金山礦業(yè)露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采技術(shù)分析

劉占衛(wèi) 王 健 李述濤

(中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司)

露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采是國(guó)內(nèi)外金屬礦山中深受重視的技術(shù)方向之一［1-4］，隨著對(duì)礦山環(huán)境保護(hù)、經(jīng)營(yíng)效益和安全生產(chǎn)等重視程度r不斷提升，露天開(kāi)采前期研究、過(guò)渡期研究、關(guān)鍵技術(shù)、礦山地質(zhì)和綜合評(píng)價(jià)等已成為關(guān)注和研究的熱點(diǎn)［5-7］。

阿魯科爾沁旗金山礦業(yè)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)金山礦業(yè))位于內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗巴彥溫都爾，現(xiàn)為中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司直屬子公司。根據(jù)山東省核工業(yè)二四八地質(zhì)大隊(duì)于2009年提交的地質(zhì)詳查報(bào)告，辦理了本區(qū)采礦證。委托專(zhuān)業(yè)礦山設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)及安全專(zhuān)篇的編制，礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10萬(wàn)t/a。因鐵礦石的磁選工藝相對(duì)投資少、見(jiàn)效快，首期采用磁選工藝對(duì)磁鐵礦石進(jìn)行選礦，根據(jù)地質(zhì)資源和開(kāi)采條件，再增加其他合理采選工藝。經(jīng)過(guò)近期進(jìn)一步開(kāi)展地質(zhì)勘查工作后，探明二采區(qū)淺部賦存有工業(yè)價(jià)值礦體，資源儲(chǔ)量具有開(kāi)采價(jià)值。露天開(kāi)采的可行性分析和研究認(rèn)為該礦區(qū)前期可根據(jù)現(xiàn)有賦存礦體現(xiàn)狀采用露天開(kāi)采的方式進(jìn)行，后期逐漸轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采的模式，不僅可以充分回收礦產(chǎn)資源，而且還將有利于降低開(kāi)采成本，減少前期項(xiàng)目建設(shè)資金投入。因此，本文對(duì)金山礦業(yè)露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的可行性方案進(jìn)行初步分析和探討，就露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的銜接問(wèn)題，地下開(kāi)采中開(kāi)拓巷道的布置方案，露天與地下開(kāi)采中的相關(guān)技術(shù)措施問(wèn)題提出了建設(shè)性的意見(jiàn)和方案。

1 礦體地質(zhì)特征

1.1 礦體特征

Ⅰ號(hào)鐵銅礦體賦存于金山礦業(yè)二采區(qū)，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，長(zhǎng)85～319 m，厚1.27～29.51 m，礦體產(chǎn)狀330°～350°，傾角∠45°～65°。以鐵礦石類(lèi)型為主，TFe品位8.75%～35.09%，MFe品位4.82%～30.45%。礦體局部地段有分枝復(fù)合、膨大狹縮現(xiàn)象。在礦石分帶上，地表以氧化礦為主(已完全剝離)，淺部和深部不論是鐵礦石還是鐵銅礦石，均以原生礦為主。在Ⅰ號(hào)鐵銅礦體中以Ⅰ－1、Ⅰ－3為主，其次為Ⅰ－2礦體。

Ⅰ－1鐵銅礦體:位于4～20線，長(zhǎng)269 m，出露最大標(biāo)高971 m，最低標(biāo)高489 m，最大斜深500 m，礦體水平厚度變化大，為1.27～29.51 m，平均12.39 m，礦體TFe品位20.79%～24.19%，平均22.52%，頂板圍巖為角巖化板巖，下盤(pán)圍巖為矽卡巖化夾粉砂質(zhì)板巖，礦體產(chǎn)狀330°～340°∠45°～70°，東側(cè)16線伴生Cu，Cu品位0.10%～0.13%，平均0.11%。

Ⅰ－3鐵銅礦體:與Ⅰ－1礦體近平行產(chǎn)出，位于4～20線，長(zhǎng)319 m，出露最大標(biāo)高967 m，最低標(biāo)高465 m，最大斜深500 m，礦體水平厚5.37～26.49 m，平均13.36 m，礦體TFe品位21.06%～34.27%。頂板圍巖為矽卡巖化夾粉砂質(zhì)板巖，下盤(pán)圍巖為(角巖化)砂質(zhì)板巖，礦體產(chǎn)狀330°～340°∠45°～70°。

Ⅰ－2鐵銅礦體:與Ⅰ－1礦體近平行產(chǎn)出，位于16線，長(zhǎng)100 m，最低標(biāo)高475 m，礦體水平厚2.65～2.86 m，平均2.76 m，礦體TFe品位:20.79%～24.19%，平均22.52%。頂?shù)装鍑鷰r為矽卡巖化夾粉砂質(zhì)板巖。從總體上看，由西向東，厚度逐漸增大、TFe和MFe品位有變富趨勢(shì)，縱向上由地表向深部TFe、MFe品位也有變高的趨勢(shì)。由礦體向外圍為含鐵銅矽卡巖—矽卡巖化角巖—角巖—角巖化砂巖，由上至下為鐵銅礦礦石類(lèi)型→銅礦石類(lèi)型，總體看，銅品位向深部和向東部有增大的趨勢(shì)。

1.2 礦石特征

(1)本區(qū)鐵銅礦石結(jié)構(gòu)主要有礦石呈自形－半自形細(xì)粒結(jié)構(gòu)，另外可見(jiàn)交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造，其他有細(xì)脈狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造等。

(2)本區(qū)鐵銅礦石礦物成分簡(jiǎn)單，金屬礦物以磁鐵礦為主，其次有磁黃鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、鏡鐵礦、赤鐵礦等。脈石礦物主要為透輝石、陽(yáng)起石、符山石、方解石和石英，其次為少量綠泥石、絹云母、綠簾石等。

(3)本區(qū)鐵和銅賦存狀態(tài)有利于工業(yè)利用。鐵品位在11.39%～46.91%，磁鐵礦呈浸染狀和致密塊狀產(chǎn)出，具有很好的可解離性。鐵(表1)以磁性鐵為主，局部有少量硫化相鐵，硅酸鹽相鐵和碳酸鹽相鐵含量均不高，磁性鐵占75%左右，適合采用現(xiàn)行磁選工藝流程。銅(表2)以原生硫化銅為主，主體位于淺部和深部，是今后轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的利用對(duì)象，適合采用浮選工藝。

表1 礦石鐵物相分析結(jié)果 %

表2 礦石銅物相分析結(jié)果 %

1.3 圍巖和夾石

本區(qū)二采區(qū)鐵銅礦體主要為靠近花崗斑巖的侵入體及其分出的小巖枝，呈網(wǎng)脈或散點(diǎn)浸染狀存在于矽卡巖蝕變帶中，其上下盤(pán)圍巖為綠泥石石榴石矽卡巖和板巖。綠泥石石榴石矽卡巖主要由石榴石及少量綠泥石、磁鐵礦、陽(yáng)起石等構(gòu)成，片狀粒狀變晶結(jié)構(gòu);板巖主要由絹云母、綠泥石、石英及原巖砂、泥質(zhì)成分等構(gòu)成。礦體中基本無(wú)夾石。

2 露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采可行性方案分析

2.1 開(kāi)采技術(shù)條件

(1)本礦區(qū)位于水文地質(zhì)單元區(qū)的補(bǔ)給徑流區(qū)。分水嶺呈西南凸出的弧形展布，分水嶺最大標(biāo)高1 049 m，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為780 m，地表地形有利于自然排水，鐵銅礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，水文地質(zhì)邊界簡(jiǎn)單。區(qū)內(nèi)地下水不發(fā)育，無(wú)地表水體，屬貧水區(qū)，礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單型。在轉(zhuǎn)地下開(kāi)采中，斷裂帶中有裂隙水滲流，但對(duì)井巷工程影響不大。

(2)根據(jù)礦區(qū)構(gòu)造特點(diǎn)、巖性特征及構(gòu)造影響程度等條件，礦區(qū)內(nèi)可劃分為松散巖層類(lèi)型、塊狀堅(jiān)硬巖類(lèi)型、層狀堅(jiān)硬巖類(lèi)型和構(gòu)造蝕變巖類(lèi)型。松散巖層類(lèi)型主要分布在溝谷等低洼地段，且遠(yuǎn)離礦體，對(duì)礦山生產(chǎn)無(wú)妨礙作用;塊狀和層狀堅(jiān)硬巖類(lèi)型質(zhì)地堅(jiān)硬，工程性質(zhì)良好;因受構(gòu)造的破壞、蝕變等因素的影響，致使圍巖的承載力、堅(jiān)硬程度和穩(wěn)定性有所降低。

礦體賦存于二疊系板巖中，礦體頂?shù)装鍑鷰r巖石類(lèi)型主要為板巖，抗壓強(qiáng)度87.83 MPa，抗剪強(qiáng)度10 MPa，抗拉強(qiáng)度4.55 MPa，巖石整體穩(wěn)定性較強(qiáng)，基本不存在不良工程地質(zhì)問(wèn)題。礦區(qū)工程地質(zhì)勘探類(lèi)型屬堅(jiān)硬～半堅(jiān)硬為主的塊狀巖類(lèi)，工程地質(zhì)條件屬Ⅱ類(lèi)2型。

根據(jù)礦體賦存條件、露天開(kāi)采自然條件、露天采場(chǎng)底部標(biāo)高及安全排水等措施要求，整個(gè)采區(qū)開(kāi)拓方案已經(jīng)分為一期和二期。一期為露天開(kāi)采，露天采場(chǎng)底部標(biāo)高為+860 m，臺(tái)階高度12 m，規(guī)劃設(shè)計(jì)8個(gè)開(kāi)采臺(tái)階，最終邊坡角50°。二期為地下開(kāi)采，采用主斜井集中運(yùn)輸出礦，風(fēng)井通風(fēng)的方式，階段高度40～60 m，階段標(biāo)高+800、+740、+700、+660、+620 m，地下開(kāi)采范圍為0～16線。

(3)環(huán)境地質(zhì)特征。在地形地貌上，礦區(qū)屬于中低山區(qū)，相對(duì)高差在800 m左右，地表植被不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染現(xiàn)象和新的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，也不易發(fā)生滑坡及泥石流等自然災(zāi)害。礦區(qū)內(nèi)的自然地質(zhì)活動(dòng)除了風(fēng)化剝蝕外，別無(wú)其他的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)，因此比較穩(wěn)固。通過(guò)對(duì)圍巖及礦體的放射性γ測(cè)量，其γ值在10～25，絕大多數(shù)＜20，礦山開(kāi)采對(duì)人體及周?chē)h(huán)境不會(huì)造成放射性危害?？傊?，該區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件較好。

2.2 露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采可行性研究

(1)露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采中，前期規(guī)劃研究、過(guò)渡期合理安排露天轉(zhuǎn)地下的開(kāi)采順序［5-10］和各項(xiàng)銜接工程非常重要，最終實(shí)現(xiàn)全面轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采。對(duì)于過(guò)渡期產(chǎn)量銜接問(wèn)題，既要保證露天開(kāi)采正常、安全進(jìn)行，又要逐步提高地下開(kāi)采的產(chǎn)量，最終在露天開(kāi)采結(jié)束的同時(shí)，地下開(kāi)采產(chǎn)量能完全滿(mǎn)足選廠生產(chǎn)的需求。為保證產(chǎn)量銜接，應(yīng)安排好露天開(kāi)采各臺(tái)階之間、露天與地下開(kāi)采之間以及地下開(kāi)采各階段之間的關(guān)系，要充分考慮地下開(kāi)拓工程建設(shè)的時(shí)間和資金安排，盡量在保證安全生產(chǎn)的前提下，縮短開(kāi)拓工程建設(shè)時(shí)間。

(2)根據(jù)本區(qū)礦體賦存特征、開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采方式和開(kāi)采順序規(guī)劃要求，露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的基本方案為:首先根據(jù)現(xiàn)有開(kāi)采環(huán)境，優(yōu)先開(kāi)采露天采場(chǎng)南側(cè)和西側(cè)礦體;然后逐步退采至東側(cè)主斜井附近;第三，地下開(kāi)采順序選用自上而下的思路，先開(kāi)采上中段礦體，后開(kāi)采下中段礦體，并且在開(kāi)采上中段礦體時(shí)，將巖石和廢石作為充填物回填至上中段采空區(qū)，防止出現(xiàn)地表塌陷，消除不安全和不穩(wěn)定因素。在露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的過(guò)渡期間，處理好露天和地下開(kāi)采的空間位置關(guān)系尤為重要，當(dāng)露天與地下成垂直對(duì)應(yīng)關(guān)系開(kāi)采時(shí)，要留有足夠的隔離礦柱并對(duì)采空區(qū)進(jìn)行必要的充填，以保證露天和地下開(kāi)采的安全作業(yè)，防止出現(xiàn)地表塌陷和頂板冒落。當(dāng)露天與地下形成錯(cuò)位開(kāi)采時(shí)，則可以不留或者少留隔離礦柱，因此，在考慮露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采時(shí)，應(yīng)盡量采用錯(cuò)位開(kāi)采的方式，減少因爆破作業(yè)帶來(lái)的不利影響。

(3)在地下開(kāi)采+800 m中段礦體時(shí)，由于該中段與露天采場(chǎng)底部距離近，為避免井下回采活動(dòng)給露天作業(yè)造成不利影響，在該中段回采作業(yè)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用留隔離礦柱和充填采空區(qū)的做法，以最大限度保證礦體頂板的穩(wěn)定。地下開(kāi)采主要采用中孔留礦采礦方法，采礦階段高40～60 m，分段高度10～12 m，各階段運(yùn)輸平巷主要布置在礦體底板中。

(4)采用主斜井+風(fēng)井的開(kāi)拓方式，不僅可以減少開(kāi)拓巷道的工程量，而且還能縮短井下通風(fēng)系統(tǒng)貫通的時(shí)間。井下采用自上而下，由兩側(cè)向中間回采的方式，一期為開(kāi)采+800和+740 m水平，二期為開(kāi)采+700、+660和620 m水平，預(yù)計(jì)井下一期開(kāi)采規(guī)?？蛇_(dá)到30萬(wàn)t/a，二期可達(dá)到60萬(wàn)t/a。

(5)開(kāi)拓探礦與采區(qū)地質(zhì)工作。在近期礦山地質(zhì)工作成果基礎(chǔ)上，在開(kāi)拓工程和采區(qū)需要加強(qiáng)礦山地質(zhì)找礦和生產(chǎn)勘探工作，運(yùn)用礦山工程地球化學(xué)勘探和巖相學(xué)填圖等新方法，進(jìn)行鐵銅礦體和含礦蝕變體共伴生組分查定和評(píng)價(jià)，為今后鐵銅和銅礦綜合開(kāi)采和綜合利用奠定基礎(chǔ)。

3 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究

3.1 露天開(kāi)采轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的關(guān)鍵問(wèn)題

根據(jù)金山礦業(yè)礦體賦特征、工程地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外類(lèi)似礦山工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，正確分析和認(rèn)識(shí)露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的工程技術(shù)特點(diǎn)，強(qiáng)化露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的安全管理理念，采取必要的安全防范措施顯得至關(guān)重要。

(1)轉(zhuǎn)采過(guò)渡期間開(kāi)拓勘探、生產(chǎn)勘探和礦體的二次圈定工作要作為重點(diǎn)來(lái)抓。開(kāi)拓勘探不僅為礦山企業(yè)在礦權(quán)范圍內(nèi)的總體開(kāi)采設(shè)計(jì)提供重要的技術(shù)支持，而且為礦山的未來(lái)發(fā)展方向和礦權(quán)擴(kuò)界提供了科學(xué)、可靠的依據(jù)。生產(chǎn)探礦作為采礦生產(chǎn)活動(dòng)中的重要組成部分，可安全、準(zhǔn)確地探明開(kāi)采礦體的賦存情況，對(duì)于礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、斷層情況和富含水體狀況等均能做到較好的預(yù)見(jiàn)和預(yù)防，能提前采取必要的防范措施，確保生產(chǎn)安全、有序地開(kāi)展。通過(guò)開(kāi)拓探礦和生產(chǎn)探礦工作的逐步深入，礦體的二次圈定工作也會(huì)取得進(jìn)一步的成效，使得對(duì)開(kāi)采礦體的認(rèn)識(shí)更加清晰，為采礦工作面的重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)，為擴(kuò)大生產(chǎn)、提高效益創(chuàng)造有利條件。

(2)露天工程與地下工程應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃和有機(jī)結(jié)合。對(duì)于露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的礦山，應(yīng)充分利用各自?xún)?yōu)點(diǎn)，在制定可行性方案的同時(shí)，統(tǒng)一規(guī)劃，合理布置，相互利用，使露天和地下開(kāi)采有機(jī)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮出更高的效能。主要應(yīng)從以下2方面重點(diǎn)考慮:①開(kāi)拓工程。利用地下開(kāi)拓運(yùn)輸工程，減少露采礦石運(yùn)輸壓力，縮短運(yùn)距，節(jié)約成本;地下開(kāi)采的井筒布置要充分考慮露天開(kāi)采的采動(dòng)影響，盡量遠(yuǎn)離裂隙帶所產(chǎn)生的地表位移區(qū)和塌陷區(qū)。②排水工程。雨季形成的露天采場(chǎng)積水可以通過(guò)滲流集中匯集至井下排水硐室，通過(guò)排水泵集中排放至地面，避免露天采場(chǎng)排水泵的多次搬家。

(3)進(jìn)一步做好工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的勘探工作。工程地質(zhì)勘探主要是為了探明賦存礦床內(nèi)的斷層、裂隙和破碎帶的分布情況，在靠近以上區(qū)域施工作業(yè)時(shí)，采取加強(qiáng)支護(hù)的技術(shù)措施，防止安全事故的發(fā)生。水文地質(zhì)主要是在巷道施工作業(yè)工程中，對(duì)出現(xiàn)淋水較大地段采取超前探放水措施，以便探明前方所遇水體具體情況，確保井巷施工能正常安全進(jìn)行。

3.2 安全應(yīng)對(duì)措施

隨著露天開(kāi)采深度不斷增大，其開(kāi)采面積也不斷擴(kuò)大，在露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采過(guò)渡期間存在較多的安全隱患，因此，對(duì)露天采場(chǎng)最終邊坡穩(wěn)定性要做好預(yù)防工作，防止出現(xiàn)大面積滑坡和泥石流。過(guò)渡期間應(yīng)盡量避免露天和地下作業(yè)在同一垂直方向上，避免出現(xiàn)因爆破或回采施工作業(yè)引起的安全生產(chǎn)事故。為了防止露天采場(chǎng)底部積水對(duì)地下開(kāi)采形成積水倒灌，必須依托有利地形，將露天采場(chǎng)排水溝與外界排水系統(tǒng)貫通，形成自然排洪體系。采坑完畢后的露天采坑禁止作為排放廢石的場(chǎng)地，避免因大量堆放廢石對(duì)地下回采中段產(chǎn)生不利影響，出現(xiàn)地表塌陷和頂板冒落。

3.3 礦山生態(tài)環(huán)境綜合治理

礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用要與自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，堅(jiān)持統(tǒng)籌規(guī)劃、預(yù)防為主、綜合治理的原則，治理的主要方面包括:一是邊坡治理，將坡角降低到安全角度以下，及時(shí)清除危石和浮石，穩(wěn)固邊坡，消除崩塌安全隱患;二是生態(tài)綠化，露天采場(chǎng)開(kāi)采結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行復(fù)土和植被綠化，種植一些低矮灌木和花草，恢復(fù)采場(chǎng)周?chē)匀簧鷳B(tài)環(huán)境;三是在廢石場(chǎng)周?chē)鲋r擋墻，防止發(fā)生大塊廢石滾落和滑坡;四是礦區(qū)內(nèi)的運(yùn)輸?shù)缆泛团磐潦瘓?chǎng)須采取必要的灑水降塵措施，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的粉塵和揚(yáng)沙，減少對(duì)周?chē)h(huán)境造成環(huán)境污染。

4 結(jié)論

結(jié)合金山礦業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在前期可行性研究和過(guò)渡期，加強(qiáng)開(kāi)拓探礦、生產(chǎn)勘探、礦體共伴生組分查定和評(píng)價(jià)。根據(jù)礦床地質(zhì)賦存特征，開(kāi)采技術(shù)條件和生產(chǎn)管理水平開(kāi)展露天轉(zhuǎn)地下的規(guī)劃設(shè)計(jì)，采取安全、合理、有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施。同時(shí)，要搞好礦山生態(tài)環(huán)境的綜合治理工作，使礦產(chǎn)資源綜合利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)金山礦業(yè)未來(lái)的和諧發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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