金山矿业露天转地下开采技术分析

刘占卫 王 健 李述涛

(中色地科矿产勘查股份有限公司)

露天转地下开采是国内外金属矿山中深受重视的技术方向之一［1-4］，随着对矿山环境保护、经营效益和安全生产等重视程度r不断提升，露天开采前期研究、过渡期研究、关键技术、矿山地质和综合评价等已成为关注和研究的热点［5-7］。

阿鲁科尔沁旗金山矿业有限责任公司(简称金山矿业)位于内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗巴彦温都尔，现为中色地科矿产勘查股份有限公司直属子公司。根据山东省核工业二四八地质大队于2009年提交的地质详查报告，办理了本区采矿证。委托专业矿山设计单位进行了初步设计及安全专篇的编制，矿山设计生产能力10万t/a。因铁矿石的磁选工艺相对投资少、见效快，首期采用磁选工艺对磁铁矿石进行选矿，根据地质资源和开采条件，再增加其他合理采选工艺。经过近期进一步开展地质勘查工作后，探明二采区浅部赋存有工业价值矿体，资源储量具有开采价值。露天开采的可行性分析和研究认为该矿区前期可根据现有赋存矿体现状采用露天开采的方式进行，后期逐渐转入地下开采的模式，不仅可以充分回收矿产资源，而且还将有利于降低开采成本，减少前期项目建设资金投入。因此，本文对金山矿业露天转地下开采的可行性方案进行初步分析和探讨，就露天转地下开采的衔接问题，地下开采中开拓巷道的布置方案，露天与地下开采中的相关技术措施问题提出了建设性的意见和方案。

1 矿体地质特征

1.1 矿体特征

Ⅰ号铁铜矿体赋存于金山矿业二采区，呈似层状、透镜状产出，长85～319 m，厚1.27～29.51 m，矿体产状330°～350°，倾角∠45°～65°。以铁矿石类型为主，TFe品位8.75%～35.09%，MFe品位4.82%～30.45%。矿体局部地段有分枝复合、膨大狭缩现象。在矿石分带上，地表以氧化矿为主(已完全剥离)，浅部和深部不论是铁矿石还是铁铜矿石，均以原生矿为主。在Ⅰ号铁铜矿体中以Ⅰ－1、Ⅰ－3为主，其次为Ⅰ－2矿体。

Ⅰ－1铁铜矿体:位于4～20线，长269 m，出露最大标高971 m，最低标高489 m，最大斜深500 m，矿体水平厚度变化大，为1.27～29.51 m，平均12.39 m，矿体TFe品位20.79%～24.19%，平均22.52%，顶板围岩为角岩化板岩，下盘围岩为矽卡岩化夹粉砂质板岩，矿体产状330°～340°∠45°～70°，东侧16线伴生Cu，Cu品位0.10%～0.13%，平均0.11%。

Ⅰ－3铁铜矿体:与Ⅰ－1矿体近平行产出，位于4～20线，长319 m，出露最大标高967 m，最低标高465 m，最大斜深500 m，矿体水平厚5.37～26.49 m，平均13.36 m，矿体TFe品位21.06%～34.27%。顶板围岩为矽卡岩化夹粉砂质板岩，下盘围岩为(角岩化)砂质板岩，矿体产状330°～340°∠45°～70°。

Ⅰ－2铁铜矿体:与Ⅰ－1矿体近平行产出，位于16线，长100 m，最低标高475 m，矿体水平厚2.65～2.86 m，平均2.76 m，矿体TFe品位:20.79%～24.19%，平均22.52%。顶底板围岩为矽卡岩化夹粉砂质板岩。从总体上看，由西向东，厚度逐渐增大、TFe和MFe品位有变富趋势，纵向上由地表向深部TFe、MFe品位也有变高的趋势。由矿体向外围为含铁铜矽卡岩—矽卡岩化角岩—角岩—角岩化砂岩，由上至下为铁铜矿矿石类型→铜矿石类型，总体看，铜品位向深部和向东部有增大的趋势。

1.2 矿石特征

(1)本区铁铜矿石结构主要有矿石呈自形－半自形细粒结构，另外可见交代结构、交代残余结构、填隙结构。矿石构造主要为浸染状构造，其他有细脉状构造、条带状构造、致密块状构造等。

(2)本区铁铜矿石矿物成分简单，金属矿物以磁铁矿为主，其次有磁黄铁矿、褐铁矿、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、镜铁矿、赤铁矿等。脉石矿物主要为透辉石、阳起石、符山石、方解石和石英，其次为少量绿泥石、绢云母、绿帘石等。

(3)本区铁和铜赋存状态有利于工业利用。铁品位在11.39%～46.91%，磁铁矿呈浸染状和致密块状产出，具有很好的可解离性。铁(表1)以磁性铁为主，局部有少量硫化相铁，硅酸盐相铁和碳酸盐相铁含量均不高，磁性铁占75%左右，适合采用现行磁选工艺流程。铜(表2)以原生硫化铜为主，主体位于浅部和深部，是今后转地下开采的利用对象，适合采用浮选工艺。

表1 矿石铁物相分析结果 %

表2 矿石铜物相分析结果 %

1.3 围岩和夹石

本区二采区铁铜矿体主要为靠近花岗斑岩的侵入体及其分出的小岩枝，呈网脉或散点浸染状存在于矽卡岩蚀变带中，其上下盘围岩为绿泥石石榴石矽卡岩和板岩。绿泥石石榴石矽卡岩主要由石榴石及少量绿泥石、磁铁矿、阳起石等构成，片状粒状变晶结构;板岩主要由绢云母、绿泥石、石英及原岩砂、泥质成分等构成。矿体中基本无夹石。

2 露天转地下开采可行性方案分析

2.1 开采技术条件

(1)本矿区位于水文地质单元区的补给径流区。分水岭呈西南凸出的弧形展布，分水岭最大标高1 049 m，最低侵蚀基准面标高为780 m，地表地形有利于自然排水，铁铜矿体位于当地侵蚀基准面之上，水文地质边界简单。区内地下水不发育，无地表水体，属贫水区，矿区水文地质条件属简单型。在转地下开采中，断裂带中有裂隙水渗流，但对井巷工程影响不大。

(2)根据矿区构造特点、岩性特征及构造影响程度等条件，矿区内可划分为松散岩层类型、块状坚硬岩类型、层状坚硬岩类型和构造蚀变岩类型。松散岩层类型主要分布在沟谷等低洼地段，且远离矿体，对矿山生产无妨碍作用;块状和层状坚硬岩类型质地坚硬，工程性质良好;因受构造的破坏、蚀变等因素的影响，致使围岩的承载力、坚硬程度和稳定性有所降低。

矿体赋存于二叠系板岩中，矿体顶底板围岩岩石类型主要为板岩，抗压强度87.83 MPa，抗剪强度10 MPa，抗拉强度4.55 MPa，岩石整体稳定性较强，基本不存在不良工程地质问题。矿区工程地质勘探类型属坚硬～半坚硬为主的块状岩类，工程地质条件属Ⅱ类2型。

根据矿体赋存条件、露天开采自然条件、露天采场底部标高及安全排水等措施要求，整个采区开拓方案已经分为一期和二期。一期为露天开采，露天采场底部标高为+860 m，台阶高度12 m，规划设计8个开采台阶，最终边坡角50°。二期为地下开采，采用主斜井集中运输出矿，风井通风的方式，阶段高度40～60 m，阶段标高+800、+740、+700、+660、+620 m，地下开采范围为0～16线。

(3)环境地质特征。在地形地貌上，矿区属于中低山区，相对高差在800 m左右，地表植被不发育，未发现环境污染现象和新的构造运动，也不易发生滑坡及泥石流等自然灾害。矿区内的自然地质活动除了风化剥蚀外，别无其他的地质构造活动，因此比较稳固。通过对围岩及矿体的放射性γ测量，其γ值在10～25，绝大多数＜20，矿山开采对人体及周围环境不会造成放射性危害。总之，该区环境地质条件较好。

2.2 露天转地下开采可行性研究

(1)露天转地下开采中，前期规划研究、过渡期合理安排露天转地下的开采顺序［5-10］和各项衔接工程非常重要，最终实现全面转入地下开采。对于过渡期产量衔接问题，既要保证露天开采正常、安全进行，又要逐步提高地下开采的产量，最终在露天开采结束的同时，地下开采产量能完全满足选厂生产的需求。为保证产量衔接，应安排好露天开采各台阶之间、露天与地下开采之间以及地下开采各阶段之间的关系，要充分考虑地下开拓工程建设的时间和资金安排，尽量在保证安全生产的前提下，缩短开拓工程建设时间。

(2)根据本区矿体赋存特征、开采技术条件、开采方式和开采顺序规划要求，露天转地下开采的基本方案为:首先根据现有开采环境，优先开采露天采场南侧和西侧矿体;然后逐步退采至东侧主斜井附近;第三，地下开采顺序选用自上而下的思路，先开采上中段矿体，后开采下中段矿体，并且在开采上中段矿体时，将岩石和废石作为充填物回填至上中段采空区，防止出现地表塌陷，消除不安全和不稳定因素。在露天转地下开采的过渡期间，处理好露天和地下开采的空间位置关系尤为重要，当露天与地下成垂直对应关系开采时，要留有足够的隔离矿柱并对采空区进行必要的充填，以保证露天和地下开采的安全作业，防止出现地表塌陷和顶板冒落。当露天与地下形成错位开采时，则可以不留或者少留隔离矿柱，因此，在考虑露天转地下开采时，应尽量采用错位开采的方式，减少因爆破作业带来的不利影响。

(3)在地下开采+800 m中段矿体时，由于该中段与露天采场底部距离近，为避免井下回采活动给露天作业造成不利影响，在该中段回采作业时应优先采用留隔离矿柱和充填采空区的做法，以最大限度保证矿体顶板的稳定。地下开采主要采用中孔留矿采矿方法，采矿阶段高40～60 m，分段高度10～12 m，各阶段运输平巷主要布置在矿体底板中。

(4)采用主斜井+风井的开拓方式，不仅可以减少开拓巷道的工程量，而且还能缩短井下通风系统贯通的时间。井下采用自上而下，由两侧向中间回采的方式，一期为开采+800和+740 m水平，二期为开采+700、+660和620 m水平，预计井下一期开采规模可达到30万t/a，二期可达到60万t/a。

(5)开拓探矿与采区地质工作。在近期矿山地质工作成果基础上，在开拓工程和采区需要加强矿山地质找矿和生产勘探工作，运用矿山工程地球化学勘探和岩相学填图等新方法，进行铁铜矿体和含矿蚀变体共伴生组分查定和评价，为今后铁铜和铜矿综合开采和综合利用奠定基础。

3 关键技术问题研究

3.1 露天开采转地下开采的关键问题

根据金山矿业矿体赋特征、工程地质条件和开采技术条件，结合当前国内外类似矿山工程的实际经验，正确分析和认识露天转地下开采的工程技术特点，强化露天转地下开采的安全管理理念，采取必要的安全防范措施显得至关重要。

(1)转采过渡期间开拓勘探、生产勘探和矿体的二次圈定工作要作为重点来抓。开拓勘探不仅为矿山企业在矿权范围内的总体开采设计提供重要的技术支持，而且为矿山的未来发展方向和矿权扩界提供了科学、可靠的依据。生产探矿作为采矿生产活动中的重要组成部分，可安全、准确地探明开采矿体的赋存情况，对于矿体内部结构、断层情况和富含水体状况等均能做到较好的预见和预防，能提前采取必要的防范措施，确保生产安全、有序地开展。通过开拓探矿和生产探矿工作的逐步深入，矿体的二次圈定工作也会取得进一步的成效，使得对开采矿体的认识更加清晰，为采矿工作面的重新规划和设计提供了重要依据，为扩大生产、提高效益创造有利条件。

(2)露天工程与地下工程应统一规划和有机结合。对于露天转地下开采的矿山，应充分利用各自优点，在制定可行性方案的同时，统一规划，合理布置，相互利用，使露天和地下开采有机结合起来，发挥出更高的效能。主要应从以下2方面重点考虑:①开拓工程。利用地下开拓运输工程，减少露采矿石运输压力，缩短运距，节约成本;地下开采的井筒布置要充分考虑露天开采的采动影响，尽量远离裂隙带所产生的地表位移区和塌陷区。②排水工程。雨季形成的露天采场积水可以通过渗流集中汇集至井下排水硐室，通过排水泵集中排放至地面，避免露天采场排水泵的多次搬家。

(3)进一步做好工程地质和水文地质的勘探工作。工程地质勘探主要是为了探明赋存矿床内的断层、裂隙和破碎带的分布情况，在靠近以上区域施工作业时，采取加强支护的技术措施，防止安全事故的发生。水文地质主要是在巷道施工作业工程中，对出现淋水较大地段采取超前探放水措施，以便探明前方所遇水体具体情况，确保井巷施工能正常安全进行。

3.2 安全应对措施

随着露天开采深度不断增大，其开采面积也不断扩大，在露天转地下开采过渡期间存在较多的安全隐患，因此，对露天采场最终边坡稳定性要做好预防工作，防止出现大面积滑坡和泥石流。过渡期间应尽量避免露天和地下作业在同一垂直方向上，避免出现因爆破或回采施工作业引起的安全生产事故。为了防止露天采场底部积水对地下开采形成积水倒灌，必须依托有利地形，将露天采场排水沟与外界排水系统贯通，形成自然排洪体系。采坑完毕后的露天采坑禁止作为排放废石的场地，避免因大量堆放废石对地下回采中段产生不利影响，出现地表塌陷和顶板冒落。

3.3 矿山生态环境综合治理

矿产资源开发利用要与自然生态环境相协调，坚持统筹规划、预防为主、综合治理的原则，治理的主要方面包括:一是边坡治理，将坡角降低到安全角度以下，及时清除危石和浮石，稳固边坡，消除崩塌安全隐患;二是生态绿化，露天采场开采结束后，及时进行复土和植被绿化，种植一些低矮灌木和花草，恢复采场周围自然生态环境;三是在废石场周围砌筑拦挡墙，防止发生大块废石滚落和滑坡;四是矿区内的运输道路和排土石场须采取必要的洒水降尘措施，避免出现严重的粉尘和扬沙，减少对周围环境造成环境污染。

4 结论

结合金山矿业现场实际情况，在前期可行性研究和过渡期，加强开拓探矿、生产勘探、矿体共伴生组分查定和评价。根据矿床地质赋存特征，开采技术条件和生产管理水平开展露天转地下的规划设计，采取安全、合理、有效的预防和应对措施。同时，要搞好矿山生态环境的综合治理工作，使矿产资源综合利用与生态环境保护协调发展，对金山矿业未来的和谐发展具有十分重要的现实意义。

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