磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法

摘要

本发明公开了磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法，涉及磷矿开采技术领域。包括如下步骤：S1、测定准备转地下开采磷矿的存储量及转地下开矿成本，确定具有转地下开采的价值；S2、分别对露天及转地下后的开采产量及成本进行统计和计算；S3、对露天矿区的极限深度进行计算；S4、整体规划，在露天开采的同时，进行地下开拓建设，利用露天超前地下开采的方式，并利用统一的地下巷道，使过渡期拉长，确保地下开采有充分的时间进行采矿方法实验。本发明通过设计简单的开采数据模拟方法，解决了露天转地下开采技术经常面临着减产过渡的现象，既不会影响矿山开采的经济效益，同时保证了矿区的安全生产环境。

说明书

技术领域

本发明涉及磷矿开采技术领域，具体为磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法。

背景技术

磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，是一种重要的化工矿物原料，用它可以制取磷肥，也可以用来制造黄磷、磷酸、磷化物及其他磷酸盐类，自然界中磷元素约有95％集中在磷灰石中，磷矿开采仅选择地理位置好、交通运输方便和开采容易的富矿，不经富集处理即能满足磷肥生产的需要。随着磷肥工业的发展，磷矿需要量迅速增加，尤其是高浓度复合肥料生产的发展对高质量磷矿的需求也相应增加，仅仅开采浅部富磷矿的生产方式已不能满足要求。在这种情况下，开采包括品位不高的磷矿资源，经过富集加工处理，生产商品磷矿的生产方式迅速发展起来。

磷矿露天转地下开采是指当矿床覆盖层转薄而延伸较大时，上部先用露天开采，下部转用地下开采的方法，露天转地下开采技术经常面临着减产过渡的现象，不仅严重影响矿山开采的经济效益，同时也会影响矿区的安全生产环境，因此，在进行露天转地下开采前，需要进行数值模拟，为此，提出了一种磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法。

发明内容

本发明的目的在于提供磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法，包括如下步骤：

S1、测定准备转地下开采磷矿的存储量及转地下开矿成本，确定具有转地下开采的价值；

S2、分别对露天及转地下后的开采产量及成本进行统计和计算；

S3、对露天矿区的极限深度进行计算；

S4、整体规划，在露天开采的同时，进行地下开拓建设，利用露天超前地下开采的方式，并利用统一的地下巷道，使过渡期拉长，确保地下开采有充分的时间进行采矿方法实验；

S5、通过应力测试装置对巷道围岩的应力分布情况进行数据采集并进行分析，确定加固区域；

S6、汇总S2和S3数据，通过电脑模拟过渡期露天矿区和地下开采区开采所需要安排的人力和相关设备资源，确保露天矿区和地下开采区在同步开工时，其产量不会有较大的波动。

更进一步的，所述S3中露天矿区极限深度，是按照露天开采和地下开采每吨矿石的生产成本相等的原则所确定的。

更进一步的，所述S4中过渡期为4-8个月。

更进一步的，所述应力测试装置包括工作台和数据采集装置，工作台顶端中部固定有立架，立架顶端固定有多个第三伸缩杆，第三伸缩杆顶端设置有顶座，立架两侧均设置有升降装置，升降装置包括活动架，活动架一侧设置有伸缩装置，伸缩装置包括固定杆，固定杆端部固定有钻孔围岩应力计，钻孔围岩应力计与数据采集装置电性连接。

更进一步的，所述顶座底端固定有多个第二限位杆，第二限位杆与固定板活动连接，顶座底端与固定板顶端之间固定有多个第二弹簧，第二限位杆位于第二弹簧的螺旋圈内。

更进一步的，所述升降装置包括开设在立架侧面的矩形槽，矩形槽内活动连接有丝杆，活动架与丝杆活动连接，立架顶端固定有电机，电机输出端与丝杆顶端相固定。

更进一步的，所述活动架一侧开设有矩形通槽，矩形通槽内活动连接有活动杆，固定杆与活动杆相固定，矩形通槽侧壁固定有第二伸缩杆，第二伸缩杆伸缩端端部与活动杆端部均固定有两个固定座，第二伸缩杆伸缩端端部的固定座一侧固定有第一限位杆，第一限位杆与活动杆端部固定的固定座活动连接，两个固定座之间固定有第一弹簧，第一限位杆位于第一弹簧的螺旋圈内。

更进一步的，所述工作台底端固定有多个支撑脚，支撑脚底端固定有万向轮。

更进一步的，所述工作台底端固定有多个第一伸缩杆，第一伸缩杆底端固定有支撑板。

更进一步的，所述顶座顶端呈弧形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法，通过设计简单的开采数据模拟方法，解决了露天转地下开采技术经常面临着减产过渡的现象，既不会影响矿山开采的经济效益，同时保证了矿区的安全生产环境。

另外，还设置有应力测试装置，通过应力测试装置的设置可以较为准确和方便的对巷道围岩的应力分布情况进行数据采集，从而确定巷道围岩的加固位置，减少生产事故的发生。

附图说明

图1为本发明应力测试装置右侧轴视图；

图2为本发明应力测试装置左侧轴视图；

图3为本发明应力测试装置仰视图。

图中：1、工作台；101、支撑脚；102、万向轮；103、第一伸缩杆；104、支撑板；201、丝杆；202、活动架；203、电机；3、立架；401、活动杆；402、固定杆；403、第二伸缩杆；404、固定座；405、第一限位杆；406、第一弹簧；5、第三伸缩杆；6、固定板；7、顶座；801、第二限位杆；802、第二弹簧；9、钻孔围岩应力计；11、数据采集装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

实施例

露天转地下开采技术经常面临着减产过渡的现象，不仅严重影响矿山开采的经济效益，同时也会影响矿区的安全生产环境，因此，在进行露天转地下开采前，需要进行数值模拟。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：磷矿坑露天转地下开采数值模拟方法，包括如下步骤：

S1、测定准备转地下开采磷矿的存储量及转地下开矿成本，确定具有转地下开采的价值；开采的价值根据地下磷矿的可开采量的转换价值与转地下开矿成本进行比值。具有转地下开采的价值，是指磷矿的可开采量的转换价值/转地下开矿成本大于1。

S2、分别对露天及转地下后的开采产量及成本进行统计和计算；将数据输入计算机软件中。

S3、对露天矿区的极限深度进行计算，具体的，露天矿区极限深度，是按照露天开采和地下开采每吨矿石的生产成本相等的原则所确定的；但在计算露天开采成本时，有些重要要素需要考虑，如后期的土地恢复成本、环境运行成本和环境破坏成本。

S4、整体规划，在露天开采的同时，进行地下开拓建设，利用露天超前地下开采的方式，并利用统一的地下巷道，使过渡期拉长，确保地下开采有充分的时间进行采矿方法实验，其中，过渡期为4-8个月；整体规划是指露天转地下开采的矿山,在进行矿山设计之时对前期露天开采和后期地下开采应进行全面规划应考虑在过渡期及在整个矿山开采过程中开采工艺系统相互利用与结合，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,使露天开采经济、合理地平稳过渡到地下开采,使矿山产量和经济效益保持稳定。

S5、通过应力测试装置对巷道围岩的应力分布情况进行数据采集并进行分析，确定加固区域；根据不同区域测试的数据对相应区域采用不同等级的加固方式，有针对性的对巷道围岩进行加固，这样可以减小了工程量和工程成本，提高了巷道围岩的长期稳定性。

S6、汇总S2和S3数据，利用计算机软件模拟计算地下矿区欲达到现有产量所需要的各项设备、辅助工具、人员、时间、以及相关成本，选择不同的设备，其产生的时间成本和设备成本是不同的，需要根据计算机计算出合理的价格区间，从而搭配最好的选配方案，在保证开采进度的同时降低前期投入成本，从而实现在不减产的情况下，实现整体收益的最大化，通过电脑模拟过渡期露天矿区和地下开采区开采所需要安排的人力和相关设备资源，确保露天矿区和地下开采区在同步开工时，其产量不会有较大的波动。

作为一种具体的实施例，为使本实施例顺利实施，需要说明的是，应力测试装置包括工作台1和数据采集装置11，在工作台1底端固定有多个支撑脚101，支撑脚101的数量设置为4个，在支撑脚101底端固定有万向轮102，万向轮102为具有止刹功能，将该装置推动到适当位置，然后踩下万向轮102的止刹板，从而可以实现该装置的限位，在工作台1底端固定有多个第一伸缩杆103，第一伸缩杆103设置为2个，并且第一伸缩杆103底端固定有支撑板104，支撑板104的设置是增加该装置与地面的接触面积，增加了该装置在工作时的稳定性，在工作台1顶端中部固定有立架3，并且立架3顶端固定有多个第三伸缩杆5，第三伸缩杆5的数量设置为2个，在第三伸缩杆5顶端设置有顶座7，为使本方案最优，在本实施例中，顶座7顶端呈弧形，这样的设置是为了顶座7可以与顶部巷道围岩进行重复接触，在立架3两侧均设置有升降装置，其中，升降装置包括活动架202，在活动架202一侧设置有伸缩装置，其中，伸缩装置包括固定杆402，在固定杆402端部固定有钻孔围岩应力计9，钻孔围岩应力计9为现有技术，能理解的是，钻孔围岩应力计9与数据采集装置11电性连接。

为使本方案最优，需要说明的是，顶座7底端固定有多个第二限位杆801，第二限位杆801分布在顶座7底端四角，并且第二限位杆801与固定板6活动连接，在顶座7底端与固定板6顶端之间固定有多个第二弹簧802，第二限位杆801位于第二弹簧802的螺旋圈内，第二限位杆801和第二弹簧802的设置是避免顶座7与巷道围岩刚性接触时而导致第三伸缩杆5和第一伸缩杆103损坏。

为使本实施例顺利实施，需要了解的是，升降装置包括开设在立架3侧面的矩形槽，在矩形槽内活动连接有丝杆201，活动架202与丝杆201活动连接，立架3顶端固定有电机203，电机203为伺服电机，伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，并且能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小和线性度高等特性，故适用于本实施例中，并且电机203输出端与丝杆201顶端相固定。

为使本实施例顺利实施，需要知道的是，活动架202一侧开设有矩形通槽，在矩形通槽内活动连接有活动杆401，并且固定杆402与活动杆401相固定，矩形通槽侧壁固定有第二伸缩杆403，第二伸缩杆403伸缩端端部与活动杆401端部均固定有两个固定座404，第二伸缩杆403伸缩端端部的固定座404一侧固定有第一限位杆405，第一限位杆405与活动杆401端部固定的固定座404活动连接，两个固定座404之间固定有第一弹簧406，第一限位杆405位于第一弹簧406的螺旋圈内，第一限位杆405和第一弹簧406的设置，是避免钻孔围岩应力计9与巷道围岩挤压而导致第二伸缩杆403的损坏。

对于本方案的补充，首先在巷道围岩的两侧开设有多个对称设置且高度不同的测试孔，测试孔的直径大于钻孔围岩应力计9和固定杆402的直径，将该装置推到其中一个测试区域，启动第一伸缩杆103直至万向轮102与地面脱离，此时支撑板104与地面接触，启动左右两侧的第三伸缩杆5，直至顶座7与巷道围岩顶部相抵压，此时完成了该装置的固定，启动电机203，直至固定杆402位于其中一组测试孔的一侧，启动第二伸缩杆403，使钻孔围岩应力计9深入到测试孔内，并与测试孔底部的岩石层相抵，最后再次伸长第二伸缩杆403，使钻孔围岩应力计9对该测试区域的围岩进行应力测试，最后将测试数据传送到数据采集装置11中，能理解的是，该装置可以在同一区域内进行多次测试，进而提高了数据的准确性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。