装备不同时，根据生产需要和进度安排进行分区，确定各分区开采顺序和回填作业顺序；
S7：依据地下开采分区、上部回填分区及相应的开采、回填顺序，结合露天采坑运输道路和采场外部道路，安排回填排岩运输系统；
S8：编制露天坑回填计划，按照计划实施回填排岩；
S9：当地下开采发生变化时，调整露天坑回填分区，并按调整后的分区进行回填。
进一步的，S1中移动区的长度为各相邻回采工作面采动的总长度，移动区的宽度为以回采工作面铲斗铲动点为基点，按移动角向上圈定的范围。
进一步的，S1中移动区的宽度取决于出矿设备铲斗铲动范围的宽度、上覆散体总厚度、块度及流动性。
进一步的，S2中安全带的宽度根据回填排土设施的保护等级确定。
进一步的，采用汽车道路回填作业时，安全带的宽度为10m。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法解决了单一采区或多露天坑、多采区同时回采的崩落法露天转地下开采矿山井下生产的同时，露天坑回填的问题，同时解决了崩落法开采覆盖层的补充、避免循环动力冲击灾害对井下开采的影响以及井下废石的排放问题。本发明结合矿山生产实际和崩落采矿法的特点，提出了井下生产动态分区、露天坑内回填排岩尾随作业的总体思路，实现了在井下开采的同时，将地下开采的废石及周边矿山产生的废石回填露天坑，既满足了井下开采覆盖层的要求，也避免了废石排至排土场对环境造成的不利影响，并且，废石回填至露天坑，增加了覆盖层的厚度，避免或减少了循环动力冲击灾害对井下开采的影响，有利于井下开采的安全。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法的一分段回采时露天坑回填分区图；
图2为本发明的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法的三分段回采时露天坑回填分区图；
图3为本发明的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法的移动区的示意图。
附图标记说明：1、安全带；2、移动区；3、回填区；4、第一下盘边帮回填运输平台；5、第二下盘边帮回填运输平台；6、第一上盘边帮回填运输平台；7、第二上盘边帮回填运输平台；8、地表；9、矿体；10、回采工作面；11、一分段；12、二分段；13、三分段；14、四分段；15、五分段；16、六分段；17、回采进路；18、生产期回填；19、投产前回填；20、采切工程；21、开采2分段矿体后围岩变形界线；22、开采三分段矿体后围岩变形界线；23、开采4分段矿体后围岩变形界线；24、开采6分段矿体后围岩变形界线；25、移动角；26、崩落的矿石；27、炮孔；28、铲运机；29、覆盖层。
具体实施方式
实施例1
如图1至图3所示，本发明实施例1提供一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，包括以下步骤：
S1：根据矿体9赋存条件，将井下开采的各个回采工作面10布置在一个或几个条带上，在回采工作面10上部划出一个或几个移动区2；
S2：为了回填作业安全，在移动区2外划出安全带1；
S3：将露天坑内安全带1以外的区域作为回填排岩区，进行废石排放；
S4：由于回采工作面10是移动的，故移动区2、安全带1、回填区3都要随井下回采工作面10的移动而移动，本质上是动态分区，回填作业是一种尾随作业；
S5：为确保露天坑和回填作业的安全，按最低开采分段矿石采出后的边界，依据围岩移动角圈定围岩变形界线，并在最低开采分段矿石采出前，回填围岩变形界线以内的露天坑，防止露天坑边帮围岩变形移动，同时在进入围岩变形界线以内进行回填作业时，运输车辆限速行驶，确保运输回填作业的安全；
S6：当不同区段的矿体9品质、采掘设备装备不同时，根据生产需要和进度安排进行分区，确定各分区开采顺序和回填作业顺序；
S7：依据地下开采分区、上部回填分区及相应的开采、回填顺序，结合露天采坑运输道路和采场外部道路，安排回填排岩运输系统；
S8：编制露天坑回填计划，按照计划实施回填排岩；
S9：当地下开采发生变化时，调整露天坑回填分区，并按调整后的分区进行回填。
其中，在安全带1以外、露天坑以内且可以进行回填作业的区域即为回填区3。
并且，S5中最低开采分段矿石是指最下部的开采分段，取决于采矿进度，根据采矿进度计划确定最低开采分段。地下开采自上而下逐分段开采，每个分段在其开采时，都成为最低开采分段。这也导致，由此圈定的围岩变形界线也是随着生产的进行，由内向外逐步扩大的。
同时，S5中移动角，也称为错动角，也可称为“可能产生变形移动的倾角”，其一般采用类比法确定，即参照同类矿山的实际围岩变形移动的倾角选取，该倾角主要由围岩的物理力学性质、节理裂隙等因素所决定。
具体的，S1中移动区2的长度为各相邻回采工作面10采动的总长度，移动区2的宽度为以回采工作面10铲斗铲动点为基点，按移动角25向上圈定的范围。其中，移动区2设立在回采工作面10上部。
本实施例1的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法如附图1所示，采用无底柱分段崩落采矿法，图1中所示移动区2、安全带1、回填区3、第一下盘边帮回填运输平台4、第二下盘边帮回填运输平台5、第一上盘边帮回填运输平台6、第二上盘边帮回填运输平台7、地表8、一分段11、二分段12、三分段13、四分段14、五分段15、六分段16、生产期回填18、投产前回填19、采切工程20、开采2分段矿体后围岩变形界线21、开采三分段矿体后围岩变形界线22、开采4分段矿体后围岩变形界线23以及开采6分段矿体后围岩变形界线24，其中箭头所示方向为回采工作面10前进的方向。
将本实施例1的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法的具体步骤结合附图1进行说明如下：①附图1中，一分段11各回采进路17的回采工作面10均布置到图示位置，移动区2的长度为一分段11各相邻回采工作面10采动的总长度，宽度为以回采工作面10铲斗铲动点为基点，按移动角25向上圈定的区域；②在移动区2外划出安全带1；③露天坑内安全带1以外的区域作为回填区3，进行废石排放；④移动区2、安全带1、回填区3随井下回采工作面10的移动而移动；⑤按一分段11矿石采出后的边界，依据围岩移动角圈定附图1所示围岩变形界线，在一分段11矿石采出前，利用第一下盘边帮回填运输平台4、第一上盘边帮回填运输平台6回填围岩变形界线以内的露天坑，防止或减小露天坑边帮围岩变形移动，同时在进入围岩变形界线以内进行回填作业时，运输车辆限速行驶，确保运输回填作业的安全；⑥当不同区段的矿体9品质不同、采掘设备装备不同时，可以根据生产需要和进度安排，进行分区，确定各区开采顺序和回填作业顺序；⑦依据地下开采分区、上部回填分区及相应的开采、回填顺序(即图中箭头所示回采工作面10前进的方向)，结合露天坑内运输道路和采场外部道路，安排回填排岩运输系统；⑧编制露天坑回填计划，按照计划实施回填；⑨当地下开采发生变化时，调整露天坑回填分区，并按调整后的分区进行回填。
附图2是附图1所示露天转地下开采回采至三分段13时的露天坑分区回填图，图中第一上盘边帮回填运输平台6已位于三分段13回采后围岩变形界线以内，所以利用其上部第二上盘边帮回填运输平台7，首先回填围岩变形界线内的露天坑，确保其安全稳定。其他分区回填的步骤和方法与附图1相同。
综合附图1和附图2可知，通过使用本实施例1的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，可在实现崩落法露天转地下开采正常生产的同时，进行回填作业，还可同时解决崩落法开采覆盖层29的补充、避免循环动力冲击灾害对井下开采的影响以及井下废石的排放问题。
具体的，S1中移动区2的宽度取决于出矿设备铲斗铲动范围的宽度、上覆散体总厚度、块度及流动性。如图3中所示崩落的矿石26、炮孔27、铲运机28以及覆盖层29，由于崩落采矿法采矿时，上部覆盖层29移动的原因是出矿设备铲取矿石后，其上覆散体下移补充造成的，因此，移动区2的宽度取决于出矿设备铲运机28铲斗铲动范围的宽度、上覆散体总厚度、块度及其流动性，其采用散体移动角(散体移动角一般是40°以上，需要实测或类比确定移动角的数值)，以回采工作面10铲斗铲动点为基点，在崩落矿石上部，按移动角25向上圈定的区域即为移动区2，其中崩落矿石部分的移动，理论上是椭球体，实际近似矩形。
具体的，S2中安全带1的宽度根据回填排土设施的保护等级确定。
具体的，采用汽车道路回填作业时，安全带1的宽度为10m。
本实施例1中，安全带1数值设立标准：安全带1设立在移动区2以外，可以参照《采矿设计手册(第2卷下)》(采矿设计手册编委会，北京，中国建筑工业出版社，1987)第895页，表2-2-14，地表建筑物的保护等级，因没有针对回填作业及其设施的保护条款，故可参照三级保护(包括主要水道工程、天然水池、人造水池河床、经常流水的山谷、斜通风井筒、辅助井筒、地方铁路等)，将安全带1的宽度设置为10m。
实施例2
将本发明实施例2的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法应用于黑山铁矿Ⅰ号采场露天转地下崩落法开采露天坑回填项目。在开展此项目之前，黑山铁矿Ⅰ号采场露天转地下开采设计中，生产中产生的岩石均排至排土场，排土场选择在580m平硐口西侧250m处、原机车修理间的西北，容量为136万m3，采用卷扬与推土机配合排岩，但外排困难及附近多家矿山的岩石无合适的排土场。下面对在黑山铁矿Ⅰ号采场中应用本发明实施例2的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法的具体实施作详细说明。
(1)现状条件
黑山Ⅰ号采场原为露天开采，1986年6月正式建成投产，矿山采用公路运输开拓方式，组合台阶采矿方法。黑山Ⅰ号露天采场已经到达露天坑底650m水平，最大开采深度达258m，形成了深凹露天开采，2014年露天采场闭坑并转为地下开采，现正开采616m分段。
露天采场长约820m，宽460m，封闭圈标高750m，露天坑底标高为650m。开采台阶高度为12m，两个台阶一并段，最终形成了650m、674m、698m、722m、746m、770m、800m、830m、855m、895m、920m、940m，共12个台阶，最终边坡角45°，总出入沟位于露天坑东南侧。
在露天坑北侧815m平台有一条通风井，该通风井担负露天转地下开采基建临时出碴任务，由该通风井提升的碴石可直接排至露天坑。目前815m平台已形成长100m，宽30m的排岩平台。
露天坑北帮800m平台中部以东最小宽度为15m，可做为露天坑排岩平台。
露天转井下开采规模为100万吨/a，主要采用无底柱分段崩落采矿法采矿，分段高度为12m，首采分段为628m，目前挂帮矿及628m分段已基本回采结束，正在回采616m分段。
目前，黑山铁矿露天转地下开采的覆盖层已到664m水平，覆盖层厚度达到了24m。
露天坑回填排岩的废石的主要来源矿山距离黑山铁矿1km左右，每年约400万吨的岩量，黑山铁矿井下每年可生产15万吨废石也需要排至露天坑内。
(2)井下回采顺序及首采区
616m分段回采进路主要布置在矿体西侧，以穿脉联络道为界由东向西划分为1号、2号、3号、4号、5号5个区域开采，每个区域均由东向西开采，垂直矿体方向由上盘向下盘开采。地下生产同时出矿的进路数为4-5条，而4号和5号区域矿量较大，因此确定4号、5号区域为首采区域。
(3)回填排岩分区及回填运输系统
815m平台已形成长100m，宽30m的排岩平台，平台在北侧与现状矿区道路通过简易道路连接，排岩平台位于地表8岩石变形界线外，可以作为露天坑的排岩平台。
露天坑北帮800m平台中部以东最小宽度为15m，且位于地表8岩石变形界线外，可做为露天坑排岩平台。
将815m排岩平台、800m排岩平台划分为若干排岩区域，形成多区回填排岩，排岩能力大，能满足黑山铁矿及相邻其他矿山的排岩需要。
为保证露天坑排岩作业与地下开采作业安全进行，排岩区域的坡底不能进入地下放矿区域上方安全带以内。排岩位置依据地下开采进度安排，排岩作业和回采作业不能在同一区域进行；排岩作业区域在开采区域上方安全带1以外。实际排岩位置需根据现场实际的井下回采顺序，尾随回填作业。
815m排岩平台以下的北帮800m台阶东西长约280m，南北宽约在15m-45m，其东端通过简易道路与现状矿区道路连接。800m台阶西部150m范围内南北宽在30m以上，能够满足车宽为2.3m有效载重达到50吨的自卸汽车进行初始排岩的需求，其东西长度也满足排岩工作面根据地下采场开采部位的变化进行尾随回填作业的要求。
815m排岩平台尽管存在台阶高度大，相同排岩量形成的覆盖层面积较小等不足，但其沿露天坑西北帮满足安全要求，可在安全带以外向西推进，之后再沿西帮向南推进有利于尽快形成地下采场西端尤其时西南部位的覆盖层；同时还能形成多点排岩的优势，为随着地下采场生产部位的变化动态调整排岩工作面创造有利条件。
815m排岩平台在露天坑西北侧和西侧向西、南方向进行推进，800m台阶形成初始排岩工作面后向南、东南方向进行推进。
(4)回填排岩计划
排岩矿山剥离岩石需要的堆存体积为193.2万m3/a。露天坑排弃至标高815m，在考虑地下采场沉陷与塌落体积的情况下其岩石收容量为2257万m3，黑山Ⅰ号露天坑作为排岩场的服务年限可达11.7年。
黑山Ⅰ号采场矿体主要集中在西南侧，该部分矿体上方覆盖层需尽快补充。按照现状815m排岩平台采用满足最小平台宽度和安全要求的作业宽度(35m)向西推进，之后沿西帮向南推进；800m台阶形成初始排岩工作面后向南、东南方向推进的方式编制排岩计划，回填排岩进度计划详见表1。
表1回填排岩进度计划表
通过回填排岩进度计划表的编制可以看出，通过动态分区，尾随回填排岩，第1年年末排岩台阶坡脚即可覆盖露天坑底57.5％的面积，排岩第5年排岩台阶坡脚即可覆盖全部露天坑底，第10年可基本排满露天采坑800m台阶，实现了在矿山生产的同时，回填露天坑。
本发明的露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法解决了单一采区或多露天坑、多采区同时回采的崩落法露天转地下开采矿山井下生产的同时，露天坑回填的问题，同时解决了崩落法开采覆盖层的补充、避免循环动力冲击灾害对井下开采的影响以及井下废石的排放问题。本发明结合矿山生产实际和崩落采矿法的特点，提出了井下生产动态分区、露天坑内回填排岩尾随作业的总体思路，实现了在井下开采的同时，将地下开采的废石及周边矿山产生的废石回填露天坑，既满足了井下开采覆盖层的要求，也避免了废石排至排土场对环境造成的不利影响，并且，废石回填至露天坑，增加了覆盖层的厚度，避免或减少了循环动力冲击灾害对井下开采的影响，有利于井下开采的安全。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据矿体赋存条件，将井下开采的各个回采工作面布置在一个或几个条带上，在回采工作面上部划出一个或几个移动区；
S2：为了回填作业安全，在移动区外部划出安全带；
S3：将露天坑内安全带外部的区域作为回填排岩区，进行废石排放；
S4：由于回采工作面是移动的，故移动区、安全带、回填区都要随井下回采工作面的移动而移动，本质上是动态分区，回填作业是一种尾随作业；
S5：为确保露天坑和回填作业的安全，按最低开采分段矿石采出后的边界，依据围岩移动角圈定围岩变形界线，并在最低开采分段矿石采出前，回填围岩变形界线以内的露天坑，防止露天坑边帮围岩变形移动，同时在进入围岩变形界线以内进行回填作业时，运输车辆限速行驶，确保运输回填作业的安全；
S6：当不同区段的矿体品质、采掘设备装备不同时，根据生产需要和进度安排进行分区，确定各分区开采顺序和回填作业顺序；
S7：依据地下开采分区、上部回填分区及相应的开采、回填顺序，结合露天采坑运输道路和采场外部道路，安排回填排岩运输系统；
S8：编制露天坑回填计划，按照计划实施回填排岩；
S9：当地下开采发生变化时，调整露天坑回填分区，并按调整后的分区进行回填。
2.根据权利要求1所述的一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，其特征在于，S1中移动区的长度为各相邻回采工作面采动的总长度，移动区的宽度为以回采工作面铲斗铲动点为基点，按移动角向上圈定的范围。
3.根据权利要求1所述的一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，其特征在于，S1中移动区的宽度取决于出矿设备铲斗铲动范围的宽度、上覆散体总厚度、块度及流动性。
4.根据权利要求1所述的一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，其特征在于，S2中安全带的宽度根据回填排土设施的保护等级确定。
5.根据权利要求4所述的一种露天转地下崩落法开采后露天坑回填方法，其特征在于，采用汽车道路回填作业时，安全带的宽度为10m。
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