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第五章非煤矿山开采技术基础知识第一节金属矿床地下采矿工艺第二节金属矿床露天采矿工艺第三节采矿方法第四节采矿安全技术简介第五节矿山安全技术规定第一节金属矿床地下采矿工艺•根据开矿石中所含矿物成份的不同，可将矿山分为煤矿和非煤矿山、金属和非金属矿山。金属矿山包括贵金属(金、银)、有色金属(铜、铅、锌、铝、镍、钨)、黑色金属(铁、铬、锰)、稀有金属(钽、铌)和放射性矿山(铀、钍)。非煤矿山是指开采金属矿石、放射性矿石以及作为石油化工、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其它非金属矿物(煤炭以外)的矿山。•一、开采步骤•金属矿床地下开采一般包括矿床开拓、矿块的采准、切割和回采四个步骤。•(1)矿床开拓从地表开掘一系列巷道通达矿体，使地面与矿体之间形成一个完整的通路，以建立提升、运输、通风、供排水、供电、供风、行人等系统。•(2)矿块采准在已完成开拓工程的阶段(或盘区)内，掘进采准巷道，将阶段划分为矿块(或采区)，并形成矿块的行人、通风、凿岩、出矿等系统。•(3)切割工作在已完成采准工程的矿块里，掘进切割、拉底巷道，辟漏等，为大规模落矿开辟自由面和补偿空间，为矿块的放矿创造良好的条件。•(4)回采工作在切割工程完成后的矿块，直接进行大量采矿工作。回采工作主要包括落矿、运搬和地压管理三项作业。•落矿是利用凿岩爆破的方法将矿石从原岩中分离出来的过程。•运搬指矿石自采场至阶段运输巷道装载点进行装车的过程。•地压管理是对采空区地压进行抗衡或利用而采取的措施。•二、矿床开拓方式•1、矿床开拓基本概念•为开拓矿床而掘进的井巷，称为开拓巷道。开拓巷道的种类有平硐、竖井、斜井、斜坡道、井底车场、石门、阶段运输平巷、溜井、充填井等，并包括井底车场内设置的有不同用途硐室。•平硐：是具有一端通达地表出口的水平巷道，巷道一般有3～7‰的坡度，以利矿车运输和井下排水。•竖井：指其轴向与地平面垂直，用于提升矿石、废石、人员、设备、材料的巷道。按其提升容器类型的不同，可分为罐笼井、箕斗井和混合井；按其井口是否通地表可分为明竖井和盲竖井。•斜井：轴向与水平面成一定倾角的巷道，其功能与竖井相同，斜井内铺设有运输轨道。根据所采用的提升容器可分为串车斜井和箕斗斜井；按地表有无出口可分为明斜井和盲斜井。•斜坡道：是具有直通地表出口的倾斜巷道。斜坡道主要是运行无轨设备及安装胶带运输机时使用，巷道不铺设轨道，坡度小，方向变换灵活。•井底车场：井筒与阶段运输巷道连接处各种运输线路和硐室的总称，是井下运输和井筒提升的枢纽。在井底车场范围内除铺设有储车线、行车线、调车线之外，还设置有水泵房、变电所、修理库等硐室。•石门：阶段运输运输水平内，由井底车场通达矿体一段的巷道。•溜矿井：专用于溜放矿石的井筒。位于运输巷道与矿块之间。•充填井：用于下放充填料的井筒，主要应用于使用充填法采矿的金属矿山中。•2、主要开拓巷道和辅助开拓巷道•开拓井巷工程中，凡是用来矿石的运输和提升，不管有无地表出口均称为主要开拓巷道。主要开拓巷道有主平硐、主斜坡道、明(盲)竖井、明(盲)斜井、斜坡道等。•在矿床开拓中只起辅助开拓作用的巷道，称辅助开拓巷道。如通风井、溜矿井、充填井、井底车场、阶段运输巷道等。•3、矿床开拓方法分类•矿床开拓方法依据所选用的主要开拓巷道类型及与矿体的位置关系，分为平硐开拓、竖井开拓、斜井开拓、斜坡道开拓、联合开拓法五种。•(1)平硐开拓：适宜开拓山区地形的矿床，矿体的全部或大部分位于当地水平基准面以上。在平硐以上各阶段采下的矿石，通过溜井下放到平硐水平，经平硐运出地表。平硐开拓是一种最简便、经济而安全的开拓方法。图5-1平硐开拓法1—阶段平硐；2—溜井；3—主平硐；4—辅助盲竖井(2)斜井开拓：一般用于开拓矿体埋藏在地平面以下、埋藏深度不大、地表又无过厚表土层的层状矿床。斜井倾角一般为150～400(缓倾斜和倾斜)，也可用于急倾斜矿床的开拓。斜井提升能力小，承压能力差，故一般只适宜小型矿床的开拓。图5-2下盘斜井开拓法(3)竖井开拓：主要用于开拓矿体赋存在地平面以下，倾角大于450的急倾斜矿床或矿体埋藏较深、倾角小于150的水平与缓倾斜矿床。同斜井开拓方法相比，竖井开拓具有生产能力大，提升成本小，受地质条件的限制较小，易于维护等优点。图5-3竖井开拓系统立体图(4)斜坡道开拓：用来开拓矿体埋藏较浅、开采范围不大、矿山年产量较小、服务年限较短且围岩稳固的矿床。主斜坡道可以作单一开拓，作辅助斜坡道时也可以和其它类型的主要开拓巷道配合使用。(5)联合开拓：联合开拓是指用两种或两种以上主要开拓巷道来开拓一个井田的方法。这类开拓方法通常是矿体上部使用一种开拓方法，而下部用另一种开拓方式。四、矿块采切与回采主要工艺(一)矿块采准采准巷道和切割巷道的掘进和支护，统称采准切割工程。采切巷道尺寸的确定和布置方式，称为采切方法。采准是在开拓的基础上，根据所用采矿方法的要求，在矿块或采区内形成矿石运输、人员进出、设备材料运输，通风、排水等通路。采准巷道包括阶段运输平巷、通风平巷、通风天井、行人天井、设备材料天井、天井联络道及斜坡道等。1、影响阶段运输巷道采准布置的因素根据矿山的具体条件，采准布置的要求，影响阶段运输水平的布置因素有：(1)矿体上下盘围岩的稳固性；(2)矿体厚度、倾角；(3)矿床的分枝、矿脉产出情况；(4)阶段内的回采顺序、所用的采矿方法、采场布置、采场生产能力及对矿床开采强度的要求；(5)阶段内的运输方式、运输条件及所需具备的运输能力；(6)矿床的涌水、自燃性、放射性等；(7)地压大小及巷道服务年限；(8)生产探矿的手段和网度。2、天井的布置回采工作面与下部运输水平及上部回风水平的联系，主要依靠天井及斜坡道。天井分为倾斜和垂直二种，其用途较多，如划分开采单元，形成运输平巷与回采工作面间的通路、运送设备、材料及充填料、为拉槽创造自由面及从天井掘进分段巷道、分层巷道和凿岩硐室等。天井布置必须与阶段运输巷道的布置相适应。一般布置在矿体的下盘位置，当下盘岩石不稳固时，可考虑布置于矿体的上盘岩石中。天井的上下口一般与运输巷道的顶底板直接联接，而应从运输巷道侧面贯通，以保证人员上下的安全。天井上口应有盖板或格网，并在井口和井内加强照明。3、斜坡道采准主要应用于无轨设备采运的矿山。阶段运输水平与分段或分层工作面之间的联络，一般使用斜坡道。虽然斜坡道采准掘进工程量较大，但同大断面设备天井，从设备运行调度、人员进出采场、材料运送等方面都有较大优势。斜坡道采准的布置形式有直进式、折返式、螺旋式三种。(二)、矿块切割工程在完成采准工程的基础上，掘进一些服务巷道，为矿块回采工作面提供自由空间，满足底部扩漏及拉底的需要等。这些巷道称为切割巷道。切割巷道一般包括：(1)底部结构中的巷道：将采场中矿石进行二次破碎并转放到阶段运输水平，如电耙巷道、格筛巷道、斗穿、斗颈及扩漏等。(2)拉底巷道：将采场回采部分与矿块底部结构分开。(3)切割天井和切割横巷，用来开辟最初的落矿自由面。五、回采工作主要生产工艺回采工作包括落矿、矿石运搬与地压管理。落矿又称崩矿：一般是指用凿岩爆破的方法，将矿石从矿体上分离下来，并破碎成合格块度的过程。矿石运搬：将崩落的矿石从工作面运至运输水平的过程，它包括工作面耙运、二次破碎及装载等。地压管理：为了采矿需要，抵抗或利用地压而采取的措施。1、落矿矿山开采目前应用的落矿方式是凿岩爆破，其中又分为浅孔、中深孔、深孔及药室落孔等。2、矿石运搬矿石的运搬方式分为重力运搬、爆力运搬、机械运搬、人力运搬以及水力运搬等，其中以重力运搬及机械运搬为主。3、矿块底部结构为使回采工作面采下的矿石从采场底部放出，在很多采矿方法的矿块下部设置有底部结构。复杂的底部结构一般由受矿巷道、二次破碎巷道及硐室、放矿巷道等组成。底部结构是矿块的重要组成部分，它在很大程度上决定着采矿方法的效率、劳动生产率、采切工程量、矿石的损失与贫化以及放矿工作的安全等。目前可供采用的底部结构有：(1)重力运搬、闸门装车的底部结构；(2)格筛巷道底部结构；(3)电耙巷道底部结构；(4)装载设备出矿底部结构；(5)无轨设备自行出矿底部结构。第二节金属矿床露天采矿工艺露天开采的主要生产工艺有穿孔爆破、采装、运输以及废石的排放。这四项工艺是相互联系、密切配合。一、穿孔爆破穿孔爆破是金属矿床露天开采第一项工艺，它的任务就是有效的破碎矿岩，为后续的采装工作创造有利条件。目前露天矿山使用的穿孔方法主要是机械穿孔，它适用于各种硬度的矿岩。露天穿孔设备按其穿孔深度分为深孔和浅孔凿岩设备。深孔穿孔设备主要是牙轮钻机和潜孔钻机；小型露天矿山的主要穿孔设备、以及大中型露天矿二次破碎、采场边坡清理、硐室工程的凿岩作业，主要采用浅孔凿岩机和凿岩台车。二、爆破工作露天矿常用的爆破方法有：(1)浅眼爆破法，用于小型露天矿山或山头及平台的局部采掘，以及大块的二次破碎；(2)深孔爆破法，露天矿最常用的爆破法；(3)硐室爆破法，用于矿山基建时期或某些特殊情况下的爆破。三、采装工作用装载机械将矿岩从爆堆中挖掘出来，并装入运输容器直接卸至规定地点的过程，称为采装工作。它是露天开采工艺的中心环节。露天矿所用的采装设备主要是单斗挖掘机。四、运输工作露天矿运输工作是将采出的矿石运送到选矿厂、破碎站或贮矿场，同时把剥离的岩土运送到排土场，并将生产过程中所需的人员、设备和材料运送到工作地点。露天矿主要采用以下五种运输方式，即自卸汽车运输、铁路运输、胶带运输机运输、斜坡箕斗提升运输及联合运输。上述各种运输方式中，以自卸汽车运输方式应用最为广泛，它的优点是机动灵活，爬坡能力强，转弯半径小，运输组织及道路修筑养护均较简单，而且又可与其它运输类型配合组成联合运输系统。五、排土工作将剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，并将其运至专设的场地排弃，在排土场用一定方式进行堆放岩土的作业，称为排土工作。第三节采矿方法一、金属矿床地下采矿方法分类(一)阶段和矿块在开采矿体时，从井田中每隔一定的距离掘进与走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为一个个矿段，这个矿段称为阶段。上下两个相邻的主要运输巷道顶(底)板之间的垂直距离，称为阶段高度。在阶段范围内，根据采矿方法的要求，沿走向每隔一定的距离掘进天井，连通上下相邻的阶段运输巷道，将阶段再划分成若干较小的块段，这些块段称为矿块。每个矿块是一个独立的回采单元。(二)采矿方法根据采区地压管理方法，现有的采矿方法分为三类，空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法全面采矿法房柱采矿法留矿采矿法分段采矿法阶段矿房采矿法。空场法崩落法壁式崩落法无底分段崩落法有底柱分段崩落法阶段强制崩落法阶段自然崩落法。充填法上向分层充填法下向分层充填法分段充填法分段空场事后充填法VCR事后充填法留矿采矿事后充填法空场法特点通常是将矿块划分为矿房与矿柱，两步骤回采。先采矿房，后采矿柱。矿房回采后形成的采空区，一般不作处理，用周围矿柱及围岩自身的强度保持其稳定性，用这类方法矿石与围岩均要稳固是其基本条件。充填法特点矿块分矿房和矿柱两步骤回采；也可不分矿房和矿柱连续回采矿块。矿石性质稳固时，可进行上向回采，稳固性差的可进行下向回采。回采过程中空区及时用充填料充填，以它来作为地压管理的主要手段，因此，矿岩稳固或不稳固均可采用充填法。崩落法特点矿块按一个步骤回采，随着回采工作面自上向下推进，用崩落围岩的方法处理采空区。围岩能够崩落，地表允许塌陷，是使用本方法的基本条件。(三)空场采矿法空场采矿法是结构较为简单的一类采矿方法，在回采过程中，人员在暴露的空场下作业，矿石和围岩的暴露面积和时间控制在稳固性所允许的范围内。第一步先采矿房，等矿房采完后随即或事后回采矿柱。其中应用较广泛的采矿方法有：全面采矿法、房柱采矿法、留矿采矿法、分阶段矿房法和阶段矿房法。1、全面采矿法。开采薄和中厚的缓倾斜(倾角一般小于30°)矿体，其特点是：工作面沿矿体走向