金山礦業露天轉地下開采技術分析

劉占衛 王 健 李述濤

(中色地科礦產勘查股份有限公司)

露天轉地下開采是國內外金屬礦山中深受重視的技術方向之一［1-4］，隨著對礦山環境保護、經營效益和安全生產等重視程度r不斷提升，露天開采前期研究、過渡期研究、關鍵技術、礦山地質和綜合評價等已成為關注和研究的熱點［5-7］。

阿魯科爾沁旗金山礦業有限責任公司(簡稱金山礦業)位于內蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗巴彥溫都爾，現為中色地科礦產勘查股份有限公司直屬子公司。根據山東省核工業二四八地質大隊于2009年提交的地質詳查報告，辦理了本區采礦證。委托專業礦山設計單位進行了初步設計及安全專篇的編制，礦山設計生產能力10萬t/a。因鐵礦石的磁選工藝相對投資少、見效快，首期采用磁選工藝對磁鐵礦石進行選礦，根據地質資源和開采條件，再增加其他合理采選工藝。經過近期進一步開展地質勘查工作后，探明二采區淺部賦存有工業價值礦體，資源儲量具有開采價值。露天開采的可行性分析和研究認為該礦區前期可根據現有賦存礦體現狀采用露天開采的方式進行，后期逐漸轉入地下開采的模式，不僅可以充分回收礦產資源，而且還將有利于降低開采成本，減少前期項目建設資金投入。因此，本文對金山礦業露天轉地下開采的可行性方案進行初步分析和探討，就露天轉地下開采的銜接問題，地下開采中開拓巷道的布置方案，露天與地下開采中的相關技術措施問題提出了建設性的意見和方案。

1 礦體地質特征

1.1 礦體特征

Ⅰ號鐵銅礦體賦存于金山礦業二采區，呈似層狀、透鏡狀產出，長85～319 m，厚1.27～29.51 m，礦體產狀330°～350°，傾角∠45°～65°。以鐵礦石類型為主，TFe品位8.75%～35.09%，MFe品位4.82%～30.45%。礦體局部地段有分枝復合、膨大狹縮現象。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269 m，出露最大標高971 m，最低標高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，下盤圍巖為矽卡巖化夾粉砂質板巖，礦體產狀330°～340°∠45°～70°，東側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礦體近平行產出，位于4～20線，長319 m，出露最大標高967 m，最低標高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板巖，下盤圍巖為(角巖化)砂質板巖，礦體產狀330°～340°∠45°～70°。

Ⅰ－2鐵銅礦體:與Ⅰ－1礦體近平行產出，位于16線，長100 m，最低標高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%。頂底板圍巖為矽卡巖化夾粉砂質板巖。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，縱向上由地表向深部TFe、MFe品位也有變高的趨勢。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型→銅礦石類型，總體看，銅品位向深部和向東部有增大的趨勢。

1.2 礦石特征

(1)本區鐵銅礦石結構主要有礦石呈自形－半自形細粒結構，另外可見交代結構、交代殘余結構、填隙結構。礦石構造主要為浸染狀構造，其他有細脈狀構造、條帶狀構造、致密塊狀構造等。

(2)本區鐵銅礦石礦物成分簡單，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)本區鐵和銅賦存狀態有利于工業利用。鐵品位在11.39%～46.91%，磁鐵礦呈浸染狀和致密塊狀產出，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，是今后轉地下開采的利用對象，適合采用浮選工藝。

表1 礦石鐵物相分析結果 %

表2 礦石銅物相分析結果 %

1.3 圍巖和夾石

本區二采區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，呈網脈或散點浸染狀存在于矽卡巖蝕變帶中，其上下盤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、陽起石等構成，片狀粒狀變晶結構;板巖主要由絹云母、綠泥石、石英及原巖砂、泥質成分等構成。礦體中基本無夾石。

2 露天轉地下開采可行性方案分析

2.1 開采技術條件

(1)本礦區位于水文地質單元區的補給徑流區。分水嶺呈西南凸出的弧形展布，分水嶺最大標高1 049 m，最低侵蝕基準面標高為780 m，地表地形有利于自然排水，鐵銅礦體位于當地侵蝕基準面之上，水文地質邊界簡單。區內地下水不發育，無地表水體，屬貧水區，礦區水文地質條件屬簡單型。在轉地下開采中，斷裂帶中有裂隙水滲流，但對井巷工程影響不大。

(2)根據礦區構造特點、巖性特征及構造影響程度等條件，礦區內可劃分為松散巖層類型、塊狀堅硬巖類型、層狀堅硬巖類型和構造蝕變巖類型。松散巖層類型主要分布在溝谷等低洼地段，且遠離礦體，對礦山生產無妨礙作用;塊狀和層狀堅硬巖類型質地堅硬，工程性質良好;因受構造的破壞、蝕變等因素的影響，致使圍巖的承載力、堅硬程度和穩定性有所降低。

礦體賦存于二疊系板巖中，礦體頂底板圍巖巖石類型主要為板巖，抗壓強度87.83 MPa，抗剪強度10 MPa，抗拉強度4.55 MPa，巖石整體穩定性較強，基本不存在不良工程地質問題。礦區工程地質勘探類型屬堅硬～半堅硬為主的塊狀巖類，工程地質條件屬Ⅱ類2型。

根據礦體賦存條件、露天開采自然條件、露天采場底部標高及安全排水等措施要求，整個采區開拓方案已經分為一期和二期。一期為露天開采，露天采場底部標高為+860 m，臺階高度12 m，規劃設計8個開采臺階，最終邊坡角50°。二期為地下開采，采用主斜井集中運輸出礦，風井通風的方式，階段高度40～60 m，階段標高+800、+740、+700、+660、+620 m，地下開采范圍為0～16線。

(3)環境地質特征。在地形地貌上，礦區屬于中低山區，相對高差在800 m左右，地表植被不發育，未發現環境污染現象和新的構造運動，也不易發生滑坡及泥石流等自然災害。礦區內的自然地質活動除了風化剝蝕外，別無其他的地質構造活動，因此比較穩固。通過對圍巖及礦體的放射性γ測量，其γ值在10～25，絕大多數＜20，礦山開采對人體及周圍環境不會造成放射性危害。總之，該區環境地質條件較好。

2.2 露天轉地下開采可行性研究

(1)露天轉地下開采中，前期規劃研究、過渡期合理安排露天轉地下的開采順序［5-10］和各項銜接工程非常重要，最終實現全面轉入地下開采。對于過渡期產量銜接問題，既要保證露天開采正常、安全進行，又要逐步提高地下開采的產量，最終在露天開采結束的同時，地下開采產量能完全滿足選廠生產的需求。為保證產量銜接，應安排好露天開采各臺階之間、露天與地下開采之間以及地下開采各階段之間的關系，要充分考慮地下開拓工程建設的時間和資金安排，盡量在保證安全生產的前提下，縮短開拓工程建設時間。

(2)根據本區礦體賦存特征、開采技術條件、開采方式和開采順序規劃要求，露天轉地下開采的基本方案為:首先根據現有開采環境，優先開采露天采場南側和西側礦體;然后逐步退采至東側主斜井附近;第三，地下開采順序選用自上而下的思路，先開采上中段礦體，后開采下中段礦體，并且在開采上中段礦體時，將巖石和廢石作為充填物回填至上中段采空區，防止出現地表塌陷，消除不安全和不穩定因素。在露天轉地下開采的過渡期間，處理好露天和地下開采的空間位置關系尤為重要，當露天與地下成垂直對應關系開采時，要留有足夠的隔離礦柱并對采空區進行必要的充填，以保證露天和地下開采的安全作業，防止出現地表塌陷和頂板冒落。當露天與地下形成錯位開采時，則可以不留或者少留隔離礦柱，因此，在考慮露天轉地下開采時，應盡量采用錯位開采的方式，減少因爆破作業帶來的不利影響。

(3)在地下開采+800 m中段礦體時，由于該中段與露天采場底部距離近，為避免井下回采活動給露天作業造成不利影響，在該中段回采作業時應優先采用留隔離礦柱和充填采空區的做法，以最大限度保證礦體頂板的穩定。地下開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，各階段運輸平巷主要布置在礦體底板中。

(4)采用主斜井+風井的開拓方式，不僅可以減少開拓巷道的工程量，而且還能縮短井下通風系統貫通的時間。井下采用自上而下，由兩側向中間回采的方式，一期為開采+800和+740 m水平，二期為開采+700、+660和620 m水平，預計井下一期開采規?？蛇_到30萬t/a，二期可達到60萬t/a。

(5)開拓探礦與采區地質工作。在近期礦山地質工作成果基礎上，在開拓工程和采區需要加強礦山地質找礦和生產勘探工作，運用礦山工程地球化學勘探和巖相學填圖等新方法，進行鐵銅礦體和含礦蝕變體共伴生組分查定和評價，為今后鐵銅和銅礦綜合開采和綜合利用奠定基礎。

3 關鍵技術問題研究

3.1 露天開采轉地下開采的關鍵問題

根據金山礦業礦體賦特征、工程地質條件和開采技術條件，結合當前國內外類似礦山工程的實際經驗，正確分析和認識露天轉地下開采的工程技術特點，強化露天轉地下開采的安全管理理念，采取必要的安全防范措施顯得至關重要。

(1)轉采過渡期間開拓勘探、生產勘探和礦體的二次圈定工作要作為重點來抓。開拓勘探不僅為礦山企業在礦權范圍內的總體開采設計提供重要的技術支持，而且為礦山的未來發展方向和礦權擴界提供了科學、可靠的依據。生產探礦作為采礦生產活動中的重要組成部分，可安全、準確地探明開采礦體的賦存情況，對于礦體內部結構、斷層情況和富含水體狀況等均能做到較好的預見和預防，能提前采取必要的防范措施，確保生產安全、有序地開展。通過開拓探礦和生產探礦工作的逐步深入，礦體的二次圈定工作也會取得進一步的成效，使得對開采礦體的認識更加清晰，為采礦工作面的重新規劃和設計提供了重要依據，為擴大生產、提高效益創造有利條件。

(2)露天工程與地下工程應統一規劃和有機結合。對于露天轉地下開采的礦山，應充分利用各自優點，在制定可行性方案的同時，統一規劃，合理布置，相互利用，使露天和地下開采有機結合起來，發揮出更高的效能。主要應從以下2方面重點考慮:①開拓工程。利用地下開拓運輸工程，減少露采礦石運輸壓力，縮短運距，節約成本;地下開采的井筒布置要充分考慮露天開采的采動影響，盡量遠離裂隙帶所產生的地表位移區和塌陷區。②排水工程。雨季形成的露天采場積水可以通過滲流集中匯集至井下排水硐室，通過排水泵集中排放至地面，避免露天采場排水泵的多次搬家。

(3)進一步做好工程地質和水文地質的勘探工作。工程地質勘探主要是為了探明賦存礦床內的斷層、裂隙和破碎帶的分布情況，在靠近以上區域施工作業時，采取加強支護的技術措施，防止安全事故的發生。水文地質主要是在巷道施工作業工程中，對出現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行。

3.2 安全應對措施

隨著露天開采深度不斷增大，其開采面積也不斷擴大，在露天轉地下開采過渡期間存在較多的安全隱患，因此，對露天采場最終邊坡穩定性要做好預防工作，防止出現大面積滑坡和泥石流。過渡期間應盡量避免露天和地下作業在同一垂直方向上，避免出現因爆破或回采施工作業引起的安全生產事故。為了防止露天采場底部積水對地下開采形成積水倒灌，必須依托有利地形，將露天采場排水溝與外界排水系統貫通，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地，避免因大量堆放廢石對地下回采中段產生不利影響，出現地表塌陷和頂板冒落。

3.3 礦山生態環境綜合治理

礦產資源開發利用要與自然生態環境相協調，堅持統籌規劃、預防為主、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，及時清除危石和浮石，穩固邊坡，消除崩塌安全隱患;二是生態綠化，露天采場開采結束后，及時進行復土和植被綠化，種植一些低矮灌木和花草，恢復采場周圍自然生態環境;三是在廢石場周圍砌筑攔擋墻，防止發生大塊廢石滾落和滑坡;四是礦區內的運輸道路和排土石場須采取必要的灑水降塵措施，避免出現嚴重的粉塵和揚沙，減少對周圍環境造成環境污染。

4 結論

結合金山礦業現場實際情況，在前期可行性研究和過渡期，加強開拓探礦、生產勘探、礦體共伴生組分查定和評價。根據礦床地質賦存特征，開采技術條件和生產管理水平開展露天轉地下的規劃設計，采取安全、合理、有效的預防和應對措施。同時，要搞好礦山生態環境的綜合治理工作，使礦產資源綜合利用與生態環境保護協調發展，對金山礦業未來的和諧發展具有十分重要的現實意義。

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