第四章采矿方法

第四章采矿方法分类与选择第一节采矿方法分类一、采矿方法的概念采矿方法——矿块中进行的采准、切割和回采工作的总和。采矿方法要解决的主要问题是：①确定矿块结构和参数；②确定采准和切割巷道的类型、数目和位置；③确定矿块底部结构形式及有关参数；④确定矿块回采方法，包括落矿、矿石运搬和采场地压管理方法。二、采矿方法分类目前常用的采矿方法有20多种。按采场地压管理方法不同，将采矿方法划分为空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法三大类。特点空场采矿法利用矿岩自身的稳固性和留矿柱进行地压管理。这类采矿方法将矿块划分为矿房和矿柱，分两步骤回采——先采矿房，后采矿柱，矿房回采过程中形成的采空区靠矿岩自身的稳固性和矿柱维护，采场一般无需采取支护措施。崩落采矿法通过崩落围岩进行地压管理。这类采矿方法无需对矿块作进一步划分，而是以矿块为单元一个步骤回采，回采过程中强制或自然崩落围岩充填采空区。视采场结构和矿岩稳固性不同，崩落采矿法有的要对采场采取支护措施。充填采矿法用充填材料充填采空区进行地压管理。这类采矿方法一般也将矿块划分为矿房和矿柱，分两步骤回采，矿房回采过程中，随着矿石的采出，不断用充填材料充填采空区。充填是这类采矿方法必不可少的工序。三大类采矿方法进一步划分。表4—1非煤矿床地下采矿方法分类类别组别典型采矿方法空场采矿法1、全面采矿法（1）全面采矿2、房柱采矿法（2）房柱采矿法3、留矿采矿法（3）普通留矿法（4）选别留矿法4、分段矿房法（5）分段矿房法5、阶段矿房法（6）水平深孔落矿阶段矿房法（7）垂直深孔落矿阶段矿房法（8）垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法（VCR法）崩落采矿法6、单层崩落采矿法（9）壁式崩落法7、分段崩落采矿法（10）有底柱分段崩落法（11）无底柱分段崩落法8、阶段崩落采矿法（12）阶段强制崩落法（13）阶段自然崩落法充填采矿法9、单层充填采矿法（14）壁式充填采矿法10、上向分层充填法（15）上向水平分层充填法（16）上向倾斜分层充填法11、下向分层充填法（17）下向分层充填采矿法12、进路充填采矿法（18）上、下向进路充填采矿法13、分采（削壁）充填采矿法（19）分采（削壁）充填采矿法表4—2部分国家地下采矿方法应用比重％采矿方法美国瑞典加拿大法国日本房柱采矿法35.15.04.398.02.0留矿采矿法0.81.02.914.7阶段矿房法6.96.035.832.8分段崩落法74.012.7阶段崩落法52.16.0充填采矿法5.15.040.01.038.0其他采矿方法3.04.31.012.5合计100100100100100三、采矿方法选择1、选择采矿方法应该遵循的原则：①安全性好；②矿石回收率高(一般不低于80％-85％)；③矿石贫化率低(一般低于15％—20％)；④矿块生产能力大；⑤经济效果好。2、影响采矿方法选择的主要因素1）必须考虑矿床地质条件：①矿体厚度与倾角；②矿岩稳固性；③矿石种类、价值与品位；④矿石“三性”；⑤矿石中有用成分分布及围岩的矿物成分；⑥开采深度。2）必须考虑技术经济条件：①地表允许塌陷的可能性；②加工部门对矿石质量的要求；③采矿方法的技术复杂程度以及所需设备和材料的供应条件。三、采矿方法选择及有关指标计算(一)采矿方法选择由于影响采矿方法选择的因素很多，当有几种技术上可行的采矿方法可供选择时，非煤矿山目前也普遍采用方案比较法来优选采矿方法。采矿方法技术经济比较常用的指标：(1)矿块生产能力，t/d；(2)采准工作量，m/kt；(3)采矿工效，t/工班；(4)矿石损失率，％；(5)矿石贫化率，％；(6)主要材料(坑木、水泥、炸药等）消耗，Kg/t或m3/t；(7)采矿直接成本，元／t。(二)有关指标的计算图4-1矿石损失与贫化过程示意图1．矿石损失率与贫化率矿石损失——矿床开采过程中造成矿石数量减少的现象。矿石损失率——矿床开采过程中损失的矿石量与工业储量的百分比。矿石回收率——采出的纯矿石量与工业储量的百分比矿石贫化——矿床开采过程中矿石质量(品位)降低的现象。矿石贫化率——采出矿石品位降低的百分率。废石混入率——混入采出矿石中的废石量与采出矿石量的百分比%1000QQq%100)''1('''QTaaaaq(1)矿石损失率q直接法计算从方程组中求出Q，可导出q的间接计算式RQQT0'Ta''0)(RaaQQ间接法计算(2)矿石回收率KqK1%100TR%100'''aaaa%100'aaa(3)废石混入率直接法计算间接法计算(4)矿石贫化率%100'QaTaR%100)1(QTR金属回收率——采出矿石中的金属量与工业储量所含金属量的百分比，即（5）金属回收率E矿石损失原因降低矿石损失贫化的措施①正确地选择适合于矿床赋存条件的开拓方法和采矿方法；②确定合理的开采顺序；③加强探矿工作和矿山企业管理工作；④加强放矿管理工作；⑤建立合理的工艺过程；⑥有计划的回采矿柱及处理空区；⑦建立粉矿回收制度；2．采准工作量矿块的采准工作量包括掘进采准巷道和切割巷道的工作量，它是在—定条件下比较和衡量采矿方法优劣的又一重要指标。采准工作量可以用采准系数和采准工作比重两种方法表示。采准系数——矿块每采出一千吨矿石所需掘进的采准巷道与切割巷道米数采准工作比重——矿块中掘进采准和切割巷道采出的矿石量与矿块采出矿石量的百分比，采准系数和采准工作比重都只是从某一个侧面反映了矿块采准工作量大小——前者只反映了采准、切割巷道长度，没有反映断面大小；后者只反应了脉内采准、切割巷道，没有反映脉外采准、切割巷道。因此，必要时两个指标可以同时采用，以求全面反映矿块的采淮工作量。作业1、名词解释：采矿方法；矿石贫化率；废石混入率；采准系数；采准工作比重。2、非煤矿床地下采矿方法是如何分类的？三大类采矿方法的特点分别是什么?3、若损失的矿石品位与工业储量品位不同，设为ao，试导出矿石损失率与矿石混入率的计算公式。4、某矿开采铁矿床。已知矿块工业储量为84000t，工业储量平均品位为60%，矿块采出矿石量80000t，采出矿石品位为57％。若混入废石的品位为15％，试计算该矿块的下列指标(1)矿石损失率，(2)矿石贫化率；(3)废石混入率，(4)金属回收率。第五章空场采矿法第—节概述如图5—1所示，空场采矿法是将矿块划分为矿房和矿柱两部回采，先采矿房后采矿柱。回采矿房时形成的采空区在矿柱和围岩支撑下以敞空的形式存在，暂不处理，故称为空场采矿法。空场采矿法是只有上述特点的多种采矿法的总称，其中国内非煤矿山目前应用较普遍的空场采矿法有全面采矿法、房柱采矿法、留矿采矿法、分段矿房法和阶段矿房法。第六章崩落采矿第一节概述一、崩落采矿法的概念崩落采矿法——以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法。即在崩落矿石的同时强制或自然崩落围岩，充填空区，用以控制和管理地压。本次课讲授的主要内容一、崩落采矿法的概念、特点及其分类二、单层崩落采矿法（通过与煤矿开采学比较学习）基本特征；结构与参数；采准工作；切割工作；回采工作；评价三、有底柱分段崩落法基本特征；结构与参数；采准工作；切割工作（介绍切割立槽的布置形式）；回采工作（落矿、挤压爆破、出矿）；评价二、崩落采矿法特点(1)崩落法不再把矿块划分为矿房和矿柱，而是以整个矿块作为一个回采单元，按一定的回采顺序，连续进行单步骤回采，矿块生产能力大、效率高。(2)在回采过程中，围岩要自然或强制崩落，矿石是在覆盖岩石的直接接触下放矿，故矿石损失，贫化大(矿石损失率和贫化率分别比其他采矿方法大5％～l0％)。对放矿进行科学管理。(3)崩落法的开采是在一个阶段内从上而下进行的。与空场采矿法不同。允许覆岩破坏和地表塌陷是使用该法的基本条件。三、崩落采矿法分类本章主要介绍崩落采矿法中目前较常用的典型方法：(1)单层(长壁式)崩落采矿法；(2)有底柱分段崩落采矿法；(3)无底柱分段崩落采矿法；(4)阶段崩落采矿法；第二节单层崩落采矿法单层长壁式崩落法用于开采顶板不稳固的缓倾斜层状薄矿体．典型方案如图所示。基本特征是：将阶段划分为矿块，沿阶段倾斜全长布置工作面，沿走向推进，一次采全厚，随工作面推进，有计划地回柱放顶，崩落顶板充填采空区。单层长壁式崩落法除了沿倾斜布置工作面以外，也可以沿走向布置工作面，沿倾斜推进。一、矿块结构参数工作面长度一般为30～60m。矿块走向长度为70～150m，少数达200～300m。二、采准工作从阶段运输巷1每隔5～6m掘进一个矿石溜井4通达矿体，并从阶段回风巷2每隔一定距离掘进一条安全通道6与采场相通。三、切割工作切割工作包括掘进切割上山3和切割平巷5。切割平巷作为崩矿的自由面，并兼作通风、行人通道，安放电耙绞车或刮板输运机。切割平巷位于采场下部，与矿石溜井相通。四、回采工作回采工作主要有落矿、矿石运搬和采场顶板管理。采用浅孔落矿，电耙运搬矿石，木柱或木棚支护顶板，有排柱放顶。五、评价与适用条件优点：（1）矿块结构比较简单；（2）矿石损失与贫化较小；（3）通风条件好；（4）矿块生产能力大效率高；（5）作业安全。缺点：（1）顶板管理复杂；（2）支护工作劳动强度大。适用条件：适用于直接顶不稳固、倾角小于30度、厚度小于3m的层状矿体，前提是地表允许塌陷。第三节有底柱分段崩落法基本特征：将矿块沿倾斜方向划分成分段，每个分段下部都设出矿底部结构(有底柱)，采下的矿石自崩落废石层下从分段底部结构放出，废石随矿石放出而充填采空区。垂直深孔落矿有底柱分段崩落法如图所示。垂直深孔落矿有底柱分段崩落法除了具有有底柱分段崩落法的基本特征以外，采用了垂直深孔小补偿空间或向崩落矿岩侧向挤压爆破落矿。行人路线：（1）阶段沿脉运输巷1→穿脉运输巷2→行人通风天井4→分段联络道5→电耙道6耙矿（2）阶段沿脉运输巷l穿脉运输巷2→行人通风天井4→分段联络道5→电耙道6→8→7→切割天井10→凿岩巷道11凿岩。通风系统：新鲜风流自阶段沿脉运输巷1→穿脉运输巷2→行人通风天井4→分段联络道5→电耙道6→污风经回风联络道12→矿块高溜井3和上阶段脉外运输巷(图中未绘出)回风。一、矿块结构参数(1)阶段高度——50～60m。(2)分段高度——10～25m（根据凿岩设备能力确定）(3)分段底柱高度——6～8m(漏斗式底部结构)或10～11m（堑沟式底部结构）。(4)矿块长度——25～30m（等于穿脉间距）（沿走向布置）(5)矿块平面尺寸，当矿体厚度小于15m时，沿走向布置电耙道，矿块走向长度按耙运距离确定，为30—50m，矿体厚度大于15m时，垂直走向布置电耙道，通常以电耙道为单元划分矿块，长25—30m，宽10—15m。二采准工作(1)本方法采准巷道布置的特点它是下盘脉外采准布置。即矿石运输、人行、通风、材料等采准工程都布置在下盘脉外。阶段运输为穿脉装车的环形运输系统。如果这些巷道开在脉内时，主要运输巷道将随着矿块回采而被破坏，这样难以保证风流畅通。(2)溜井布置：上两个分段采用了倾斜分枝溜井。下两个分段采用了独立垂直放矿溜井。(3)电耙巷道：本方法的电耙道也布置下盘脉外，使用单侧堑沟式漏斗。(4)人行通风天井：它不是每一个矿块都设一个，而是每2～3个矿块设置一个通风人行井，用联络道与各分段电耙道贯通，以作为人行，进风道材料的天井，并在天井中敷设管线等。（一般是每一个采区布置一套）(5)倾斜分枝溜井：倾斜分枝溜井都和上阶段脉外运输巷道相通，并且以联络道与各分段电耙巷道相通，作为各分段电耙道的回风天井。（图中未联结起来，实际上是可连通的。也可以不连通）三、切割工作主要包括：掘进堑沟巷道、切割横巷、切割天井以及形成堑沟，开凿切割立槽等工作。(1)形成堑沟掘进堑沟巷道，巷道内钻凿垂直上向扇形中深孔，与落矿同次分段爆破形成堑沟。(2)开掘切割立槽开凿切割立槽的目的是为了给落矿创造自由面的，并提供补偿空间，切割立槽的布置形式可有三种，即：“人”字型立槽，“丁”字型槽，“井”字型立槽。1)“人”字型立槽布置①这种立槽型式适用于中厚以上的倾斜矿体。②形成立槽的方法——在拟定