《露天转地下相互协调安全高效采矿工艺技术研究 JIETIBAOGAO》由会员分享，可在线阅读，更多相关《露天转地下相互协调安全高效采矿工艺技术研究 JIETIBAOGAO（224页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、“十一五”科技支撑计划项目：露天转地下开采平稳过渡关键技术研究(NO.2006BAB02A03)露天转地下相互协调安全高效采矿工艺技术研究结题报告中南大学河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿2010年12月29目 录1 概述11.1 研究背景11.2 露天转地下开采技术难点与基本原则21.2.1 露天转地下开采技术难点31.2.2 露天转地下开采基本原则41.3 研究现状51.3.1 露天转地下开采方法51.3.2 坑内采场结构参数优化研究71.3.3 露天开采极限深度101.3.4 露天转地下开采过渡时期产量衔接111.3.5 露天转地下开采覆盖层的构筑121.3.6 露天开采边坡管理131.
2、3.7 露天开采残留矿柱的回收181.3.8 露天转地下开采的通风、防洪及排水201.3.9 露天转地下或露天与地下联合开采的地下空间问题211.4 国内外典型实例211.4.1 国外技术应用实例211.4.2 国内技术应用实例231.5 研究内容及路线252 石人沟铁矿开采技术条件简介272.1 矿山交通位置及自然状况272.2 矿区地质状况272.3 开采现状302.4 研究范围内矿体开采状况322.4.1 开采技术条件322.4.2 存在的问题323 露天转地下开采模式研究343.1 露天转地下采矿方法适应性分析343.1.1 露天转地下开采过渡方案353.1.2 露天转地下常用采矿方法
3、423.1.3 开采模式对露天边坡稳定性影响分析633.2 露天转地下开采模式模糊选择方法743.2.1 综合评价指标体系的构建753.2.2 层次分析法确定因素重要程度系数773.2.3 隶属函数的定义及确定方法813.2.4 模糊综合评判步骤843.3 石人沟铁矿最佳开采模式选择853.3.1 综合评价指标体系构建853.3.2 影响因素权重向量的确定863.3.3 隶属矩阵的确定893.3.4 最佳开采模式选择914 爆破参数优化选择954.1 矿石爆破破碎性能影响因素AHP定量化分析954.1.1 主要影响因素指标体系964.1.2 AHP定量化分析及结论994.2 爆破参数BP神经网
4、络预测1024.2.1 神经网络简介1034.2.2 BP神经网络结构1034.2.3 BP神经网络预测模型1054.2.4 预测及讨论1075 现场工业试验1115.1 试验采场选择及地质概况1115.2 试验矿块采准工程布置1115.3 主要设备引进1155.4 采场炮孔设计1165.4.1切割槽炮孔设计1165.4.2 回采炮孔设计1205.5 采场爆破设计1245.5.1爆破方案总体设计1245.5.2切割槽爆破设计1305.5.3 回采爆破设计1385.6 爆破施工组织1455.6.1爆破前期准备工作1455.6.2爆破施工组织1465.7 主要经济技术指标1466 露天转地下开拓系
5、统衔接技术1506.1开拓系统衔接分类1506.2 典型开拓方案1516.3 石人沟铁矿开拓系统现状1536.4 石人沟铁矿露天转地下当前开拓系统衔接评价1556.4.1 评价指标1566.4.2 评价结果1586.5 石人沟铁矿露天转地下开拓方案优化1637 露天转地下高效节能通风模式研究1757.1 通风系统设计原理1757.2 通风系统可靠性研究1777.2.1 系统失效模式与后果分析1777.2.2 三角模糊数基本原理1797.2.3 故障树分析1817.2.4 石人沟铁矿通风系统及改进措施1857.3 通风系统方案研究1877.3.1 影响指标及权重1877.3.2 灰色关联分析法1
6、907.3.3 通风系统方案优选1937.4 推荐通风系统方案1977.4.1 通风系统及方式1977.4.2 通风工作制度及通风时间1977.4.3 露天完全转入地下的通风风机选型1977.4.4 过渡期通风能力校核2008 露天转地下防排水研究2068.1 矿井涌水量预测2068.2 石人沟铁矿防排水现状2088.3 一般防排水技术2098.3.1 地面防排水2098.3.2 井下防排水2098.4 石人沟铁矿地下防排水措施2118.4.1 超前探水工作2118.4.2 修筑防水闸门（墙）2128.4.3 安全防范措施2129 总结2149.1 研究工作2149.2 主要创新点21541
7、概述矿产资源开采是国民经济基础性支柱产业之一，涉及国民经济的许多领域，诸如钢铁、煤炭、有色金属、黄金、化工及非金属工业等。铁矿是国民经济最重要的基础资源之一，几十年来，我国钢铁工业取得了举世瞩目的进步和发展，其年产量连续几年均居世界第一位，对国民经济建设和社会发展具有举足轻重的影响作用。但是，我国铁矿资源目前85%以上为露天生产，经过近几十年的开采和不断增产，国内大部分露天矿山企业都面临着露天采场闭坑、即将转入地下开采阶段。鉴于我国露天矿山企业多为深凹露天矿的特点，在转入地下开采时将面临更多的困难。为实现露天向地下开采的平稳过渡，必须对涉及平稳过渡的关键技术进行攻关研究，其中露天转地下相互协调
8、安全高效采矿工艺技术是研究的重点内容之一。1.1 研究背景我国年生产能力在300万t以上的露天铁矿山有16座，其中有10座设计深度达到200m（封闭圈以下）以上。相当数量矿山的开采已步入中晚期，国内即将进入露天转地下开采的矿山生产能力近2000万t。由于我国大型露天铁矿山大都是倾斜和急倾斜矿床，矿体埋藏延深一般较大，属短而深矿床，露天境界以下深部驻留了大量的矿产资源（据不完全统计，我国大型露天铁矿山境界以外深部驻留有约2830亿t的铁矿石资源），如唐钢石人沟铁矿存有6452.61万t，鞍钢大孤山铁矿7000万t，鞍钢眼前山铁矿1.6亿t，武钢大冶铁矿4600万t，攀钢朱兰采场8000万t。大型
9、骨干露天矿山进入深凹开采后，虽经不断技术创新，使产能得以延续，但总体上露天境界内保有的开采储量却日益减少。露天境界外的深部矿体必须通过露天转地下的方式进行开采，以确保深部资源的有效、合理的利用。因此，必须加快露天转地下开采所涉及到的关键技术攻关研究，以满足我国钢铁工业可持续发展对铁矿石的需求。目前，国内外露天转地下开采的技术内涵及外延目前尚不完整和明确，仅仅为露天采矿和地下采矿的单一集合。这些矿山只对露天转地下开采中存在的某些问题进行了探索，如产量衔接、边帮残矿开采、开拓方法等，积累了一些经验，但露天转地下开采的关键综合技术仍处在理论探索阶段。对诸如联合开采的开拓系统研究，安全、高效的采矿方法
10、研究，矿区的应力应变场的动态演变过程规律研究，采空区破坏模式研究以及对环境破坏的预测及恢复环境的对策研究，特别是露天平稳过渡到地下开采的关键技术研究还缺乏系统性。目前，我国经济建设对钢铁等金属资源需求的日益增长，带动了铁矿石业前所未有的发展，刺激了国际铁矿价格的大幅上扬。仅2005年一次性上涨幅度高达71.5%，2008年比2007年一次上涨65%，促使国内各大钢铁公司重新审视铁矿石原料来源的市场定位，充分挖潜自身的资源优势，走节约化资源利用道路。国内外露天转地下开采矿山的经验表明，当矿山充分利用露天与地下开采的有利工艺特点时，可以使矿山的基建投资减少2550%，生产成本降低25%左右。从我国
11、露天金属矿山企业面临的现状看，露天转地下综合技术研究有着广阔的市场推广前景和深远社会经济意义。为此，“十一五”期间，中钢集团马鞍山矿山研究院、河北矿业有限公司、东北大学、中南大学、本钢矿业公司、青岛理工大学以唐钢矿业公司石人沟铁矿、本钢南芬铁矿为工程依托单位，启动了露天转地下开采平稳过渡关键技术研究课题，并设置了六个专题：专题一，露天转地下开采覆盖层的安全结构与合理厚度研究；专题二，露天转地下平稳过渡方式及联合开拓运输系统最佳衔接技术研究；专题三，露天转地下开采岩层变形影响预测预报及决策系统研究；专题四，露天转地下及联合开采仿真技术研究；专题五，露天地下相互协调安全高效采矿工艺技术研究；专题六
12、，安全生产管理与生态恢复环境技术研究。中南大学主要承担第五个专题的研究，依托矿山为石人沟铁矿。1.2 露天转地下开采技术难点与基本原则当矿体延伸较深，且出露地表或埋藏较浅时，上部多采用初期建设投资少、投产快、贫损指标较优的露天开采。但随露天开采工作面不断向下推进，达临界深度时，若继续采用露天开采方式则难以取得较好的技术经济效益，这时矿山将逐步由露天开采向地下开采过渡，最终实现地下开采。这一类型的矿山,一般都要经过露天开采期、露天和地下同时开采的过渡期及地下开采期三个阶段。在第一和第三阶段，只单一地进行露天或地下开采。只有当露天开采临近结束，其深部向地下开采过渡时，存在露天与地下同时开采，即进入
13、第二阶段。此时，露天产量逐年减少，地下产量逐年增加，直至露天开采结束，地下开采达到设计产量。露天与地下开采同时在同一矿床中并行作业的这段时间称为露天转地下开采的过渡期。在露天开采向地下开采的过渡期间，地下采矿直接在露天坑底之下进行，开采技术和安全条件复杂，露天与地下开采的相互干扰与影响较大，难以取得较好的技术经济指标。1.2.1 露天转地下开采技术难点矿山由露天转为地下开采须经历露天开采、露天转地下开采过渡期及地下开采三阶段，因而其建设模式、开拓系统和采矿工艺均具有特殊性。具体表现如下：（1）由露天转地下开采的矿山，露天开采已进行多年，并形成完整的生产系统和生活福利设施，如选矿厂、机修厂、供电
14、和供水管网、露天坑、排土场，以及生产和销售系统等。因此，在露天转地下开采设计时，应充分考虑利用露天开采原有的设施，注意研究地下开拓运输系统与露天开采系统的统筹规划，如地下开拓井筒的位置、出车方向，以及过渡时期的地下采矿方法等。（2）露天转地下开采的矿山，深部矿体的勘探程度往往不够，因此，露天开采后期应加大生产探矿的力度，进一步掌握深部矿体的赋存条件与开采技术条件。（3）从露天开采转为地下开采，其开拓工程相当于一个新建设的地下矿山，且地下采矿方法与回采工艺与露天开采截然不同，地下开拓工程的建设及投产过程均在空间和时间上与露天开采并行；因此，相互之间存在着很大的干扰与影响，除了过渡期露天与地下开采
15、需要相互协调和保证生产安全外，对地下开采工艺的熟悉和适应也需要相当的过程，是过渡期应研究解决的重大技术难题之一。4）露天转地下开采的过渡时期，露天开采已临近最终境界，地下开拓系统将逐步形成，并具备一定生产能力，此时可充分利用地下巷道和采空区，研究过渡期的矿石和废石运输系统以及采矿方法方案，研究露天废石回填地下采空区的可能性，或论证用地下开拓系统提升矿石的经济合理性，尤其是过渡期较长的矿山，注重露天与地下工程与工艺要素的组合，更能发挥联合开采的优越性。（5）露天转地下开采的过渡时期，随着地下开采工作面的下降，在地下开采的上部逐渐形成塌陷区（除充填法外），并有较多井巷与露天采场连通，因此，过渡时期出现通风短路、漏风严重或合露天大爆破有毒气体侵入井下巷道，以及在雨季引起地下短
