铜矿是否需要从露天转入地下,主要通过三条判断依据来判定:剥采比越过临界、边坡无法维持、深部矿体延续。转入后,大规模低品位矿体一般采用自然崩落法。
智利丘基卡马塔铜矿的露天坑已挖到约1.1公里深。到这个深度,继续剥岩成本超过转地下投资,边坡角也不能再放缓,这座矿最终整体转入地下,用的就是自然崩落法。

井下采场:崩落矿石堆积于放矿区域
一、三条判断依据:什么时候非转不可
露转地主要有三个因素决定:
| 判断依据 | 观察指标 | 触发条件 | 不转会怎样 |
|---|---|---|---|
| 剥采比 | 每吨矿石的剥岩量 | 随深度上升,剥离成本超过转地下投资 | 越挖越亏,边际品位被迫抬高 |
| 边坡稳定 | 边坡角与安全系数 | 再缓吃掉矿体,再陡则失稳 | 要么丢矿,要么滑坡 |
| 深部延续 | 深部厚度与品位 | 延深大、品位可支撑 | 挖到底即结束,资源浪费 |
剥采比很关键。露天剥采比随深度近线性上升,地下成本与深度弱相关,两线相交处即转换点。
边坡稳定更刚性。坑越深,维持安全的边坡角越缓,剥岩量成倍增加,最后缓到矿体压在坡下。
二、转地下之后,方法怎么选
地下开采方法很多,但是适用于低品位大矿体的却不多。
依据是三个参数:厚度、埋深、品位。自然崩落法适用区间为厚200到800米、埋深500到2200米、品位0.3%到1.0%。矿体更薄,崩落形不成规模;埋深更大,地压控制更难;品位更低,撑不住投资。
品位低于0.3%,露天还有经济性;高于1.0%,别的地下方法也能赚。它适用的正是露天挖不动、其它方法又不经济的矿体。
三、为什么它能接近露天的单位成本
自然崩落法靠矿体自重,不靠爆破。
开采从底部开始:在矿体下方掘进拉底水平,掏空一层,上部矿岩失去支撑后靠自重崩落,落到放矿点集中运出,炸药只用在这段拉底和少量爆破。
成本优势有三处:崩矿不用凿岩爆破,矿石自己掉下来;放矿点归拢在一个水平,作业集中;日产可到数万吨级,单位成本被摊薄。代价是投入大、周期长。拉底水平、放矿系统、出矿巷道、通风排水都要在矿体下部一次建成。

采矿工程现场的采出矿石
四、这座铜矿转地下后,井下是什么样
整座矿体没有当成一个大洞来崩,而是切成若干独立崩落单元,业内叫宏块,每块单独拉底、放矿、控制。一块出问题不至于拖垮整座矿。
宏块往下再分中段,三个矿柱高216、432、216米,中间那个最厚,担主要出矿量。
一个宏块里有约300道隔离墙、278个放矿点、1278个挪威式框架支架,巷道断面5.0乘4.5米。
隔离墙隔开相邻宏块、框住崩落范围;放矿点是崩落矿石落到这一层的出口;框架支架撑住周边巷道,上部压力都压在这里。278个放矿点意味着出矿面铺得极宽,一处堵住就乱全局。
五、矿岩太硬崩不下来怎么办
自然崩落法的前提是矿体得崩得动。
矿岩强度高、节理不发育时,拉底后上部矿岩不会自然崩落,形成空腔悬顶,这是最危险的失效模式。解决办法是预调理(pre-conditioning):从拉底水平、放矿漏斗和水平钻孔,用水力压裂配合约束爆破弱化矿体。
预调理效果决定能不能用崩落法。可崩性要通过岩体力学试验与数值模拟评估,不过关的只能退回别的方法。
部分矿山已能电动铲运机无人遥控,操作人员在办公室操控多台设备。
六、露转地对工程方意味着什么
露转地本质上是一次工程建设:新建井筒或平硐、施工拉底水平、掘进放矿巷道、建中段运输系统,还要与既有露天坑衔接。
鑫海承接采矿工程时,从开拓方案与中段划分入手,把井筒位置、巷道层位、出矿系统按崩落顺序排开,再组织施工。采出的矿石直接进选厂,采选两线的产能与品位在这一步对好。

井下巷道掘进作业
常见问题
露天挖到底就一定要转地下吗
不一定。深部矿体不延续,或品位撑不住地下开采成本的项目,露天结束后直接闭坑更合理。三条判据要看全,只看剥采比容易误判。
崩落法会不会造成地表塌陷
会。自然崩落法的崩落会向上发展,最终在地表形成塌陷区。这一区域在设计阶段就要圈定,用于安排地表设施搬迁与土地使用。
露转地工程大概要多久
取决于规模与既有设施。新建井筒的项目,光井筒施工就要数年;利用既有井巷改造快些。工期按工程量与施工组织确定。
露转地是矿山生命周期里的一次大转向,判据看全、方法选对,工程才做得下去。手里有露天转地下的项目,可先拿厚度、埋深、品位与剥采比曲线,算一遍三条判据。
资料来源
大型贱金属矿床地下采矿方法综述、智利丘基卡马塔铜矿露天转地下数据(露天坑深约1.1km、宏块布置、三期矿柱高216/432/216m、约300道隔离墙、278个放矿点、1278个挪威式框架支架、生产巷道断面5.0×4.5m)、预调理技术 — Review of Underground Mining Methods in World-Class Base Metal Deposits: Experiences from Poland and Chile,Energies,2023,16(1): 148,DOI: 10.3390/en16010148。
自然崩落法适用区间(矿体厚200–800m、埋深500–2200m、品位0.3%–1.0%)—同上综述统计范围。
自动化放矿(Northparkes E48、New Afton电动铲运机无人遥控)—同上综述与公开项目资料。
适用区间为文献统计值,具体项目须通过岩体力学试验与可崩性评估确定,文中数值不构成对其他矿体的判断承诺。
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