露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)分析

王鋒鍇

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

隨著露天開采深度不斷增加，開采范圍內(nèi)資源量越來越少，礦山年產(chǎn)量逐年遞減，生產(chǎn)規(guī)模及服務年限均制約礦山的發(fā)展。因此，越來越多的露天礦山考慮轉(zhuǎn)入地下開采，以求合理開發(fā)利用資源，達到利益最大化，故露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)在礦山開采中的應用是非常普遍的，并且越來越受到重視。近幾年，國家對環(huán)保要求越來越高，露天開采對環(huán)境的影響與破壞較地下開采的礦山大得多，使得露天開采礦山批復難度提高，因此會有越來越多的露天礦山轉(zhuǎn)入地下開采。

對露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)進行研究時，主要研究露天轉(zhuǎn)地下界限、開采過渡期的技術(shù)研究、地下開采時生產(chǎn)安全（防治水、通風）等。同時，在露天轉(zhuǎn)地下開采時，應綜合考慮原露天開采范圍內(nèi)的端部資源的合理回收，盡最大限度回收資源。

1 對我國露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)現(xiàn)狀的研究

我國露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)在近年來的應用逐漸增多，而且在長期的技術(shù)應用當中仍然積累了非常多的工作經(jīng)驗，相關(guān)學者也對此方面進行了很多的研究，這為后期的理論探究與技術(shù)應用能夠提供了非常大的支持。在我國最早應用露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)的是江蘇省的鳳凰山鐵礦，在露天開采了十幾年之后利用科學的過渡方式轉(zhuǎn)為地下開采，使得礦山開采效率增加，開采成本降低，經(jīng)濟效益提升。在過渡開采的這個階段，采取的是露天與地下同時開采的方式，這樣既能夠確保露天殘柱的回采效果，也能夠為后期的地下開采創(chuàng)造更加良好的條件。再比如，銅山的露天礦也應用到露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)，礦山開采爆破過程時采用多排炮孔微差起爆的方式減少對地下開采工程破壞，科學配置每段炸藥量，避免了巷道開裂或者冒頂現(xiàn)象，使得礦山開采的穩(wěn)定性大大的增強[1]。同時，在該礦山的開采過程中，還對爆破產(chǎn)生的地震波影響范圍進行了計算，對重點工程采取保護措施，以防爆破震動影響。另外，該礦山在應用露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)時，與有關(guān)礦山研究院進行了技術(shù)合作，對在開采中出現(xiàn)的各種問題及技術(shù)難點，如爆破技術(shù)的應用、空區(qū)的監(jiān)測等等進行了分析研究，提高了露天轉(zhuǎn)地下開采的安全性，取得了良好的效果。

2 露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)的具體應用

2.1 露天轉(zhuǎn)地下開采界限確定

允許露天境界擴界情況下，礦山開采設計需要對礦山的露天轉(zhuǎn)地下開采界限進行分析，按照經(jīng)濟效益最優(yōu)方案，一般以露天生產(chǎn)境界剝采比不大于經(jīng)濟合理剝采比為界定原則，來判定圈定露天開采境界范圍是否合理。經(jīng)濟合理剝采比計算方法：經(jīng)濟合理剝采比N經(jīng)＝（c－a）/b，t/t。

式中：c——礦床用坑內(nèi)法(平硐)開采礦石成本，元/t；

a——礦床用露天法開采純采礦成本，元/t；

b——礦床用露天法開采剝巖成本，元/t。

按照確定的經(jīng)濟合理剝采比，與境界剝采比比較，同時還要結(jié)合礦體開采技術(shù)條件、礦區(qū)資源儲量情況及擬定的礦山生產(chǎn)能力等最終合理確定。

2.2 露天轉(zhuǎn)地下開采順序及采礦方法確定

首先應依據(jù)開采技術(shù)條件（主要是地表是否允許陷落）選擇采礦方法，地表允許陷落時，采礦方法可以選擇崩落類，開采順序只能采用自上而下的開采順序，露天坑底也可以不留設坑底礦柱。

地表不允許陷落時，只能選用充填類采礦方法，可以選用自下而上的開采方式。自下而上的開采方式有較多優(yōu)點，規(guī)劃合理，露天及地下可以同時開采，這樣可以靈活分配露天開采及地下開采的生產(chǎn)能力，使過渡期產(chǎn)量平穩(wěn)；礦塊內(nèi)少留或不留頂柱，提高回采率，降低開采損失；較晚接觸露天坑底，減小頂柱壓力；可以有效控制地表塌陷，保護地表的建（構(gòu)）筑物，對地表環(huán)境小或沒有影響等。充填類采礦方法的缺點是開采成本較高。

崩落類采礦方法與充填類采礦方法（或空場類嗣后充填）應進行技術(shù)、經(jīng)濟比較后確定。

2.3 過渡期的產(chǎn)量問題

露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山，在技術(shù)應用方面是存在過渡期的，在這個過渡期內(nèi)要做好產(chǎn)量銜接工作，避免產(chǎn)量過分降低。隨著開采露天開采深度降低露天產(chǎn)量也要降低，宜盡早安排地下工程施工，可以再在露天開采全部結(jié)束之后，地下開采產(chǎn)量可以達到設計規(guī)模。具體可以從以下幾個方面進行：一方面在過渡期內(nèi)必須要對露天開采的產(chǎn)量進行全面地規(guī)劃與設計（礦山露天轉(zhuǎn)地下開采可行性研究），并要求對各項事宜做好充分的準備工作，也就是要根據(jù)實際需求做好露天及地下開采的銜接工作。另一方面必須要保證開采的時間，將開采工作與礦山開采的投資、建設、產(chǎn)量變化、進度等等各項因素結(jié)合到一起，最終確定具體的開采期限。

2.4 加強露天邊坡防護

露天開采及露天轉(zhuǎn)地下開采均要重視邊坡穩(wěn)定性研究，通過邊坡穩(wěn)定性分析來確定邊坡是穩(wěn)定，不穩(wěn)定就要進行加固與治理，防止邊坡不穩(wěn)定或穩(wěn)定性變差而影響礦山安全生產(chǎn)。

同時，在露天開采過程中邊坡體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固與否直接地影響著露天開采過程中邊坡的穩(wěn)定性。露天開采后，巖體的完整性受到破壞，在露天轉(zhuǎn)地下開采的過渡時期又受到地下開采的影響，露天開采區(qū)域與地下開采區(qū)域相互之間或也會形成較大的應力場，應力場的存在會使邊坡的穩(wěn)定性變差，所以應加強邊坡防護。

在具體的施工過程中，想要保證露天開采邊坡及上覆蓋巖石層的穩(wěn)定，就需要在施工之前對地質(zhì)情況進行調(diào)查，并對調(diào)查數(shù)據(jù)進行科學地分析，主要探究露天轉(zhuǎn)地下施工邊坡的穩(wěn)定性能，從中找出邊坡壓力變化值以及巷道的變化規(guī)律等，這樣才能夠根據(jù)結(jié)果制定相關(guān)的邊坡防護措施，使得露天開采邊坡的安全性與穩(wěn)定性更高。

2.5 露天轉(zhuǎn)地下開采時對露天開采范圍內(nèi)端部礦體回收

露天開采范圍內(nèi)如有露天開采無法完全采出的端幫礦體，可以在露天轉(zhuǎn)地下工程設計時一并考慮開采方案。一般采用平硐開拓方式，可以結(jié)合原露天開拓運輸工程形成完整系統(tǒng)。需要做好露天邊坡維護、平硐地下開采通風及排水等研究，做到在保證安全的前提下最大限度合理開發(fā)利用資源。山東淄博某礦山及新疆塔什庫爾干縣某鐵礦均采用了平硐開拓方式開采露天開采無法采出的端部礦體，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.6 露天轉(zhuǎn)地下開采中通風和防洪排水技術(shù)問題

露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山與其他的地下開采礦山在地下環(huán)境上并沒有本質(zhì)的區(qū)別，地下開采需要形成完備的通風系統(tǒng)，與正常地下礦山不同之處在于其通風系統(tǒng)的具體設計上要仔細規(guī)劃，防止漏風。漏風不但會增加通風費用進而增加成本，還會使井下通風環(huán)境變差，影響通風安全。

露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山防水、排水問題：由于地下開采過程中露天坑會向地下滲水，而且地下涌水量也非常大。在通常情況下由于外部氣候因素，降水量并不穩(wěn)定，所以外部運動的水量存儲也不穩(wěn)定，這就或會導致出現(xiàn)大量的地下涌水而產(chǎn)生突水風險，所以更要做好防洪排水工作。概括來講，一方面可以在外界露天開采境界中設置相應的防洪與排水溝。另一方面在露天開采境界內(nèi)設置防洪排水的系統(tǒng)，或者設置蓄水池等專業(yè)性的儲水與防洪裝置。

露天轉(zhuǎn)地下開采同時要做好地表水與地下水的防治。首先應做好原露天境界外的防洪溝、截洪溝完好，境界外的洪水不應進入露天境界內(nèi)而增加坑內(nèi)排水負擔。同時要做好轉(zhuǎn)地下開采的防洪與排水工作，采用崩落類采礦方法開采的，露天坑底不設護頂?shù)V柱，露天坑內(nèi)的水全部匯入地下開采排水系統(tǒng)。地表不允許塌陷，地下開采采用充填類采礦方法時，應保證原露天坑內(nèi)排水系統(tǒng)完好，露天坑內(nèi)的涌水采用露天系統(tǒng)排出。地下開采設計時留設好露天坑內(nèi)排水系統(tǒng)保護礦柱，地下開采期間礦柱要保持完好。

最后，露天坑底爆破時不宜超深，靈活運用控制爆破技術(shù)，硐室爆破在露天礦山開采中雖然有一定的優(yōu)勢，但對整個礦區(qū)的危害性也是很大的，所以要合理應用控制爆破，采用多排孔微差起爆，減小單段起爆藥量，達到減小爆破對礦區(qū)環(huán)境的影響（尤其是露天邊坡、地下井巷、硐室等）。

3 結(jié)語

綜上所述，露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)在國內(nèi)與國外都有應用，相關(guān)研究部門及學者對此也進行了相當充分的研究。目前，我國目前應用露天轉(zhuǎn)地下開采技術(shù)的礦山不斷地增加，所以加強這方面的研究，分析礦山露天轉(zhuǎn)地下開采中存在的各種不良因素，針對性地制定解決方案、措施，對保證礦山安全生產(chǎn)、合理開發(fā)利用資源，最大限度提高開采回采率，延長礦山服務年限，促進我國礦業(yè)開發(fā)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。