长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法
【专利摘要】本发明涉及挂帮矿体 回收和露天转地下开采技术，特别是 长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法。 露天开采末期将采坑另一端的挂帮矿体分为过渡期地下开采区域、过渡期露天开采区域以及隔离矿柱；过渡期露天开采区域和过渡期地下开采区域同时开采，上盘挂帮矿体揭露后，空场法进行回采；露天开采结束时，从矿坑未留挂帮矿的一端开始，用废石回填空区的方法沿矿体走向依次形成覆盖层，分段空场法回采上盘挂帮矿结束后，在覆盖层达到厚度要求的区域，崩落上盘挂帮矿体开采时留设的矿柱，覆盖层形成后，加大开采强度，深部矿体第二分段的采切回采工作逐步展开。本发明实现了露天转地下开采的过渡，又回收露天外驻留挂帮矿体，避免了矿产资源的浪费。
【专利说明】长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种挂帮矿体回收和露天转地下开采技术，具体涉及过渡期内露天开采、地下开采、高陡边坡下挂帮矿体开采以及覆盖层的形成的方式及其时空相关性，特别适合用于矿体厚度和走向长度大的露天转地下开采的矿山。
【背景技术】
[0002]相关统计资料显示，露天开采结束后露天境界外滞留挂帮矿体的矿量占露采总储量的59Γ16%，如不回收，将造成资源的严重浪费。近年来，国内外很多露天矿为了降低剥采t匕，采用了陡帮开采方法，随着开采深度的增加，挂帮矿体逐渐积压在高陡边坡之下；另外，露天边坡受到长期的风化和雨水侵蚀，其稳定性往往处于极限平衡状态；这些因素增加了挂帮矿开采的困难，如何安全高效回采挂帮矿成为充分开采矿产资源、延长矿山年限的重要途径。特别是对于露天转地下开采的矿山，合理开采挂帮矿可以有效补充矿山过渡期产能，保障矿山稳产过渡。
[0003]露天开采是金属矿床开采的重要手段，特别是我国80%的铁矿石产量来自于露天开采，经过多年的开采，许多大中型露天矿陆续转入地下开采，如杏山铁矿、蛾口铁矿、黑山铁矿等。在露天转地下开采过渡过程中，如何合理确定过渡方案，是做到矿山不减产，顺利地由露天转入地下开采的首要工作。露天转地下矿山，在过渡期表现为露天开采减产和地下开采增产，两种开采方式在时间和空间上存在相关性，不同矿山的相关性不同，导致过渡方案也不同。矿山露天转地下开采过渡阶段，存在露天生产、挂帮矿体的基建与回采、覆盖层形成、地下工程基建与首采区的回采等工作，各工作区域的在空间和时间上的衔接相关性较强。因此依据矿山开采现状与计划，构建矿山露天转地下开采过渡期阶段的时空关系，是解决露天转地下开采稳产过渡问题的突破点。
[0004]随着采矿技术的发展和高端设备的研发及应用，多数露天转地下矿山能力成增大趋势，而能够满足地下大产能的采矿方法首选无底柱分段崩落法，该采矿方法要求有一定厚度的覆盖层。目前露天转地下开采的矿山，覆盖层的形成主要有以下三种方法:(1)利用废石回填采空区，这种方法可以有效控制覆盖层中岩石粒度分布，提高覆盖层防洪、防寒、防冲击低压、防泥石流和减少漏风的作用，缺点是作业时间长，投资大；(2)爆破边坡或诱导边帮滑塌形成覆盖层，这种方法作业时间短，可以缩短过渡期的时间，缺点是覆盖层中岩石粒度分布很难控制，覆盖层“四防一减”的作用效果差，露天边坡存在挂帮矿时，崩落后增大挂帮矿的损失贫化，爆破产生的震动对地下开采的井巷工程和地表建构筑物造成危害；
(3)崩落境界顶柱和地下首采中段房间矿柱形成覆盖层，受凿岩技术的限制，这种方法形成的矿石垫层大块率高，后期回收难度大，矿石的永久损失率较大，另外爆破震动影响大。
[0005]露天转地下开采涉及的内容可以概括为安全问题、产能衔接、覆盖层形成和过渡区域开采的时空关系、管理方式与开采技术转变等四大方面，在露天转地下开采的动态演化过程中，各种涉及内容彼此影响、环环相扣。过渡期开采的关键技术具体表现为露天过渡区域安全开采技术、地下过渡区域安全开采技术、挂帮矿体与隔离矿柱安全回收技术、覆盖层形成技术等，这四种关键技术的时空关系错综复杂，处理不当极易出现产能失调和安全事故。
【发明内容】
[0006]本发明就是针对露天转地下开采过渡期内出现的上述问题而提供一种长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法。
[0007]本发明采用如下技术方案:
一种长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，方法如下:
a、在露天开采过程中，采坑的一端未留挂帮矿，露天开采末期将采坑另一端的挂帮矿体分为过渡期地下开采区域、过渡期露天开采区域以及露天开采区域与地下开采区域之间的隔离矿柱；
b、过渡期露天开采区域和过渡期地下开采区域同时开采，过渡期地下开采区域矿体采用崩落法开采；
c、随着露天开采水平面的下降，上盘挂帮矿体揭露后，采用平硐溜井联合开拓分段空场法进行回采；
d、露天开采结束时，同时从矿坑未留挂帮矿的一端开始，采用废石回填空区的方法沿矿体走向依次形成覆盖层，同时进行隔离矿柱的回收和深部矿体首采分段的采切作业；
e、分段空场法回采上盘挂帮矿结束后，在覆盖层达到厚度要求的区域，崩落上盘挂帮矿体开采时留设的矿柱，从地下系统出矿，同时回填剩余空区；
f、覆盖层形成后，加大上盘挂帮矿体的矿柱回收和深部矿体首采分段开采强度，深部矿体第二分段的采切回采工作逐步展开，地下开采达到设计生产能力。
[0008]上述技术方案与现有技术相比，具有如下优点:
1、露天过渡区域开采与地下过渡区域开采相互不受影响，地下过渡区域开采的矿石有效过渡期补充露天开采的减产。
[0009]、隔离矿柱的回收与覆盖层的形成平行作业，可有效提供覆盖层形成期间矿山选场所需矿石量。
[0010]、随着露天开采水平面的降低，上盘挂帮矿揭露后，用空场法开采部分上盘挂帮矿石，可补充露天转地下开采过渡期产能，特别是空场法开采结束后，利用覆盖层的推进线超前上盘挂帮矿留设矿柱回采工作面的方法，采用崩落法回收上盘挂帮矿体的矿柱，极大地补充了覆盖层形成后期矿山产能的不足，同时保证覆盖层的及时形成。
[0011]、覆盖层形成后，地下采场及时达到设计生产能力，从而实现露天转地下安全稳产过渡。
[0012]本发明充分考虑露天过渡区域开采、地下过渡区域开采、挂帮矿与隔离矿柱回收和覆盖层形成的方式及其时空相关关系，既实现了露天转地下开采的安全稳产过渡，又充分回收露天境界外驻留挂帮矿体，避免了矿产资源的浪费，同时能够很好的控制覆盖层中的粒级组成，为地下开采的顺利进行提供了有利条件。
[0013]本发明的优选方案是:
随着露天开采的进行，上盘挂帮矿体(4)揭露后，即采用平硐溜井开拓分段空场法回采上盘挂帮矿，垂直方向上，过渡期露天开采区域(3 )矿石的回采超前空场法开采上盘挂帮矿体(4) 一个分段。
[0014]空场法开采上盘挂帮矿体结束后，覆盖层推进线超前上盘挂帮矿体(4)的矿柱回收工作面100m以上，上盘挂帮矿体的矿柱回收工作面超前深部首采分段(5)崩落法回采工作面30 m?50m。
[0015]步骤b中，过渡期地下开采区域矿体(1)采用崩落法开采，结构参数与深部矿体无底柱分段崩落法开采结构参数相同。
[0016]步骤e中，在覆盖层达到厚度要求，是指覆盖层的厚度大于或等于两个分层的高度；
分段空场法开采上盘挂帮矿体时，房间矿柱宽15m，顶柱厚10m，护坡矿柱宽度不小于15m,矿房宽度10m,高14m。
[0017]无底柱分段崩落法的结构参数，即分层高度和进路间距两者的参数相同。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是过渡期内开采区域的垂直纵投影图。
[0019]图2是过渡期内开采区域的断面图。
[0020]图3是覆盖层形成与各开采区域作业时的垂直纵投影图。
[0021]图4是覆盖层形成与各开采区域作业时的断面图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法作进一步有说明。
[0023]附图1至4中:过渡期地下开采区域1、过渡期露天开采区域与地下开采区域之间的隔离矿柱2、过渡期露天开采区域3、一上盘挂帮矿4、深部矿体首采分段5、深部矿体第二分段6、废石覆盖层7、隔离矿柱回采时覆盖层8、上盘挂帮矿分段空场法开采的采空区9、辅助斜坡道10。
[0024]依据矿体赋存条件，将过渡期阶段矿体开采区域分为过渡期露天开采区域3、过渡期地下开采区域1、过渡期露天开采与地下开采的隔离矿柱2、上盘挂帮矿体4、深部矿体开采区域五部分。
[0025]由图1和图2所示的过渡期各开采区域图可以看出，露天开采设计时即考虑露天转地下过渡期的开采模式，露天开采末期，露天采坑的一端不留挂帮矿，另一端挂帮矿分为:过渡期地下开采区域1、过渡期露天开采区域3以及过渡期露天开采区域与地下开采区域的隔离矿柱2。隔离矿柱2对过渡期露天开采区域3的开采作业起到安全保护作用。
[0026]过渡期内地下开采区域1和过滤期露天开采区域3的开采同步进行；过渡期内地下开采区域1采用崩落法开采。
[0027]随着露天开采的进行，上盘挂帮矿4揭露后，即采用平硐溜井联合开拓分段空场法回采上盘挂帮矿体4，在垂直方向上，过渡期内露天开采作业超前空场法开采上盘挂帮矿4的一个分段；分段空场法回米上盘挂帮矿4时，为防止开米时边坡失稳，房间矿柱宽15m,顶柱厚10m，护坡矿柱宽度不小于15m，矿房宽过渡期地下开采区域1和上盘挂帮矿体4生产的矿石补充露天开采末期的减产。
[0028]过渡期内地下开采区域1采用崩落法开采，崩落法开采的结构参数与深部矿体无底柱分段崩落法开采结构参数相同，结构参数即:分层高度和进路间距；两者采用相同参数，目的是提前锻炼队伍。
[0029]由图3和图4所示的覆盖层形成与各开采区域作业的时空关系图可以看出，露天开采结束后，采用汽车运输回填露天空区的方式从不留挂帮矿的矿坑一端开始依次形成废石覆盖层7 ;废石覆盖层7形成的同时，崩落法回收隔离矿柱2，分段空场法开采上盘挂帮矿体4，要求废石覆盖层7的厚度不小于地下无底柱分段崩落法开采分段高度的2倍，同时进行隔离矿柱回收作业和深部矿体首采分段的采切作业。
[0030]分段空场法开采上盘挂帮矿体4结束后，在废石覆盖层7达到厚度要求的区域(覆盖层厚度达到要求的规范标准是大于两个分层高度，例如某矿山分层高度20m，则覆盖层高度不应小于40m)，从不留挂帮矿的采坑一端开始，崩落回采上盘挂帮体4空场法回采时留设的矿柱，地下系统出矿，同时进行深部矿体首采分段5的采切和崩落法回采作业以及深部矿体第二分段6的采切作业，继续回填剩余露天空区。
[0031]废石覆盖层7推进线超前上盘挂帮矿体4的矿柱回收工作面100m以上，上盘挂帮矿体4的矿柱回收工作面超前深部首采分段4崩落法回采工作面30 nT50m。
[0032]废石覆盖层7形成后，加大上盘挂帮矿体4的矿柱回收和深部矿体首采分段5开采强度，深部矿体第二分段6的采切回采工作逐步展开，地下开采达到设计生产能力，从而实现安全稳产过渡。
[0033]本实施例具有如下特点:
1、露天开采设计时即考虑露天转地下过渡期的开采方式，使露天开采末期采坑一端不留挂帮矿、采坑另一端的挂帮矿划分为地下开采区域矿体和露天开采与地下开采的隔离矿柱两个部分。
[0034]2、提供多种平行作业方式:(1)露天过渡开采区域矿体与地下过渡开采区域矿体平行开采；(2)露天过渡开采区域底部矿体与上盘挂帮矿体平行开采；(3)覆盖层的形成、隔离矿柱的回收、深部矿体首采分段采切平行作业；(4)上盘挂帮矿留设矿柱回收，剩余空区回填、深部矿体首采分段回采、第二分段采切平行作业。
[0035]3、覆盖层形成后期，覆盖层推进线超前上盘挂帮矿体(4)的矿柱回收工作面100m以上，上盘挂帮矿体的矿柱回收工作面超前深部首采分段(5)崩落法回采工作面30m?50mo
【权利要求】
1.一种长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，方法如下: a、在露天开采过程中，采坑的一端未留挂帮矿，露天开采末期将采坑另一端的挂帮矿体分为过渡期地下开采区域、过渡期露天开采区域以及露天开采区域与地下开采区域之间的隔离矿柱； b、过渡期露天开采区域和过渡期地下开采区域同时开采，过渡期地下开采区域矿体采用崩落法开采； C、随着露天开采水平面的下降，上盘挂帮矿体揭露后，采用平硐溜井联合开拓分段空场法进行回采； d、露天开采结束时，同时从矿坑未留挂帮矿的一端开始，采用废石回填空区的方法沿矿体走向依次形成覆盖层，同时进行隔离矿柱的回收和深部矿体首采分段的采切作业； e、分段空场法回采上盘挂帮矿结束后，在覆盖层达到厚度要求的区域，崩落上盘挂帮矿体开采时留设的矿柱，从地下系统出矿，同时回填剩余空区； f、覆盖层形成后，加大上盘挂帮矿体的矿柱回收和深部矿体首采分段开采强度，深部矿体第二分段的采切回采工作逐步展开，地下开采达到设计生产能力。
2.根据权利要求1所述的长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，其特征在于:随着露天开采的进行，上盘挂帮矿体揭露后，即采用平硐溜井开拓分段空场法回采上盘挂帮矿，垂直方向上，过渡期露天开采区域矿石的回采超前空场法开采上盘挂帮矿体一个分段。
3.根据权利要求1所述的长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，其特征在于:空场法开采上盘挂帮矿体结束后，覆盖层推进线超前上盘挂帮矿体的矿柱回收工作面10m以上，上盘挂帮矿体的矿柱回收工作面超前深部首采分段崩落法回采工作面30m?50mο
4.根据权利要求1所述的长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，其特征在于:步骤b中，过渡期地下开采区域矿体采用崩落法开采，结构参数与深部矿体无底柱分段崩落法开采结构参数相同。
5.根据权利要求1所述的长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，其特征在于:步骤e中，在覆盖层达到厚度要求，是指覆盖层的厚度大于或等于两个分层的高度。
6.根据权利要求1或2所述的长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，其特征在于:分段空场法开米上盘挂帮矿体时，房间矿柱宽15m,顶柱厚1m,护坡矿柱宽度不小于15m,矿房宽度1m,高14m。
7.根据权利要求4所述的长厚矿体帮矿回收及露天矿转地下的开采方法，其特征在于:无底柱分段崩落法的结构参数，即分层高度和进路间距两者的参数相同。
【文档编号】E21C47/00GK104314570SQ201410517831
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】卢宏建, 南世卿, 甘德清, 高锋, 陈超, 张亚宾, 李泽营 申请人:河北联合大学