大型露天矿边坡体矿产资源大型露天矿边坡体矿产资源大型露天矿边坡体矿产资源大型露天矿边坡体矿产资源地下开采技术研究地下开采技术研究地下开采技术研究地下开采技术研究王运敏 院长、党委书记、教授中钢集团马鞍山矿山研究院 汇报提纲汇报提纲一、技术背景二、存在问题及技术解决方案三、主要成果与技术创新点四、与国内外同类技术综合比较情况 五、应用情况及经济社会效益 六、推动行业科技进步的作用 1.1.受技术经济条件约束，我国露天矿山边坡体上遗留了大量矿产资源受技术经济条件约束，我国露天矿山边坡体上遗留了大量矿产资源露天矿边坡体矿产资源是指遗留在露天开采境界以外，露天边坡附近，由露天开采境界内向外延伸的矿产资源。 对全国16个大型露天铁矿不完全统计，边坡体矿石资源高达18亿吨之多如何对这部分资源加以回收，将对提高我国铁矿自给保障度和钢铁企业乃至国民经济可持续发展具有重要意义。 2.2.露天边坡体上矿产资源的回收是一项复杂的系统工程，有许露天边坡体上矿产资源的回收是一项复杂的系统工程，有许多特殊的安全及采矿技术问题亟待解决。多特殊的安全及采矿技术问题亟待解决。 目前，我国大型露天矿都已进入深凹开采，形成了高达300400m，甚至400500m的高陡边坡，这些高陡边坡大都处于临界稳定状态，开采这样状态边坡体下的矿体，由于爆破震动和采空区的形成，将会破坏边坡的稳定，造成大范围的边坡失稳和滑坡，对露天矿的安全生产带来严重威胁，甚至造成全矿停产，同时，复杂地质环境和高陡边坡条件，给采矿方法选择和采矿技术的优化提出新的挑战，稍有不慎将会造成重大安全事故，另外，如何利用露天矿已形成的开拓系统和基础设施，减少投资，实现安全高效开发利用该矿产资源，缺乏系统研究。因此无论是露天还是地下开采边坡体资源，在生产工艺、采场稳定、力学理论等方面有许多关键技术难题亟需攻关解决。2.2.露天边坡体上矿产资源的回收是一项复杂的系统工程，有许露天边坡体上矿产资源的回收是一项复杂的系统工程，有许多特殊的安全及采矿技术问题亟待解决。多特殊的安全及采矿技术问题亟待解决。 高陡边坡和滑坡实例：兰尖铁矿滑坡事件 大冶铁矿滑坡 3.3.大中型露天矿迫切需要边坡体矿产资源地下开采技术。大中型露天矿迫切需要边坡体矿产资源地下开采技术。 露天矿边坡体矿产资源开采技术在国内还处于开创阶段，技术水平不高，所包含的技术内涵、外延条件和需要解决的关键性问题尚不完整和明确 ,国外无成熟技术可借鉴,国内正处于探索阶段.因此开展边坡体矿产资源地下开采技术研究十分迫切和重要。3.3.大中型露天矿迫切需要边坡体矿产资源地下开采技术。大中型露天矿迫切需要边坡体矿产资源地下开采技术。 解决国内露天边坡体矿产资源地下采矿技术和安全难题形成一套安全、高效的露天边坡体矿产资源地下开采技术u工程依托单位峨口铁矿本项目是在我国国民经济快速发展对矿产资源需求越来越大的情况下，根据我国大型露天矿山开采现状和境界外遗留资源状况，结合我院的研究优势而提出的。汇报提纲汇报提纲一、技术背景二、存在问题及技术解决方案三、主要成果与技术创新点四、与国内外同类技术综合比较情况 五、应用情况及经济社会效益 六、推动行业科技进步的作用 从目前开采技术现状来看，露天边坡体矿产资源开采必须解决两大关键性问题：1.1.存在问题存在问题露天边坡体矿开采采矿工程技术问题 采场稳定性问题 开拓系统如何衔接 ？开拓系统与露天工程如何关联？采矿方法如何选择 ？露天边坡安全隔离矿柱如何留设 ？露天边坡体矿开采扰动范围 ？回采过程中的相互影响 ？如何保障露天边坡和地下开拓巷道的稳定性？ 2. 技术解决方案第一阶段第二阶段第三阶段制定研究方案和试验大纲矿岩物理力学实验国内外调研资料收集现状综合分析研究现场结合水文地质调查工程地质调查岩体力应变测试小规模工业试验开拓系统关联技术研究示范矿山大规模工业试验边坡安全控制技术研究成套安全高效开采技术集成建立示范矿山、研究报告编写、完成课题目标采矿方法及参数优化汇报提纲汇报提纲一、技术背景二、存在问题及技术解决方案三、主要成果与技术创新点四、与国内外同类技术综合比较情况 五、应用情况及经济社会效益 六、推动行业科技进步的作用 1.1.露天开采系统高度关联的边坡体矿地下开拓运输系统露天开采系统高度关联的边坡体矿地下开拓运输系统（一）主要研究成果（一）主要研究成果 利用露天或地下已形成的工程系统，采用地下开采的方式对露天边坡体矿进行开采，形成地下方法采出，原露天系统运出的开采方式。 技术实质技术实质技术实质技术实质 边坡体矿开拓系统分布在露天采场四周，尽可能的利用了露天采场已有工程出矿运输，关联度强。技术优点技术优点技术优点技术优点峨口铁矿实施情况实施情况实施情况实施情况 露天矿边坡体矿地下开采将会破坏边坡岩体，使得上部岩体开裂张开，边坡岩体地质强度指标考虑了岩体节理裂隙不同张开情况的岩体质量，由Hoek-Brown岩体抗剪强度经验准则可以预测节理张开后的减弱变化。（一）主要研究成果（一）主要研究成果2.2.提出基于地下开采引起的岩体裂隙张裂和矿柱应力集中提出基于地下开采引起的岩体裂隙张裂和矿柱应力集中综合影响岩体抗剪的强度折减方法综合影响岩体抗剪的强度折减方法 在Hoek-Brown岩体抗剪强度经验准则中引用了采空率的概念，定义为边坡滑动面穿越的采空区空场面积与该范围总面积（记为）之比，推导出采空区面积采空率与应力集中的关系、采空区面积采空率与与滑动面抗滑力损失率的关系。 技术实质技术实质技术实质技术实质技术优点技术优点技术优点技术优点为露天边坡体矿开采扰动稳定性判别提供依据实施效果实施效果实施效果实施效果（一）主要研究成果（一）主要研究成果3.3.露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。 技术实质技术实质技术实质技术实质1、根据GSI指标，采用Hock-Brown岩体强度经验准则，对边坡体矿体拟开采区的上覆岩体以及地下开采影响范围的岩体的力学性质在地下开采后的变化情况进行评价。2、采空率为零，只考虑地下开采对边坡岩体扰动的影响，对边坡进行稳定性分析，对于不稳定边坡进行削坡处理，直至自行稳定。3、根据步骤1边坡稳定性分析结果，如果边坡具有较大的安全储备（安全系数2），则可以安排地下采矿区位于滑动带范围内；如果安全储备不高，则不宜将采空区安排在滑动带以内，应将滑动带圈定的矿体与围岩作为边坡表层保安矿柱保留。4、在可进行地下开采的区域，给出不同的采空率，多次试算，分析边坡稳定性状况，由近边坡表层向边坡深处分层，逐步确定满足边坡稳定的最大采空率。（一）主要研究成果（一）主要研究成果3.3.露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。 实施效果实施效果实施效果实施效果峨口铁矿南西露天采场边坡矿体地下空场法开采典型剖面 削坡前Fs1.1，削坡后Fs1.24覆盖削坡边线Fs2.2经计算位于未来采空区上方岩体边坡，其最小安全系数为1.10，安全系数偏小，因此需要进行削坡处理。削坡后此处的边坡安全系数达到1.24。由矿体组成的边坡主要在中下部，经计算，此处边坡安全系数为2.20，因此，该区域最小安全系数对应的滑弧内矿体可以进行局部回采。（一）主要研究成果（一）主要研究成果3.3.露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。 实施效果实施效果实施效果实施效果对安全储备较大的中下部矿体进行回采，考虑该处在高边坡的中下部，坡脚处矿体过多回采，会造成抗剪强度急剧损失，故在近边坡表面30m内采空率取为20，经过多次试算，往边坡内水平180m，采空率可取为50%，剩余部分采空率取65%，计算得出边坡最小安全系数为1.21，且为整体边坡的最危险滑弧，中下部边坡最小安全系数为1.23，这样的采空率布置从边坡稳定性来讲是比较合理的。峨口铁矿南西露天采场边坡矿体地下空场法开采典型剖面 地采后Fs1.21覆岩削坡边线地采后Fs1.21最大采空率50地采后Fs1.23最大采空率20最大采空率65（一）主要研究成果（一）主要研究成果3.3.露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。露天边坡体矿开采扰动稳定性判别。 实施效果实施效果实施效果实施效果峨口铁矿南翼矿体的开采在露天矿闭坑前，空场法顶板暴露面积不超过800m2，最大无支护跨度不超过15m，间柱宽815m，垂直方向每隔60m保留12m高的顶柱，露天生产期间只回采矿房，待露天开采与边坡体地下采场时空关系允许时方可回收矿柱。峨口铁矿安全矿柱尺寸（一）主要研究成果（一）主要研究成果4. 4. 边坡体矿体一坑多方案开采模式和自适应开采技术边坡体矿体一坑多方案开采模式和自适应开采技术 通过留设边坡安全隔离矿柱的方式实现了边坡体矿体地下与露天的同期开采，该开采模式对边坡体矿产资源的充分、高效回收和露天转地下开采奠定了良好的基础 通过分区、分期、分步骤的技术思路，在同一个露天坑内，充分利用同一套开拓运输系统，在不同区段采用不同采矿方法的开采模式。其关键是地下开采的安全、露天边坡的稳定和隔离矿柱的留设。 技术实质技术实质技术实质技术实质技术优点技术优点技术优点技术优点提高资源回收率75%以上，采矿成本降低5%10% 实施效果实施效果实施效果实施效果建立了边坡体资源、露天资源高度关联一体化的开拓系统，大大提高了露天边坡体矿开采的高效性 （二）技术创新点（二）技术创新点项目创新点项目创新点1 1 峨口铁矿露天采场分为：1.南东2.南西3.北东4.北西四个采区 边坡体矿地下开采分为三个区： 1、区北西境界外采区2、区南东境界外采区3、区南西境界外采区（二）技术创新点（二）技术创新点露天采场现有运输系统p北西区该系统可以继续为北西区露天采场边坡体矿开采所服务 北西区露天边坡体矿地下开采时，上部一般只需要增加溜井及车场设施既可将矿石转载至选厂；深部开采时，井下可增设盲工程（箕斗盲竖井）将深部矿石提升至其上部，利用上部工程再进行二次转载至选厂。 （二）技术创新点（二）技术创新点露天采场现有运输系统p北东区该区现有露天开拓运输系统不再继续为其他区遗留矿体开采服务，只保留该区的回风系统为北西区的溜破系统服务。 该区边坡体资源量极少且比较零散，不设单独的采区，可同北西采区边坡体矿一同采出。 （二）技术创新点（二）技术创新点露天采场现有运输系统p南西区该系统标高为+1669.6m，南西边坡体矿主要赋存于+1984m+1528m之间。南西区露天采场边坡体上部矿石资源可以采用该系统进行矿石转载，边坡体深部矿体开采时，南西区溜井-井下破碎-平硐胶带机运输系统中的露天溜井及第一破碎转载硐室不再进行利用。具体利用方式为由第二转载站沿北东方向至地表，井下增设盲工程（箕斗盲竖井）将深部矿石提升至其上部，利用上部工程再进行二次转载至选厂。 （二）技术创新点（二）技术创新点露天采场系统名称北西区平硐+北西区溜井-井下破碎-斜坡皮带机运输及地表转载系统南西区平硐+南西区溜井-井下破碎-平硐胶带机运输及地表转载系统露天采场现有运输系统利用情况（二）技术创新点（二）技术创新点边坡体矿地下开拓系统与露天工程衔接技术p分期分区衔接 峨口铁矿露天采场分为4个区，且各个区的闭坑时间不同，因此边坡体矿开采有利于分期、分区开采。以+1768m水平为界限，上部为一期开采；下部为二期开采，由于北西区资源主要分布在+1768m以下、一期主要开采南区，即南西和南东的露天边坡体矿；二期开采三个区的露天边坡矿体分期分区开采一期：+1768m以上二期：+1768m以下南西区南东区南西区南东区北西区统一建设统一建设单独建设（二）技术创新点（二）技术创新点 一期露天边坡体矿石资源+1840m以上开拓系统与露天工程衔接 （二）技术创新点（二）技术创新点 一期露天边坡体矿石资源+1768+1840m以上开拓系统与露天工程衔接 南西南东（二）技术创新点（二）技术创新点二期露天边坡体资源+1648m中段开拓系统与露天工程衔接 西区东区（二）技术创新点（二）技术创新点二期露天边坡体资源+1548m中段开拓系统与露天工程衔接 西区东区 节省了井巷工程投资5416万元，降低了地下开采过渡初期首采中段采矿成本7.60元/t。实施效果实施效果实施效果实施效果（二）技术创新点（二）技术创新点（二）技术创新点（二）技术创新点推导出采空区面积采空率与应力集中的关系、采空区面积采空率与与滑动面抗滑力损失率的关系。 项目创新点项目创新点2 2面积采空率与应力集中的关系面积采空率与滑动面抗滑力损失率的关系开采前滑动面的抗滑力 开采后滑动面抗滑力损失率开采后滑动面的抗滑力 面积采空率开采至滑动面应力集中系数 B取决于岩石种类有关的材料参数 面积采空率与滑动面抗滑力损失率的关系面积采空率与应力集中的关系随着采空率接近1，应力将快速地向矿柱集中。岩体质量越是不好（B值越小），随着应力集中，抗滑力越是容易早衰；岩体质量完好，显现出一定的脆性破坏特征 （二）技术创新点（二）技术创新点峨口铁矿南东、北西、南西+1840m以下边坡体矿采矿方法最优采矿方法为无底柱分段崩落法。 （三）技术创新点（三）技术创新点边坡稳定性露天边坡体矿自适应采矿方法最优自适应采矿方法采空区最大暴露面积方案灵活适用性采充总成本采场生产能力矿石损失率矿石贫化率采切比通风条件实施难易程度井下最大涌水量采矿方法爆破当量地质构造采矿技术经济指标模糊数学理论层次分析法灰局势决策峨口铁矿南西+1840m以上边坡体矿采矿方法最优采矿方法，北翼为无底柱分段崩落法，南翼为分段空场法首创模糊数学（FUZZY）和层次分析法定量化进行自适应采矿方法优选项目创新点项目创新点3 3汇报提纲汇报提纲一、技术背景二、存在问题及技术解决方案三、主要成果与技术创新点四、与国内外同类技术综合比较情况 五、应用情况及经济社会效益 六、推动行业科技进步的作用 1.与国内外技术的比较技技术名称名称国内外国内外现状状本本项目成果目成果应用效果用效果隔离矿柱参数确定 （1）K.B.鲁别涅依他公式；（2）B.波哥留波夫公式；（3）平板梁理论推导；（4）松散系数理论；（5）经验类比法 在边坡稳定性分析中引入非线性指数强度准则、地下采空率以及GSI地质强度指标，根据边坡可能的滑动范围、地下开采陷落和位移范围，确定边坡隔离矿柱参数 在多中段回采条件下，矿房宽度应为15m，矿柱宽度为12m，顶板暴露面积控制在800m2以内，确保该区域矿体开采采场围岩的稳定性和边坡的稳定性，实现露天地下同期联合高效开采。一坑多方案自适应开采技术 由单个影响因素或几个因素各自直观地评价而确定的，带有极大的经验成分，不能正确反映实际情况 建立了基于模糊数学-层次分析-灰色决策于一体的边坡矿体采矿方法综合评判优选模型，构建了采矿方法综合评价指标体系，提出了一坑多方案自适应开采技术 。将整个矿山资源回收率提高75%以上 1.与国内外技术的比较技技术名称名称国内外国内外现状状本本项目成果目成果应用效果用效果边坡体资源、露天资源开拓系统衔接井巷工程量大，投资高，基建时间长，露天与地下开采工艺系统难以互相利用。 建立了边坡体资源、露天资源高度关联一体化的开拓系统，大大提高了露天边坡体矿开采的高效性 。为示范矿山节省了井巷工程投资5416万元，降低了地下开采过渡初期首采中段采矿成本7.60元/t。 安徽省科学技术情报研究所的查新报告显示：安徽省科学技术情报研究所的查新报告显示：本项目主要本项目主要研究内容：露天边坡体矿产资源自适应开采技术；露天边坡体研究内容：露天边坡体矿产资源自适应开采技术；露天边坡体采矿方法优选的影响因素层次化分析技术和权重量化指标体系；采矿方法优选的影响因素层次化分析技术和权重量化指标体系；露天矿边坡体矿产资源与露天矿无扰联合开采技术，一坑多方露天矿边坡体矿产资源与露天矿无扰联合开采技术，一坑多方案开采模式；露天矿边坡安全隔离矿柱确定方法、露天矿边坡案开采模式；露天矿边坡安全隔离矿柱确定方法、露天矿边坡滑动带确定方法；等等。与国内同类研究相比，本项目研究内滑动带确定方法；等等。与国内同类研究相比，本项目研究内容涵盖较广，更加系统深入。容涵盖较广，更加系统深入。其中，有关露天边坡体采矿方法其中，有关露天边坡体采矿方法优选的影响因素层次化分析技术和权重量化指标体系，以及露优选的影响因素层次化分析技术和权重量化指标体系，以及露天矿边坡体矿产资源与露天矿无扰联合开采、自适应开采等技天矿边坡体矿产资源与露天矿无扰联合开采、自适应开采等技术研发，国内外未见有文献报道。术研发，国内外未见有文献报道。2.第三方评价2.第三方评价鉴定成果1项 大型露天矿边坡体矿产资源地下开采技术研究 鉴定专家认为：该成该成果对露天矿边坡体矿产果对露天矿边坡体矿产资源的开采具有普遍的资源的开采具有普遍的借鉴价值，推广应用前借鉴价值，推广应用前景广阔，经济效益显著。景广阔，经济效益显著。项目研究成果整体上达项目研究成果整体上达到了国际领先水平，同到了国际领先水平，同意通过鉴定。建议加快意通过鉴定。建议加快该成果在类似开采技术该成果在类似开采技术条件下推广应用。条件下推广应用。2.第三方评价院士评价常印佛院士认为：该项该项目创建了边坡体资源开目创建了边坡体资源开采与露天工程高度关联采与露天工程高度关联的一体化开拓方式，提的一体化开拓方式，提出了一坑多方案自适应出了一坑多方案自适应开采技术，发明了框架开采技术，发明了框架式矿柱布置和差异性点式矿柱布置和差异性点柱留设方式，实现了边柱留设方式，实现了边坡体资源空场法安全高坡体资源空场法安全高效回采，该成果推动了效回采，该成果推动了我国矿山科技进步。我国矿山科技进步。申请专利1项 3.完成的知识产权一种用于地下矿山开采、巷道掘进的锚竹联合支护体 201120145951.X 名称： 专利号： 汇报提纲汇报提纲一、技术背景二、存在问题及技术解决方案三、主要成果与技术创新点四、与国内外同类技术综合比较情况 五、应用情况及经济社会效益 六、推动行业科技进步的作用 项目研究成果在示范矿山峨口铁矿露天边坡体矿产资源回采中实施，优化确定的露天边坡体下的保安矿柱保证了南西露天采场边坡矿体地下开采和同时露天开采的安全。2010年地下开采回收1840m以上边坡体矿石40万t，2011年回收边坡体矿石50万t, 两年新增销售总收入26917万元，新增利税15979万元，新增纯收入（税后）10634万元，增收节支总额10634万元。同时技术成果提出的露天边坡体矿产资源分期分区开采技术方案，确保了矿山750万t/a的产能平稳过渡到地下开采，产生了巨大的经济效益和社会效益，为后续矿山露天转地下平稳过渡开采奠定了基础。 1.1.应用情况应用情况示范矿山应用项目研究成果推广在马钢(集团)控股姑山矿业公司姑山露天采场-200m-300m区段应用，提出的边坡体矿地下开采技术方案，有效解决了姑山矿复杂破碎地质体的采矿难题，采用露天矿边坡体矿产资源地下开采边坡安全技术，保证了复杂地质层破碎边坡矿体的安全高效回收，节省采准井巷工程投资5416万元，降低了地下开采过渡初期首采中段采矿成本7.60元/t，取得了很好的经济效益，2009年2011年间，共回收矿石190万t/年，铁精粉84万t，2009年节省基建投资5416万元，三年实现销售总收入84420万元，新增利税62001.9万元，新增纯收入（税后）33949.04万元，增收节支总额39365.04万元。1.1.应用情况应用情况推广矿山应用峨口铁矿姑山铁矿2.2.经济效益证明经济效益证明 汇报提纲汇报提纲一、技术背景二、存在问题及技术解决方案三、主要成果与技术创新点四、与国内外同类技术综合比较情况 五、应用情况及经济社会效益 六、推动行业科技进步的作用 谢谢各位专家！ 请多指教！