大红山铁矿坑露联合同步开采优化

范有才　徐万寿

(玉溪大红山矿业有限公司)



大红山铁矿坑露联合同步开采优化

范有才徐万寿

(玉溪大红山矿业有限公司)

摘要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。合理制定的优化方案可以有效解决问题，为露天开采赢得时间，并为井下持续稳定生产创造条件，符合安全性、经济性的要求。

关键词坑露联合开采围岩移动角开采境界开采顺序综合利用

大红山铁矿探获地质储量为4.5亿t，由71个矿体组成，矿体空间位置交错，呈多层互层产出。矿山于2006年12月底达到地下400万t/a采选规模，于2007年展开总体规划建设，综合开采浅部熔岩露天铁矿、1#铜矿带、Ⅲ～Ⅳ矿体、Ⅱ1矿体720 m标高以上等矿体。至2010年底建成后，形成了露天开采与井下无柱分段崩落法、空场法、上向分层充填法等多区段、时空同步开采及低贫矿体综合利用的资源开发新格局，实现了资源的深层次综合利用，总体开采规模也达到1 200万t/a以上，但同时也使得开采关系变得十分复杂，带来了许多新的采矿难题。

1坑露联合同步开采的关键问题

1.1露采迟缓压矿

大红山露天浅部熔岩铁矿位于井下深部铁矿的上部北西侧，随着井下崩落法开采范围的扩大，将对露天上部台阶产生影响，造成大量的资源无法正常回收。根据前期设计规划，400万t/a坑采在投产后第十二年向400 m标高以下过渡，浅部熔岩露天铁矿在此之前完成资源的抢救性开采。但在实际生产过程中，由于受资本投资量与资金运转效率等因素的制约和影响，使开采进度受到较大的影响。同时为满足钢铁市场对原料品质的要求，井下矿体加快了开采速度，促使400万t/a坑采工程向400 m标高以下过渡的时间提前了2～3 a，致使原本紧张的坑露关系矛盾更为突出。

1.2采不保选加剧

由于坑露的制约影响关系，前期根据设计崩落开采65°移动角圈定了井下的保安矿柱，深部420 m以下矿体北部几乎被压覆，其中井下持续生产采矿工程300～400 m受压矿量达到2 500万t左右。由此，井下可布回采工作面和产量将受到极大的制约，采不保选加剧，且按井下400万t/a以上的采矿能力，3～4 a后将无法持续生产。

1.3经济效益恶化

2014年以来，矿业面临矿价下跌、市场低迷的新形势，而浅部熔岩露天开采铁矿地质品位约20%(圈定边界品位为13%)，低于国家工业利用品位，且磁性铁占有率不到40%，选矿技术经济指标不理想，选比大，造成产出少、成本高，经济效益恶化。

1.4排废场地受限

矿山前期生产废石场基本已堆满，前期规划的小庙沟废石场因经营效益恶化，无法正常投资建成使用，已没有足够的废石场地满足露天排废需要，生产经营雪上加霜。

2坑露联合同步开采优化

根据长沙矿山研究院对井下崩落塌陷状况的监测数据及马鞍山矿山研究院关于坑露矛盾相互影响关系的理论推测，结合实际问题进行分析考虑，提出4个方面的开采优化思路：一是结合自生产以来地下开采产生的地表移动情况，合理调整移动角，重新圈定井下压矿边界，释放部分矿量，缓和坑露矛盾；二是理顺地下开采关系，实现坑露安全开采和今后坑下平稳过渡；三是结合当前市场、排土场条件，优化露天开采境界，在减少矿山经营亏损的同时，加快露天矿开采进度，尽早解除坑露矛盾；四是提前对优化境界外的矿石合理规划开采，确保资源综合利用。

2.1地下开采移动角调整

结合马鞍山矿山研究院的“坑露联采衔接综合开采技术”，通过将地下空区与地表开裂缝现状叠加，根据各采区空间地理位置关系及开采情况推断，地表的开裂范围基本覆盖了地下崩落法的主采区、中Ⅱ采区、南翼采区的正上方。同时，因主采区已与南翼采区连通，中Ⅱ采区也在竖直方向上与南翼采区贯通，结合地表沉降监测数据分析认为，对地表的开裂下沉造成主要影响的是地下主采区、南翼采区及中Ⅱ采区。综合分析主采区、南翼采区、中Ⅰ、中Ⅱ采区开采现状及其采空区分布状况并对比地表开裂现状，选取塌陷区域内各典型横纵剖面图，对照得到不同剖面上的裂缝角度(塌陷角)。塌陷区内井下空区与其影响的地表裂缝之间的裂缝角度均大于76°(尤其是靠近边坡侧)，可近似采用该角度作为大红山铁矿地下采空区造成岩层冒落扩张至地表形成裂缝的塌陷角。研究认为未来400 m水平及二期开采主要向西南方向发展，地表裂缝及塌陷范围也将向西南方向发展，塌陷现状已逐渐趋于稳定，可以选择70°作为移动角进行压矿范围的调整，具备安全性。

由此结合实际进一步分析，从井下开采的角度，为便于生产组织协调，保证预留矿柱的完整性，减少矿柱后期回采废石接触面，应以A36′线附近为界，A36′以东矿体解除压矿制约，A36′以西以露天上部坡顶线预留20 m保护带，向下按70°移动角圈定主采区北部矿柱保护界线。通过按此原则重新圈定井下各分段的压矿界线，井下A36′以东矿体得到释放，持续生产采区300 m以上释放矿量约1 200万t左右，缓解了露天对地下开采的制约程度。

2.2地下开采关系理顺

为协调好露天矿制约期间坑露开采关系及露天矿制约解除后井下开采关系，合理规划井下持续生产的开采顺序，协调安排压矿与未压矿的开采关系。从空间上应合理控制未压矿下降的垂直高度以避免较明显的地压现象，上下分段之间以南北向的联道划分成条带错开，按顺序持续回采，同时有利于设备、人员在分段间、条带间的作业协调及生产组织，满足生产效率及产量均衡要求。通过分析，按以下几个方面细化协调井下持续生产采区开采顺序：

(1)持续生产采区开采前期需留下压矿部分不采，并利用未压矿部分与其它地段的开采相搭配，确保矿山总体产量。

(2)协调安排好压矿部分与未压矿的开采关系，随着开采分段的下降，压矿部分面积越来越大，未压矿部分面积越来越小，若压矿部分不在适当的时间开采，矿山总体产量将无法确保，之后开采压矿部分时，初期产量也较小，因此，规划压矿部分开采时间为2022年，即露天矿必须在6 a内结束开采。

(3)压矿部分要按分段强采,均衡控制上下分段的开采顺序(图1)，以降低压矿部分高差，也便于设备、人员及进回风通道的协调，实现均衡生产。

图1　北部压矿段分段回采关系

(4)为避免上下分段同时用一条溜井卸矿的安全问题及粉尘污染，上下分段之间的回采顺序应按各水平南北向的联道划分成条带(以南北向各排溜井划分)，错开回采。

(5)为满足生产规模要求，各分段需对应布置切割槽，以安排未压矿部分多分段同时回采。

(6)上分段制约下分段拉槽的条带要安排优先退采。

(7)工序安排上要实现深孔凿岩，爆破和出矿保持合理的前后对应关系，以及各工序在作业区域的紧密错开，避免互相交叉影响，提高效率。

2.3露天开采境界优化

2.3.1境界优化方案

前期境界优化方案采用3DMine矿业软件建立熔岩矿的矿床模型，根据当前技术经济条件对模型中的每个单元块进行经济价值的赋值计算，并按开采的经济性逐一筛选，从而得出最优的开采境界。

以2015年公司铁精矿产品平均价格为基准价格，分别按降低5%、10%、15%、20%、25%、30%的幅度计算，得出当售价降幅小于20%时，优化境界经济可行；当售价降幅为20%及以上时，在当前技术经济指标下无法经济开采。

在优化境界经济可行的基准价格下，境界内矿石量为3 100万t左右，剥离量为1 300万m3左右，境界内矿石可根据排土容量考虑一次性开采或分期开采。其中，按平均下降速度与可布置挖掘机的数目分别验证生产能力，一次性开采可达到550万t/a，由于过渡境界的尺寸较小，分期开采只能达到400万t/a。结合坑露安全回采时间的要求，应按一次性开采考虑。

通过优化露天开采境界，可以满足6 a内露天开采结束的安全要求，在时间上与井下安排基本协调，促使2022年下半年可及时回采井下北部调整移动角后仍压矿部分，与未压矿部分320，300 m分段协同开采，2027年压矿部分下降到320 m标高，之后与未压矿部分协同向300 m标高以下平稳过渡。

通过优化，露采剥离量大大减少，避免了新建排土场的建设投资，能够实现国际矿价大幅下跌条件下的经济合理开采。应国家矿产资源综合利用的要求，优化境界外矿石仍然不能弃采，须考虑更经济合理的开采方案。

2.3.2矿价进一步下行的实施步骤

由于铁矿价格不断下行，按境界优化方案，基准价格下行20%及以上时，无法经济开采。前期与外包采矿单位合同价格谈判未达成一致而暂停露天开采，下一步按优化方案组织实施，恢复露天开采时，若价格下行20%及以上，弃采也不一定是最优的方案，可将前期投资固定资产推销总额与弃采的亏损总额进行比较，完善实施步骤。第一步，分析不新增剥离，前期直接采矿；第二步，按优化境界，在确保安全的前提下适当调整边坡角，少剥离，并按20%以上重新圈定边界品位，编排生产作业计划，力争提高供矿品位，并考虑将产生废石预抛废处理，破碎形成建材产品销售；若第一步、第二步不可行，则实施第三步，即进一步提高边界品位，重新圈定矿体，根据矿体赋存状况研究利用高品位矿体；若以上都不可行，第四步再考虑以加大井下、周边低品位矿规模，完全替代露天低品位铁矿生产，全面释放井下压矿部分产能。

2.4境界外矿石提前规划开采

境界外矿石开采规划是以保证境界内外矿石同步回采、互不影响为原则，以最终确定的优化境界线向东南推移30 m作为露天台阶的安全保护带，30 m保护带以外至原地下开采的Ⅲ2-3西段矿石规划为优化境界外前期井下开采，30 m保护带以内矿石后期挂帮开采。

为充分利用原井下头部矿体系统工程及通道规划优化境界外前期井下开采矿石以节约投入、降低开采成本，前期通过完善有关地质资料、原采空区资料，在平剖面上补充落实周边坑道，结合现场落实采空区、运输及进回风系统、水电使用条件等提出初步开采方案，并通过细化测算有关技术经济与成本指标等进行多次优化，完成开采规划。

境界外矿石开采规划结合此部分矿石周边已回采空区现状及露天台阶需保护等状况，经过多次论证，采用房柱法回采，同时规划未来几年井下深部回采范围，结合前期井下塌陷状况，研究分析未来各年度井下开采对境界外矿石的影响关系，预计将于2 a后会受到不同程度的影响。为提高资源综合回收利用水平，须对境界外矿石实施抢救开采。结合境界外矿石附近的井下开采系统，原Ⅱ5矿体835，775分段坑道完整可靠的现状，以及短期内西段不受井下深部开采影响的分析，规划利用775 m分段西段至地表的通道作为进风、运输的主要通道，835 m分段西段至地表的通道作为回风通道，同时为各分段出矿便利，在矿体中部设置采区辅助斜坡道作为车辆、人员、材料进出及矿石、废石的主要运输通道。

通过优化，前期可采出铁品位25%以上、铜品位0.4%左右的铁和铜矿石量100万t以上，原矿采矿成本为42元/t，精矿采选综合成本为348元/t，在当前矿价下仍然经济可行。同时境界外矿石开采规划的实施是境界优化的必要条件，联合实施才能兼顾坑露矛盾与资源综合利用，促进露天与井下安全持续生产。

3保障措施

为确保方案的有效实施，在露天1 000 m台阶预留60 m宽平台作为安全缓冲平台，并对露天东上部边坡岩体质量特征、岩石结构面进行跟踪分析，在露天边坡与井下塌陷区之间设置观测点，进行移动变形监测，井下东北侧利用Ⅲ2-3矿体开采坑道设置应力及位移监测等，为合理实施坑露联合开采技术提供保障。

4结语

针对对大红山铁矿存在的露天采矿迟缓压矿、坑露矛盾突出、采不保选加剧等问题，结合实际、统筹兼顾，提出4条技术优化思路并制定实施方案，包括调整地下开采移动角、理顺地下开采关系、优化露天开采境界、提前规划境界外矿石，系统考虑了开采的时空关系以及经济性、安全性，解决了存在的关键问题,既能实现最快对浅部熔岩露天铁矿实施抢救性开采，又能保证坑采的出矿量满足生产需要，最大限度综合利用矿产资源。

(收稿日期2016-02-20)

Optimization of the Open-pit and Underground Joint Synchronous Mining of Dahongshan Iron Mine

Fan YoucaiXu Wanshou

(Yuxi Dahongshan Mining Co., Ltd.)

AbstractThe 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 utilization of resources. 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.

KeywordsOpen-pit and underground mining, Surrounding rock movement angle, Mining boundary, Mining sequence, Comprehensive utilization

范有才(1979—)，男，高级工程师，工商管理硕士, 653400 云南省玉溪市新平县戛洒镇。