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一文看懂空场采矿方法类型

发布时间: 2025-12-18 作者: 分享到:
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空场采矿法基础概念

空场采矿法,也叫自然支撑采矿法,在回采过程中,主要靠围岩自身的稳固性,以及少量矿柱、人工支柱来支撑采空区 。它的作业流程是,先把矿块划分为矿房和矿柱,先采矿房,之后再处理矿柱。在矿房开采进程中,利用矿柱及围岩的自然支撑力进行地压管理,开采空间始终保持敞空状态。这种采矿方法在国内外各类矿山应用广泛,在金属矿山,比如铜矿、金矿的开采现场,就常常能看到空场采矿法的身影。我国的一些大型铜矿,因矿石和围岩稳固性良好,就采用过空场采矿法中的分段矿房采矿法。工作人员先采矿房,在敞空的空间里进行凿岩、爆破、出矿等作业。矿房开采完毕后,再依据开采顺序,在空场下进行矿柱的回采工作。

◆房柱法:浅孔房柱法、深孔房柱法

◆全面法:普通全面法、留矿全面法

◆分层空场法:留矿法

◆分段空场法:分段矿房法、爆力运搬采矿法

◆阶段空场法:分段凿岩阶段出矿空场采矿法、水平深孔落

矿阶段矿房法、垂直深孔落矿阶段矿房法


房柱法:稳固矿体的高效开采

房柱法在空场采矿法里很常用,主要适用于矿岩稳固的水平或缓倾斜矿体 。这种方法将矿块划分成矿房和矿柱,回采矿房的时候,会留下规则的连续或间断矿柱,以此来支撑顶板。在实际开采铜矿的作业中,工作人员先把矿体划分成一个个矿房和矿柱,矿房用于开采矿石,矿柱则留下来支撑顶板,保证开采空间的安全。矿房开采完成后,有的矿柱会根据实际情况进行回采,有的则作为永久支撑保留。

浅孔房柱法

浅孔房柱法适用于矿岩稳固、厚度小于 8 - 10m 的缓倾斜矿体。矿房的长轴布置方向很关键,它可沿矿体走向、倾向或伪倾斜方向布置,这主要取决于矿体的倾角和电耙的有效运距。一般来说,矿房长轴沿倾向布置时,矿房斜长在 40 - 60m,宽度 8 - 20m。间断矿柱尺寸为 φ3 - 7m 或 3×4 - 5×6m,间距 5 - 8m。依据开采深度和矿体厚度,会把若干个矿块归为一个分区,分区跨度 80 - 600m 不等,分区间留连续间柱承受上覆岩层的载荷,间柱宽度 3 - 8m 。

在实际操作中,采准切割工程包括从底板脉外阶段平巷向每个矿房中心线位置掘进放矿溜井;在矿房下部矿柱中掘进电耙硐室;沿矿房中心线紧贴底板掘进上山,用于行人、通风、运搬设备和材料,同时作为回采时的自由面;各矿房间掘进联络平巷;在矿房下部边界掘进切割平巷,作为回采起始的自由面和相邻矿房的通道。

回采工作有多个环节。落矿时,回采方式与矿体厚度和采掘设备有关。矿体厚度小于 2 - 3m 时,一次采全厚;大于 2 - 3m 时,分层开采,先在矿房底部用浅眼拉底,再用上向中深孔挑顶。矿体厚度小于 5m 时,挑顶一次完成;5 - 10m 时,以 2.5m 高的上向梯段工作面分层挑顶,并局部留矿,方便在矿石堆上进行凿岩爆破工作。出矿时,浅眼落矿方式采下的矿石,用 14kW 或 30kW 的电耙,将矿石耙至放矿溜井,然后在运输巷道中装车。顶板稳固性较差时,会辅以锚杆支护或锚杆加金属网支护,保障作业安全。

深孔房柱法

深孔房柱法针对的是矿石围岩中等稳固以上、矿体厚度大于 8 - 10m 的水平及缓倾斜矿体。在国内,常采用中深孔落矿、电耙出矿、人员不进入采场的几种中深孔房柱法方案回采;在国外,采用顶板锚杆台车,凿岩台车、井下电铲、自卸式汽车、装载机等无轨自行配套设备回采,有效解决了房柱法的顶板管理、矿石运搬等问题。

深孔房柱法的流程比较复杂。首先要在顶板下全面切顶,并采用锚固技术维护好顶板。之后在矿房一侧开掘切割主槽,以切割主槽为自由面,采用直立工作面下向深孔落矿。崩落的矿石采用电铲 - 汽车运输。矿房长度和宽度要依据矿体实际情况和出矿设备要求确定,通常矿房长度为 60 - 120m,宽度为 15 - 30m。支撑矿柱包括点柱和间柱,点柱尺寸通常为 5 - 10m,间柱尺寸为 8 - 15m。间柱一般沿矿体走向每隔 6 - 8 个矿房留设 5 - 8m 的连续矿柱,确保顶板的稳定性 。

全面法:适应多样矿体条件

全面法是空场采矿法中开采缓倾斜、薄和中厚矿体的一种采矿法,单层回采,要求矿岩均稳固 。它又分为普通全面采矿法和留矿全面采矿法两种。在实际应用中,全面法凭借其独特优势,在一些矿体开采中发挥着重要作用。像我国的某些黑色金属矿山,矿体呈缓倾斜状,矿岩稳固,就采用了全面法进行开采,取得了不错的效果。

普通全面法

普通全面法适用于矿岩中等稳固以上,顶板的暴露面积应大于 200 - 500m² ,矿体倾角≤30°,厚度在 5 - 7m 以下,国内大部分矿山开采 1.5 - 3.0m 的矿体,且一般矿体产状较稳固的情况。这种方法留有采场内矿柱,最好在贫矿中应用。在实际操作中,采准工作包含开掘阶段运输巷道、切割上山、放矿溜井、人行联络道、电耙绞车硐室(或不掘绞车硐室)等。回采工作面可沿走向、沿倾斜和逆倾斜推进。采用浅孔落矿,崩下的矿石,用一台或两台电耙运搬至放矿溜井装车外运。采空区主要由留下的顶、底柱和不规则矿柱支护,部分矿山还会辅以人工支护。

留矿全面法

留矿全面法结合了留矿法和全面法的优点,适用于倾角介于缓倾斜和急倾斜之间的矿体 。在辽宁某金矿,矿体平均厚度 3 米 ,平均倾角为 45° ,矿体上下盘围岩稳定 ,就采用了留矿全面采矿法。该方法的矿块沿走向布置,矿块长度 50m,阶段高度 45m(40m),不留顶柱,只留底柱,底柱高 3.0m,留间柱,间柱 6m,间柱中有人行安全通风、转送材料的二格天井,使用电耙子沿倾斜方向耙矿,底部结构中有放矿溜井,电耙子在人行道之上硐室内。

采准切割工作是从中段运输平巷掘凿穿脉至矿体,沿矿体或矿体下盘边界掘凿沿脉平巷。在矿房两端沿矿体倾斜方向掘凿天井,天井规格为 1.5×2.5m,在天井内掘联络道,联络道规格为 2.0×2.0m,在底柱上部从天井掘凿拉底巷道至矿房另一端,溜井靠近间柱布置,其下口与沿脉平巷相通。矿房回采由拉底巷道从一侧天井开始向另一侧天井推进,后退式回采,到间柱界限为止。为便于落矿和耙矿,采场内要形成 2 - 3 个梯段,在岩石不稳固地段,留不规则矿柱或打锚杆进行支护 。

分层空场法之留矿法:经典的急倾斜矿体方案

留矿法在分层空场法里是一种很经典的采矿方法,它主要适用于矿岩稳固的急倾斜薄或极薄矿体,要求矿石无结块性和自燃性 。在云南的一座钨矿,矿体倾角 70°,矿岩稳固,就采用了留矿法进行开采。留矿法的独特之处在于,它将矿块划分为矿房和矿柱,先采矿房,后采矿柱。矿房回采时,自下而上分层进行,每次崩落的矿石,只放出一部分,大概三分之一左右,其余的矿石留在矿房中,作为继续上采的工作台,等矿房全部采完后,再一次性放出剩余矿石。

在实际操作中,采准切割工程包括在矿块底部掘进运输平巷,在矿房两侧掘进天井,天井每隔 5 - 6m 掘联络道与矿房连通,用于通风、行人、运料。在矿房下部开掘放矿漏斗,从漏斗水平开始拉底,形成回采工作面。回采工作包含多个环节,凿岩常用上向凿岩机打上向炮孔,孔深 1.5 - 1.8m,也有用气腿子凿岩机打水平或微倾斜炮孔,孔深 2 - 3m。爆破采用安全炸药,用火雷管或导爆管等非电起爆。每次崩下的矿石,放出 35 - 40%,让回采作业空间保持 2m 高度 。平场和处理松石目前还是以手工劳动为主,工人的体力消耗比较大 。

分段空场法:中厚矿体的分段开采方案

分段空场法适用于开采矿石和围岩中等稳固以上的倾斜及缓倾斜中厚以上矿体 。它将阶段沿垂直高度划分为分段,每个分段各自构成独立的回采单元,拥有独立的落矿和出矿系统。在矿房回采过程中,分段矿柱起着支撑空区的作用,待矿房矿石采完出尽后,会及时回采分段矿柱,并处理采空区。分段空场法又细分为分段矿房法和爆力运搬采矿法。

分段矿房法

分段矿房法把阶段划分为若干个分段,每个分段再划分为矿房与分段矿柱 。在辽宁的一座铁矿,矿体厚度 10m,倾角 60°,矿石和围岩比较稳固,就采用了分段矿房法。矿块的阶段高 40m,划分为两个分段,分段高 20m。沿走向将分段划分为矿房与间柱,矿房长 35m,间柱宽 6m。分段之间留有斜顶柱,其真厚度为 5m。

采准切割工作从下盘阶段运输平巷开始,每隔一定距离掘进矿石溜井通各分段运输平巷。从分段运输平巷每隔一段距离掘进装矿平巷,连通靠近下盘的堑沟平巷。在分段运输平巷的上部掘进下盘矿柱回采平巷,通过矿柱回采平巷掘进切割平巷及凿岩平巷,还有间柱凿岩巷道和顶柱凿岩硐室。在矿房一侧,从堑沟拉底平巷到分段矿房最高点掘进切割天井

回采工作先在切割横巷中布置炮孔,以切割天井为自由面,爆破形成切割槽。然后在凿岩巷道中布置垂直扇形炮孔,同时从堑沟拉底巷道中凿上向扇形炮孔进行矿房大量回采。崩下的矿石,自装矿平巷用铲运机经分段运输平巷卸入溜井。分段矿房法回采结束后,立即回采一侧的间柱与上部的分段矿柱,在间柱凿岩巷道、顶柱凿岩硐室内,分别布置回采间柱和顶柱的深孔。矿柱的回采顺序是先爆间柱,并将矿石全部放出,再爆顶柱,由于爆力的抛掷作用,顶柱的大部分矿石由堑沟中放出。矿柱回采后,上覆岩石下落充填采空区 。

爆力运搬采矿法

爆力运搬采矿法是分段空场法中的一种特殊方法,它主要用于解决倾角 30° - 50°、厚度 5 - 15m 的倾斜中厚矿体的采场运搬难题 。在中条山胡家峪铜矿,就曾应用过爆力运搬采矿法。该方法利用爆破能量将矿石运搬一段距离,并借助动能和势能使崩落矿石沿采场底板滑行、滚动一段距离,进入采场下部的受矿巷道。它只在采场中央布置一条凿岩上山,凿岩、爆破均在凿岩上山内作业,借助爆破余力运搬矿石,成功解决了倾斜中厚矿体采场内矿石运搬问题和作业安全问题,具有采切比小、矿石损失贫化低、经济效益好等优点 。

不过,爆力运搬采矿法也存在一些局限。比如,爆力运搬的理论公式有较大局限性,国内对爆力运搬距离的理论计算主要依据前苏联的佛式计算公式,但该公式推导时有矿石爆破后滚落到采场底板时发生弹性碰撞等假设条件,与实际情况有出入。而且,用爆力运搬采场所留下的间柱和顶柱不易回收,崩矿的炸药消耗量较大,倾斜天井的凿岩也很困难。因此,爆力运搬采矿法只有在特定条件下,比如顶板稳固,矿石中等稳固以上,底板平整光滑的情况下才适用 。

阶段空场法:厚大矿体的高效回采

阶段空场法是一种用深孔回采矿房的空场采矿法,它主要适用于开采矿石和围岩均稳固的厚和极厚的急倾斜矿床 。这种方法将采区划分为矿房与矿柱,用深孔回采矿房,矿房采完后形成敞空的空场,之后用不同方法回采间柱、顶柱和上阶段的底柱,同时处理采空区。阶段空场法又分为分段凿岩阶段出矿空场采矿法、水平深孔落矿阶段矿房法、垂直深孔落矿阶段矿房法(VCR 法) 。

分段凿岩阶段出矿空场采矿法

分段凿岩阶段出矿空场采矿法是在分段凿岩巷道中进行打眼和爆破的空场采矿法 。在甘肃的一座铜矿,矿体厚度 15m,倾角 70°,矿石和围岩中等稳固以上,就采用了这种方法。

它的采区构成要素有很多要点。根据矿体的厚度,采区可沿矿体走向布置和垂直矿体走向布置。矿房阶段高度取决于围岩允许的暴露面积,一般为 50 - 70m,国外矿山有的达 120 - 150m。矿房长度主要取决于矿石和围岩的稳固性,同时也要考虑电耙的有效耙运距离,一般为 40 - 60m。矿房宽度,在沿矿体走向布置时,一般为 15 - 25m,间柱的宽度与作用在间柱上的载荷大小,间柱的回采方法等因素。在矿房沿矿体走向布置时,为 8 - 12m;垂直矿体走向布置时,为 10 - 14m。顶柱高度一般为 6 - 10m。底柱高度,取决于底部结构型式,本方案采用电耙道底部结构,一般为 7 - 12m。分段高度取决于所采用的凿岩设备,用 YG - 80 型凿岩机时,为 12 - 15m;用潜孔钻时,可增大到 15 - 20m 以上。分段高度增加,可以使分段凿岩巷道数目减少,降低采准工作量 。

采准切割工作也有具体流程。在矿体中靠下盘掘进阶段平巷,从阶段平巷在间柱中掘进横巷,从横巷末端,在矿体厚度的中央掘进通风、人行天井。从天井掘进拉底平巷及分段凿岩巷道。从阶段平巷掘进矿石溜井及电耙巷道。从电耙巷道每隔 5 - 7m 开掘漏斗穿和漏斗颈。在矿房中央,从拉底平巷掘进切割天井,从拉底平巷两侧用浅眼扩帮至矿体全厚形成拉底空间,并将漏斗颈上部扩成漏斗,最后将切割天井扩大成切割槽,为回采工作造成自由面。由于回采工作面是垂直的,矿房下部的拉底和扩大漏斗工程,不需要一次全部完成,而是随着回采工作面的向前推进逐步进行。一般情况下,拉底和扩大漏斗工程超前回采工作面 1 - 2 排漏斗的距离 。

回采工作包含多个环节。拉底、扩大漏斗和开切割槽等工程完成后,再分段凿岩巷道中打上向扇形深孔,以切割槽为爆破自由面,分次进行爆破,每次爆破 1 - 5 排深孔。装药采用机械或人工进行。用秒差雷管或微差雷管分段或多排同段爆破。崩落的矿石借自重落到矿房的底部,经漏斗溜到电耙巷道中再用电耙耙到阶段平巷中的矿车内运出。出矿用电耙,电耙绞车一般为 28kW 或 55kW,耙斗容积为 0.3 - 0.5m³ 。

矿房通风也很关键,主要是保证电耙道内风流畅通。风流线路是,新鲜风流从电耙绞车附近的通风、人行天井进入,清洗电耙道后,污风经另一回风天井至上阶段的回风平巷排出 。

水平深孔落矿阶段矿房法

水平深孔落矿阶段矿房法是用水平深孔回采矿房的一种空场采矿法,崩落的矿石靠自重从底柱中的出矿巷道运出 。在河北的一座金矿,就曾采用过水平深孔落矿阶段矿房法。它的矿块沿走向布置,阶段高度 40 - 60m,矿房长度 30 - 60m,矿房宽度为矿体的水平厚度。顶柱厚度 6 - 8m,底柱高度 8 - 12m,间柱宽度 8 - 12m 。

采准工作从阶段运输平巷掘进通风人行天井、矿石溜井、凿岩硐室联络道。切割工作先在矿房底部拉底,形成拉底空间,再在拉底空间内掘进切割天井,以切割天井为自由面,用水平深孔爆破,形成切割槽 。

回采工作在凿岩硐室内钻凿水平扇形深孔,以切割槽为自由面进行爆破。每次爆破 1 - 3 排炮孔,采用非电毫秒雷管起爆。崩落的矿石靠自重经漏斗溜到电耙巷道,再用电耙耙到阶段运输平巷装车运出 。

这种采矿方法有优点也有缺点。优点是矿房回采强度大,劳动生产率高,采矿成本低,通风条件好;缺点是采准切割工作量大,矿柱矿量比重大,回采矿柱时矿石损失贫化大 。它适用于矿石和围岩均稳固的急倾斜厚矿体 。

垂直深孔落矿阶段矿房法(VCR 法)

垂直深孔落矿阶段矿房法,也就是 VCR 法,是利用球状药包在深孔中爆破,形成具有一定补偿空间的堑沟,深孔的钻凿和爆破作业均在上部硐室中进行的一种采矿方法 。在安徽的一座铁矿,就成功应用了 VCR 法。它的阶段高度一般为 40 - 60m,矿房长度 40 - 60m,矿房宽度为矿体厚度。顶柱厚度 4 - 6m,底柱高度 6 - 8m,间柱宽度 6 - 10m 。

采准工作从阶段运输平巷掘进通风人行天井、矿石溜井、凿岩硐室联络道。切割工作先在矿房底部用中深孔爆破形成堑沟,再以堑沟为自由面,用垂直深孔爆破,形成切割槽 。

回采工作在上部凿岩硐室内钻凿垂直深孔,采用球状药包,以切割槽为自由面进行爆破。每次爆破 1 - 2 排炮孔,采用非电毫秒雷管起爆。崩落的矿石靠自重经漏斗溜到电耙巷道,再用电耙耙到阶段运输平巷装车运出 。

VCR 法具有高效、安全、成本低等优点,在国内外得到了广泛应用 。不过,它对矿石和围岩的稳固性要求较高,适用于矿石和围岩均稳固的急倾斜厚矿体 。

总结与展望

空场采矿法包含房柱法、全面法、分层空场法、分段空场法和阶段空场法等多种类型,每种方法都有其独特的特点和适用条件 。房柱法适用于矿岩稳固的水平或缓倾斜矿体,能高效开采;全面法适应缓倾斜、薄和中厚矿体;分层空场法中的留矿法对急倾斜薄或极薄矿体效果良好;分段空场法用于倾斜及缓倾斜中厚以上矿体;阶段空场法在厚和极厚的急倾斜矿床开采中发挥重要作用 。

◆房柱法:浅孔房柱法、深孔房柱法

◆全面法:普通全面法、留矿全面法

◆分层空场法:留矿法

◆分段空场法:分段矿房法、爆力运搬采矿法

◆阶段空场法:分段凿岩阶段出矿空场采矿法、水平深孔落

矿阶段矿房法、垂直深孔落矿阶段矿房法


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【全文完】

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