地下采矿论文(探析地下矿山采矿方法及技术)

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采矿工程论文

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探析地下矿山采矿方法及技术

我国矿产资源丰富，同时市场需求量大。随着市场的发展，地下采矿行业日益兴盛，但如何降低生产成本、提高效益，面对不同地质、岩层选择怎样的施工方法一直是困扰矿产企业的难题。因此对当前常用的采矿方法进行探究和分析就显得十分必要。

1 我国地下矿山常见采矿方法

1.1 崩落采矿法

崩落法是我国地下矿山常用的采矿方法，通过自然、强制崩落顶板围岩填充开采过程中的空区，对地压进行控制。具有效率高、成本低、工艺简单的优点。我国在20世纪60年代逐步推广应用，在20世纪80年代取得了长足的进步，提高了生产效率，降低了采矿成本。崩落采矿法主要分为无底柱分段采矿法、有底柱分段崩落法、自然崩落法等。

无底柱分段崩落法是将矿块划分分段，在分段进路中进行落矿、出矿等作业，无需设置专用的出矿底部结构。分段内划分为上下两段，上段设置凿岩通风进路，下段设置凿岩出矿进路。段间设置为棱形布置，按分段落矿、出矿，通过进路端部崩落的空隙起到通风作用。有底柱崩落法指的是将矿体自上而下分为若干段，矿石自下而上的逐层回采或按一定顺序用强制崩矿或利用地压与矿石自重落矿，单步骤连续回采。二次破碎、放矿、搬运等步骤均在底柱开槽的专门巷道中完成，底柱随下一分段一起采出[1]。围岩在回采过程中自然或强制崩落，在崩落的覆岩下放矿；自然崩落法指的是将矿体分为高差较大的阶段并形成一定的倾角，在下盘岩石中放矿漏斗，沿矿体走向中深孔拉底，利用矿体本身结构固有的分布特征和低强度特性在矿块底部设置崩落区。崩落区侧部和上盘边界设置切割帮槽。如矿石崩落面达到下盘漏斗标高，则下盘漏斗底层开始拉底，使崩落继续向上。

1.2 空场采矿法

空场采矿法是我国应用最早，技术发展最成熟的采矿方法，具有成本低、生产效率高、用时短、布置容易等优点。在近几年的发展中，空场采矿法结构趋向于简单、稳定，支护手段更为全面，与充填法组合应用，参数不断增大，生产效率进一步提高。其主要方法有房柱采矿法、全面采矿法、分段空场法、阶段空场法等。

房柱采矿法指的是采用片石砌筑人工矿拄或自然矿拄与矿房交替布置，采用阶梯式落矿，由下向上推进回采。近年来这一方法发展迅速，良山铁矿采用了锚杆预控顶中深孔房柱法进行了回采。首先利用浅孔切顶将矿房顶部全部拉开，按顶板围岩破坏情况进行锚杆支护，做预控顶板，然后在凿岩上山利用中深孔落矿进行回采；全面采矿法指的是根据采场地压，利用矿石矿拄控制顶板围岩的暴露面积。一般应用于矿体厚度在5～7米的水平或缓倾斜矿体，要求矿体倾角在30°以下；分段空场法指的是分级凿岩及分段巷道进行端部出矿。第一分段进行爆破落矿，做成矿石垫层，其他分段进行爆破落矿和出矿。从回采进路端部切割立槽打垂直扇形中深孔，逐步崩落矿石，利用装载机在矿石垫层覆盖的空场条件下出矿。每个步距崩下的矿石到达操作位置眉线，眉线以外的矿石在下一阶段回收；阶段空场法是分段空场法发展而来，采用大直径深孔采矿技术，以高风压潜孔钻机凿岩，高威力乳化炸药崩矿，以高阶段深孔落矿技术进行阶梯段爆破。在运输等方面与分段空场法基本相同[2]。

1.3 充填法

充填采矿法是由废石充填采空区的干式充填法发展而来，分为上向进路充填采矿法、上向水平分层充填采矿法、下向分层进路充填采矿法、阶段空场嗣后充填法等。充填采矿法属于人工支护采矿法，随采矿工作的进行不断向采空区填入材料，控制围岩崩落、地表移动、地压异常，在充填体上或在其保护下作业。这一方法多用于围岩不稳定、开采条件复杂及深部开采等高难度作业。

上向进路充填法一般不划分矿房和矿柱，自下而上的分层回采，每一层均在掘进分层联络道后回采。进路一般为垂直走向或分层全高沿走向。第一批进路回采结束后立即充填接顶，再回采、充填另一批进路。在整个分层回采、充填完成后进路回采上一层。这一方法作业安全，效率高但工艺较为复杂；上向水平分层充填采矿法是将矿房垂直或倾斜的划分为不同层级，由下而上的回采，每层采完后即进行充填并构筑矿溜井和行人天井。矿块中预留天井，进行运输、通风及人员行走。凿岩、出矿、充填等均是回采的一部分；下向分层充填法是自上而下的逐层回采、充填。当10°～15°的倾角时，在矿块中布置矿石溜井、行人天井等。矿石沿溜井运至下阶段运输巷道，充填料从上部阶段运至巷道由充填井进入采场。回采分层时切割巷道，用进路或长臂工作面回采矿石。这一方法主要用于围岩稳定性差的矿体，也可回采矿拄；阶段空场嗣后充填法指的是空场采矿法和充填采矿法相结合的采矿方法，先按照空场采矿法进行开采，阶段结束后再进行充填。

2 无底柱分段崩落法和上向水平分层尾砂胶结充填法

2.1 无底柱分段崩落法实例

以黄石市某地下矿山开采为例，其平均厚度为11.4米，水平厚度在6～30米之间，矿体倾角在20°～65°之间，主要成分为磁铁矿、黄铜矿等。矿体结构受接触构造控制，以似层状为主。因矿山矿体为缓坡中厚矿体，各分段起始位置在上段未崩落区，无上部覆岩。因分段上盘开始区段具有崩落围岩和放顶释放地压的功能，为确保采场稳定性将边孔角进行了一定的缩小，崩矿炮排设置为矩形排面，进行了分段开采，组合方框等方法。在中间位置和分段上盘的出矿方式上，设计了垂直分区，根据矿体倾角厚度不同，人造2个及以上的垂直放矿分段，起到转移矿量、残留矿石的作用，降低了矿山矿石的贫化[3]。

2.2 上向水平分层尾砂胶结充填法实例

山东昌邑郑家坡铁矿矿山开采技术条件为总体倾角10°～36°，因含水层、地表良田不允许崩落，矿体厚度在2～20米之间，夹层厚度2～15米，围岩中等稳固，岩体条件复杂，设计方案为上向水平分层尾砂胶结充填法和阶段空场嗣后充填法。上向水平分层尾砂胶结充填法，采场先采切，两端做天井和采场联络道。矿山设置充填孔，中段设充填管道。采区内在高度上错开回采，采场自下而上进行回采，回采后进行充填。充填料由管道至各采场作业点充填。充填挡墙的厚度、砼浇筑等可根据实际情况适当减少，预留泄水孔，溢流泄水[4]。

3 结语

地下矿山开采是我国矿产开采的重要组成部分，开采方法、技术是影响效益的主要因素，需要我们在方案的选择中予以重视，熟知各种方法的优劣。随着科技社会发展，环保低碳理念在开采中进一步发展，充填法的应用会更为广泛。近几年，人工智能发展迅速，为机械化、自动化的开采提供了可能。在机械日新月异的发展下，传统开采技术必将迎来新一轮的革新；我们要改进旧技术，开发科技含量更高的新技术。

参考文献

[1]闵元波.非煤地下矿山采矿工艺在环境保护方面的研究与应用[J].中国新技术新产品，2016，（7）：144-145.

[2]刘允秋，王广文.地下矿山极坚硬矿岩中深孔采矿降低大块率措施[J].现代矿业，2015，（12）：04-07.

[3]閔元波.非煤地下矿山采矿施工安全控制管理探讨[J].中国科技纵横，2016，（6）：162-163.

[4]侯志明，王新乔，侯志超，等.下向分层胶结充填采矿法在我国岩金地下矿山的应用[J].山东工业技术，2016，（5）：81.