金属矿开采.docx

1、金属矿开采1 地下开采方法概述.21.1地下开采的基本概念.21.2地下开采方法.22 空场采矿法.42.1全面采矿法.42.1.1全面采矿法概念.42.1.2结构和参数.42.1.3采准与切割工作.52.1.4回采工作.62.2房柱采矿法.62.2.1房柱采矿法概念.62.2.2采准和切割.62.2.3矿房回采.72.3留矿法.82.3.1留矿法概述.82.3.2结构参数.82.3.3采准工作.92.3.4回采工作.102.4分段矿房法.112.4.1分段矿房法概念.112.4.2结构参数.112.4.3采准切割工作.112.4.4回采工作.133 充填采矿法.133.1水砂充填采矿法.13

2、3.1.1采区划分和构成要素.133.1.2采准切割工作.143.1.3回采工作.153.1.4充填工作.164 崩落采矿法 .17 4.1崩落采矿法概述.184.2单层崩落法.184.2.1长壁式崩落法.184.2.1.1开采条件.194.2.1.2矿块结构参数及采准布置.194.2.1.3切割工作.214.2.1.4回采工作.214.2.1.5开采顺序.275 致谢.28参考文献.28金属矿床的主要地下开采方法摘要：目前，地下开采方法有很多种，且开采方法的分类方法也很多，且各有依据。而我说的开采方法则是依据回采过程中，采矿区域内的“地压管理”方法作为依据。这种分类，既可以反映出各类采矿方法

3、飞主要特征，有能明确划定各种采矿采矿方法之间的根本界限，同时它对于采矿方法的比较、选择、评价与改进工作也很方便。依据回采过程中，采矿区域内的“地压管理”方法可以将开采方法分为：空场法、充填法、崩落法。这三种方法在金属矿床的地下开采中应用十分的广泛。关键词：开采方法；矿房；矿柱；阶段；巷道；硐室；电耙1地下采矿方法概述1.1地下开采的基本概念 所谓金属矿床的地下开采方法，就是从矿快（或采区）中把矿石开采出来的方法。它包括在矿快（或采区）中的才准、切割和回采三项工作内容。采准是按照矿快构成要素布置井巷工程，目的是要解决矿块回采中的行人、矿石运放、设备材料运送、通风、联络等问题；而切割是为回采创造必

4、要的落矿空间和自由面；待这两项工作完成后，才能直接进行大面积回采。所以采矿方法的实质，是才准、切割和回采工作在时间与空间上的有机配合。金属矿床地下开采，必须先把井田划分为阶段或盘区，再把阶段（或盘区）划分为矿快（或采区）。而矿快（或采区），就是基本的回采单元。 1.2地下开采方法地下采矿方法就是根据矿床赋存要素和矿石与围岩的物理学性质等因素，所确定的矿石开采方法。它包括采区的地压控制，结构参数，回采工艺等。金属矿床由于赋存条件复杂，矿石和围岩物理学性质差异很大，以及其他因素等，故采矿方法种类繁多。为了便于认识各种采矿方法的特殊本质，了解各种采矿方法的适用条件及发展趋势，研究和选择合理的采矿方法

5、，因此，需将繁多的采矿方法，择其共性，加以归纳分类。目前分类的方法很多，按回采时的地压管理方法将采矿方法分为三大类。表1 金属矿体地下采矿分类表类 别组 别典 型 采 矿 法 .空场采矿法1. 全面采矿法2. 房柱采矿法3. 留矿采矿法4. 分段采矿法5. 阶段采矿法（1）全面采矿法 （2）房柱采矿法（3）留矿采矿法（4）分段矿房法（5）水平深孔落矿阶段矿房法.充填采矿法5. 单层充填采矿法6. 分层充填采矿法7. 分采充填采矿法9. 支架充填采矿法（6）壁式充填采矿法（7）上向水平分层充填采矿法（8）下向分层充填采矿法（9)上向倾斜分层充填采矿法.崩落采矿法10.单层崩落法11.分层崩落法1

6、2.分段崩落法13.阶段崩落法（10）长臂式崩落法（11）短壁式崩落法（12）进路式崩落法（13）有底柱分段崩落法（14）无底柱分段崩落法（15）阶段强制崩落法2 空场采矿法这类方法用于开采围岩和矿石都很稳固的矿床，地压管理是用采区中所留下的矿柱支撑和维护采空区。在回采过程中随矿石被采出后所形成的采空区不立即进行处理（充填或崩落）而空放着，这是本类方法的基本特征。2.1全面采矿法2.1.1全面采矿法概念全面采矿法，是一种主要用于开采水平和缓倾斜波矿体的空场采矿法。一般作为单层开采。在薄和中厚（小于57m）的矿石和围岩均稳固的缓倾斜（倾角一般小于30）矿体中，应用全面采矿法。它的特点是，工作面沿

7、矿体走向或沿倾向全面推进，在回采过程中将矿体中的夹石或贫矿（有时也将矿石）留下，呈不规则的矿柱以维护采空区，这些矿柱一般作为永久损失，不进行回采。个别情况下，用这种采矿法回采贵重矿石，也可不留矿柱，而用人工支柱（混泥土支柱、木垛及木支柱等）支撑顶板。2.1.2结构和参数 水平和微倾斜矿体（倾角小于5）时，将井田划分微盘区，工作面沿着盘区的全宽向其长轴方向推进。用自行设备运搬时，盘区的宽度取200300m；用电耙搬运时，取80150m。盘区间留矿柱，其宽度为1015m到3040m。缓倾斜矿体，将井田划分为阶段。阶段高度为1530m,阶段斜长4060m,阶段间留矿柱23m。全面采矿法的变形方案，是

8、将阶段再划分为矿块，其长度为5080m，留矿块间柱。菜场中还留不规则矿柱，一般为圆形，直径为36m，矿体厚度取最大值。否则取最小值；间距820m。2.1.3才准与切割工作这种采矿方法的才准和切割工作比较简单。促进阶段运输巷道在阶段中纲12个上山，作为开采切割自由面；在低柱中每隔57m开溜口；在运输巷道另一侧，每隔20m布置一个点耙轿车硐室（图21）。图211运输巷道；2支撑矿柱；3电耙绞车当采用前进式回采顺序时，阶段运输巷道应超前于回采工作面3050m.2.1.4回采工作回踩工作自切割上山开始，沿矿体走向一侧或两侧推进。当矿体厚度小于3m时，全厚一次回采；矿体厚度大于3m时，则以梯段工作面回采

9、（图22）。此时，一般在顶板下开出22.5m高的超前工作面，用下向炮孔回采下部矿体 。图22下向梯段工作面回采2.2房柱采矿法2.2.1房柱采矿法概念房柱法是空场采矿法的一种，将阶段缓倾斜、倾斜矿床）或盘区（水平、微倾斜矿床）划分成若干个矿房与矿柱（留有规则的不连续的矿柱）。回采工作在矿房中进行，矿柱在一般情祝下不进行回收。2.2.2采准和切割阶段主要运输平巷为单轨巷道，断面2.62.4m，位于底板内，距离矿体约46m。从运输平巷一侧向每个矿房开掘一个矿溜子，断面22m，长约56m。在矿溜子顶部，紧靠矿房下部边界沿走向掘进脉内拉底平巷。此外，在每个矿房产中央沿底板开掘一条切割上山与上部回风平巷

10、贯通，上山（缓倾斜矿体叫上山，急倾斜矿体则称天井）的断面22m，它作为拉底和回采时行人、通风和爆破自由面之用。每个矿房还掘凿一个电耙绞车硐室。 2.2.3矿房回采 完成采准切割工作以后，就可以开始回采矿房，具体回采方式随矿体厚度与倾角不同而异。矿体厚度小于2.53m时，可按全厚一次回采，沿走向或逆倾斜推进。矿体厚度于33.5m，应先在矿体底部拉底，然后用上向眼挑顶。拉底和回采时，均须从拉底平巷和切割上山相交处开始，用水平浅眼以阶梯形工作面自下而上逆倾斜推进，充分利用两个自由面刷帮爆破。拉底层高度为2.5m左右。整个矿房拉底完毕后，再用挑顶炮眼回采上部矿石，根据矿体厚度和上向炮眼深度来确定挑顶层

11、数。挑顶回采的方向可逆倾斜自下而上或沿倾斜自上而下。矿体厚度不大于5m时，只需挑一次顶，此时，所有挑顶炮眼可以整层一次爆破，以提高矿房生产能力。若矿体厚度在57.5m时，挑顶工作面形成倒台阶式，并且在底板上靠近工作面处局部留矿，以便工人站上打眼放炮。水平拉底用YS45型凿岩机。矿石运搬采用28千瓦或14千瓦的双卷筒电耙绞车，耙斗容积0.20.3m3。通常都是采用沿倾斜耙运，以提高耙运效率。矿溜子上盖有格筛，筛孔为350 350mm，筛上大块进行二次破碎，溜子下口安设简易指状闸门。在锡矿山的房柱法中，所留矿柱均作为永久支护短，一般不进行回收。 用浅眼崩矿的房柱法在回采10m以上厚矿体时，需在矿房

12、留矿堆上挑顶回采，作业效率不高，并且由于不能大量出矿，矿房生产能力受到限制。在近二十年里，由于轮胎式和履带式的凿岩、装载、运搬等设备的迅速发展，在房柱法中，已广泛开始使用无轨开采方案，大大地提高了矿房生产能力。2.3留矿法这类采矿方法是用在开采围岩稳固（仅次于空场法）而矿石很稳固的矿床。采场地压管理是用采区中所留的房间矿柱和随回采而爆破下来的矿石，暂时留在采场（留下2/3）支撑围岩和工作台，待整个采场采完后再集中放矿，这是留矿法的基本特征。属于这类采矿方法的有浅孔留矿法，深孔留矿法。 2.3.1留矿法概述 建国以来，留矿采矿法（简称留矿法）一直是我国有色和稀有金属地下开采矿山使用最广泛一 种采

13、矿方法。根据二零零四年的统计，在冶金工业部所属的有色和稀有金属矿山中，就有一百二十六个矿山采用。因此，所积累的生产经验是很丰富的。2.3.2结构参数 结构参数矿房长度和暴露面积取决于矿体厚度和矿石与围岩的稳固程度，矿房长度一般为4060m，暴露面积一般在400600m2。间柱宽度和顶柱厚度取决于矿房长度、矿体厚度和矿岩的稳固性，间柱宽一般是46m。底柱高度取决于底部结构形式，当使用普通漏斗出矿时，底柱高度一般取56m。阶段高度通常是4060m。2.3.3采准工作采准工作掘进运输平巷、天井、联络道、拉底巷道及放矿漏斗。当矿体比较薄时，运输平巷一般在矿体中沿矿体下盘接触线掘进；当矿体为中厚以上时，

14、运输平巷可设在矿体中间。通风和人行天井大多布置在间柱中，每隔5m左右设联络道与矿房连通。当矿房长度超过50m时，为了改善矿房通风及安全作业条件，有时在矿房中央另设一辅助天井。沿走向方向每隔57m设一个漏斗，为了减少平场工作量，漏斗应尽量靠近下盘。采用浅孔崩矿其矿石破碎程度较好，一般不需要设置二次破碎巷道。此时少量的大块可直接在采场中进行破碎。但当大块产生较多时，应设置二次破碎巷道（或电耙道），进行破碎。这种采矿方法的切割工作比较简单，只有拉底和辟漏工作。图23 浅孔留矿法1-顶柱；2-天井；3-联络道；4-采下矿石；5-阶段运输平巷;6-放矿漏斗；7-间柱；8-上阶段运输平巷2.3.4回采工作

15、回采工作包括凿岩、爆破、通风、局部放矿、检查顶板、平场及大量放矿。回采工作自下而上分层进行，分层高度22.5m左右。在矿石比较稳固时，可用上向炮孔，炮孔排列方式，如图2一4所示。当矿石稳固程度较差时，应尽量使用水平炮孔崩矿。炮孔深度1.52.5m，排距1.01.2m，炮孔间距0.81.0m。回采工作面可以是水平的，也可以是梯段形，梯段长度35m，高度1.52.0m。爆破后，矿石体积因破碎而发生膨胀（碎胀），一般坚硬的矿石碎胀系数为1.5。为了保证采场中适当的工作空间。每次爆破后，矿石放出三分之一（称为局部放矿），其余留在矿房，直到矿房回采结束后，才进行大量放矿，放出全部留下的矿石。局部放矿后，

16、顶板有浮石，留矿堆不平整，为此需要撬顶和平场作业，为下一次凿岩创造安全和方便的工作条件。矿房中矿石全部放出后，再回采矿柱。图24 炮孔布置方式a字形；b三角形；c平行排列；d交错排列2.4分段矿房法2.4.1分段矿房法概念分段矿房法是按矿块的垂直方向，再划分成若干分段，在每个分段水平上布置矿房和矿柱，各分段采下的矿石分别从各分段的出矿巷道运出。分段矿房回采结束后，可立即回采本分段的矿在京开幕并同时处理采空区。2.4.2结构参数 矿房长度根据围岩的稳固程度及顶板允许的暴露面积来决定，一般为406m。矿房宽度等于矿体厚度，可达20m左右因用这种采矿法的矿体围岩很稳固，倾角又大，可增加阶段高度，一般

17、为5070m。矿房的顶柱厚度由矿石和围岩的稳固性和矿体厚度（即矿房宽度）决定，一般为610m，底柱高度，在采用电耙底部结构时为711m。间柱宽度一般为810m。分段高度决定于使用的凿岩设备，如用YG-80凿岩机时，分段高度的增加，可以使分段巷道数目减少，降低采准工作量。2.4.3采准切割工作 掘进阶段运输巷道，通风行人天井，电耙巷道，拉底巷道，分段巷道，漏斗颈。放矿溜井，切割天井等.阶段运输巷道的位置，是根据整个阶段运输巷道布置决定，一般沿矿体下盘接触线布置。通风行人天井大多数设在间柱中，从此天井掘进电耙道，拉底巷道和分段巷道，每一分段水平一般掘进一条分段巷道，其平面位置的确定原则是保证排内各

18、炮孔之深度较均匀；不出现过深的炮孔。切割天井的位置。一般布置在矿房的中央或矿体最厚的部位。 包括拉底、辟漏和开立槽。拉底和辟漏工作同时进行。因为回采工作面是垂直的，矿房下部的拉底和辟漏工程，不需要一次全部完成，而是随着工作面的向前推进逐步进行。一般情况下，拉底和辟漏工程超前工作面12排漏斗的距离。开立槽的方法有两种：浅孔法和中深孔法。浅孔法开立槽宽度为2.53.5m，采用浅孔留矿法进行拉槽。 中深孔法开立槽宽度为58m（图2一5）。以切割天井2做为凿岩天井，其中没有木架平台或吊盘，打直径为60mm左右的水平扇形炮孔1，分次向上落矿，直至矿房全高。我国中条山胡家峪矿工人和技术人员创造了一种用爆力

19、运搬的方法开立槽。效果很好。图25中深孔拉槽法1-中深孔；2-切割天井；3-分段巷道；4-漏斗；5-斗川；6-电耙道；2.4.4回采工作 以切割立槽为自由面，在分段巷道中，用重型凿岩机打垂直上向扇形深孔。孔径6075mm，每次爆破15排炮孔。矿房出矿用3055千瓦电耙绞车，耙斗容积为0.30.5m3，在电耙道中将矿石耙入溜矿井。3 充填采矿法 充填采矿法是指用充填采矿法回采矿体时，也是将采区划分为矿房和矿柱两步骤回采，先采矿房，后采矿柱。其特点是随回采工作的进行，用充填材料将回采后的空间充填起来。充填料的作用有二：一是维护矿房的上下盘围岩；二是形成工作台，工作人员站在充填料上面进行凿岩，爆破，

20、出矿等工作。这种采矿方法主要用于：矿石稳固而围岩不够稳固；地表不允许崩落；开采稀有，贵重金属或高品位富矿，要求损失率，贫化率小；矿床有自然发火危险；矿体倾角一般应在5060以上。3.1水砂充填采矿法由于生产的不断发展，充填采矿法也有新的改进。近年来，在我国地下金属矿山使用水砂充填采矿法的逐渐增多。水砂充填法的实质是借助水力沿管道系统，将充填材料输送到回采工作面进行充填。3.1.1采区划分和构成要素采区划分和构成要素，在每个阶段上划分为若干个采区。当矿体厚度大于1012m时，采区垂直矿体走向布置；当矿体厚度小于1012m时，采区则沿走向布置。每个采区又划分为矿房和矿柱，当采区垂直走向布置时，矿房

21、宽度为7m，矿柱宽度为9m。矿房顶柱厚为46m，底柱高为57m，阶段高度为60m。图31 上向水平分层护壁炉碴水力充填采矿法 1-底盘沿脉巷道 2-顶盘沿脉巷道；3-运输穿脉巷道；4-充填井；5-滤水行人井；6-溜矿井；7-人工护底；8-预制块阁墙；9-充填料；10-水泥砂浆地板；11-充填管道12-联络道；13-隔墙浇灌部分；14-矿房；15-间柱；16-底柱；17-顶柱3.1.2采准切割工作 采准切割工作包括掘进穿脉巷道，采场充填井，放矿闸门硐室，拉底巷道，以及拉底水平以下的放矿溜井和滤水进风行人井等。 穿脉巷道掘进在矿房及间柱的分界线上，以兼顾矿房与矿柱两者回采的需要。穿脉巷道主要起运输

22、矿石并兼以探矿作用。其断面为2.42.75m，铺设有单轨。 充填天井按设计要求沿矿房长度每隔3040m设置一个。充填井原则上应位于采场中央，以便等距离地充填整个采场。充填井规格有二种：用吊罐法施工时，其断面为1.82m；用普通法掘进时，其断面为1.81.5m。充填井分两格，即分梯子间与充填管子间。充填井主要用来下放充填料和作回风用。人行滤水井，主要用作行人、滤水、进凤和提升材料设备等。根据安全生产的要求一个采场至少设有两个人行滤水井，当采场很长时，还应设立二个以上。滤水井的断面为1.81.8m，应分成两个格，一格为梯子间一个为提升材料间。 溜矿井，主要作为放矿用，其断面规格为1.51.5m和1

23、.81.5m两种。它的断面尺寸应大于允许最大块度的三倍。溜矿井下部安装有单缸或双缸的扇形风动闸门。人行滤水井和溜矿井在采场内应间隔布置，便于人行滤水和出矿工作。 切割工作就是在底柱之上，沿矿房长轴方向掘进拉底巷道（切割巷道），联通各滤水井和溜矿井，然后以该巷道为自由面，进行扩帮，将矿房底部全部拉开，形成高2.0m的拉底空间，再进行挑顶2.53.0m。将矿石全部运出后，砌筑钢筋混凝土底板，其厚度为0.81.0m，要求混凝土标号为100150号。3.1.3回采工作 该矿采用上向水平分层的回采方式，分层高度为2.0m。矿石稳固时，可以增加采高达45m，即连续回采二个分层后再进行充填。这样可以减少辅助

24、作业时间，提高劳动生产率。凿岩是用0145型凿岩机，打向上炮孔崩矿，孔深1.6m，崩下矿石后，再用YT-25型凿岩机打水平炮孔进行压顶，高度为1m，既增加了落矿高度又保证了采场的规格和稳定性。3.1.4充填工作 一个分层崩下的矿石，全部出完后，采场形成44.5m的空间，开始进行充填。充填工作包括：砌筑护壁、浇注人行滤水井和溜矿井、水砂充填以及浇注混凝土底板和隔墙等。为了保证矿柱的顺利回采，在采场充填前要浇注混凝土隔墙（也称护壁），过去在浇注混凝土时要架设木模板，现改为砌筑混凝土预制块代替木模板，节省大量木材。混凝土予制块规格为300 200 500mm，每块重21公斤。隔墙厚度不小于0.6m。

25、为了防止已砌好的混凝土预制块墙被充填料压倒，在预制块墙与矿壁间每隔5一7米加砌混凝土预制块横撑进行加固。 在混凝土砖墙施工的同时，加高顺路行人井与溜矿井。加高的高度为2.0m：顺路井内壁架设3cm厚的木模板，外砌混凝土预制块。木模板与所砌混凝土预制块之间留0.2 0.3m的空隙，以便浇灌混凝土，滤水井取0.2m，溜矿井取0.3m。滤水井在砌筑预制块时，每边需留12个滤水孔，在水砂充填时，将这些孔用12层草袋堵住，待充填后滤水。等充填完毕水滤出后，再用混凝土浇灌木模板与混凝土块之间的空隙。其结构如图32所示。这种滤水措施简易可靠，但只适用于滤水性能好的充填料如炉碴。铜录山矿是采用炉碴充填的。图3

26、21- 泄水孔；2-混凝土预制砖；3-浇注混凝土；4-木模板； 4 崩落采矿法 崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法，即随着崩落矿石，强制（或自然）崩落围岩充填采空区，以控制和管理地压。这是崩落法共有的基本特征。 崩落采矿法中包括下列采矿方法：（1）单层崩落法；（2）分层崩落法；（3）分段崩落法；（4）阶段崩落法。 前两种方法用浅孔落矿，一次崩矿量小，在矿石回采期间，工作空间需要支护，随着回采工作面的推进，崩落上面岩石以充填采后空间，这两种方法的工艺过程复杂，生产能力较低，但矿石损失贫化较小。4.1崩落采矿法概述后两种方法经常用深孔或中孔落矿，一次崩矿量大，生产能力较高，故有大量崩落

27、法之称。上面岩石在崩落矿石同时崩落下来，并在崩落岩石覆盖下放出矿石，故矿石损失贫化较大。 崩落采矿法在我国矿山应用很广泛，其采出矿石量约占地下采出矿石总量的35%，并且还有增大趋势。4.2单层崩落法单层崩落法主要用来开采顶板岩石不稳固，厚度一般小于3m的缓斜矿层，如铁矿、锰矿、铝土矿和粘土矿等。将阶段间矿层分成矿块，矿块回采工作按矿体全厚沿走向推进。当回采工作面推进一定距离后，除保留回采工作所需的空间外，有计划地回收支柱并崩落采空区的顶板，用崩落顶板岩石充填采空区，借以控制顶板压力。 顶板岩石的稳固程度不同，顶板允许的暴露面积也不一样。根据允许暴露面积，采用不同的工作形式。按工作面形式可将单层崩落法分为长壁式崩落法（简称长壁法）、短壁式崩落法（简称短壁法）和进路式崩落法三种。4.2.1长壁式崩落法 该种采矿法的工作面是壁式的，工作面的长度等于整个矿块的斜长，所以称为长壁式崩落法。现以庞家堡铁矿为例，并结合其他矿山，介绍这种采矿法。