探析地下礦山采礦方法及技術

暢偉峰

摘 要：我國地下礦產資源豐富，采礦方法及技術多種多樣。本文根據筆者多年工作經驗，對我國地下礦山采礦方法及技術進行了概括。全文首先綜述了我國主要地下礦山采礦方法，然后結合筆者工作經驗主要探討上向水平分層尾砂膠結充填法和無底柱分段崩落法在實際工作中的應用。

關鍵詞：上向水平分層尾砂膠結充填法；無底柱分段崩落法；發展趨勢；地下礦山

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0155-01

我國礦產資源豐富，同時市場需求量大。隨著市場的發展，地下采礦行業日益興盛，但如何降低生產成本、提高效益，面對不同地質、巖層選擇怎樣的施工方法一直是困擾礦產企業的難題。因此對當前常用的采礦方法進行探究和分析就顯得十分必要。

1 我國地下礦山常見采礦方法

1.1 崩落采礦法

崩落法是我國地下礦山常用的采礦方法，通過自然、強制崩落頂板圍巖填充開采過程中的空區，對地壓進行控制。具有效率高、成本低、工藝簡單的優點。我國在20世紀60年代逐步推廣應用，在20世紀80年代取得了長足的進步，提高了生產效率，降低了采礦成本。崩落采礦法主要分為無底柱分段采礦法、有底柱分段崩落法、自然崩落法等。

無底柱分段崩落法是將礦塊劃分分段，在分段進路中進行落礦、出礦等作業，無需設置專用的出礦底部結構。分段內劃分為上下兩段，上段設置鑿巖通風進路，下段設置鑿巖出礦進路。段間設置為棱形布置，按分段落礦、出礦，通過進路端部崩落的空隙起到通風作用。有底柱崩落法指的是將礦體自上而下分為若干段，礦石自下而上的逐層回采或按一定順序用強制崩礦或利用地壓與礦石自重落礦，單步驟連續回采。二次破碎、放礦、搬運等步驟均在底柱開槽的專門巷道中完成，底柱隨下一分段一起采出[1]。圍巖在回采過程中自然或強制崩落，在崩落的覆巖下放礦；自然崩落法指的是將礦體分為高差較大的階段并形成一定的傾角，在下盤巖石中放礦漏斗，沿礦體走向中深孔拉底，利用礦體本身結構固有的分布特征和低強度特性在礦塊底部設置崩落區。崩落區側部和上盤邊界設置切割幫槽。如礦石崩落面達到下盤漏斗標高，則下盤漏斗底層開始拉底，使崩落繼續向上。

1.2 空場采礦法

空場采礦法是我國應用最早，技術發展最成熟的采礦方法，具有成本低、生產效率高、用時短、布置容易等優點。在近幾年的發展中，空場采礦法結構趨向于簡單、穩定，支護手段更為全面，與充填法組合應用，參數不斷增大，生產效率進一步提高。其主要方法有房柱采礦法、全面采礦法、分段空場法、階段空場法等。

房柱采礦法指的是采用片石砌筑人工礦拄或自然礦拄與礦房交替布置，采用階梯式落礦，由下向上推進回采。近年來這一方法發展迅速，良山鐵礦采用了錨桿預控頂中深孔房柱法進行了回采。首先利用淺孔切頂將礦房頂部全部拉開，按頂板圍巖破壞情況進行錨桿支護，做預控頂板，然后在鑿巖上山利用中深孔落礦進行回采；全面采礦法指的是根據采場地壓，利用礦石礦拄控制頂板圍巖的暴露面積。一般應用于礦體厚度在5～7米的水平或緩傾斜礦體，要求礦體傾角在30°以下；分段空場法指的是分級鑿巖及分段巷道進行端部出礦。第一分段進行爆破落礦，做成礦石墊層，其他分段進行爆破落礦和出礦。從回采進路端部切割立槽打垂直扇形中深孔，逐步崩落礦石，利用裝載機在礦石墊層覆蓋的空場條件下出礦。每個步距崩下的礦石到達操作位置眉線，眉線以外的礦石在下一階段回收；階段空場法是分段空場法發展而來，采用大直徑深孔采礦技術，以高風壓潛孔鉆機鑿巖，高威力乳化炸藥崩礦，以高階段深孔落礦技術進行階梯段爆破。在運輸等方面與分段空場法基本相同[2]。

1.3 充填法

充填采礦法是由廢石充填采空區的干式充填法發展而來，分為上向進路充填采礦法、上向水平分層充填采礦法、下向分層進路充填采礦法、階段空場嗣后充填法等。充填采礦法屬于人工支護采礦法，隨采礦工作的進行不斷向采空區填入材料，控制圍巖崩落、地表移動、地壓異常，在充填體上或在其保護下作業。這一方法多用于圍巖不穩定、開采條件復雜及深部開采等高難度作業。

上向進路充填法一般不劃分礦房和礦柱，自下而上的分層回采，每一層均在掘進分層聯絡道后回采。進路一般為垂直走向或分層全高沿走向。第一批進路回采結束后立即充填接頂，再回采、充填另一批進路。在整個分層回采、充填完成后進路回采上一層。這一方法作業安全，效率高但工藝較為復雜；上向水平分層充填采礦法是將礦房垂直或傾斜的劃分為不同層級，由下而上的回采，每層采完后即進行充填并構筑礦溜井和行人天井。礦塊中預留天井，進行運輸、通風及人員行走。鑿巖、出礦、充填等均是回采的一部分；下向分層充填法是自上而下的逐層回采、充填。當10°～15°的傾角時，在礦塊中布置礦石溜井、行人天井等。礦石沿溜井運至下階段運輸巷道，充填料從上部階段運至巷道由充填井進入采場?；夭煞謱訒r切割巷道，用進路或長臂工作面回采礦石。這一方法主要用于圍巖穩定性差的礦體，也可回采礦拄；階段空場嗣后充填法指的是空場采礦法和充填采礦法相結合的采礦方法，先按照空場采礦法進行開采，階段結束后再進行充填。

2 無底柱分段崩落法和上向水平分層尾砂膠結充填法

2.1 無底柱分段崩落法實例

以黃石市某地下礦山開采為例，其平均厚度為11.4米，水平厚度在6～30米之間，礦體傾角在20°～65°之間，主要成分為磁鐵礦、黃銅礦等。礦體結構受接觸構造控制，以似層狀為主。因礦山礦體為緩坡中厚礦體，各分段起始位置在上段未崩落區，無上部覆巖。因分段上盤開始區段具有崩落圍巖和放頂釋放地壓的功能，為確保采場穩定性將邊孔角進行了一定的縮小，崩礦炮排設置為矩形排面，進行了分段開采，組合方框等方法。在中間位置和分段上盤的出礦方式上，設計了垂直分區，根據礦體傾角厚度不同，人造2個及以上的垂直放礦分段，起到轉移礦量、殘留礦石的作用，降低了礦山礦石的貧化[3]。

2.2 上向水平分層尾砂膠結充填法實例

山東昌邑鄭家坡鐵礦礦山開采技術條件為總體傾角10°～36°，因含水層、地表良田不允許崩落，礦體厚度在2～20米之間，夾層厚度2～15米，圍巖中等穩固，巖體條件復雜，設計方案為上向水平分層尾砂膠結充填法和階段空場嗣后充填法。上向水平分層尾砂膠結充填法，采場先采切，兩端做天井和采場聯絡道。礦山設置充填孔，中段設充填管道。采區內在高度上錯開回采，采場自下而上進行回采，回采后進行充填。充填料由管道至各采場作業點充填。充填擋墻的厚度、砼澆筑等可根據實際情況適當減少，預留泄水孔，溢流泄水[4]。

3 結語

地下礦山開采是我國礦產開采的重要組成部分，開采方法、技術是影響效益的主要因素，需要我們在方案的選擇中予以重視，熟知各種方法的優劣。隨著科技社會發展，環保低碳理念在開采中進一步發展，充填法的應用會更為廣泛。近幾年，人工智能發展迅速，為機械化、自動化的開采提供了可能。在機械日新月異的發展下，傳統開采技術必將迎來新一輪的革新；我們要改進舊技術，開發科技含量更高的新技術。

參考文獻

[1]閔元波.非煤地下礦山采礦工藝在環境保護方面的研究與應用[J].中國新技術新產品，2016，（7）：144-145.

[2]劉允秋，王廣文.地下礦山極堅硬礦巖中深孔采礦降低大塊率措施[J].現代礦業，2015，（12）：04-07.

[3]閔元波.非煤地下礦山采礦施工安全控制管理探討[J].中國科技縱橫，2016，（6）：162-163.

[4]侯志明，王新喬，侯志超，等.下向分層膠結充填采礦法在我國巖金地下礦山的應用[J].山東工業技術，2016，（5）：81.endprint