大孤山铁矿露天地下协同开采方案研究

我国金属矿山露天采矿技术进展及发展趋势章林【摘要】The technical progress of open pit mining in metal mines since the founding of the people's Republic of China are introduced and compared with the advanced level at abroad.It is concluded that such techniques as open-pit steep mining, and high bench mining,wearing explosive technology have been developed rapidly and have a certain technical advantage.They basically follow the international trend,and some of them even approached the international leading level.The open pit trans-portation system,large-scale equipment and automation have been closed to the international advanced level.Meanwhile,there still exists a large gap in the digital mine,mining monitoring means and modern management,and so on.It is proposed that within a period of time in the future,the opencast mining technology trends to thecontinuous,concentrated mining process and the equipment are large-scale and intelligent.The extremely deep open-pit mining,wasteless mining technology,digital mine are intended to be explored.%介绍了建国以来，我国金属矿山露天采矿技术取得的进展，并与国外先进水平进行了比较，得出我国在露天矿陡帮开采、高台阶开采、穿爆技术方面发展迅速并具有一定的技术优势，基本是跟随国际研究趋势，甚至部分技术达到了国际领先。

姑山铁矿露天境界外驻留矿安全高效开采方法及工艺研究
我国85%以上的铁矿资源来源于露天生产,经过多年的开采,大部分露天铁矿山企业都面临着露天采场闭坑及露天转地下开采。

因此,进行露天境界外驻留矿体开采已成为露天矿山企业发展的必然趋势,对我国国民经济发展具有重要的理论和现实意义。

本文针对姑铁矿开采技术条件,通过现场调研、室内试验、理论分析、数值模拟等研究手段,对驻留矿体开采的一些关键性技术进行了深入分析,取得了如下研究成果：(1)进行了姑山铁矿驻留矿体开采岩石力学试验,测定了主要矿岩的力学参数,并采取科学方法将其折算为现场岩体工程力学参数。

(2)通过大量的充填配比实验,得出了胶结矿柱充填、胶面材料及人工假底充填的最佳充填材料、灰砂比及质量浓度。

(3)分析国内外类似矿山开采现状,并结合姑山铁矿的实际情况,提出三种安全、高效、可靠的采矿备选方案,通过集对层次分析方法,最终确定采用机械化上向水平分层充填采矿法。

(4)采用MIDAS/GTS(岩土与隧道分析系统)建立了姑山矿三维数值模拟模型,确定了合理的采场结构参数及最优的回采顺序。

通过对姑山铁矿驻留矿体开采关键技术的研究与开发,解决了驻留矿体开采带来的特殊技术问题。

研究成果不仅可以消除姑山铁矿资源枯竭对公司可持续发展的制约,而且开发的关键技术可以辐射整个矿产资源开发行业,大大提高我国采矿技术整体水平。

大孤山铁矿露天转地下过渡期开采境界细部优化范晓明;任凤玉;肖冬;丁航行;毛亚纯【摘要】当前国内深凹露天矿转入地下开采已成为一大发展趋势,在露天转地下开采的过渡期,露天生产与地下生产往往相互干扰,经常导致安全生产条件差和产量衔接困难.本研究结合大孤山铁矿露天开采末期,即将转地下开采这一工程背景,从露天地下协同开采的原则与过渡期产量平稳衔接要求出发,对大孤山铁矿露天境界适应性进行了分析,找出了存在的问题.针对存在的问题,采取了小孤山采区露天独立延深开采和大孤山采区东帮境界西移两种技术改进措施,来改善过渡期协同开采条件.运用SURPAC三维采矿设计软件,对改进前后采剥矿岩量进行了分析计算,使露天开采境界得到细部优化.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】4页(P19-22)【关键词】露天转地下;协同开采;境界优化;诱导冒落【作者】范晓明;任凤玉;肖冬;丁航行;毛亚纯【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司,鞍山 114043;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TD854目前国内约九成的露天矿均已进入深部开采，其中许多深凹露天矿正陆续转入地下开采。

在露天转地下开采的过渡期，露天生产与地下生产往往相互干扰，经常导致安全生产条件差和产量衔接困难［1-8］。

露天转地下过渡期为露天地下同时开采期，露天一般开采深部矿体，地下一般开采挂帮矿体。

对于露天转地下开采的金属矿山，过渡期优化露天境界是为了能够合理利用露天开采与地下开采各自工艺的特长，便于实现露天转地下平稳而高效地过渡，并使露天开采和地下开采的总效益最大化。

因此，合理地确定露天转地下的开采境界，使露天生产效率和地下生产效率达到最优，对矿山企业的运营与发展意义重大［9-14］。

大孤山铁矿——亚洲最深的露天铁矿工程总投资：—工程期限：1916年——2020年辽宁鞍山大孤山铁矿露天矿坑,足够塞下十几座能坐9万人的鸟巢体育场。

鞍山不仅有着祖国钢铁之都的美誉，还拥有中华宝玉之都、海城世界镁都等光环四射的头衔。

从空中俯瞰，在这片广袤的沃土上分布着一座座资源巨大、品位高档的矿山。

在过去的几十年里，从这一座座聚宝盆里开掘出来的大批丰富矿产，为鞍山这个重工业城市的发展壮大，为鞍山经济的振翅高飞做出了不可磨灭的贡献。

亚洲最深铁矿你见过露天采矿场吗?在辽宁鞍山市东南方拥有亚洲最深的露天铁矿———大孤山铁矿。

大孤山铁矿场位于祖国钢都鞍山东南12公里的千山脚下，占地面积10.6平方公里，素有“十里铁山”之称。

1906年，日本为加强对东北的政治和经济侵略，在大连设立了南满洲铁道株式会社(简称满铁)，作为在经济上侵略中国东北地区的大本营。

1909年8月，满铁派人对鞍山地区进行非法的秘密探矿，先后调查了铁石山、西鞍山、东鞍山、大孤山、樱桃园、关门山、小岭子、弓长岭等10余座铁矿山，并发现了大石桥菱镁矿、烟台粘土矿等资源，为在鞍山地区开矿建厂冶炼钢铁作准备。

1916年４月，满铁在兴办振兴铁矿无限公司的同时，开始鞍山制铁所的建厂筹备工作。

大孤山铁矿开采于1916年，是全国较为典型的深凹露天铁矿。

矿场封闭标高78米，沿走向长1620米，宽1200米，目前已采至-258米。

主要产品为磁铁矿，平均地质品径33。

6%。

近年来，大矿年产矿石达700万吨左右。

鞍山是一座依托铁矿资源发展起来的城市,铁矿较大规模开采历史已逾百年。

在新中国成立之后,鞍山钢铁为社会主义的建设插上了腾飞的翅膀,"钢铁之都"的称号享誉国内外。

鞍山大孤山铁矿北部矿体与大孤山主体矿脉紧密相联，最近距离仅100米。

据测算，大孤山铁矿北部矿体总储量为12175.6万吨，其中碳酸铁矿储量为9564.7万吨，综合地质品位为27.7%。

Development and Innovation | 发展与创新 |·263·2020年第4期作者简介：孙艳荣（1974—），女，高级工程师，研究方向：水文地质，工程地质，环境地质。

毗邻风景区矿山生态地质环境保护与治理措施探索——以大孤山铁矿为例孙艳荣（辽宁省冶金地质勘查研究院有限责任公司，辽宁 鞍山 114038）摘 要：地质环境与地壳内、外动力作用的历史、强度、质量明显制约着生态环境的演化。

在自然资源开发利用过程中，生态保护与修复是地质环境治理工作一项重要内容。

文章通过对区域生态地质环境各要素现状进行调查分析，结合风景区生态地质环境保护要求，提出矿山地质环境治理工作措施建议，对毗邻风景区的其他矿山具有借鉴意义。

关键词：生态地质环境；风景区；矿山；地质环境治理中图分类号：TD167 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）04-0263-021 生态地质环境现状1.1 地质环境（1）地形地貌。

研究区地处辽东山地与下辽河平原之间，大地构造上属东部斜坡带。

区域地貌格局东部为低山丘陵，中部为山前倾斜平原，西部为太子河冲洪积平原。

近市区地带为标高在200m 左右的浑圆状丘陵及“U ”字形谷地。

大孤山铁矿于1916年开始露天开采，采场现已形成一个开口1.9km 2，-180m 深的漏斗形大坑，另有占地4.79km 2的3处排岩场和汇水面积5.29km 2的尾矿库。

矿山建设彻底改变了地形地貌，使原有高差加大，局部地段变得相对平坦或陡峭；采场表土剥离，废石、尾砂堆放使区域内植被覆盖面积减少；现已形成的漏斗形大坑，高耸的排岩场和尾矿库与其周边原始地貌，尤其是千山景区山体形成极为鲜明的对比。

（2）地层岩性与地质构造。

区内分布有岩浆岩，主要是太古代侵入岩。

出露地层为太古界鞍山群、下元古界辽河群、中上元古代细河群及新生界第四系。

区内突出的褶皱构造为东部山区的三尔塔至大孤山东西向向斜。

露天矿山开采的薄弱环节及对策消除露天矿山开采薄弱环节，控制矿山生产事故，改善矿山开采环境，是露天矿山开采可持续发展的重要课题，必须引起高度重视。

本文首先分析了我国露天矿山开采的主要薄弱环节，并针对性的提出了解决的对策。

标签：露天矿山开采工艺安全环境1我国露天矿山开采的主要薄弱环节1.1开采工艺落后我国露天矿开采工艺的一个重要特点是广泛采用全境界开采，这种开采方法的优点是生产组织简单，其缺点是由于最终境界的不确定性造成开采的盲目性。

露天矿山寿命大都为几十年，最初设计确定的开采境界在开采过程中，随着技术条件和经济环境的不断变化，很可能不再适用，因此，一开始就将台阶推进到最终境界是盲目和不符合客观规律的，严重影响开采的总体经济效益。

我国个别露天矿山也采用分期开采，但这种分期开采一般不是一开始就计划好的，而是由于采剥严重失调或是扩大生产规模的需要而进行分期扩帮，所以我国采用分期开采露天矿的分期长，分期数很少，没有充分发挥分期开采的优越性。

1.2存在安全隐患多一是有的开采面坡度过陡，局部还存在阴山坎;二是有的没有设警报器、避炮房（洞）;三是宕面顶部表土剥离工作半数以上未做;四是有的作业场地堆料、积水过多清理不干净;五是有的生产宕面与加工场地、民房、道路间安全距离不符合规定;六是有的生产宕面浮（险）石清理不干净;七是爆破用导火索普遍短于1.2米;八是部分电器设备、线路破旧，有的线路架设不规范;九是设备无牌、操作人员无证以及安全帽不按规定佩戴现象时有存在;十是运料车辆超载普遍。

1.3露天矿山开采中环境问题突出1.3.1矿山开采对矿区土地的影响土地资源是人类赖以生存和发展的基础。

矿山的开采一般分为 2 种：井工开采和露天开采。

我国矿山的开采90%以上为井工开采。

井工开采引起的土地破坏以地表塌陷和矸石山压占土地为主。

露天开采引起的地表破坏以开采场挖掘和外排土场压占土地为主。

1.3.2矿山开采对水资源的影响对水资源的影响表现在 2 个方面：在开采中人为的疏干排水和自然的疏干排水，导致地下水位的下降，从而引起矿区水资源枯竭，地表植被干枯，农业产量下降等;矿山开采造成地表及地下水的污染。

弓长岭铁矿东南区露天井下协同开采技术研究弓长岭铁矿东南区包含两条平行含铁带,下盘含铁带为磁铁矿,用井下开采方式先行开采；上盘含铁带为赤铁矿,用露天开采方式滞后开采。

当井下开采到+196m～+152m中段时,露天开采+448m～+388m台阶,露天与井下的工作面最大高差近300m,而且井下采空区冒透地表后,紧靠露天采场形成了规模较大的塌陷坑,使露天采场生产安全受到塌陷区岩移的威胁。

同时按原设计井下开采到+152m水平后,等到露天开采结束后才能继续向下开采,由此将造成东南区未来5-10年之间产量难以衔接。

为解决这些问题,本文利用矿山三律(散体移动规律、岩体冒落规律、地压活动规律)适应性高效开采理论,系统研究了上、下盘含铁带高落差协同技术。

首先、分析了边壁岩体片落或滑落的发生条件,得到塌陷坑边壁稳定性是由边壁岩体的强度与坑内的移动散体的侧向支撑力共同维护的结果,而这种平衡关系与散体有无陷落可归结为散体移动状态。

其次、实验研究了塌陷坑散体的流动连续性。

根据塌陷坑底部的散体和井下出矿口出露的散体的组成,综合评估了塌陷坑内散体的组成及块度分布；根据块度组成进行了结拱实验,得到出矿过程中散体结拱的临界跨径比,据此分析得出,在塌陷坑的实际宽度下,塌陷坑内的散体在下移过程中,不会发生大的结拱现象。

第三、统计分析中央区地表塌陷范围与采深的变化关系。

利用中央区上盘含铁带开采年限长,采深大以及塌陷坑发育充分的特点,统计了该区的地表塌陷范围、采深和上盘倾角的关系,结果表明,对塌陷范围大小起作用的散体柱高度一般不足整个散体柱高度的1/3,而对地表陷落范围影响极小的深部散体柱最大高度占整个散体柱高度的82%,根据这种现象,提出了临界散体柱支撑边壁岩体稳定的新概念,并分析了临界散体柱高度与矿体倾角的变化关系。

第四、分析了塌陷坑散体对边壁的支撑作用,得出塌陷坑内散体柱的主动侧压力和被动侧压力共同作用阻碍边壁岩体大面积片落,使临界散体柱形成较稳定的支撑结构,能够较好地适应侧压力的变化。

孤山铁矿开发利用方案海南州环发矿业有限责任公司二OO八年五月孤山铁矿开发利用方案编写单位：青海省地矿工程咨询中心项目负责：李延军编写人：朱世菽董事长：卫岗提交时间：2019年5月提交单位：海南州环发矿业有限责任公司第一章概述 (4)第一节目的任务 (4)第二节矿区位置、隶属关系和性质 (2)第三节自然地理概况 (2)第四节矿区前期工作情况 (3)第五节依据的主要资料 (3)第二章钢铁市场分析 (3)第一节我国铁矿石资源储量 (3)第二节我国钢铁产量和消费量 (4)第三节铁矿石价格 (6)第四节市场评价 (7)第三章矿产资源概况 (7)第一节矿区总体概况 (7)第二节设计项目的资源概况 (9)第四章主要建设方案的确定 (17)第一节开采方案 (17)第二节防治水方案 (20)第五章矿床开采 (21)第六章选矿方案 (27)第七章环境保护 (29)第八章安全卫生 (31)第一节工业安全 (31)第二节工业卫生 (35)第九章投资估算及效益评价 (35)第一节投资估算及资金筹措 (35)第二节财务评价 (36)第十章开发方案简要结论 (45)顺序号图号图名比例尺1 1 青海省共和县孤山铁矿申请划定采矿权范围图（附总图布置）1:20002 2 孤山铁矿Ⅰ-0勘探线地质剖面图（附开拓）1:5003 3 孤山铁矿Ⅰ-7勘探线地质剖面图（附开拓）1:5004 4 孤山Fe1、Fe2、Fe3、Fe4垂直纵投影图（附开拓系统）1:5005 5 孤山Fe5、Fe6垂直纵投影图（附开拓系统）1:5006 6 孤山铁矿Ⅱ-0勘探线地质剖面图（附开拓）1:5007 7 孤山铁矿Ⅲ-0勘探线地质剖面图（附开拓）1:5008 8 孤山Fe8、Fe9垂直纵投影图（附开拓系统）1:5009 9 孤山Fe7矿体垂直纵投影图（附开拓）1:50010 10 平底结构留矿全面法标准图1:40011 11 平底结构浅孔留矿法标准图示意12 12 垂直走向布置矿房分段采矿法示意附件目录1、委托书2、矿区范围批复3、地质报告评审意见书4、备案证明第一章概述第一节目的任务为了合理开发利用孤山铁矿资源，受海南州环发矿业有限责任公司的委托，青海省地矿工程咨询中心通过搜集资料，组织相关人员编制了本方案。

独立工矿区转型发展案例研究——以大孤山为例发表时间：2019-04-22T15:34:14.190Z 来源：《知识-力量》2019年8月22期作者：刘姝含[导读] 截止2016年3月3日，国家已支持54个独立工矿区进行系列转型。

本文以此为背景，研究中国东部的辽宁大孤山独立工矿区的转型及未来发展问题，分析了其现状及仍存留的问题，并与其他独立工矿区进行对比分析和总结。

（重庆交通大学经济与管理学院，重庆 400074）摘要：截止2016年3月3日，国家已支持54个独立工矿区进行系列转型。

本文以此为背景，研究中国东部的辽宁大孤山独立工矿区的转型及未来发展问题，分析了其现状及仍存留的问题，并与其他独立工矿区进行对比分析和总结。

关键词：大孤山；独立工矿区；转型发展1引言国家在探索时期，大力开发矿产资源。

经过几十年的开采与利用，曾经充当能源资源开发地的独立工矿区，如今大多数已面目全非，资源枯竭，环境恶劣，对经济发展而言，更是产业单一。

种种问题使国家意识到独立工矿区必须转型，当地人民亦渴望得到国家的支持。

据统计，中国共有450多个独立工矿区，其中迫切转型的有130多个，而东北地区最为严重，拥有50多个。

对此，国家也出台了一系列政策，在2013年，选取了5个工矿区先行试点；2014年，对资源开发严重的东北地区的10个进行试点；2015年，对全国39个独立工矿区进行先后改造，截2016年3月3日，国家已经对其中的54个独立工矿区采取了相应措施，主要是对民生、产业转型、生态等方面进行改造。

通过整理国内外相关资料，国内关于独立工矿区的相关研究较少。

而且少有对大孤山研究，学者赵家伟（2015）以整个东北地区为视角，对东北地区的独立工矿区的发展、问题及如何转型进行了系统研究。

学者周东凯等（2016）以马鞍向山为例，研究了向山的基本条件，产业体系构建，并总结了转型发展的一系列措施。

也有从地理角度研究独立工矿区的，如李倩等（2013）认为独立工矿区的选址和产业发展也包含工业地理学。

大红山铁矿坑露联合同步开采优化范有才;徐万寿【摘要】The production and technical problems such as the mineral below construction caused by slow open-pit mining,the contradiction between the open-pit and underground is obvious,the mining is not suitable for mineral processing,the deterioration of economic benefits are existed in the process of the open-pit and underground joint synchronous mining.According to the above problems,based on the early ground pressure monitoring data analysis results and the research theory of the relationship between open-pit and underground,combing with the actual situation of the Dahongshan iron mine,the following 4 technique optimization methods are proposed:the mine reserved safety pillars are conducted readjustment to reduce the mineral below construction caused by open-pit to relieve the contradiction between open-pit and underground based on studying the surrounding rock movement angle in the process of underground mining;the lava deposit model is established by adopting 3DMine software,the open-pit mining boundary is optimized based on the mining economical value to meet the requirements of mining economics and open-pit and underground joint synchronous mining speed;the underground mining sequence is optimized to realize the smooth and safety transition of open-pit and underground mining;the mining scheme of the ores outside the mining boundary is planed reasonably in advance to ensure the rational comprehensive u-tilization ofresources.The above reasonable schemes can solve the above problems,which provide ample time for open-pit mining and create conditions of the underground safety production.Besides that,they are meet the requirement of safety and economics.%针对大红山坑露联合同步开采过程中存在的露采迟缓压矿、坑露矛盾突显、采不保选加剧与经济效益恶化等生产、技术难题，以前期地压监测数据分析及坑露关系研究理论为基础，结合实际、统筹兼顾，提出了4条技术优化思路：通过对井下开采过程中围岩移动角的研究，重新调整井下预留保安矿柱，减少露天采场对井下的压矿量，缓解坑露矛盾；应用3DMine 软件建立熔岩矿床模型，根据开采经济价值对露天矿进行开采境界优化，以同时满足开采的经济性与坑露进度要求；理顺井下开采顺序，实现坑露开采安全平稳过渡；提前合理规划开采境界外矿石，确保资源综合利用。

具有深凹特征的改进挂帮矿诱导冒落开采方法范晓明;任凤玉;肖冬;毛亚纯【摘要】大孤山铁矿为大型深凹露天铁矿山,在露天转地下过渡期中,采用诱导冒落法开采挂帮矿的新型露天转地下过渡模式.对大孤山铁矿现存挂帮矿进行三维建模分析,依据过渡模式的露天地下协同开采的安全要求,选择南帮挂帮矿作为过渡期第一阶段露天地下协同开采区域,通过采用合理的回采顺序控制边坡上塌陷坑范围和塌陷坑容积,使滑移体全部滑入塌陷坑.开采东帮挂帮矿为露天转地下第二阶段,利用露天原有运输系统迅速提高地下产能,并采用合理方式控制东帮边坡滑移岩体.最后采用该方法对大孤山铁矿露天转地下进行方案设计和验证.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)009【总页数】6页(P1321-1326)【关键词】挂帮矿;深凹特征;诱导冒落开采;大孤山矿;露天转地下【作者】范晓明;任凤玉;肖冬;毛亚纯【作者单位】东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳 110819;鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司, 辽宁鞍山 114043;东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳 110819;东北大学资源与土木工程学院, 辽宁沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】O319.56大孤山采区为典型的深凹露天矿,该矿采场封闭圈标高为+78 m,截止2015年底,露天最低开采水平为-310 m,露天境界优化后,境界坑底标高为-474 m,露天还有可采储量4 900万t,按设计产能300万t/a计算,还可延长开采13年,之后转入地下开采.在露天开采境界之外存在大量挂帮矿,挂帮矿体的开采会使岩体受到二次扰动,产生复杂的应力场[1],挂帮矿往往有着深凹的特征,产生了严重的边坡问题,边坡会发生蠕动、松动变形产生滑坡、崩裂破坏[2],为保障露天转地下平稳过渡,亟需进行过渡期挂帮矿高效安全开采的研究,关于挂帮矿的开采和回收,国内外的专家开展了大量的研究.程高福[3]根据姑山铁矿挂帮的实际情况,进行了二期开采工程设计方案;李大凯[4]对首钢矿业公司二马采区露天转地下挂帮矿开采的开拓系统及采矿方法进行了合理选择;宋华等[5]对融冠铁锌矿露天转地下开采时无底柱分段崩落法的应用情况进行了探讨,并对边孔角度、阶段高度等参数进行了优化; Zhang[6]提出了一种基于冲击波碰撞和应力叠加的悬挂方法,减少了矿石的损失.Jin等[7]利用离散单元的模拟方法探究无底柱的矿岩的开采.Cheng等[8]通过室内的材料模拟,研究降水对挂帮矿的影响.Cai等[9]根据大冶铁矿二号挂帮矿实际开采的方法,讨论了开采过程中的减震控制爆破和边坡变形监测. Yi等[10]对诱导冒落法进行了数值模拟,分析了方法的可靠性,取得良好的效果.岩体的厚度和节理发育等因素很大程度上影响着整个矿体的稳定性[11-12],本文针对大孤山铁矿挂帮矿的特点,采用露天转地下楔形转接过渡方式,利用诱导冒落法开采挂帮矿,通过合理布置采场和调整回采顺序保证露天、地下协同开采的安全高效,使大型深凹露天矿露天转地下过渡期产能平稳衔接.1 露天转地下新型转接过渡方案大孤山铁矿露天转地下过渡方案采用楔形转接过渡方法(见图1).这是一种新型的不留设保安矿柱的过渡方法,与传统预留矿柱的过渡方法相比,该方法可以有效加快地下开采进度,缩短过渡期,还可以进行露天、地下的协同开采,保障过渡期产能平稳,避免减产过渡甚至停产过渡.该方法将处于露天开采末期的开采境界按照楔形几何特点划分为露采区域和地采区域,水平方向上露采与地采区域不重叠,创造同时开采的安全条件;垂直方向上露采区域位于地采区域的上方,露天按适宜边坡角继续向下延伸开采,地下开采先开采挂帮矿,再按照楔形几何特点逐步向下扩大地采范围,伴随露采深度增大产能下降,地采深度增大产能提高,按此开采顺序保障产能平稳过渡.由于露天采场和地下采场水平投影不重叠,新型过渡方法可以创造一个露天、地下同时开采互不影响的安全环境.挂帮矿为露天转地下过渡期露天开采残留矿体,在露天开采和爆破的作用下,挂帮矿体的岩体裂隙进一步发育,岩体质量劣化,适于采用诱导冒落法开采挂帮矿体(见图2).图1 露天转地下楔形转接过渡模式Fig.1 Open-pit to underground wedge transition model图2 挂帮矿诱导冒落法开采示意图Fig.2 Diagram of induced caving mining for hangingwall ore设置首采分段为诱导冒落水平,回采后形成拉底的空区,顶板围岩应力集中,随着开采范围增大空区范围随之增大,当空区跨度超过岩体自稳跨度后,顶板围岩在高应力作用下失稳破坏,上覆矿岩破碎塌落,在首采分段下部设置回收分段,接收上部冒落矿石. 该过渡方法存在的主要安全问题是:采用诱导冒落法开采挂帮矿会引起边坡失稳破坏产生滑移,这种边坡灾害会对露天生产造成危险.诱导冒落产生的空区会随着回采面积扩大不断向上扩展,直至冒透地表形成塌陷坑,这会破坏深凹露天坑高陡边坡脆弱的稳定状态,导致边坡滑移,大规模的高速滑移体会对露天仍在生产的采场造成极大危害.在海南铁矿露天转地下过渡期岩移危害控制研究中发现,在诱导冒落挂帮矿形成塌陷坑的过程中,如果形成的塌陷坑容积可以容纳边坡的滑移岩体,那么可采用塌陷坑收纳边坡滑落的岩体.为使边坡岩移不影响露天生产,只要控制塌陷坑几何形状、边坡岩体的滑移量和滑移方向,使滑移体均向塌陷坑移动且不会溢出即可(见图3).图3 边坡岩移危害控制方法示意图Fig.3 Diagram of control method for slope instabilityhazard根据上述研究,为解决大孤山铁矿露天地下同时开采边坡岩移危害,需通过合理调整诱导冒落法工程回采顺序,控制采空区形态的发展,使滑移体滑向形成的塌陷坑内,避免滑移体威胁露天采场.为防止个别散石溢出塌陷坑滚向露天坑底,在挂帮矿一侧露天坑底布置挡石坝,预留安全距离.2 大孤山铁矿挂帮矿开采研究2.1 挂帮矿现场调查和区域研究根据大孤山铁矿最终境界,大孤山采区挂帮矿由三部分组成,北帮挂帮矿位于7#线以北,东帮挂帮矿位于7#～10#线之间,南帮挂帮矿位于10#线以南.挂帮矿的位置如图4所示.在大孤山露天转地下过渡期,为加快地下开采进程,地采仍采用露天运输系统,由此需要保护北帮露天运输系统,北帮挂帮矿体需要滞后开采.东帮和南帮远离露天运输系统,过渡期开采不会影响露天运输.为此,本文重点研究东帮和南帮挂帮矿体的诱导冒落法开采方案.南帮挂帮矿(见图5)位于露天采坑南帮边坡下,开采范围为10#勘探线以南、-400 m水平以上的矿量,这部分矿量垂直矿体走向长度240～270 m,宽120 m,高150 m,可采矿量830万t.上部覆岩为千山花岗岩,矿体为磁铁矿.东帮挂帮矿体呈三棱柱形(见图6),开采范围为7#勘探线和10#勘探线之间、-456 m以上矿体,沿走向长284 m,宽136 m,高90 m,矿量约为600万t.挂帮矿为磁铁矿,上盘围岩为含铁石英岩和绿泥石英片岩.根据大孤山铁矿现场结构面调查和取样矿岩的点荷载试验,对大孤山铁矿矿岩稳定性进行分级评价(见表1).图4 大孤山采区挂帮矿体赋存位置Fig.4 Occurrence location of hanging wall ore inDagushan open-pit mine(a)—大孤山最终境界； (b)—大孤山矿体-456 m水平切面图.图5 南挂帮矿模型Fig.5 Hanging wall ore model of south boundary图6 东帮挂帮矿模型Fig.6 Hanging wall ore model of east boundary由矿岩分级结果可见,矿体坚硬但节理裂隙较发育,采用诱导冒落法开采可使矿石呈合适块度崩落,上盘石英岩较矿体稳固性稍差,南端的千山花岗岩和上盘绿泥石英片岩岩体质量更差,如果矿体进入冒落状态,其上覆围岩由于岩性更差必然会冒落.所以根据岩体稳定性分级指标,大孤山铁矿东帮和南帮挂帮矿适于进行诱导冒落法开采. 表1 大孤山采区矿岩稳定性分级表Table 1 Stability classification table of rock inDagushan mining area岩石种类Is(50)MPa抗压强度RcMPa岩石完整性系数Kv岩石基本质量mt稳定性级别稳定性特点大孤山磁铁矿下盘8.53120.410.46416.86III中等稳固大孤山磁铁矿上盘5.8988.110.47423.31III中等稳固上盘含铁石英岩5.8287.190.39381.69III中等稳固下盘混合花岗岩3.8963.550.56420.53III中等稳固千山花岗岩1.5735.020.4294.84IV不稳固上盘绿泥石英片岩4.0565.520.16261.95V极不稳固根据大孤山铁矿南北长东西窄的几何特征,深凹露天坑和高陡边坡的特点,结合露天转地下楔形转接过渡方法,提出深凹露天矿露天转地下转接过渡方案.由于大孤山铁矿南北长东西短,导致其露天坑底东西方向较窄,且为高陡边坡,露天地下协同开采时,无法在东西方向留设足够的安全距离设置挡石坝,且东帮挂帮矿高度较小,其几何特点导致形成的塌陷坑可能无法完全容纳边坡滑移体.露天地下协同开采第一阶段,选择南帮挂帮矿与露天同时开采,维持产能平稳过渡,露天开采完毕后,再进行东帮挂帮矿开采,补充产能.2.2 南帮挂帮矿开采方案针对南帮挂帮矿深凹地质条件,采用大结构参数诱导冒落开采方法.设置分段高度为20 m,进路间距为20 m,上下分段之间进路菱形布置.布置三个回采分段, -354 m分段为首采分段,联同-374 m分段的回采,诱导上部70～100 m高矿体自然冒落.-374 m分段联同-394 m分段,回采过程中充分接收冒落的矿石.南帮挂帮矿体的采准工程布置见图7和图8.为便于控制采空区形状和塌陷坑形态,靠近露天坑一侧,回采巷道沿边坡方向(垂直矿体走向)布置.分段内的回采顺序为中间向两端退采.在图7所示采准工程布置形式下,当具备三个分段同时出矿条件时,可3个采场同时出矿,生产能力可达200万t/a.图7 大孤山南帮挂帮矿-394 m分段工程布置图Fig.7 Segmented project plan of hanging wallore in the south slope -394 m level inDagushan mining area图8 大孤山南帮挂帮矿1#勘探线剖面Fig.8 1# prospecting line profile map of hangingwall ore in the south slope in Dagushanmining area为加快南帮挂帮矿地采进程,需要尽早进行南帮挂帮矿的开拓采准工程,以保证在露天闭坑时,形成三分段同时出矿条件.根据施工进度和产能衔接时间安排,需在露天运输公路已下降到 -414 m水平时,从-342 m平台与-414 m平台向南帮挂帮矿掘进斜坡道与平硐,在矿体中进行采准开拓工程施工.南帮挂帮矿回采时,仍采用露天运输系统,在露天转地下过渡期充分利用现有工程,快速达到稳产过渡(见图9).2.3 东帮挂帮矿开采方案东帮挂帮矿矿体呈三棱柱形,矿体与上盘围岩中等稳固,局部出露的绿泥石英片岩不稳固.图9 挂帮矿开拓系统露天位置图Fig.9 Open-pit location of development system forhanging wall ore在露天开采完全结束时,进行东帮挂帮矿诱导冒落开采,补充地下产能的不足.当露天开采水平下降至-430 m时,向挂帮矿掘进措施平硐,加快挂帮矿中开拓采准工程施工进度.虽然东帮开采时露天生产已经结束,但是东帮挂帮矿仍然采用露天原有下盘侧的运输系统,仍需控制回采顺序,尽量减小边坡滑移至坑底的岩石量.靠近露天坑一侧,回采巷道沿矿体走向布置;为远离边坡靠近上盘一侧的矿体垂直走向布置回采进路.采准工程布置形式如图10和图11所示.靠近露天坑的采区采用由中间向两边退采的方式,控制塌陷坑形态,控制岩移.图10 1#勘探线剖面图Fig.10 Prospecting line profile map of 1#3 控制塌陷坑形态和岩移的工艺方法诱导冒落法开采挂帮矿,采用中深孔爆破,沿回采巷道退采,主要通过控制回采顺序和回采出矿量来控制塌陷坑形态和岩移.在水平和垂直两个维度控制回采顺序,水平上采用由中间向两端退采,回采工作面呈梯形分布,回采区域呈椭圆形扩大,以此控制塌陷坑呈椭圆形向四周扩大;采用多分段同时开采,通过控制回采区域的深度来控制塌陷坑垂直深度.在保证避免冲击气浪危害的条件下,快速出矿,以保障塌陷坑容积增大,足以承接滑移边坡岩体.图11 -430 m水平采准工程布置图Fig.11 Mining engineering layout in -430 m level4 结论1) 针对大孤山铁矿深凹露天坑和高陡边坡的特点,提出结合挂帮矿诱导冒落开采的露天转地下楔形转接过渡方案.2) 根据过渡模式的协同开采安全要求,选择南帮挂帮矿作为进行露天地下协同开采区域,布置垂直端帮的回采进路,采用由中间向两边退采的回采顺序,控制塌陷坑形状,完整容纳边坡滑移岩体,保护露天采场.3) 露天开采结束后,仍使用原有露天运输系统开采东帮挂帮矿,增大转入地下初期产能.为保护运输系统的安全,靠近露天坑一侧,采用垂直边坡面方向布置回采巷道,采用由中间向两端的回采顺序;远离露天坑一侧,采用平行边坡面方向布置回采巷道,采用向远离露天坑一侧退采的回采顺序,控制东边坡破坏滑移进程和影响范围.参考文献：【相关文献】[1] Milne D,Pakalnis R,Grant D,et al.Interpreting hanging wall deformation in mines[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2004,41(7):1139-1151.[2] Ostermann M,Sanders D.The Benner pass rock avalanche cluster suggests a close relation between long-term slope deformation(DSGSDs and translational rock slides) and catastrophic failure[J].Geomorphology,2016,289(7):44-59.[3] 程高福.姑山铁矿挂帮矿Ⅱ期开采方案设计[J].现代矿业,2013(8):4-7.(Cheng Gao-fu.II stage mining scheme design for hanging wall ore in Gushan iron mine [J].Modern Mining,2013(8):4-7.)[4] 李大凯.首钢矿业公司二马采区露天转地下挂帮矿开采方案选取[J].有色金属:矿山部分,2012,64(5):27-29.(Li Da-kai.Mining methods selection of hanging wall ore in the case of open-pit mine turns into underground mine in Erma ming area[J].Non-ferrous Metals:MineSection,2012,64(5):27-29.)[5] 宋华,任高峰,任少峰,等.无底柱分段崩落法在露天转地下矿山的应用研究[J].金属矿山,2011(7):36-38.(Song Hua,Ren Gao-feng,Ren Shao-feng,et al.Application study of pillarless sublevel caving method in transition from open pit to underground mining [J].MetalMine,2011(7):36-38.)[6] Zhang Z X.Failure of hanging roofs in sublevel caving by shock collision and stress superposition[J].Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2016,8(6):886-895.[7] Jin A,Sun H,Ma G,et al.A study on the draw laws of caved ore and rock using the discrete element method[J].Computers & Geotechnics,2016,80:59-70.[8] 程文文,宋卫东，张兴才，等.高陡边坡下开采挂帮矿对滑体稳定性的影响[J].煤炭学报，2011，36(3)：377-382.(Cheng Wen-wen,Song Wei-dong,Zhang Xing-cai,et al.The influence of landslide stability on mining hanging wall ore under the high and steep slope[J].Journal of China Coal Society,2011,36(3):377-382.)[9] 蔡路军，马建军，江兵，等.高陡边坡挂帮矿开采方法研究[J].金属矿山，2006(1)：65-67. (Cai Lu-jun,Ma Jian-jun,Jiang Bing,et al.Mining method for high and steep slope hanging wall ore[J].Metal Mine,2006(1):65-67.)[10]Yi C,Sjöberg J,Johansson D.Numerical modelling for blast-induced fragmentation in sublevel caving mines[J].Tunnelling & Underground Space Technology,2017,68:167-173.[11]He P,Li S C,Li L P,et al.Discontinuous deformation analysis of super section tunnel surrounding rock stability based on joint distribution simulation[J].Computers & Geotechnics,2017,91(2):218-229.[12]Zhang Z,Chen F,Li N,et al.Influence of fault on the surrounding rock stability of a tunnel:location and thickness[J].Tunnelling and Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research,2017,61(1):1-11.。

大孤山铁矿露天转地下开采边坡稳定性研究
宫长亮;姜骜鹏;许译心
【期刊名称】《采矿技术》
【年(卷),期】2024(24)2
【摘要】以大孤山铁矿为研究对象,利用FLAC3D模拟软件从位移、应力和塑性区3个方面对露天转地下开采条件下的岩移范围进行了分析,计算了充填开采条件下的边坡安全系数。

研究结果表明:采场顶板岩体位移较大,最大下沉量为39.46cm,底板出现隆起。

随着充填开采的进行,位移范围延伸至边坡内部,并由坡脚逐渐向坡顶发展。

最终边坡的安全系数为1.383,边坡较为稳定,最大岩移角为68°,岩移范围集中在以坡中、坡脚以及采场底部为端点的三角型区域。

【总页数】5页(P119-123)
【作者】宫长亮;姜骜鹏;许译心
【作者单位】鞍钢集团矿业有限公司大孤山分公司;中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
【相关文献】
1.某矿山露天转地下开采对露天边坡的稳定性研究
2.南芬铁矿露天转地下开采边坡稳定性数值模拟
3.大冶铁矿露天转地下开采爆破对露天边坡影响的研究
4.石宝铁
矿露天转地下开采对边坡稳定性的影响研究5.眼前山铁矿露天转地下开采边坡破坏过程及破坏机理研究
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鞍山大孤山铁矿鞍山大孤山铁矿2011年06月23日鞍山大孤山铁矿鞍山是一座依托铁矿资源发展起来的城市,铁矿较大规模开采历史已逾百年。

在新中国成立之后,鞍山钢铁为社会主义的建设插上了腾飞的翅膀,"钢铁之都"的称号享誉国内外。

鞍山大孤山铁矿北部矿体与大孤山主体矿脉紧密相联，最近距离仅100米。

据测算，大孤山铁矿北部矿体总储量为12175.6万吨，其中碳酸铁矿储量为9564.7万吨，综合地质品位为27.7%。

大孤山铁矿扩建工程设计规模为年产铁矿石350万吨，预计2009年投产，2010年达产。

北扩工程增加主矿体2600万吨优质磁铁矿资源，将弥补大孤山区域铁矿生产能力的缺口。

大孤山铁矿老矿储量还能坚持七八年时间，北扩工程的实施，将使矿山寿命又延长10多年。

2008年1月18日，鞍钢矿业公司大孤山铁矿扩建工程顺利开工。

这意味着鞍钢主矿体将增加2600万吨优质磁铁矿，为鞍钢可持续发展提供资源保障。

钢铁产量高速增长，对铁矿石的需求量越来越大。

鞍钢自有矿山资源虽然解决了原料问题，但几十年的生产消耗，铁矿石资源也越来越紧张。

为落实鞍钢资源保障战略，扩大生产规模，鞍钢矿业公司坚持主矿生产与扩建工程双线并进原则，科学采掘，稳步开发。

鞍山地区拥有我国最为丰富的铁矿石资源，已确定的资源总量在80亿t以上。

但是，矿物组成复杂、结构构造复杂、矿物嵌布粒度细、原矿品位较低的现状使得鞍山地区铁矿石相对难选。

多年来，广大地质工作者、选矿工作者围绕科学有效利用鞍山铁矿石资源做了大量工作，取得了显著的成效。

近些年来，我国经济进入持续、健康、快速发展时期，冶金工业发展迅速，对铁矿石的需求量与日俱增，导致铁精矿进口量连年激增。

2000年进口铁矿石0(70亿t,2001年进口铁矿石0(92亿t，2002年铁矿石1(1l亿t，2003年进口铁矿石1(48亿t，2004年进口铁矿石2(08亿t，2005年进口铁矿石2(75亿t。

露天铁矿开采技术浅析摘要：本文依据卧虎山矿段，对露天铁矿开采技术进行了大致的介绍。

经过对矿床开拓、采剥方法、防排水措施、边坡治理等几个方面的探讨，介绍了露天开采的主要施工技术；以及目前常用的两种开采方式：上向水平分层充填采矿法、浅孔留矿采矿法，并对现有的开采方式进行相关改进及对未来技术的展望。

关键词：露天铁矿开采；采剥方法；浅孔留矿采矿法；技术展望Technology analyses of open-air iron ore miningSUN Yanqing，QI Yinshan（Shandong Hualian Mining CO.,LTD，shandong qiyuan 256119）Abstract：According to the ore-layer of WoHuShan，introduced the open iron ore mining technology. It is described the main mining technology including deposits extension、mining-stripping technology、waterproof and drainage measures、slop harness and so on. Also now with two different commonly used exploration：upward horizontal cemented cut-and-fill method、shallow hole ore mining method，and the existing way of exploitation for improvement and related to the prospect of future technology.Key words：open iron ore mining；mining-stripping technology；shallow hole ore mining method；technology outlook1 工程概况卧虎山矿段露天铁矿开采初步设计拟定的开采范围位于新采矿证范围内，平面范围位于24勘探线~42线间，垂直标高为100m标高以上。

姑山铁矿开拓方法
姑山铁矿是我国重要的铁矿资源之一，其开采方法对于提高我国铁矿资源的利用率和开发效益具有重要意义。

下面将介绍姑山铁矿的开拓方法。

1.地质勘查
在姑山铁矿开拓前，必须进行详细的地质勘探。

首先，要对矿区的地质构造、岩性、矿体形态、矿体赋存条件等进行全面综合地调查，确定矿体的发育规律和分布规律。

其次，要进行深入的地下勘探，利用地球物理勘探、钻探技术等手段获取更加准确的地质信息，帮助确定矿体的位置、规模和性质。

2.采矿方法
对于姑山铁矿等大型铁矿石，一般采用露天开采和地下采矿相结合的方法。

采用露天开采主要是针对矿体露头，以爆破矿体为主要手段。

地下采矿通常是在矿体深部进行，采用掘进、铲运等方法。

在采矿过程中，要根据具体情况选择不同的采矿方法，如深孔爆破、水力冲击爆破、钻爆法等。

3.选矿技术
姑山铁矿的选矿工艺比较复杂，选矿过程主要分为磨矿、粗选、精选、尾矿处理等环节。

选择合适的选矿工艺可以提高选矿效率，提高铁矿品位和回收率，降低生产成本。

目前，常用的选矿技术有重介选、磁选、浮选等。

总之，姑山铁矿的开拓方法需要综合考虑地质勘查、采矿方法和
选矿技术等方面的因素。

同时，要加强环境保护，减少采矿对周边环境的影响，促进可持续发展。