露天轉地下開采覆蓋層界面移動規律初步分析

溫海民 陳 超 劉艷東

(1．河北鋼鐵集團礦業有限公司黑山鐵礦，河北承德 067400; 2．河北聯合大學，河北唐山 063009;3．寬城滿族自治縣冶金建材工業公司，河北寬城 067600)

0 引言

我國的大中型露天金屬礦山大多都始建于20世紀50年代～60年代，經過幾十年的開采，已有80%的鐵礦山進入了中晚期開采階段，大部分礦山已在高陡邊坡下進行深凹露天開采。隨著開采深度的增加，技術難度加大，而且經濟上不再可行，因此露天轉地下開采勢在必行。對于采用崩落采礦法進行轉地下開采的礦山，要求在地下開采區域的上部留有安全緩沖墊層——覆蓋層，其對露天轉地下開采的礦山生產安全及技術經濟指標具有重要的現實意義。

實現露天開采方式向地下開采方式的轉變，有許多問題需要解決。其中覆蓋層的問題是其中之一。隨著覆蓋層下面礦石的放出，散體不斷的下移補充，覆蓋層界面將不斷的發生變化，很可能出現凹坑，造成“V”形凹坑，可能使雨水匯聚，造成雨水下滲速度太快，從而對礦山的開采造成危害。為此研究覆蓋層界面移動規律迫在眉睫。

1 露天轉地下覆蓋層移動規律實驗研究

1．1 覆蓋層界面移動物理模擬試驗目的

構建物理實驗模型，模擬采用無底柱崩落法的露天轉地下礦山首采中段放礦過程中，覆蓋層移動變化的規律，以及覆蓋層表層界面變化，確定其變化規律。

礦石崩落后，形成覆蓋層—礦石層雙層結構，隨著放礦過程中礦石不斷被放出，礦石層和覆蓋層不斷相互侵蝕，結果導致礦石層的貧化和覆蓋層散體材料下移流動過程中不斷損失。再次放礦過程中，隨著覆蓋層整體的不斷向下移動，覆蓋層表層界面將不斷的發生變化，將逐漸出現“V”形塌陷凹坑。覆蓋層表層界面的“V”形塌陷，不但造成礦石的損失貧化，而且會影響到覆蓋層的安全功能，甚至導致覆蓋層安全機能的失效。故在覆蓋層形成和維護過程中，必須考慮后期覆蓋層的損失，保持覆蓋層的結構和厚度大體維持穩定和平衡，保證其安全機能充分發揮。揭示放礦擾動下覆蓋層表層界面的變化規律，是完善露天轉地下礦山覆蓋層設計和形成技術急需解決的問題。

本文將通過覆蓋層移動規律的物理模擬實驗，通過觀察放礦過程中覆蓋層和礦石層的相互侵蝕，分析覆蓋層表層界面的移動規律。

1．2 覆蓋層界面移動物理模擬試驗內容

利用自制實驗模型，通過相似比例實驗，觀察不同覆蓋層表層界面在不同放礦制度下的移動變化規律，采用數值擬合方法，構建覆蓋層表層界面移動規律描述模型。

1．3 覆蓋層界面移動物理模擬試驗

采用自制實驗模型，相似比取1∶200，礦體垂直厚度18 cm，礦體傾角65°，礦體上盤邊坡角取50°，下盤邊坡角取55°，模型長80 cm，寬70 cm，高120 cm，試驗模型見圖1。

實驗用的散體實驗介質取自石人溝鐵礦，經破碎篩分，其粒度構成見表1。

表1 試驗中散體實驗介質配比

實驗中所用的材料如圖2所示。

圖1 覆蓋層界面移動實驗模型

圖2 滲透實驗所用物料

2 試驗結果分析

由圖3，圖4可知，隨著礦石層放出礦石量的增加，覆蓋層和礦石層相互侵蝕，覆蓋層表層界面形態在移動過程中不斷變化。隨著礦石的放出，覆蓋層界面不斷移動下降，覆蓋層表層界面將由原來的拋物線形慢慢轉化成為直線形或反拋物線形。以A點為坐標原點，測得覆蓋層界面曲線的6個點坐標，見表2。

表2 覆蓋層界面曲線坐標點 cm

作圖如圖5，圖6所示。

圖3 放礦前的覆蓋層表層界面

圖4 充分放礦后的覆蓋層表層界面

圖5 放礦前覆蓋層表層界面形態曲線圖

圖6 放礦后覆蓋層表層界面形態曲線圖

在圖6中，短虛線表示原覆蓋層界面曲線，長虛線表示二階拋物線擬合曲線，實線表示三階拋物線擬合曲線。運用數學公式，求得:

三階拋物線模擬公式:

二階拋物線模擬公式:

由圖6可知實線比較接近覆蓋層界面曲線，所以應該用三階拋物線模擬公式:

3 結語

該模型在由露天轉地下開采的過程中，由露天邊幫爆破形成覆蓋層時，應該爆破成拋物線形y=－0．000 7x3+0．012 4x2+0．351 1x+42．482。具體到某一個礦時，應該做成一個比例模型，仿照上述步驟尋得拋物線界面曲線，為露天邊幫爆破提供指導性意見。

［1] 徐長佑．露天轉地下開采［M］．武漢:武漢工業大學出版社，1990．

［2] 解世俊．金屬礦床地下開采［M］．第2版．北京:冶金工業出版社，1986:224-228．

［3] 李寶祥．金屬礦床露天開采［M］．北京:冶金工業出版社，1992．

［4] Tovey N K，Krinslry D H．Mapping of the orientation of finegrained mineral in solid and sediments［J］．Bulletin of IAEG，1992(5):19-20．