第九章 矿床开采过程与采矿方法概述.docx

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第九章矿床开采过程与采矿方法概述

第九章矿床开采过程与采矿方法概述

§1矿床的开采顺序

（一）井田阶段的开采顺序

阶段的开采顺序可有两种方式

（1）下行式——即自上而下进行开采。

即先采上阶段，而后开采下阶段。

也可以同时开采几个阶段。

（采用多阶段开采，虽然可以增加工作线长度和提高矿井生产能力，但也造成生产管理分散，巷道维护工作量大，占用设备数量多，各种管线、轨道不能及时回收复用，污风串联，经营管理费用增加等一系列的。

一般同时回采的阶段数目可保持为1——2年，不应超过3——4个。

）

（2）上行式——与下行式相反。

上行式开采顺序，仅在开采缓倾斜矿床时的某些特殊情况下使用。

例如地表无废石场（存放废石的场地），必须将上部的废石充填于下部的采空区，或者以深部采空区做为蓄水池用等。

在生产实际中，一般多采用下行式开采顺序。

下行式开采的优点是：

可以节省初期投资，缩短基定时间；在逐步向下的开采过程中，能进一步探清深部矿体，避免浪费；生产安全条件好；适用的采矿方法范围广。

（二）阶段中矿块的开采顺序

阶段中矿块的开采顺序，按照回采工作对主要开拓巷道的位置关系，可分为三种。

（主开拓巷道指——主井、主平面同及出矿巷道）。

（1）前进式回采——当阶段运输平巷掘进一定距离后，从靠近主要开拓巷道的矿块开始回采，向井田边界依次推进。

【优点】矿井初期基建时间短，投产快。

【缺点】增加了采准巷道的维护费用。

双翼回采（多用）

单翼回采（少用）由主井先向左采完后，再由主井起向右采。

侧翼回采（当地形受到限制时用）。

前进式回采顺序的适用条件——当矿床满足条件简单，矿岩稳固，且要求较早在阶段中开展回采工作时可以采用。

（2）后退式回采顺序——阶段运输巷道掘进到井田边界后，从井田边界的矿块开始，向主要开拓巷道方向依次回采。

这种开采顺序也可分为双翼、单翼和侧翼回采三种。

双翼回采

②

单翼回采

③侧翼回采

后退式回采【缺点】矿井初期基建时间长，投产慢。

【优点】巷道维护费用低。

（只有在中央并列式开拓时才具有中央对角式的就不行了）

（3）混合式回采——混合式回采是指初期采用前进式开采，当阶段运输平巷掘进完毕后，再改为后退式开采，或既前进，又后退同时开采。

【优点】兼顾了前两种的优点

【缺点】生产管理比较复杂

（三）相邻矿体的开采顺序

一个矿床如果有许多彼此相距很近的矿体，那么在开采其中一个矿体时，将会影响邻近的矿体。

在这种情况下，确定合理的开采顺序，对于生产的安全和资源的回收都有很重要的意义。

（1）当矿体倾角（α）小于或等于围岩的崩落角（或rβ）时，应当采取从上盘向下盘推进的开采顺序。

这样的开采顺序是：

先采矿体Ⅱ，（后采矿体Ⅰ）使采空区的下盘围岩不会移动，固而不会影响下盘矿体Ⅰ的开采。

若反之，就会影响矿脉Ⅱ的开采。

α≤β（r）由上盘向下盘采先Ⅱ，后Ⅰ。

※（岩石移动角，参阅讲义P280，表10—1，上盘移动角用）β表示，下盘移动角用r表示，走向端部移动角用δ表示）。

（2）当矿体倾角大于围岩崩落角，两矿体又相距很近时，此时无论先采那条矿脉，都会因采空区围岩移动而相互影响。

在这种情况下，相邻矿体的开采顺序，应当根据矿体之间夹石层的厚度，矿石和围岩的较固性，所选取的采矿方法和技术措施而定。

一般是用先采上盘矿体，后采下盘矿体的开采顺序。

如果夹石层不大，采用充填结成凿矿法时，也可以采用由下盘向上盘的开采顺序。

（3）当围岩不够较固时，为了加快回采强度，并且为了缩小采空区对围岩的影响，则往往上盘矿体与下盘矿体同时回采。

也即对矿脉群进行平行开采的办法。

但这种方法仅适用于矿脉比较少的情况下。

（四）在同一个井田的数个矿体，往往有贫富不均，厚深不均，大小不一及开采条件难易不同复杂条件。

在这种条件下，应遵循以下原则未开采，即：

贫富兼采，深厚兼采，大小兼采，难易兼采。

若不以此原则开采，将会破坏合理的开采顺序，将会造成严重的资源损失。

§2矿床的开采步骤

金属矿床地下开采的步骤可以分为：

开拓、采准、切割与回采四个步骤，这些步骤反映了不同的工作阶段。

（一）开拓工作

（1）

（1）  开拓工作意义——是指：

从地面掘进一系列巷道达到矿体，使矿体连通地面，形成人行、通风、运输、排水、供电、供风、供水等系统。

①把井下将要采出的矿石废石运到地表

（2）开拓的目的——②把废水和污浊的空气排到地表

③把人员、材料高级设备运到井下进行生产

（3）开拓巷道——为了达到上述开拓目的而掘进的巷道，称为开拓巷道。

例如井筒（竖井、斜井）、平硐、石门、井底车场、井下大的石日室，主要阶段运输巷道、主淄矿井，充填井等，都属于开拓巷道。

【井底车场】井底车场是井下井口附近一些硐室，巷道的总称，

（如：

水仓、水泵房、井下变电站等）。

【石门】由井筒通向各个需要开采的矿体所掘进的巷道。

【井下主要硐室】指井下火药库，井下破碎硐室，翻矿硐室，搓扬机房等。

【注忌】1）人行系统必须要保证至少有两个安全出口，使人员可以安全进入，上、下方便，有完好的人行设备。

2）主、辅开拓巷道的区别，是提运矿石的巷道都叫主开拓巷道。

（二）采准工作

（1）采准工作定义——它是指在已经开拓完毕的矿床里，掘进采准巷道。

将阶段划分成矿块作为独立的回采单元。

并在矿块内创造人行、凿岩、放矿、通风等条件。

（2）采准工作的任务——它有两个任务。

即：

①划分矿块——即将阶段再划分成矿块，作业独立的回采单元。

②创造条件——它为下一步回采工作创造条件（行人、通风、凿岩、击矿等条件）。

（3）采准工作的手段——指要开拓一系列巷道来实现的。

采准巷道如漏斗颈，淄矿小井、人行、通风天井、联络边等。

（4）采准系数及采准比

1）采用采准系数和采准比这个指标的目的：

由于矿床赋存条件和所用的采矿方法不同，所掘进的采准巷道类型，数量和位置都不同。

而用什么东西来衡量采准工作量的大小呢？

为此，通常用采准系数和采准比重两项指标来表示。

2）采准系数（K1）

K1是指每一千吨矿块采出矿石总量所需要掘进的采准巷道切割巷道的米数。

即

K1=

×1000米/千吨

式中：

ΣL——指一个矿块中采切巷道的决长度（米）。

T——指一个矿块的采出矿石总量（即为T总出）（吨）

T是已经考虑了矿石损失贫化以后的矿石总量，而不是矿块的矿石总重量。

现在设计部门都改用T表示计算K1）。

3）采准工作比重（K2）

K2是指矿块中采，切巷道采出矿石量与矿块采出矿石总量的比值。

×100%

式中T’——矿块中采切巷道的采出矿石量（吨）

T——矿块中采出和矿石总量（吨）

4）K1与K2的比较

①采准系数K1——它只反映了矿块的采切巷道的长度，而未反映出这些巷道的断面大小（即体积）。

②采准工作比重K2——它只反映了脉内采准巷道和切割巷道，而未反映出脉外的采切巷道工作量。

因此，使用K1还是K2要根据具体情况而定，有时用其中之一表示，有时K1、K2同时用，互相补充，使之能会否反映出矿块的采准工作量。

5）K1、K2是比较采矿方法优劣的一个重要指标，但是，对于地质条件比较复杂的矿床，尤其当矿体比较落，矿块采准出量比较小时，采准工作必须为回采工作创造良好的条件。

因此，不能不加分析地误入采准，工作量越小越好。

（三）切割工作

（1）切割工作定义：

切割工作是指在已经采准完毕的矿块里，为大规模回采矿石开辟自由面和自由空间的工作。

（2）切割工作内容：

为了达到上述目的，就必须掘进一系列巷道，有的还要在巷道基础上，加以扩大。

如：

拉底巷道、开辟拉底空间、开掘切割天井，形成切割立槽，在漏斗颈基础上把漏斗辟开等，这些工作都是为大规模采矿创造条件的。

切割工作包括开凿切割巷道拉底巷道（切割平巷、横巷等）

切割天井（或切割上山等）

在切割巷道基础上扩大自由面工作拉底（水平自由面）

辟漏（形成剌叭面）

开立槽（形成垂直自由面）

※【注意】①在计算采准工作量时，就将切割巷道算进去。

②各个地区和矿山为了统计上的方便往往有不同的划分方式。

③这里按讲义中讲的内容来划分。

（四）四采工作

1）回采工作定义——当切割工作完成以后，同可以进行大量的采矿工作，通常把大量采矿工作叫做回采工作。

2）回采工作的具体内容

回采工作包括：

落矿、运搬和地压管理三个主要工作。

3）落矿工作

①落矿工作的含量——落矿是以切割空间为外破自由面，用凿岩炸破的方法崩落矿石。

②落矿方式——一般是根据矿床的赋存条件，所采用的采矿方法及凿岩设备，选用浅孔、中深孔、深孔及药室等落矿方法。

1．浅孔落矿——孔深不大于3——5米，孔径30——46mm，

2．中深孔落所——孔深在15米以上，孔径50——70mm，

3．深孔落矿——孔深在15米以上，但一般不超过25——30米，

孔径90——110mm，

4．药室落矿——它是在一定规格的调室里，装上炸药，直接外破落矿的方

法。

（不打回采炮孔）。

由于这种落矿方法开凿巷道工作固难，作业条件差，

易产生大块。

固而正式回采矿房和矿柱时应用很久。

（弓长岭铁矿有时用

来采矿房，同时用它来回采矿柱）。

（4）矿石运搬工作

①矿石运搬工作的含意——是指在矿块内，把外破崩下来的矿石运到已经运输巷道，并装入矿车中的工作，运搬工作仅仅限于矿块内（即采场内，）采场之外的叫运输。

②矿石运搬方式——有两种方式

1．重力运搬：

例如用普通漏斗放矿的浅孔凿矿法就是重力运搬。

（弓长岭矿叫直流漏斗放矿）。

2．机械运搬——如用电视、装运机、铲运机、汽车、皮带动输机等设备运搬矿石。

在矿块回采中，采用那一种运搬方式比较合适，这主要取决于选用的采矿方法和矿床的赋存条件以及所选用的运搬机械等。

（5）地压管理工作

1）地压管理工作的概念

地压管理工作在采矿工作中占有重要的地位。

地压——是指矿石采出来以后，在地下形成采空区，经过一段时间后，矿柱和上、下盘围岩就发生变形、破坏、崩落等现象。

我们把这种现象叫地压。

在回采过程中，必须要控制地压和管理地压，并且要清除地压产生的不良影响，以保证生产的安全性，我们把这些工作算为地压管理工作。

2）地压管理的方法：

有三种方法

①凿矿柱支撑采空区；

②用充填料充填采空区；

③用崩落的围岩来管理地压；

（1）矿床开拓、采准、切割、回采的关系是彼此超前的关系

即开拓要超前于采准，采准要超前于切割，切割超前于回采。

而究竟超前多少，这是由三级矿量来决定的，一般矿山遵循的三级矿量是“316”，即开拓三年，采切1年，待采矿量半年。

（2）三级矿量的含意

①开拓矿量——是指开拓工作搞完以后所圈定的矿量。

（也即开拓巷道水平以上所控制的矿量）。

开拓矿量的边界是：

由已开拓的巷道水平起，向上只能推算一个中段的高度，沿走向算至巷道揭露点上。

开拓矿量要保证3——5年。

②采准矿量——采准矿量是开拓矿量的一部分。

凡是在已开拓的矿体范围内，按设计规定的采矿方法所需要开掘的采准巷道已开掘完毕，形成了矿块的外形尺寸，以此范围圈定的矿量叫采准矿量。

采准矿量应保证1——3年。

③待采矿量——待采矿量是采准矿量的一部分。

它是做完辅助采准工作以后，所圈定的矿量。

也就是指切割工作全部完毕，可以立即进行回采工作的矿量，叫待采矿量。

待采矿量一般要保证0.5——1.0年的质量。

§3采矿方法分类

1、采矿方法定义：

（从另一角度解释）

什么是采矿方法？

为了回采矿块中的矿石，在矿块中和在围岩中所进行的采准，切割回采的总和，称之为采矿方法。

采矿方法重点研究矿块（或采区）开采的方法的课程。

采矿方法包括：

采准、切割和回采，也就是说，采准、切割并作在时间上与空间上所进行的顺序以及它与回采工作进行有机的合理的配合工作，叫做采矿方法。

2、采矿方法分类的依据

我们使用的采矿方法程类很多，为了使用上的方便，有必要进行分类。

而分类的方法也有多种，而且前通用的分类方法是按地压管理方式不同来分类的。

因为地压管理方法是以矿岩的物理力学性质为根据的，同时又与采矿方法的适用条件，组成要素，回采工艺等有着密切关系，并且最终将影响到采矿方法的安全，效率和经济效果。

3、采矿方法分类

采矿方法按地压管理方法不同，分类三大类，即：

空场采矿法、充填法及崩落法。

（一）空场法

（1）房柱法；将矿块划分为矿房和矿柱两部分。

（2）浅孔溜矿法；按两步骤回采，先采矿房，后来矿

（3）分段法（赞比亚柱，矿房采完后，呈空场形式存在，

方案）；

（4）阶段矿房法凿下的矿柱要回采，空区要处理。

（二）充填法

（1）干式充填法

（2）水力充填法分为两步骤回采，随采随充。

（3）胶结充填法

（三）崩落法

（1）有底柱崩落法步骤回采，随采，随崩落围岩，充填采

（2）无底柱分段崩落法空区。

在覆盖岩层下放矿。

（3）翼式崩落法

§4矿块底部结构

A、矿块底部结构概述

（一）矿块底部结构的概念

矿块底部结构是采矿方法的重要组成部分。

它是指从阶段运输水平到拉拉底水平之间，所包括的受矿巷道，出矿巷道和放矿巷道的有机配合部分。

它能够使矿房或矿柱采下来的矿石，经过这些巷道，利用矿石自重，或出矿设备的运搬，装入运输水平的矿车中。

受矿部分——从电耙巷道顶板→拉底巷道底板

出矿部分——从阶段运输巷道顶板→电耙道顶板

放矿部分——从阶段运输巷道底板→运输巷道顶板上。

（二）研究矿块底部结构的必要性

（1）矿块底部结构占有相当一部分矿量，大约占16-20%9（有的多达20-30%）大部分采准巷道都在底部结构中。

作为矿块回采中生产的一个重要组成部分是底部结构。

（2）实践证明，矿块的底部结构，在很大程度上决定着采矿方法的生产能力，劳动生产率，采准工作量，矿石的损失和贫化，以及放矿工作的安全性质。

由此可见，底部结构在采矿方法中占有很重要的位置。

底部结构并不是某一种采矿方法特有的，而是根据不同的采矿方法去选择合适的底部结构形式，当然，对于某一种采矿方法来说，又有适合习惯常用的底部结构形式。

（三）对底部结构的要求

底部结构应当满足的以下几方面要求。

（1）满足稳固性要求

在矿块整个放矿过程中，都应当保证底柱的稳固性，使采下的矿石按计划的矿量放出。

当矿石不稳定时，会出现底部垮落，如电耙道堵塞，耙道塌落等；

（2）使底部结构简单，施工方便，出矿方便。

（3）在保证底柱稳固的前提下，应当尽量减少，底柱矿量，以提高矿块的总回收率。

（4）能保证放矿，二次破碎和运搬工作的安全和良好的劳动条件。

（5）放矿能力大，提高采矿方法的效率。

（四）矿块底部结构的分类

根据是否采机械运搬以及使用的运输机械设备类型不同，矿块底部结构可以分为三类。

按电耙道与运输巷道的相对位置关系也可分为三类：

B、自重放矿的底部结构

（一）有格筛，矿碎硐室的漏斗垂放矿底部结构。

（简称）格筛漏斗式底部结构）

（1）特点——采下的矿石借自重从漏斗，经格筛和放矿溜井闸门，装入运输巷道中的矿车里。

从放矿漏斗溜下来的矿石如迂有大块，应有格筛上进行二次破碎，破碎后的矿石再溜放矿溜井中去。

（2）底部结构尺寸——底柱高12-18米，按装的格筛略向二次破碎的硐室方倾斜2°～3°。

从漏斗溜出的矿石堆，不应超过格筛总面积的2/3。

（3）底部结构优点——①放矿能力大；②出矿成本低。

（4）底部结构缺点——①采准工作量大；

②矿柱矿量大，约占矿块总矿量的20-30%

③放矿时，劳动条件恶劣。

（5）使用情况——由于缺点多、明显、故目前国内外矿山都少用。

现有格筛主要用于集中放矿的留开处，用以防止矿石块度太大，影响提运矿石。

（二）无格筛硐室的漏斗自垂矿底部结构，（即普通直溜漏斗式底部结构）

（1）使用情况——这种底部结构多用于浅孔留矿法中，因为浅孔留矿法矿脉窄，不易产生大块（1.0米以上），故这种方法多用。

（2）特点——这种底部结构，采下的矿石借自垂从漏斗直接溜放到漏斗口闸门，装入运输巷道中的矿车里，还有少量的大块，直接在漏斗中进行二次破碎。

因而闸门常被崩坏，影响正常放矿工作。

（3）底部结构尺寸——这种底部结构底柱高较小，一般为5～8米，漏斗间距一般为为5～7米，（变化在4～6至8～10米）。

（4）优缺点——<优点>：

结构简单，无需用什么机械设备，底柱矿量少。

<缺点>：

放矿能力低，放矿漏口闸门维修工作量大。

（三）人工木质底放矿底部结构（人工假底式）

（1）特点——它是用坑木支护运输巷道和架设漏斗闸门，由此来代替矿石底栏。

（2）优点——由于采用人工假底，使矿石回收率提高，而且简化了回采工艺。

（3）适用条件——适用于矿石和围岩均稳固的急倾斜度和矿脉。

（厚矿体几乎不用）

（4）矿底形式——假底形式可分为翼状的和平底的两种，它们各自又分为几种形式。

C、电耙运搬矿石的底部结构

（一）概况：

（1）这种底部结构形式，在我国地下金属矿山应用很广泛。

它适用于开采中厚和厚矿体。

（2）特点——①采下的矿石经受矿巷道自垂溜到电耙道中，然后用电耙子把矿石耙到放矿溜井中经漏斗口闸门装入运输平巷的矿车中。

②自采矿巷道溜下来的大块矿石，在电耙巷道中进行二次破碎，（因而又叫二次破碎巷道）

（3）电耙运搬矿石底部结构分类——可分为三类①漏斗式；②堑沟式；③平底式；

二）漏斗电耙式底部结构

（1）适用条件：

适用于各种矿石条件，应用很广泛。

（2）优点：

对底部切割量较少，底柱的稳定性比较好。

（3）漏斗结构及其尺寸。

C=（2.5～3.5）合格块率（例如合格块率=600mm则C=1.5～1.8米）b=1.5～2.0M，

a=（1/2～2/3）B，

B——电耙道宽度

D——有效放矿断面

①每个漏斗所担负的放矿面积：

一般情况下每个漏斗负担的放矿面积为30～50m2，最大超过50m2。

②底柱高度：

8～15米

a）从运输水平到（底板）电耗道底板高度为3～16米；

b）从电耙道底板到拉底水平底板为5～9米；

③漏斗间距：

一般为5～7米；

④电耙道中心线到漏斗颈中心线间距为3.5～4.0米；

⑤漏斗斜面倾角一般为45°～55°；

⑥要求所设计的漏斗颈与电耙相对位置关系是使溜放下来的矿石自然积成的斜面，能够占据电耙道宽1/2～2/3）。

即a=（1/2～2/3）B，这样对电耙道宽出矿有利。

⑦漏斗颈宽度C=（2.5～3.0）合格块度。

⑧漏斗颈高度——取决于矿石的稳固性，在满足稳固性要求的前提下，尽量减小漏斗颈高度。

一般为1.5～2.0米

⑨漏斗口形状——有方形和圆形的。

对于自重放矿来说，漏斗是什么形状，滑没有本质上的影响。

⑩底柱所占矿量——占全矿量的16-20%。

漏斗颈规格的确定:

主要根据各矿山定的矿石块度来确定。

中小型矿石一般为400mm左右；大型矿石一般为400mm左右，依矿车尺寸定块度。

实践证明，有三块矿石堵塞漏斗颈的可能性比较大，而四块矿石堵住的可能性比较小。

由此得出C=（2.5～3.0）合格块度。

矿山管理人员应当经常测定矿石块度。

检查矿石块度是否合乎要求。

为了减少漏斗堵塞，有的矿山设计的半颈的断面为2.5×2或2.5×2.5米2。

一般为1.8×1.8或2×2米2即可。

（4）漏斗的布置形式（有两种）

1）1）对称布置

当用木材或金属支架支护耙道时，采用对称布置有利于耙矿，（耙头可直线顺利耙），同时使支护的困难小一些。

2）交错布置——这种布置使漏斗布置的均匀，有留在漏斗脊上部的矿石量少，有利于回收矿石。

对底柱的稳固性破坏比较小。

安全性较好（2人）

另外，由于漏斗交错布置在电耙道上，矿堆的高度较低，便于耙斗运行，不易发生矿堆堵塞耙道的故障，因此，在生产中一般采用交错布置。

但是，当采用耙道支护时，都不宜用交错布置。

因为耙道与斗川口处支护困难，同时在耙道内交错布置的矿堆，使电耙成曲线运行，易将支架拉倒。

（总之，对此说法不一，各有一理由）

[参考内容]：

关于漏斗底部结构放矿存在的问题。

1）矿块生产能力低——一般在250～300T/a以下，由于

①生产能力低会产生一系列不良后果，如保证产量所需要的矿块数目增多，作业战线长，电耙设备多，固定资产增加，矿石存储量大而积压流动资金矿块生产周期长，底部结构中的巷道维护工作量大等。

②矿块生产能力低的主要原因是：

由于电耙的纯作业时间少，一般只有20%左右，（一个班8小时，20%就是1.6小时，矿山实际也就是这个数，2-3小时就不错了。

）电耙纯作业时间受二次破碎和处理卡漏的影响大）

2）采切工作量大，时间长——千吨采准比达20%左右，少数矿山达到30～40%。

3）底柱中出量占矿块出量的比重大，一般为20%以上，最高达30-40%。

4）若用有底柱崩落法时，矿石损失贫化大，达15-25%左右，（少数高达30%以上。

）

（三）堑沟电耙式底部结构

（1）特点——各漏斗之间纵向连通形式一个V形槽，实际上是把拉底和漏斗群两项切割工作结合起来，用上向扇形中深孔同时开凿。

（2）适用条件——适用于矿岩稳固的条件。

（3）优缺点——

<优点>：

简化了底部结构，提高了切割工作效率，堵塞少。

<缺点>：

对底柱切割的较多，影响稳定性。

（4）堑沟结构尺寸

①堑沟的放矿口尺寸一般为2～3.5米。

这样减少了堵塞系数。

②放矿口分为单侧和双侧两种分布形式。

（5）堑沟施工方法

1）由电耙道向里打斗川，然后向上打斗颈，并继续上掘形成切割小井，斗颈与堑沟巷道贯通。

2）在堑沟巷道中向上打扇形中深孔或浅孔，以切割井为自由面，爆破后形成开堑沟的自由面（小立槽）

3）最后这个切割小立槽为爆破自由面进行逐排爆破，把整个堑沟拉开。

4）[注意]在生产实际中，往往并不是把堑沟单独一次拉开，而是随着上部矿房的回采，逐步拉开。

比如小中方法用这种底部结构，就是与矿房回采爆破，同样的炮孔排数。

一起落矿形成。

（6）杨家杖子矿松北矿使用的堑沟实例。

（自阅）

图中：

1—电耙道；

2—堑沟巷道；

3—短天井（斜井）；

4—切割天井；

（红箭头及数字示施工顺序）

切割槽的形式分成分为两步：

最先形成切割堑沟三角柱。

而后形成堑沟上部的立槽。

1）切割三角柱的形式——在两条堑沟巷道中相对打短斜井3，并