露天与地下联合开采的矿山开采方案优化设计

摘要：本文围绕露天与地下联合开采的矿山开采方案展开研究。首先分析了露天与地下联合开采的特点及面临的问题，接着从开拓系统、开采顺序、采场结构参数等方面探讨了优化设计的要点，旨在为提高矿山开采效率、安全性和经济效益提供参考。

关键词：露天与地下联合开采；矿山开采方案；优化设计

一、引言

随着矿产资源的不断开采，一些矿山逐渐从单一的露天开采或地下开采模式向露天与地下联合开采模式转变。露天与地下联合开采能够充分发挥两种开采方式的优势，提高资源回收率，延长矿山服务年限。然而，这种开采模式也面临着诸如采动影响相互干扰、安全隐患增加等问题。因此，对露天与地下联合开采的矿山开采方案进行优化设计具有重要的现实意义。

二、露天与地下联合开采的特点及问题

2.1特点

露天开采具有生产效率高、成本低、开采强度大等优点，能够快速揭露矿体，大规模地获取矿石。地下开采则可以开采深部矿体，对地形和环境的适应性强，资源回收率相对较高。露天与地下联合开采结合了两者的优势，既可以在短期内通过露天开采获得大量矿石，又能在后期通过地下开采继续开发深部资源。

2.2问题

采动影响相互干扰：露天开采的边坡稳定性会受到地下开采活动的影响，地下开采产生的采空区可能导致露天边坡的位移和变形，增加滑坡的风险。反之，露天开采的爆破震动等也会对地下开采的巷道和采场稳定性产生不利影响。

安全隐患增加：联合开采过程中，露天与地下作业空间相互交错，人员和设备的活动范围存在重叠，增加了安全管理的难度。同时，通风、排水等系统的协调管理也变得更加复杂，容易引发安全事故。

资源利用效率有待提高：在联合开采过程中，如果开采方案设计不合理，可能会导致部分资源无法有效回收，或者在开采过程中造成资源的浪费。

三、露天与地下联合开采矿山开采方案优化设计要点

3.1开拓系统优化

开拓系统作为矿山开采的根基，其设计的优劣对矿山生产效率与成本把控起着决定性作用，尤其在露天与地下联合开采情境下，显得更为关键。矿体的赋存条件千差万别，可能是缓倾斜、陡倾斜，也可能是厚大矿体或是薄矿体，这些特性直接左右着开拓方案的抉择。同时，地形地貌因素不容忽视，山地、丘陵、平原等不同地形，会对开拓工程的施工难度、运输路线规划产生重大影响。

公路—溜井联合开拓方式是一种极具优势的选择。在露天采场的底部合理布局溜井，当露天开采作业进行时，采出的矿石能够直接借助重力作用，通过溜井快速转运至地下运输系统，极大地精简了传统运输模式下多次装卸、转运的繁琐环节，有效缩短了运输时间，降低了运输成本，显著提升运输效率。举例而言，若矿山每日矿石产量可观，采用这种联合开拓方式，相较于单纯依靠公路运输，每日能节省大量运输车辆的燃油消耗、人力成本以及设备损耗费用。

不仅如此，地下巷道与硐室的合理布置同样重要。一方面，要依据地下矿体的走向、倾角以及开采规划，精确规划巷道的方位、坡度，确保矿石在地下运输过程中能够顺畅无阻地流向提升地点，避免出现矿石淤积、运输线路迂回等问题，以实现高效运输。另一方面，硐室作为设备安置、人员临时休憩以及矿石中转等的关键场所，其位置需综合考虑通风、排水、安全出口等多方面因素。比如，将变电硐室布置在通风良好、干燥且靠近主要用电设备区域，既能保障设备运行的电力供应稳定，又便于日常维护与管理；而将人员躲避硐室设置在临近作业面、逃生通道便捷的位置，为人员的生命安全提供坚实保障。并且，这些地下工程设施要与露天开采系统紧密配合，露天采场边界与地下巷道开口的距离、高差等参数都需经过严谨计算，使露天开采的矿石能毫无阻碍地接入地下运输网络，矿石的提升作业也能与地面后续加工环节无缝衔接。

3.2开采顺序优化

开采顺序是调控采动影响、提升资源回收率的关键策略。通常情况下，优先开展露天开采是较为合理的选择。在初始阶段，露天开采凭借其高生产效率、低成本的优势，能够快速揭露矿体，获取大量矿石，为企业迅速回笼资金。随着露天采场不断向深部推进，当达到预定深度时，再有条不紊地开启地下开采作业。这一深度阈值的设定，需综合考量矿体的地质力学特性、露天边坡的稳定性以及地下开采准备工作的就绪程度等多方面因素。

在地下开采进程中，依据矿体分布的复杂态势和地质条件的差异，灵活选用恰当的开采顺序至关重要。对于矿体分布相对规整、地质条件较为稳定的区域，自上而下、分阶段开采是一种行之有效的方法。这种开采顺序符合矿体自然赋存规律，能最大程度减少对矿体围岩的扰动，降低顶板垮落、片帮等安全风险。以某金属矿山为例，其矿体呈层状分布，倾角适中，采用自上而下分阶段开采后，不仅矿石损失率显著降低，而且各阶段开采作业面相对独立，便于通风、排水等辅助作业的管理，开采效率大幅提升。

同时，露天开采与地下开采的进度协调不容忽视。若露天开采速度过快，可能导致地下开采区域上方的岩体应力过早失衡，增加地下巷道支护难度，甚至引发顶板垮塌事故；反之，地下开采推进过猛，其产生的采空区变形、应力传递可能致使露天边坡失稳，诱发滑坡灾害。因此，需要建立科学的监测体系，实时跟踪露天与地下开采作业的进展，依据监测数据动态调整开采进度，确保两者相互配合、平稳推进，将采动影响控制在安全、合理的范围内。

3.3采场结构参数优化

采场结构参数宛如采场的“骨骼框架”，直接关乎采场的稳定性以及矿石回收率这两大核心指标。矿体厚度不同，所需的采场结构截然不同。对于较薄矿体，采用窄矿房、宽矿柱的采场结构是明智之举。窄矿房设计能够减少单次开采跨度，降低顶板垮落风险，确保开采作业安全有序进行；而宽矿柱作为支撑矿体围岩的关键结构，能有效承载顶板压力，维持采场周边岩体的稳定性。例如，在某小型石英矿开采中，矿体平均厚度仅2-3米，通过设置4-5米长的窄矿房和6-8米宽的矿柱，成功实现了安全高效开采，矿石损失率控制在较低水平。

针对较厚矿体，分段矿房法展现出独特优势。将厚矿体沿垂直方向划分为若干分段，每个分段设置独立的矿房与矿柱，既便于开采过程中的通风、出矿等作业，又能依据各分段的地质差异灵活调整开采参数，提高矿石回收率。在确定采场结构参数时，围岩稳定性是不容忽视的关键因素。若围岩稳定性较差，应适当减小采场规模，增加矿柱尺寸，必要时还需提前采取加固措施，如锚杆支护、锚索加固等，增强围岩的承载能力。

四、结论

露天与地下联合开采是一种有效的矿山开采模式，但在实际应用中需要解决采动影响相互干扰、安全隐患增加等问题。通过对开拓系统、开采顺序、采场结构参数、通风与排水系统等方面进行优化设计，可以提高矿山的开采效率、安全性和经济效益。在实际工程中，应根据矿山的具体情况，制定合理的优化方案，并加强施工管理和监测，确保方案的顺利实施。未来，随着技术的不断进步，露天与地下联合开采的矿山开采方案将不断完善，为矿产资源的开发利用提供更好的支持。

参考文献：

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