高智令

（瑞木鎳鈷管理有限公司，北京 100028）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，金屬礦產(chǎn)資源逐漸減少，不可避免的要經(jīng)歷露天轉(zhuǎn)地下的開(kāi)采過(guò)程。尤其是對(duì)于寬體的、直接頂板穩(wěn)固性不好的、連續(xù)性不好的，露天轉(zhuǎn)地下的開(kāi)采方式是必然會(huì)采用的。主要原因是存在上述問(wèn)題的礦產(chǎn)在開(kāi)采時(shí)，極易發(fā)生頂板冒落的事故，對(duì)作業(yè)人員的生命造成的威脅不容小覷。所以，近些年來(lái)，金屬礦產(chǎn)的露天轉(zhuǎn)地下存在的問(wèn)題及相應(yīng)的解決思路的研究受到了廣泛關(guān)注。

1 露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的相關(guān)問(wèn)題

采用露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)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(lèi)礦床具有的特點(diǎn)是初期一般露天開(kāi)采，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速投產(chǎn)且投資成本較低，且貧損指標(biāo)較好。但是這種礦山在不斷開(kāi)采延伸后，會(huì)過(guò)渡為半地下開(kāi)采，直至全地下開(kāi)采[2]。因此露天轉(zhuǎn)地下并不是直接跨越而是要經(jīng)歷一個(gè)露天與地下同時(shí)開(kāi)采的過(guò)程。對(duì)采礦規(guī)模較大的工程，非常容易造成巖體失穩(wěn)、變形甚至是破壞，根據(jù)所處的工程狀態(tài)的差異，可以分為四種，分別是：露天開(kāi)采造成的、露天和地下同時(shí)開(kāi)采造成的、露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采造成的和地下開(kāi)采造成的。

不同狀態(tài)的采礦過(guò)程，差別也是非常大的。對(duì)于露天開(kāi)采來(lái)說(shuō)，礦體是急傾斜的，達(dá)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(jìn)行地下開(kāi)采或陸井聯(lián)采。這種開(kāi)采模式在國(guó)內(nèi)外均有廣泛應(yīng)用，尤其是對(duì)于金屬礦產(chǎn)來(lái)說(shuō)。在我國(guó)，許多金屬礦產(chǎn)開(kāi)采已經(jīng)進(jìn)入了中晚期階段，深凹露天礦已基本進(jìn)入即將結(jié)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(fā)生變形甚至破壞，將會(huì)影響其使用安全。

2 金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的研究現(xiàn)狀分析

（1）露天轉(zhuǎn)地下采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)研究現(xiàn)狀。礦山結(jié)構(gòu)參數(shù)一般根據(jù)礦體傾角、賦存條件、礦區(qū)所在地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)周?chē)臉?gòu)筑物情況以及圍巖的穩(wěn)固條件來(lái)選定。目前，礦山結(jié)構(gòu)參數(shù)并不是固定的，其確定一般有三種方法。分別是：①經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法。這種方法因?yàn)楹?jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)成本低，所以應(yīng)用相對(duì)廣泛。主要借助已有的類(lèi)似礦山總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，選擇比較保守的取值。②數(shù)值模擬法。這種方法是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的，是一種相對(duì)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(xù)變形法等，這些方法在選取采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)方面發(fā)揮了重要作用。③遺傳算法。由于采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響因素非常復(fù)雜，通過(guò)一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式是很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其詳細(xì)描述的，所以也就無(wú)法為優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)提高有效指導(dǎo)。遺傳算法的特點(diǎn)是魯莽性較高，因此容易得到較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

（2）露天轉(zhuǎn)地下采場(chǎng)頂柱穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀。金屬礦山開(kāi)采時(shí)，由露天轉(zhuǎn)地下時(shí)，境界頂柱穩(wěn)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(duì)較多。目前境界頂柱厚度的確定和穩(wěn)定性分析一般通過(guò)極限平衡法或者數(shù)值模擬法確定。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)值模擬方法也隨之得到了廣泛應(yīng)用。有研究學(xué)者應(yīng)用數(shù)值模擬法進(jìn)行露天轉(zhuǎn)地下的安全保留層計(jì)算，得到比較理想的結(jié)果。

（3）露天轉(zhuǎn)地下采場(chǎng)回采順序和開(kāi)采方案研究現(xiàn)狀。①比較合理的回采順序既要將開(kāi)挖穩(wěn)定性考慮在內(nèi)，還要避免局部地段出現(xiàn)能力和能量集中，有效防止變形破壞的現(xiàn)象?；夭身樞虻难芯糠椒ㄒ话阌校何锢砟M法、工程類(lèi)比法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法、計(jì)算機(jī)模擬法以及數(shù)值分析法等。在回采順序方面，許多學(xué)者都做了大量有益工作，也獲得了可喜的成果。

比如有學(xué)者借助FLAC3D分析軟件模擬了不同回采順序造成的邊坡穩(wěn)定性變化以及應(yīng)力分布的變化規(guī)律。②露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)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(tǒng)一規(guī)劃。在進(jìn)行開(kāi)采方案確定時(shí)，需要對(duì)以下因素進(jìn)行重點(diǎn)考慮：礦場(chǎng)與工程的相對(duì)位置；地下開(kāi)拓系統(tǒng)是否為公用。

（4）露天轉(zhuǎn)地下采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀。巖體邊坡的穩(wěn)定性是研究露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的方面的一個(gè)重要問(wèn)題。邊坡穩(wěn)定性分析有定性、定量和不確定性三種常見(jiàn)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(shù)據(jù)庫(kù)和自然歷史分析法，考慮因素比較多，可對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。定量分析是借助力學(xué)原理展開(kāi)的，但是定量很難實(shí)現(xiàn)，一般就是半定量方法。有數(shù)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(xiàn)的，隨著一些新的理論出現(xiàn)和新的分析方法出現(xiàn)，邊坡穩(wěn)定性的研究已不是一個(gè)單一學(xué)科，而是與模糊數(shù)學(xué)理論、可靠性理論、灰色系統(tǒng)理論等學(xué)科相融合。在進(jìn)行邊坡工程設(shè)計(jì)時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到這個(gè)過(guò)程中的不確定性非常大。

3 金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的相關(guān)問(wèn)題的解決對(duì)策

（1）解決思路介紹。收集金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下過(guò)程中的邊坡位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，收集數(shù)據(jù)的時(shí)間盡可能長(zhǎng)，數(shù)據(jù)盡可能詳細(xì)的。這一過(guò)程的研究?jī)?nèi)容主要包括三個(gè)方面：根據(jù)金屬礦山多年的GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，借助數(shù)值模擬和物理模擬等手段，研究露天轉(zhuǎn)地下后的采坑圍巖發(fā)生變形的特點(diǎn)和規(guī)律；根據(jù)GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采坑底部隆起的研究，分析隆起發(fā)生的機(jī)理，并借助模擬分析的手段，詳細(xì)解析隆起的發(fā)生；研究因露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采引發(fā)的圍巖變形活化的問(wèn)題，主要借助對(duì)典型斷層發(fā)生活化的案例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查、測(cè)量位移數(shù)據(jù)，并借助模擬手段，深入研究斷層活化的相關(guān)問(wèn)題。

（2）技術(shù)路線介紹。對(duì)于因露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采造成的金屬礦山的相關(guān)問(wèn)題，應(yīng)采取合適的技術(shù)路線進(jìn)行解決。前面提到了收集巖體位移的相關(guān)數(shù)據(jù)和應(yīng)用一些模擬手段，對(duì)變形規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)研究，下面介紹一下具體的技術(shù)路線：及時(shí)搜集整理國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的研究進(jìn)展和成果，便于查閱和輔助判斷；對(duì)金屬礦山的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，收集一些基本的地質(zhì)數(shù)據(jù)；對(duì)已有的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯總；應(yīng)用模擬手段對(duì)圍巖變形發(fā)生的特征、底部隆起發(fā)生的機(jī)理和斷層活化發(fā)生的條件等進(jìn)行模擬和分析。

4 結(jié)論

本文對(duì)金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)分析，介紹了其中研究最為深入，應(yīng)用也較廣的研究?jī)?nèi)容，對(duì)接下來(lái)的研究工作具有重要意義。最后介紹了金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的相關(guān)問(wèn)題的解決對(duì)策，希望這些內(nèi)容能夠指導(dǎo)指導(dǎo)金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采過(guò)程中的問(wèn)題的解決。