非煤矿山露天转地下联合开采工艺衔接优化及生产能力保障

引言

随着全球矿产资源需求的持续增长和浅部资源的逐渐枯竭，许多非煤矿山正面临着从露天开采向地下开采过渡的关键时期。这一转变过程不仅涉及开采方式的改变，更需要解决两种开采方法协同作业带来的技术难题。露天转地下联合开采工艺优化研究，对于提高资源回收率、降低开采成本、保障安全生产以及实现矿山可持续发展具有重要的理论和实践意义。

1.非煤矿山露天转地下开采特点

非煤矿山从露天开采转为地下开采是一个渐进的过渡过程，通常需要经历露天开采末期、露天与地下联合开采期以及完全地下开采期三个阶段。这一转型过程具有几个显著特点：开采环境发生根本性变化，从地表作业转为地下作业；开采方法和技术装备需要全面更新；生产组织和管理模式必须相应调整。在转型过程中，开采境界的合理确定问题，需要综合考虑地质条件、矿体赋存状态和经济因素；采空区处理难题，露天坑底与地下采场的相互影响必须妥善解决。此外，通风系统、排水系统和运输系统的重构也是技术难点，这些挑战如果处理不当，将直接影响矿山的生产能力和经济效益。在露天转地下过渡期间，两种开采方式并存会产生复杂的相互影响，露天开采的爆破振动可能影响地下巷道的稳定性，而地下开采引起的地表沉降又可能威胁露天作业的安全，此外，两种开采方式共用运输系统、通风系统等基础设施，需要进行合理的协调和分配。

2.非煤矿山开采现状分析

非煤矿山开采根据矿体赋存条件和开采技术特点，主要分为露天开采和地下开采两种基本形式。露天开采具有生产能力大、劳动生产率高、成本低、作业安全等优势，适用于埋藏浅、规模大的矿体。然而，随着开采深度的增加，露天开采的剥采比急剧上升，经济效益显著下降，最终不得不转向地下开采。目前我国非煤矿山开采面临着诸多挑战：一是浅部资源日益减少，开采深度不断增加；二是环境保护要求日趋严格，传统开采方式面临转型压力；三是安全生产标准提高，开采技术需要相应升级。特别是在露天转地下过渡期，如何实现两种开采方式的无缝衔接，最大化资源回收率，同时确保安全生产，成为矿山企业亟待解决的关键问题。

3.非煤矿山露天转地下联合开采工艺衔接优化及生产能力保障分析

3.1、工艺衔接优化方案设计

开采顺序的优化是工艺衔接的核心内容，需要根据矿体赋存条件和开采技术参数，确定合理的露天与地下开采的时空关系，常见的方案包括露天优先开采、地下优先开采以及平行交替开采等。每种方案都有其适用条件和优缺点，需要根据具体情况进行选择。运输系统的整合对提高整体效率至关重要，可以考虑共用部分运输巷道，优化物流路线，减少转运环节，同时，要合理配置运输设备，提高运输系统的协同性。通风系统的衔接也需要特别关注，要避免气流短路，确保新鲜风流有效到达各个作业面。生产组织的协调是工艺衔接顺利实施的保障，需要建立统一的生产调度系统，协调露天和地下的生产节奏，同时，要加强人员培训，使作业人员熟悉两种开采方式的特点和要求。设备配置也要考虑通用性，提高设备的利用率[1]

3.2、露天与地下开采的衔接技术

露天转地下开采的平稳过渡是实现联合开采优化的基础。关键衔接技术包括境界顶柱的合理留设、开拓系统的优化布置以及防水排水系统的完善设计。境界顶柱作为隔离露天与地下采场的重要结构，其厚度确定需要考虑矿岩力学性质、开采深度以及爆破振动等因素。通过数值模拟和现场监测相结合的方法，可以确定既保证安全又不过度损失矿石的最优顶柱厚度。开拓系统的布置应充分考虑露天坑的最终境界，使地下开采的井巷工程与露天开采形成有机整体。通常采用“露天坑底中央竖井 + 辅助斜坡道”的联合开拓方式，既便于矿石提升又兼顾设备运输。防水排水系统需要特别关注，因为露天坑可能成为地下水的汇集区，必须建立完善的截排水网络，防止突水事故的发生[2]。

3.3、联合开采的协同效应分析

露天与地下联合开采能够产生显著的协同效应，主要体现在时空协同、资源协同和安全协同三个方面。时空协同是指合理安排露天与地下的开采顺序和进度，使两种开采方法在时间和空间上相互配合。通常采用“露天优先、地下跟进”的开采策略，露天开采上部矿体同时地下开拓下部资源，实现产能平稳过渡。利用露天开采的灵活性回收边角矿体，同时通过地下开采回收深部资源，两者互补可减少矿石损失。安全协同则是指通过科学设计使两种开采方法相互提供安全保障，如利用露天开采形成的降压区降低地下开采的岩爆风险，或利用地下开采的充填体增强露天边坡稳定性[3]。

3.4、开采工艺参数优化方法

联合开采工艺参数优化是提高开采效率的关键，针对非煤矿山的特点，需要建立多目标优化模型，综合考虑经济指标、资源回收率和安全因素。采用层次分析法确定各指标的权重，运用数值模拟技术预测不同参数组合的开采效果，最终通过多方案比较确定最优工艺参数。具体优化内容包括：露天开采的台阶高度与坡面角优化、地下开采的矿房尺寸与回采顺序优化、爆破参数的协同设计等。例如，通过调整露天台阶爆破的孔网参数，可以降低对地下采场的震动影响；优化地下开采的采场结构参数，可以提高回采效率并减少对露天边坡的扰动。现场监测数据的反馈对于参数优化至关重要，应建立实时监测系统，根据实际效果不断调整优化开采参数[4]。

3.5、生产能力评估与保障体系建立

生产能力评估是制定保障措施的基础，需要建立科学的评估模型，综合考虑资源条件、开采工艺、设备能力等因素，准确预测矿山的生产能力。评估指标应包括年产量、资源回收率、生产效率等关键参数。在设备保障方面，要选择性能可靠、适应性强的大型化、自动化设备。在人员保障方面，要加强技术培训，培养复合型人才。在管理保障方面，要建立完善的安全生产管理制度，实施精细化管理。要制定详细的应急预案，储备必要的应急物资，定期组织应急演练。同时，要建立快速响应机制，确保在突发情况下能够及时采取措施，最大限度减少生产中断时间[5]。

结束语

非煤矿山露天转地下联合开采是一个复杂的系统工程，生产能力保障是其中的核心问题。通过科学规划开采顺序、优化设备配置、完善通风排水系统、加强生产协调和安全管理，可以实现生产能力的平稳过渡和持续提升。未来研究应进一步关注智能化技术在联合开采中的应用，以及更加精准的产能预测模型的开发，为矿山生产转型提供更先进的技术支持。

参考文献：

[1]龚晓年,罗唯一. 关于提升襄阳市非煤矿山安全生产工作质效的调研报告[J].湖北应急管理,2025,(06):40-42.

[2]康定川,覃顺雄. 有限元分析在非煤矿山生产安全及安全监管中的运用论述[J].中国金属通报,2025,(03):207-209.

[3]王浩. 铜陵义安：多举措破解小型非煤矿山安全难题[J].中国安全生产,2025,20(02):30-31.DOI:10.20115/j.cnki.cn11-5404/x.2025.02.015.

[4]张嘉程,胡明慧. 露天非煤矿山安全生产管理体系研究[J].世界有色金属,2024,(20):220-222.

[5]李垚萱,崔益源,卢尧,等. 2001-2022 年我国非煤矿山行业重特大事故发生规律及对策措施[J].有色金属(矿山部分),2024,76(04):1-6.