露天转地下开采覆盖层界面移动规律初步分析

温海民 陈 超 刘艳东

(1．河北钢铁集团矿业有限公司黑山铁矿，河北承德 067400; 2．河北联合大学，河北唐山 063009;3．宽城满族自治县冶金建材工业公司，河北宽城 067600)

0 引言

我国的大中型露天金属矿山大多都始建于20世纪50年代～60年代，经过几十年的开采，已有80%的铁矿山进入了中晚期开采阶段，大部分矿山已在高陡边坡下进行深凹露天开采。随着开采深度的增加，技术难度加大，而且经济上不再可行，因此露天转地下开采势在必行。对于采用崩落采矿法进行转地下开采的矿山，要求在地下开采区域的上部留有安全缓冲垫层——覆盖层，其对露天转地下开采的矿山生产安全及技术经济指标具有重要的现实意义。

实现露天开采方式向地下开采方式的转变，有许多问题需要解决。其中覆盖层的问题是其中之一。随着覆盖层下面矿石的放出，散体不断的下移补充，覆盖层界面将不断的发生变化，很可能出现凹坑，造成“V”形凹坑，可能使雨水汇聚，造成雨水下渗速度太快，从而对矿山的开采造成危害。为此研究覆盖层界面移动规律迫在眉睫。

1 露天转地下覆盖层移动规律实验研究

1．1 覆盖层界面移动物理模拟试验目的

构建物理实验模型，模拟采用无底柱崩落法的露天转地下矿山首采中段放矿过程中，覆盖层移动变化的规律，以及覆盖层表层界面变化，确定其变化规律。

矿石崩落后，形成覆盖层—矿石层双层结构，随着放矿过程中矿石不断被放出，矿石层和覆盖层不断相互侵蚀，结果导致矿石层的贫化和覆盖层散体材料下移流动过程中不断损失。再次放矿过程中，随着覆盖层整体的不断向下移动，覆盖层表层界面将不断的发生变化，将逐渐出现“V”形塌陷凹坑。覆盖层表层界面的“V”形塌陷，不但造成矿石的损失贫化，而且会影响到覆盖层的安全功能，甚至导致覆盖层安全机能的失效。故在覆盖层形成和维护过程中，必须考虑后期覆盖层的损失，保持覆盖层的结构和厚度大体维持稳定和平衡，保证其安全机能充分发挥。揭示放矿扰动下覆盖层表层界面的变化规律，是完善露天转地下矿山覆盖层设计和形成技术急需解决的问题。

本文将通过覆盖层移动规律的物理模拟实验，通过观察放矿过程中覆盖层和矿石层的相互侵蚀，分析覆盖层表层界面的移动规律。

1．2 覆盖层界面移动物理模拟试验内容

利用自制实验模型，通过相似比例实验，观察不同覆盖层表层界面在不同放矿制度下的移动变化规律，采用数值拟合方法，构建覆盖层表层界面移动规律描述模型。

1．3 覆盖层界面移动物理模拟试验

采用自制实验模型，相似比取1∶200，矿体垂直厚度18 cm，矿体倾角65°，矿体上盘边坡角取50°，下盘边坡角取55°，模型长80 cm，宽70 cm，高120 cm，试验模型见图1。

实验用的散体实验介质取自石人沟铁矿，经破碎筛分，其粒度构成见表1。

表1 试验中散体实验介质配比

实验中所用的材料如图2所示。

图1 覆盖层界面移动实验模型

图2 渗透实验所用物料

2 试验结果分析

由图3，图4可知，随着矿石层放出矿石量的增加，覆盖层和矿石层相互侵蚀，覆盖层表层界面形态在移动过程中不断变化。随着矿石的放出，覆盖层界面不断移动下降，覆盖层表层界面将由原来的抛物线形慢慢转化成为直线形或反抛物线形。以A点为坐标原点，测得覆盖层界面曲线的6个点坐标，见表2。

表2 覆盖层界面曲线坐标点 cm

作图如图5，图6所示。

图3 放矿前的覆盖层表层界面

图4 充分放矿后的覆盖层表层界面

图5 放矿前覆盖层表层界面形态曲线图

图6 放矿后覆盖层表层界面形态曲线图

在图6中，短虚线表示原覆盖层界面曲线，长虚线表示二阶抛物线拟合曲线，实线表示三阶抛物线拟合曲线。运用数学公式，求得:

三阶抛物线模拟公式:

二阶抛物线模拟公式:

由图6可知实线比较接近覆盖层界面曲线，所以应该用三阶抛物线模拟公式:

3 结语

该模型在由露天转地下开采的过程中，由露天边帮爆破形成覆盖层时，应该爆破成抛物线形y=－0．000 7x3+0．012 4x2+0．351 1x+42．482。具体到某一个矿时，应该做成一个比例模型，仿照上述步骤寻得抛物线界面曲线，为露天边帮爆破提供指导性意见。

［1] 徐长佑．露天转地下开采［M］．武汉:武汉工业大学出版社，1990．

［2] 解世俊．金属矿床地下开采［M］．第2版．北京:冶金工业出版社，1986:224-228．

［3] 李宝祥．金属矿床露天开采［M］．北京:冶金工业出版社，1992．

［4] Tovey N K，Krinslry D H．Mapping of the orientation of finegrained mineral in solid and sediments［J］．Bulletin of IAEG，1992(5):19-20．