多矿体露天地下时空同步开采方法

摘要

本发明公开了一种多矿体露天地下时空同步开采方法，按以下技术方案和步骤实现：按经济合理剥采比的方式，划定浅部和深部矿体分界线，将多矿体（1）分为浅部矿体、深部矿体；以露天开采的最大境界圈为保护线，按地下开采确定的移动角（7）圈定露天开采保护区边界线，保护区内的深部矿体为充填法开采区段（9），保护区外的深部矿体为崩落法开采区段（10）；通过胶带输送方式将露天剥离的废石回填至废石回填区（14），对充填法开采区段（9）的空区采用尾砂进行胶结充填，形成尾砂胶结充填区（11）。本发明将露天开采、充填法开采、崩落法开采不同采矿方式的工艺特点有机结合，实现了多矿体露天地下时空同步和绿色高效开采。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采矿技术，尤其是涉及多矿体的露天、地下同步开采方法，可广泛应用于赋存分散、复杂的多矿体露天地下大规模开采的矿山。 

背景技术

我国金属矿山80%以上的矿体赋存分散、复杂，开采规模较小，无法满足国民经济对矿产资源的需求，因此根据我国金属矿山矿体赋存特点，以充分利用矿产资源、有效提高矿山规模、实现固废源头减排和环境重构为主要目标，采用多区段同时开采、多种采矿方法并用、露天地下时空同步开采技术既紧迫又关键。 

现有矿床的开采方式有三种：（1）单独采用露天开采；（2）单独采用地下开采；（3）露天地下联合开采。 

但是，以上三种开采方式对赋存分散、复杂的多矿体大规模开采而言显然缺乏针对性和适应性，主要表现在以下两点： 

（1）以上三种开采方式未充分考虑充填法开采、充填法处理空区或塌陷区废石回填后对围岩稳定性的有效支撑作用，无法实现矿山露天、地下、多区段的大规模同步开采。

（2）单独采用露天开采时，无法利用地下开采形成的空区或塌陷区排废而不可避免地形成大量废石场；单独采用地下开采时，对赋存分散的浅部矿体极易造成永久损失；露天地下联合开采时，仅限于矿体相隔较远且相互毫无影响的矿体。三种开采方式存在的共同问题是矿山生产规模小、环境破坏大、未考虑不同采矿方法的相互协调和矿区环境重构。 

《化工矿物与加工》2009 年第4 期发表了“国内外露天转地下开采的发展现状”一文指出：当露天开采不断延深后,这些矿山逐步由露天开采向地下开采过渡最终全面转向地下开采，要求露天转地下开采的矿山,在进行露天转地下开采的设计时,对前(露天) 后(地下) 期开采应统一全面规划,露天开采后期的开拓系统既要考虑地下巷道的利用,同时在向地下开采过渡时,地下开采也应尽可能利用露天开采的相关工程和设施等有利因素,使露天开采平稳地过渡到地下开采,并使矿山产量和经济效益保持稳定。并进一步指出：露天转地下开采的矿山,整个矿山的开采期一般要经过露天开采期、露天与地下联合开采的过渡期和地下开采期三个阶段。但该文也没有考虑充填法开采、充填法处理空区或塌陷区废石回填后对围岩稳定性的有效支撑作用，无法实现矿山露天、地下、多区段的大规模同步开采。 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，提供一种针对我国矿体赋存特点、充分利用矿产资源、有效提高矿山规模、充分结合采矿工艺特点、实现源头减排和环境重构的多矿体露天地下时空同步开采方法。 

为实现本发明的上述目的，本发明多矿体露天地下时空同步开采方法通过以下技术方案和步骤实现： 

一种多矿体露天地下时空同步开采方法，其特征在于通过以下技术方案和步骤实现：

1）按经济合理剥采比的方式，划定浅部和深部矿体分界线，将多矿体分为浅部矿体和深部矿体，圈定露天开采终了境界线，露天开采境界线之上的浅部矿体为露天开采区，采用露天方式开采，深部矿体采用地下方式开采。

2）以露天开采的最大境界圈为保护线，按地下开采确定的移动角圈定露天开采保护区边界线；保护区内的深部矿体为充填法开采区段，采用充填法开采；保护区外的深部矿体为崩落法开采区段，采用崩落法开采。 

所述的移动角的大小应根据不同矿山特定的矿岩条件确定，取值范围为55°～70°。 

3）采用诱导崩落的方式使崩落法开采区段的崩落法采空区周边通过布置深孔诱导顶板崩落，致使地表形成塌陷坑，形成顶板冒落区和废石回填区，然后通过胶带输送方式将露天剥离的废石回填至废石回填区，回填废石既能确保崩落法开采区段有足够厚度的覆盖层，又能起到控制围岩变形的作用。 

废石回填量为： 

         （1），

式中： -塌陷区内可回填的废石体积，万m³，

-地下崩落法区段生产能力，万t，

-矿石比重，t/ m³。

4）对充填法开采区段的空区采用尾砂进行胶结充填，形成尾砂胶结充填区，采用尾砂进行胶结充填，一方面有效控制岩层变形、确保不影响露天开采安全，另一方面可有效减少尾砂排放。尾砂胶结充填体积为： 

               （2），

 式中： -地下充填法区段生产能力，万t，

-尾砂充填体积，万m³，

-矿石比重，t/ m³。

本发明多矿体露天地下时空同步开采方法采用以上技术方案后具有以下优点： 

① 充分考虑了不同采矿方式的工艺特点，通过各区段采用不同采矿方法和协调开采技术，将露天开采、地下开采、源头减排和环境重构统筹考虑，将崩落法采区塌陷坑作为露天剥岩排土场、选矿尾砂用作充填法采区充填料、井下废石不出坑转运至采空区，实现了多矿体露天地下时空同步开采、安全开采和绿色开采；

② 本发明突破了常规的露天地下同期联合开采或露天转地下开采的思路，充分考虑了空场胶结充填或废石充填处理后对围岩的支撑作用，采用诱导崩落顶板岩体和废石回填塌陷区，既确保了覆盖层厚度、控制了岩移范围，又有效解决了尾废堆存占地及污染环境的问题。

附图说明

图1是本发明方法对深部矿体和浅部矿体进行划分的示意图； 

图2是本发明方法对露天开采区段、充填法开采区段和崩落法开采区段的划分图。

图3是本发明方法对露天地下环境进行重构的方法图。 

附图标记为：1—多矿体； 2—露天开采区； 3—露天开采境界线；4—浅部和深部矿体分界线； 5—浅部矿体；  6—深部矿体；     

7—移动角；   8—露天开采保护区边界线；   9—充填法开采区段；      10—崩落法开采区段；  11—尾砂胶结充填区； 12—崩落法采空区； 13—顶板冒落区；    14—废石回填区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明多矿体露天地下时空同步开采方法做进一步详细说明。 

本实施例中多矿体露天地下时空同步开采方法在昆钢大红山铁矿进行了现场工业试验。由图1所示的本发明方法对深部矿体和浅部矿体进行划分的示意图看出，本发明多矿体露天地下时空同步开采方法，首先按经济合理剥采比划定浅部和深部矿体分界线4，以浅部和深部矿体分界线4将多矿体1划分成浅部矿体5和深部矿体6，浅部矿体采用露天方式开采，即确定露天开采区2，然后圈定露天开采终了境界线3。 

由图2所示的本发明方法对露天开采区段、充填法开采区段和崩落法开采区段的划分图看出，本发明多矿体露天地下时空同步开采方法，通过理论分析和类比法选取移动角7，按此移动角7圈定露天开采保护区边界线8，即将深部矿体6划分成为充填法开采区段9和崩落法开采区段10。 

由图3所示的本发明方法对露天地下环境进行重构的方法图，本发明多矿体露天地下时空同步开采方法，将尾砂做充填料充填至尾砂胶结充填区11，在崩落法采空区12周边通过布置深孔诱导顶板崩落，即形成顶板冒落区13和废石回填区14，将露天剥离的岩石回填至废石回填区。 

本发明通过将诱导崩落构建的塌陷坑作为露天排岩场，将选矿尾砂用作充填法采区充填料，既减少了尾废堆存征地、实现了环境重构，又控制了岩移范围、保证了露天边坡安全。采用本发明的方法，在昆钢大红山铁矿形成浅部露天开采380万t/a、深部矿体充填开采区上向水平分层充填法150万t/a、深部矿体崩落开采区无底柱分段崩落法450万t/a集于一体的开采系统。