金屬礦山露天轉地下開采的研究現狀與對策

高智令

（瑞木鎳鈷管理有限公司，北京 100028）

隨著經濟的快速發展，金屬礦產資源逐漸減少，不可避免的要經歷露天轉地下的開采過程。尤其是對于寬體的、直接頂板穩固性不好的、連續性不好的，露天轉地下的開采方式是必然會采用的。主要原因是存在上述問題的礦產在開采時，極易發生頂板冒落的事故，對作業人員的生命造成的威脅不容小覷。所以，近些年來，金屬礦產的露天轉地下存在的問題及相應的解決思路的研究受到了廣泛關注。

1 露天轉地下開采的相關問題

采用露天轉地下開采手段的礦山一般是具有礦體有較大延伸、覆蓋層較薄，礦床急傾斜為中厚或厚大[1]。這類礦床具有的特點是初期一般露天開采，能夠實現迅速投產且投資成本較低，且貧損指標較好。但是這種礦山在不斷開采延伸后，會過渡為半地下開采，直至全地下開采[2]。因此露天轉地下并不是直接跨越而是要經歷一個露天與地下同時開采的過程。對采礦規模較大的工程，非常容易造成巖體失穩、變形甚至是破壞，根據所處的工程狀態的差異，可以分為四種，分別是：露天開采造成的、露天和地下同時開采造成的、露天轉地下開采造成的和地下開采造成的。

不同狀態的采礦過程，差別也是非常大的。對于露天開采來說，礦體是急傾斜的，達到一定深度后，因礦體本身的埋藏條件和采出條件影響，必須要進行地下開采或陸井聯采。這種開采模式在國內外均有廣泛應用，尤其是對于金屬礦產來說。在我國，許多金屬礦產開采已經進入了中晚期階段，深凹露天礦已基本進入即將結束的階段。在露天采礦坑的圍巖中，有些配套工程是永久性的，比如巷道或者豎井等，一旦這些工程發生變形甚至破壞，將會影響其使用安全。

2 金屬礦山露天轉地下開采的研究現狀分析

（1）露天轉地下采場結構參數研究現狀。礦山結構參數一般根據礦體傾角、賦存條件、礦區所在地區的地質構造、采空區周圍的構筑物情況以及圍巖的穩固條件來選定。目前，礦山結構參數并不是固定的，其確定一般有三種方法。分別是：①經驗類比法。這種方法因為簡單、經濟成本低，所以應用相對廣泛。主要借助已有的類似礦山總結的經驗，選擇比較保守的取值。②數值模擬法。這種方法是基于計算機技術的出現而發展起來的，是一種相對較新穎的方法。模擬的方法主要有有限元、離散元、邊界元和不連續變形法等，這些方法在選取采場結構參數方面發揮了重要作用。③遺傳算法。由于采場結構參數的影響因素非常復雜，通過一個數學表達式是很難實現對其詳細描述的，所以也就無法為優化結構參數提高有效指導。遺傳算法的特點是魯莽性較高，因此容易得到較優的設計方案。

（2）露天轉地下采場頂柱穩定性研究現狀。金屬礦山開采時，由露天轉地下時，境界頂柱穩定性很大程度上決定了工程安全性，因此，這方面的研究也相對較多。目前境界頂柱厚度的確定和穩定性分析一般通過極限平衡法或者數值模擬法確定。近年來，計算機技術快速發展，數值模擬方法也隨之得到了廣泛應用。有研究學者應用數值模擬法進行露天轉地下的安全保留層計算，得到比較理想的結果。

（3）露天轉地下采場回采順序和開采方案研究現狀。①比較合理的回采順序既要將開挖穩定性考慮在內，還要避免局部地段出現能力和能量集中，有效防止變形破壞的現象?；夭身樞虻难芯糠椒ㄒ话阌校何锢砟M法、工程類比法、神經網絡識別方法、計算機模擬法以及數值分析法等。在回采順序方面，許多學者都做了大量有益工作，也獲得了可喜的成果。

比如有學者借助FLAC3D分析軟件模擬了不同回采順序造成的邊坡穩定性變化以及應力分布的變化規律。②露天轉地下開采涉及了兩種工藝，既有露天又有地下，因此需要提前做好統一規劃。在進行開采方案確定時，需要對以下因素進行重點考慮：礦場與工程的相對位置；地下開拓系統是否為公用。

（4）露天轉地下采場邊坡穩定性研究現狀。巖體邊坡的穩定性是研究露天轉地下開采的方面的一個重要問題。邊坡穩定性分析有定性、定量和不確定性三種常見的分析方法，此外還有智能分析方法等。定性分析的主要方法有邊坡工程數據庫和自然歷史分析法，考慮因素比較多，可對發展趨勢進行定性評價。定量分析是借助力學原理展開的，但是定量很難實現，一般就是半定量方法。有數值模擬方法和極限平衡分析法兩種。不確定性方法大約是1970年之后出現的，隨著一些新的理論出現和新的分析方法出現，邊坡穩定性的研究已不是一個單一學科，而是與模糊數學理論、可靠性理論、灰色系統理論等學科相融合。在進行邊坡工程設計時，人們逐漸認識到這個過程中的不確定性非常大。

3 金屬礦山露天轉地下開采的相關問題的解決對策

（1）解決思路介紹。收集金屬礦山露天轉地下過程中的邊坡位移監測數據，收集數據的時間盡可能長，數據盡可能詳細的。這一過程的研究內容主要包括三個方面：根據金屬礦山多年的GPS監測數據，借助數值模擬和物理模擬等手段，研究露天轉地下后的采坑圍巖發生變形的特點和規律；根據GPS監測數據進行采坑底部隆起的研究，分析隆起發生的機理，并借助模擬分析的手段，詳細解析隆起的發生；研究因露天轉地下開采引發的圍巖變形活化的問題，主要借助對典型斷層發生活化的案例進行現場實際調查、測量位移數據，并借助模擬手段，深入研究斷層活化的相關問題。

（2）技術路線介紹。對于因露天轉地下開采造成的金屬礦山的相關問題，應采取合適的技術路線進行解決。前面提到了收集巖體位移的相關數據和應用一些模擬手段，對變形規律和機理進行詳細研究，下面介紹一下具體的技術路線：及時搜集整理國內外關于這方面的研究進展和成果，便于查閱和輔助判斷；對金屬礦山的現場情況進行實地調查，收集一些基本的地質數據；對已有的檢測數據進行整理匯總；應用模擬手段對圍巖變形發生的特征、底部隆起發生的機理和斷層活化發生的條件等進行模擬和分析。

4 結論

本文對金屬礦山露天轉地下開采的研究現狀進行了詳細分析，介紹了其中研究最為深入，應用也較廣的研究內容，對接下來的研究工作具有重要意義。最后介紹了金屬礦山露天轉地下開采的相關問題的解決對策，希望這些內容能夠指導指導金屬礦山露天轉地下開采過程中的問題的解決。