1973年，辽宁省冶金地质勘探公司105队提交的《辽宁省北票市国保铁矿补充地质勘探报告》报告，铁丹山矿区地质储量5917.2万t，矿体产状标高为+330 ~-190 m，平均倾角50 ~ 65°，厚度10 ~ 25m。矿区地表矿体的平面分布如图1所示。

(2)矿区露天开采情况

铁山矿区一期露天开采工程由原鞍钢设计院于1969年设计，年产铁矿石40万吨。1970年建成，1971年7月正式投入运营。

1982年扩建(辽宁冶金设计院设计)，从40万t/a扩建到60万t/a，设计使用年限23年。露天坑底标高+160m，境界矿量1665万t，剥采比为4.27 ᥫ 1。露天开采于2005年结束。

(3)露天转地下开采的必要性

根据铁丹山矿区矿体的赋存条件，可以看出铁丹山矿区是一个倾斜和极倾斜矿床，埋藏延伸大，走向长度短。属于短而深的矿床，露天境界以下仍有大量矿石资源。因此，铁丹山矿山由露天转地下开采是必然选择。铁丹山矿区地质剖面图见图2。

二、露天转地下开采要解决的技术问题

(一)挂帮矿开采

根据铁丹山矿区的实际情况，在现有露天转地下开采理论和技术的基础上，制定了一系列有利于生产衔接、资源利用、机械设备利用、均衡产出、平稳过渡的措施和方案，成功解决了挂帮矿石回收问题。

1、挂帮采矿理论和采矿方法。

挂矿是指露在露天开采境界以外的露天边坡上的残留矿体。露天开采末期，挂帮矿量一般可占其总储量的5% ~ 16%。如果能开采出来，会有很大的经济效益。

由于开采条件的限制，露天矿上盘矿体难以开采。对于上盘矿体，可采用露天开采直接从非工作盘开采浅部矿体，对于有一定埋深或延伸较长的矿体，可采用地下开采。

2、铁丹山矿区悬帮矿赋存情况

铁山矿区露天开采后，露天底标高以上挂帮铁矿资源储量120万吨，其中1、2、3号矿体北帮以外25万吨，4号矿体境界以外95万吨。1、2、3号矿体的垂直开采高度为+30～+60m，走向长度为20～40m。露天矿+124m标高以上，未开采的4号矿体平均走向长度306m，矿体水平厚度12m，平均采高78m。

2004年以来，国保铁矿根据铁丹山矿区挂帮矿体的赋存情况，采取了不同的采矿方法。截至2008年底，共开采了113万吨矿石。按照当时铁精矿的市场价格，产值达到3亿多元。

(二)加强露天矿底部矿石的开采

2004年制定了铁丹山矿区露天集约化开采方案，确定2006年6月前完成露天开采，提前1.5a开采++124m以上矿量，选矿厂生产所需剩余部分矿石储存在储矿仓库。考虑到铁担山滑坡的不稳定性，为了尽快形成地下开采的顶部覆盖层，2005年底，紧张的开采工作顺利完成。2006年4月，也就是紧锣密鼓的开采结束4个月后，铁担山滑坡发生了，滑坡长度300米，面积4352平方米，整体滑动深度20米，岩体30.7万立方米。滑坡掩埋了三分之一的露天矿区。由于决策正确，避免了一起重大安全事故。2005年底，共储存矿石3 099 811吨，保证了3a建设期选矿生产的矿石供应。

加强露天矿底部开采的方案可谓一石三鸟。一是提取矿石120万吨，充分利用资源；二是储备了近310万吨备用矿石，为生产平稳过渡和选矿资源高效利用奠定了基础。三是为铁担山地下采矿工程建设争取了时间，创造了有利条件。

(3)井下采掘运输和井下采掘运输的理论探讨。

《铁丹山矿区深部开采初步设计》提出了露天地下采运理论，即从露天矿的某一台阶挖一坡道，通向未勘探的矿体，由露天运输路线直接运输矿石，完成剩余部分矿石的开采。

露天开采的地下运输是指在露天开采的同时，在露天附近挖一个竖井开拓系统，为地下开采做准备，同时可以将露天开采的矿石从地下开采系统提升到地表。在露天转地下开采的矿山，露天矿石通过地下竖井和巷道运输，可以大大缩短运输距离。根据国外文献，利用溜井和平硐开拓运输，总运距可减少50% ~ 60%，车辆运距可减少80%以上。利用立井或斜井开拓运输，运输距离仅为汽车运输距离的30% ~ 50%，铁路运输距离的25%；当矿岩通过地下溜井运出时，运输道的宽度可以减小，最终边坡角可以增大，露天开采的剥离量可以大大减少。

根据地下开采运输和地下开采运输理论，结合铁丹山矿区实际，制定了详细的实施方案。但由于矿区开拓系统工程建设速度缓慢等一系列原因，该计划在实际生产中无法实施。

(4)矸石覆盖层的形成

为满足铁丹山矿区露天转地下开采后的通风、保温、防水、排水要求，需要在露天采场底部和地下采场之间形成废石覆盖层。废石覆盖层的形成有助于减少雨季径流，调节洪峰，避免井巷被淹，对矿区的通风隔热有重要作用。铁山矿区废石覆盖层的形成主要有两种方式:用外来废石回填露天矿底部形成废石覆盖层，以及崩落部分露天矿边坡形成废石覆盖层。用运输的废石回填露天矿底部以形成废石覆盖层是指对从露天矿排出的岩石进行干选，回收以前废弃的低品位矿石，并将干选废石回填到露天矿中以形成地下开采覆盖层。露天矿边帮部分崩落形成废石覆盖是指露天矿开采后，边帮部分完全崩落，岩石滚落至露天矿底部形成废石覆盖。如图3所示。

(5)研究适合铁丹山矿区的采矿方法。

铁山矿区综合考虑矿体的赋存特征、产量要求和地压管理，本着安全、经济、有效的原则，决定采用大参数多次分段无底柱分段崩落法进行地下开采。

大参数多分段平行放矿无底柱分段崩落法是当前崩落法先进理论、技术和工艺的综合。其特点是结构参数大，无贫化放矿，多段平行开采。当同时采用这三项技术时，将达到最佳的技术经济效果:矿石损失贫化小，生产能力大，采矿成本低等。

通过对大参数无底柱分段崩落法、无贫化多段平行放矿的研究，结合本矿区的实际情况，铁山矿区决定采用大参数无底柱分段崩落法和截止品位放矿。

(6)保证选矿生产的措施

2006-2008年三年间，铁丹山矿区通过采取停挂帮矿、开采露天底板、综合利用排土场有用资源、收购矿石等措施，有效补充了过渡期矿石产量，使过渡期矿山生产顺利进行。2006年至2009年的选矿矿石成分如表1所示。

表1 2006-2009年选矿矿石结构:万吨

2.开采挂帮矿和露天存放的矿石对保证选矿生产起着重要作用。从表1可以看出，2006年至2008年存放在矿石仓库的矿石分别占选矿矿石的56%、59%和30%。

3.综合利用排土场有用资源，补充矿石不足。对露天开采排出的岩石进行干选，回收以前废弃的低品位矿石。将干选后的废石回填至露天矿，形成地下开采所需的废石覆盖层。这样可以一举两得，既回收了有用的资源，又减少了干洗原料的运费。2008年和2009年，干矿分别占选矿矿的27%和43.5%。

4、加快地下开采工程，尽快实现增产增效。根据设计方案，建设期为2006年至2008年。合理安排，加快建设，矿山开发与矿石开采相协调，在建设期的最后一年，即2008年，实现了设计产能的43%，生产矿石43万吨，占选矿入选矿石的16%，为实现年产90万吨铁精矿的目标做出了重要贡献。

通过以上措施，铁丹山矿床露天转地下开采不仅保证了三年建设期的稳定生产，还生产了露天矿山316万多吨，干法精选回收排土场矿石280万吨。这些矿石的总经济效益为6.3亿元，企业生产经济效益显著。三年建设期实现的产量和利润见表2。

表2 2006-2008年精矿产量和利税统计

(1)因地制宜选择合理的开采方案。露天转地下开采有两种开采方案:露天地下联合开采方案和露天开采后地下开采方案。采用露天和地下联合开采，以维持或扩大矿山的生产能力。但由于规模小、走向长度短、厚度薄，该矿床不具备同时开采的条件。此外，开采上盘矿、加强露天坑底开采、综合利用排土场高品位矿石和购买矿石等措施可以保证矿山的生产能力，因此没有必要采用露天与地下联合开采。实践证明，露天转地下开采方案具有技术难度小、管理简单、井巷基建与露天开采互不干扰等优点，可在短时间内实现高产稳产。

(二)根据矿区的实际情况，制定合理的露天转地下方案。根据当时矿石价格偏高的实际情况，通过充分发挥露天设备的效用，加大其折旧，大大提高了露天开采的能力，为过渡开采储备了足够的矿石。

(3)为形成废石覆盖层，应根据当时的开采情况有选择地回收排土场的资源，并进行干选。干选后的有用矿石用于保证露天转地下采区过渡期的矿石产量，废石用于回填露天坑底，同时边墙坍塌形成废石覆盖层。