金属矿床露天转地下协同开采技术

我国金属矿山在露天转地下开采过渡期面临的露天地下生产相互干扰、产量衔接困难的难题一直没有得到很好解决。东北大学任凤玉教授针对这一难题进行了多年的研究工作，从分析传统过渡模式对高效开采的不适应性出发，提出了楔形转接过渡新模式和系统的露天地下协同开采技术。该技术有效扩展了露天地下开采时空，解决了露天转地下过渡期产能衔接的技术难题。任凤玉教授和李海英博士将这些研究成果进行系统整理，撰写出版了学术专著《金属矿床露天转地下协同开采技术》。

本书特色

本书是一本理论联系实际，富有高效开采新观念与新技术，学术价值、实用价值高的科技专著。本书注重技术应用的实际效果，书中介绍的露天地下协同开采技术应用于国内多座矿山，在增效与节能减排方面均取得了显著成效，应用前景十分广泛。

内容简介

本书详细阐述了过渡期露天地下协同开采的基础理论与工艺方法，包括露天转地下楔形过度开采模式、应用诱导冒落法开采挂帮矿技术、释放露天地下产能的技术方法、控制边坡陷落岩移方向的地下采空区尺度的计算方法、复杂形态矿体的三维探采结合方法、诱导冒落简易形成覆盖层技术、露天地下开拓系统的协同布置方法以及露天地下产能协同增长方法等。此外，书中还介绍了协同开采技术在海南铁矿的应用及效果。

读者对象

本书可供采矿科研院所的研究人员、大专院校采矿工程专业的本科生和研究生，以及矿山工程技术人员阅读与参考。

2.2.2 楔形转接过渡模式

过渡期露天与地下同时开采，为最大限度地提高产能，理想的方法是在满足露天与地下高效开采基本条件的前提下，完全取消境界矿柱以及人工形成覆盖层的工艺，并释放露天与地下的采矿生产能力，为此，需将露天陡帮开采技术与地下诱导冒落法开采技术有机结合，构建露天开采与地下开采的全新过渡模式。

研究得出，为保障露天与地下二者都能高效开采，露天采场需保持矿体连续开采条件和避免地下开采的陷落危害；地下采场需具有诱导冒落所需的回采宽度，同时不受露天爆破震动危害。按此要求，露天采场设计可按合理边坡角沿下盘延深，直至回采工作面宽度不小于最小工作平台宽度；地下回采宽度逐步扩大，便于诱导其上部矿岩自然冒落和冒落矿量的合理回收。从利用露天开拓系统快速进行地下开拓与采准的便利条件出发，最好露天采场位于地下采场的下方，即露采在下，地采在上，两者在水平投影面上错开，也就是说，坑底露天采场与挂帮矿地下采场的理想位置关系，应使露天采场低于地下采场，为此，作者研究提出斜切矿体的分采界线（图2-12）。

按图2-12的分采界线，从上到下露天采场的宽度由大变小，地下采场的宽度由小变大，最终露天采场消失，整个矿体全部转为地下开采。具体说来，随着采深的增大，露天开采的范围逐渐变小，最终消失；地下开采的范围逐渐扩大，最终扩大到矿体的全部。在露天采场逐渐缩小与地下采场逐渐扩大过程中，实现由露天开采向地下开采的转接过渡，为此，将这种过渡方式称为露天地下楔形转接过渡模式，简称楔形转接模式。

楔形转接模式，消除了境界矿柱的困扰，同时挂帮矿可用诱导冒落法高效开采，底部矿量可用露天陡帮开采方式延深开采，从而为过渡期露天与地下同时高效开采奠定了基础。

总之，传统的境界矿柱过渡模式，在时间与空间上都存在制约高效开采的弊端，保障境界矿柱稳定对地下采矿方法的限制、境界矿柱隔断矿体开采连续性对露天地下开采效率的制约以及境界矿柱的高难度回采，往往不可避免地造成过渡期安全生产条件差与产量衔接困难。现用境界矿柱+覆盖层的过渡方式，挂帮矿体存在因保护境界矿柱而造成的开采效率低及人工形成覆盖层工艺迟滞下部矿体开采等问题，致使坑底矿体不能露天与地下同时开采，仍然没有降低过渡期产量衔接的难度。为从根本上解决过渡期安全生产条件差与产量衔接困难的难题，需寻求取消境界矿柱以及人工形成覆盖层的工艺，充分释放露天与地下的采矿生产能力。本书提出的楔形转接过渡模式，完全取消境界矿柱以及人工形成覆盖层的工艺，将挂帮矿诱导冒落法开采技术与露天底部矿量陡帮延深开采技术有机结合，在释放露天与地下的采矿生产能力的同时，使露天地下同时生产的时空得以大幅度拓展，为解决过渡期产量衔接困难与安全生产条件差的难题开辟了新途径。

作者简介

任凤玉，东北大学教授，博士导师，国务院政府特殊津贴获得者，国务院学位委员会学科评议组矿业工程组成员、国家安全生产专家、中国金属学会采矿分会副理事长、《矿业研究与开发》理事会副理事长。主要从事金属矿山安全高效开采技术的研究，提出散体流动规律、岩体冒落规律与地压活动规律的“三律”适应性高效开采以及临界散体支撑理论，针对破碎难采矿体研发了诱导冒落采矿法、露天地下协同采矿法、低贫损分段崩落法、空场崩落组合采矿法、导流放矿崩落法、分段卸压崩落采矿法等10余种新型采矿方法。主持国家重点研发计划项目“金属非金属矿山重大灾害致灾机理及防控技术研究”、自然科学基金重点项目“诱导下岩体断裂冒落时空演化”；主持完成国家、企业合作项目70余项。“大型铁矿山露天井下协同开采及风险防控关键技术与应用”项目获2104年度国家科技进步二等奖，其他项目获省部级科技奖励20余项。主编《采矿学》教材，“《采矿学》教材建设”获国家级教学成果奖二等奖，出版专著《随机介质放矿理论及其应用》，发表论文150余篇，授权发明专利9项。

李海英，武汉科技大学讲师，博士，从事放矿理论、岩体冒落规律与高效采矿方法研究，作为主要完成人参与了“十一五”国家科技支撑项目“谦比希铜矿难采矿体高效安全开采技术”、国资委企业委托项目“破碎难采矿体诱导冒落高效开采技术研究”“大中矿业公司书记沟铁矿采空区处理技术研究”“露天矿下部平行矿带井下协同开采技术研究”等10余项课题，在任凤玉教授指导下，完成了“海南铁矿露天转地下高效开采技术研究”课题的研究工作，提出了采空区大冒落计算模型、临界散体柱安全构建方法与露天转地下楔形转接协同开采理论。获省部级科技奖励5项，发表论文10余篇，授权发明专利3项。