地下組合式采礦法與聯(lián)合式采礦法

1、地下組合式采礦法與聯(lián)合式采礦法本章提要介紹地下組合式采礦法原理、判據(jù)和適用條件，詳細介紹留礦崩落采 礦法和沿走向連續(xù)退采分段空場崩落采礦法，簡略介紹房柱崩落采礦法、 分段空場崩落采礦法（瀑布式采礦法）、階段留礦崩落采礦法、階段留礦 充填采礦法，并介紹了地下聯(lián)合式采礦法及其在薄與極薄礦脈中應(yīng)用，為 改進采礦方法與采礦工藝提供了辯證思維思路和例子，為復(fù)雜難采礦床開 采提供了科學(xué)指導(dǎo)。1組合式采礦法原理與適用范圍1.1 組合式采礦法原理空場采礦法存在以下4個問題：一是礦巖欠穩(wěn)固時，如何有效地控制 地壓：二是及時、可靠、經(jīng)濟地處理采空區(qū)，避免災(zāi)難性地壓事故發(fā)生； 三是怎樣有效而合理地控制和處理深部地壓

2、；四是一些品位較低且賦存條 件復(fù)雜礦床，在開采中相互制約技術(shù)經(jīng)濟條件較多時，往往一般空場法、 崩落法與膠結(jié)充填法均難以適應(yīng)，它們可能通過采用合適組合式采礦法得 到改善或解決。組合是H然界和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛基本原理。任何一種采 礦方法都有局限性，難以適應(yīng)復(fù)雜多變開采技術(shù)條件，即使采用其變形方 案，也難以改變各種采礦方法本質(zhì)決定不足之處。組合式采礦法以巖石力 學(xué)為基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)采礦工藝、設(shè)備和采場結(jié)構(gòu)之間內(nèi)在聯(lián)系，既依存又獨立 于相關(guān)采礦方法，兼?zhèn)洳煌傻V方法特色和優(yōu)點，消除其缺點，通常能獲 得良好技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。當(dāng)前，在改革和推廣多種空場采礦法同時，以一些空場法為基礎(chǔ)，兼 具充填法、崩落法相

3、應(yīng)特點組合式采礦法得到了發(fā)展。1.2 組合式采礦法判據(jù)相對于常規(guī)采礦方法，組合式采礦法主要判據(jù)是：（1）在以礦塊或區(qū) 段為單元開采作業(yè)循環(huán)中，及時崩落采空區(qū)，是組合式采礦法不可缺少重 要工序，以此控制地壓和處理采空區(qū)，不存在嗣后專門處理采空區(qū)問題;（2）通常組合式采礦法出礦或放礦，在前期具有空場法特點，而后期或 同時具有以充填為條件或在覆巖下出礦特點，不是在空場條件下進行。在礦塊結(jié)構(gòu)和回采工藝等方面，組合式采礦法不僅具有空場法主要優(yōu) 點，而且兼具另一類采礦方法優(yōu)點。1.3 組合式采礦法適用條件同任何常規(guī)采礦方法一樣，組合式采礦法有其最佳適用條件。幾種組 合式采礦法主要適用條件見表1所示。表1幾

4、種組合式采礦法主要適用條件序號采礦方地表維礦體傾礦體厚礦體穩(wěn)頂盤穩(wěn)底盤穩(wěn)度 定性 定性 定性留礦崩允許陷急傾斜中厚和中穩(wěn)'和較穩(wěn)固較穩(wěn)固落法中厚以中穩(wěn)以分段空允許陷傾斜中厚和中穩(wěn)和欠穩(wěn)至中穩(wěn)至場崩落較厚中穩(wěn)以中穩(wěn)穩(wěn)固3房柱崩落法允許陷落緩傾斜至傾斜中厚和中厚以上中穩(wěn)和中穩(wěn)以上欠穩(wěn)至中穩(wěn)欠穩(wěn)至中穩(wěn)4階段留允許陷急傾斜中厚至中穩(wěn)和欠穩(wěn)固欠穩(wěn)至礦崩落落極厚中穩(wěn)以中穩(wěn)法上5房柱充不允許傾斜至中厚至中穩(wěn)和不穩(wěn)至不穩(wěn)至填法陷落急傾斜極厚中穩(wěn)以欠穩(wěn)欠穩(wěn)上6分段空不允許急傾斜中厚至欠穩(wěn)至中穩(wěn)欠穩(wěn)至場充填陷落厚中穩(wěn)中穩(wěn)法7階段留不允許急傾斜中厚至欠穩(wěn)至不穩(wěn)至不穩(wěn)至礦充填陷落厚中穩(wěn)欠穩(wěn)欠穩(wěn)法8全面空不允許

5、緩傾斜薄中穩(wěn)和中穩(wěn)至欠穩(wěn)至場充填陷落中穩(wěn)以穩(wěn)固中穩(wěn)法上9傾斜分不允許急傾斜薄穩(wěn)固欠穩(wěn)固欠穩(wěn)固條留礦陷落法上充填法注：允許有一定暴露面積，隨著暴露面積擴大將自然崩落；產(chǎn)狀規(guī)整妥善處理空區(qū)具有一定技術(shù)難度，往往成為組合式采礦法試驗核心技 術(shù)問題，必須加強研究，在保證安全前提下反復(fù)試驗與完善，才有可能取 得較滿意結(jié)果。2組合式采礦法實例2.1 留礦崩落采礦法這是留礦法與分段崩落法相結(jié)合一種組合式采礦法。特點是把階段劃 為分段，在分段上將礦體劃分為礦房（寬46m）與礦柱（寬35m）,上下 兩個分段礦房和礦柱錯開布置。先用留礦法回采礦房，隨著下分段礦房回 采結(jié)束，在全面放礦過程中，上分段礦柱在自重作用下

6、自然崩落到下分段 礦房內(nèi)，在下移過程中逐漸解體，到達底部后由鏟運機運到礦石溜井（圖 l）o為了保證礦柱在11米下移過程中解體并能從裝礦巷道中運出，顯然 需要礦體有較發(fā)育裂隙和節(jié)理。（1）礦塊構(gòu)成要素階段高度根據(jù)圍巖穩(wěn)固情況和礦體傾角等因素確定，通常為5080m, 最高可達200m：分段高度一般為12m；礦房寬度應(yīng)根據(jù)礦體穩(wěn)固程度和地 質(zhì)構(gòu)造確定，要保證礦房回采安全和提高上分段礦柱回收率，通常為4 6m,并趨向于加大礦房寬度以提高效率；礦柱寬度比礦房小1m,以便能在 下分段放礦時崩落放出；礦房長度可按裝礦機合理運距和礦體賦存條件確 定，一般為150200m；沒有頂柱和底柱。21圖1留礦崩落法采區(qū)

7、橫剖面圖1 一礦房；2礦柱；3一裝礦巷道；4一第一水平；5一第二水平（2）采準切割工作以金伯利巖管金剛石礦體布置為例，采準工作包括：從圖2所示階段 運輸平巷3掘進斜坡道4和礦石溜井5連通各分段；在每一分段上，從脈 外分段盲井6 （圖3）開掘一條穿過巖管中心分段巷道7至巖管另一端； 從分段巷道末端每隔21m或33m （相當(dāng)于3個采區(qū)寬度）開掘分段運輸巷道 1與脈外運輸巷道和礦石溜井5相通；在與分段運輸巷道垂直方向上，每 隔7121n開掘裝礦巷道2。切割工作是在分段巷道末端每隔7m開掘礦房 拉底巷道，與裝礦巷道形成7mX7m連續(xù)采區(qū)。17 / 18富NW浙然微； 底一窸歐警 廠：t麴浮 1I 匚二

8、二二二± 二二一目圖2留礦崩落法采準布置1 一主井；2 風(fēng)井；3一階段運輸平巷；4一斜坡道;5礦石溜井；6一分段盲井；7分段巷道圖3留礦崩落法分段平面圖1 分段運輸巷道；2裝礦巷道；3礦柱；4 礦房;5礦石溜井；6 分段官井；7一分段巷道(3)回采工作回采工作可以從巖管中部向兩端推進，也可以從一端向另一端推進(圖 4)o用淺眼留礦法回采礦房礦石。炮眼深度22. 5m。最上一排炮眼深度 不得超過上一分段水平面，以避免上分段礦柱在回采工作中突然冒落?；?采工作面通常要保持一定斜面，以保證回采工作安全。礦體不穩(wěn)固時應(yīng)在 回采工作面架設(shè)臨時支護。為避免上分段礦柱崩落滾石造成事故，應(yīng)在礦 石堆

9、頂部安設(shè)擋板。在淺眼崩礦期間進行部分放礦。當(dāng)?shù)V房采至上水平附 近時，上分段礦柱隨著礦房大量放礦而崩落。用鏟運機把礦石從裝礦巷道 運到礦石溜井。圖4留礦崩落法礦房縱剖面圖1 一切割立槽；2一炮眼；3一裝礦巷道；4一廢石；5一臨時支護;6 一擋板；7一崩落礦柱；8溜井(4)留礦崩落法評價留礦崩落法適用于圍巖較穩(wěn)固、礦體較厚礦床。它兼有留礦法和崩落 法優(yōu)點：不留礦柱，礦石回收率高，可達95%,貧化率為10%15%； 礦房鑿巖爆破回采，礦柱靠自重崩落，回采效率高：采準切割工程量較少, 投資少；用于露天轉(zhuǎn)地下過渡開采時，回采前不用建立安全覆蓋層，可提 前由露天轉(zhuǎn)入地下開采。缺點是礦房用淺眼落礦，安全條件

10、較差；礦房寬 度小，影響效率提高；通風(fēng)條件不夠好。適當(dāng)加大礦房與礦柱寬度，采用 中深孔落礦是其發(fā)展方向。2.2 分段空場崩落采礦法這是開陽磷礦礦務(wù)局和中南大學(xué)研究試驗成功一種組合式采礦法。(1)開采技術(shù)條件淺海相沉積磷塊巖礦床，礦層厚度57m,傾角一般為30°40° , 不穩(wěn)固到中等穩(wěn)固，節(jié)理發(fā)育，f = 46。礦層上盤為白云巖，f = 712, 中等穩(wěn)固至穩(wěn)固，暴露面積超過10001500#自然冒落。在礦層與上盤白 云巖之間常夾有不穩(wěn)固含鎰白云巖、黃綠色與褐色頁巖，厚度3 m以下， 易冒落。下盤為泥質(zhì)石英砂巖，f=812,中等穩(wěn)固。(2)礦塊結(jié)構(gòu)在階段高度40米范圍內(nèi)，劃

11、分為3個分段。如圖5所示，沿礦體底板 在礦體內(nèi)掘進分段出礦平巷1,通過分段聯(lián)絡(luò)道與采區(qū)行人和溜礦天井相 接，形成獨立分段運輸系統(tǒng)。在分段平巷上部垂高5米處，沿底板接觸線 掘進拉底切割平巷4；沿分段出礦平巷靠底板一側(cè)每隔8米開掘裝礦橫巷 2。圖5分段空場崩落采礦法1 一分段出礦平巷；2一裝礦橫巷；3一斗頸；4一拉底切割平巷；5礦塊下 部回采炮孔；6一礦塊上部回采炮孔；7一隔離礦柱；8一切割天井礦塊不留間柱，只留斜高為5米斜底柱。在下分段回采時，保留3米 斜高作為分段隔離頂柱，不回收，用作下分段回采過程中支撐礦房和隔離 上分段崩落廢石。礦塊底部結(jié)構(gòu)用作放礦、運搬和通風(fēng)。(3)采準切割沿礦體底板在礦

12、體內(nèi)掘進分段出礦平巷，到達礦塊邊界；沿礦體下盤 每隔6570m掘進一條行人與溜礦天井，從天井內(nèi)每隔1314m垂高開鑿 分段出礦聯(lián)絡(luò)道到達礦體，在分段出礦聯(lián)絡(luò)道之上5m處，掘進拉底鑿巖 聯(lián)絡(luò)道，沿礦體底板掘拉底鑿巖平巷。在礦塊邊界，從拉底鑿巖平巷，沿 底板接觸線在礦體內(nèi)掘進傾斜切割天井；在切割天井，從拉底鑿巖平巷向 頂板方向掘進鑿巖碉室；在分段平巷靠底盤一側(cè)掘進裝礦橫巷，水平間距 為 5. 5mo切割工作包括用扇形中深孔爆破形成切割槽，其爆破順序為由下盤向上盤分23段毫秒雷管一次起爆，以及由斗頸鉆鑿上向中深孔，一次爆 破擴漏。（4）回采工藝 鑿巖。礦房下部回采炮孔是從拉底鑿巖巷道鉆鑿上向扇形中深

13、孔， 炮孔直徑5060mll1,孔深312m,排間距2m。礦房上部炮孔是從上分段 裝礦橫巷，逆回采方向鉆鑿單向傾斜扇形炮孔，排面垂直于礦體頂板，最 小抵抗線2m。爆破。分兩步進行。先從切割槽開始，沿走向逐排崩礦，崩落礦石 通過漏斗放至裝礦橫巷，這部分礦石占礦房礦量65%。待下部崩礦工作面 推進8m左右時，爆破上部炮孔，利用爆力將礦石拋入塹溝，通過漏斗放 出，這部分礦石占礦房礦量20%。礦石運搬。用YZQ 12型裝運機將礦石運至溜礦天井。通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由人行天井進入分段平巷和拉底鑿巖平巷，清洗工 作面后，污風(fēng)經(jīng)礦房進入上部平巷，由回風(fēng)系統(tǒng)排出。頂板管理。通過沿走向逐步退采，不斷擴大頂板暴露面積，

14、當(dāng)暴露 面積大于8001500m后，頂板自然冒落，消除空場。近工作面區(qū)域有形 成不久隔離頂柱保護，仍能保持合適工作空間。（5）主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)試驗所取得主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)為：采出礦量7. 19萬噸，礦塊生產(chǎn)能力 140t/d,礦石損失率31. 34%,貧化率12. 12%。（6）評述方案特點是：將階段劃分為3個分段，留永久隔離頂柱，不留房間礦 柱，傾斜礦柱占礦量僅為15%；以脈內(nèi)采準為主，有底部結(jié)構(gòu)；人員、設(shè) 備不進入空場作業(yè)，安全性好；用高效自行設(shè)備完成主要作業(yè)，生產(chǎn)能力 大；中深孔崩礦，崩礦與出礦錯開，可實現(xiàn)多分段作業(yè)；沿走向連續(xù)退采, 讓頂板自然崩落。本方案采準工程量少，采準費用低，礦石貧

15、化率低，安全性好，具有 較好技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。2.3房柱崩落采礦法20世紀50年代，在法國洛林鐵礦區(qū)，對于頂板圍巖由中等穩(wěn)固至欠穩(wěn) 固緩傾斜中厚礦體，在典型房柱采礦法基礎(chǔ)上，通過對采礦工藝、采裝設(shè) 備和采場結(jié)構(gòu)變革，逐步演變?yōu)樵谠摰V區(qū)全面推廣房柱崩落采礦法。（1）礦塊結(jié)構(gòu)把礦脈劃分為盤區(qū)，盤區(qū)劃分為礦房和連續(xù)礦柱，見圖6所示。圖6房柱崩落采礦法1一礦房；2一連續(xù)礦柱；3一切割巷道；4一矩形臨時礦柱；5一切割小巷;6殘柱（2）回采工藝礦房回采就是進路掘進。礦房回采依次超前進行，直達采空區(qū)。對于 留下大尺寸連續(xù)礦柱，從采空區(qū)以后退方式，先以垂直于連續(xù)礦柱走向切 割橫巷3進行穿插回采，形成一個間斷孤立礦

16、柱4；再對孤立礦柱以切割 小巷5進行穿插回采，形成兩個殘柱6,最終崩落殘柱。以這樣方式把礦 房已采區(qū)礦柱化整為零，通過逐漸加大頂板暴露面積達到放頂目，消除頂 板壓力，處理采空區(qū)。采用錨桿支護加固礦房（進路）頂板，采準、回采和出礦作業(yè)都是在 進路空場中進行，出礦采用自行設(shè)備。（3）技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)梅里鐵礦年產(chǎn)礦石190萬t,定員191人,采礦工效177/工班，全員 工效50. 7t/工班，比原來采用房柱法工效高7倍，礦石損失率為15%。 2.4分段空場崩落采礦法在開采傾斜中厚礦體中采用，要求礦體穩(wěn)固，頂板中等穩(wěn)固，能通過 擴大頂板暴露面積使之H然崩落。在贊比亞木富利臘銅礦，礦體傾角30°5

17、0° ,厚912m。礦塊沿走 向長度300m；階段高度75m,分段斜長視礦體傾角而定，為935m；將分 段劃分為下部礦房和上部礦柱，均沿礦體走向布置，上部礦柱相當(dāng)于頂板, 兼作間柱。在底盤分段平巷內(nèi)鉆鑿上向扇形深孔落礦，崩落礦石通過底盤漏斗或 貯礦塹溝，用裝運機運往溜井。礦房回采超前于上部礦柱回采3050m,然后爆破在上部礦柱中鉆鑿扇 形深孔，崩落礦柱礦石在覆巖下放礦，實行后退式連續(xù)回采和連續(xù)出礦， 一個階段可同時回采26個分段，相鄰分段由上而下依次超前60m,礦塊 月生產(chǎn)能力可達萬噸，采礦工效80. 5/工班，礦石回采率84%,又稱瀑布 式采礦法。2.5階段留礦崩落采礦法錦屏磷礦在

18、傾角為60°、厚度50nl礦體中試驗階段留礦崩落法。礦體 穩(wěn)定，頂盤巖體穩(wěn)定性差。階段高度60m,礦房走向?qū)?4m；房間礦柱寬 12m。水平扇形深孔落礦。在底柱中垂直走向布置兩條電耙道。結(jié)束礦房 落礦工作并放出部分礦石后，以礦房上部空場作為補償空間，利用預(yù)先鉆 鑿好深孔，一次崩落總厚為1520m頂柱和上水平底柱，同時崩落補償空 間一側(cè)上段間柱，上階段已崩落覆巖隨之下落，然后在覆巖下進行大量放 礦。該法已占該礦區(qū)產(chǎn)量50%,平均采礦工效為43t/工班。2. 6分段空場充填采礦法加拿大福克斯銅鋅礦礦體平均厚度18nb傾角70° ,階段高度122m, 分段高度30 m,房間礦柱寬

19、14m：當(dāng)開采深度在6101n水平以下時，由于 地壓較大，階段高度降至60m,礦房和礦柱沿走向?qū)挾染?3m。扇形深 孔落礦，鏟運機出礦。房間礦柱一般在回采相鄰礦房一個月前完成采礦和 充填作業(yè)，采用1： 30水泥尾砂作一次充填，同時保留34. 5m厚礦壁支 撐礦房內(nèi)尾砂非膠結(jié)充填體。礦石損失率為10%15%,貧化率很低。 2.7階段留礦充填采礦法加拿大吉柯銅鋅礦急傾斜礦床厚度在201n左右，礦體較穩(wěn)固，距礦體 較遠兩盤圍巖也較穩(wěn)固。礦房按一般深孔留礦方法開采，但是在大量放礦 過程中，為了避免上下盤圍巖因暴露面積不斷加大而冒落，采用邊放礦邊用廢石進行充填，待結(jié)束覆巖下放礦時，再用1： 30水泥尾

20、砂灌入廢石中, 使充填料膠結(jié)為整體。由于充填體沉降率較大，難以接頂，礦房頂柱曾發(fā) 生冒落，采用預(yù)應(yīng)力錨索加固頂?shù)字?，效果良好。礦石回收率高，貧化率 不超過14% o3地下聯(lián)合式采礦法3.1 概述地下聯(lián)合式采礦法是指在同一礦塊內(nèi)，運用兩種或兩種以上采礦方法 同時或順序開采采礦方法。因為可以在不同條件下發(fā)揮各自采礦方法優(yōu) 點，因而具有良好適應(yīng)性，可以提高勞動生產(chǎn)率和降低礦石貧化損失。在 合適條件下，聯(lián)合式采礦法具有良好發(fā)展前景。3.2 聯(lián)合式采礦法在薄與極薄礦脈中應(yīng)用在薄與極薄礦脈回采中，礦石貧化率高是一個突出問題。某些有色金 屬與貴金屬礦脈不僅厚度多在1m以下，而且礦脈形態(tài)復(fù)雜，頻繁出現(xiàn)膨 脹、

21、收縮、分支、復(fù)合、尖滅等現(xiàn)象，因此，在同一采場內(nèi)使用單一采礦 方法難以獲得良好經(jīng)濟效益，從而為聯(lián)合式采礦法應(yīng)用提供了條件。這里 介紹武漢理工大學(xué)在河南省靈寶市安底金礦進行全面法、分采充填法、留 礦全面法、分采留礦全面法組成聯(lián)合式采礦法試驗。（1）礦塊開采技術(shù)條件礦脈為含金石英脈，堅固穩(wěn)定，f =1416,傾角40° ,平均厚度0. 97m； 上下盤均為混合片麻巖，f=1214,穩(wěn)定性較好。階段高度40m,礦塊走 向長度50m。該礦塊東富西貧，東厚西薄，西部寬10m和上部斜長28m為 表外礦。（2）礦塊結(jié)構(gòu)與開采工藝見圖7所示，在礦塊西部表外礦中掘進漏斗9和溜井6,溜井長度30m。 在

22、溜井中沿斜高每隔8m掘進電耙洞室7,并掘進電耙道8與采場相通。礦塊東部沿走向17m礦脈平均厚度為1.4m,可以滿足1.8m垂高最低采 幅要求，用全面法開采，形成16. 7X26. 5m?采空區(qū)。礦塊中下部礦脈平均 厚度為0. 59m,若繼續(xù)采用全面法開采，則保持最低采幅廢石混入率高達 57.21%,于是改用分采充填法開采。先用拋擲爆破方法把廢石崩向采空圖2.12.7四種采礦方法組成的結(jié)合式采礦法1 -全面采礦法；2 -分采充填法；3 -留礦全面法;4 -分采留礦全面法；5 -天井；6 -溜井；7電杷 碉室；8 -電耙道；9 -漏斗；10 -廢石墻圖2.12.8分采留礦全面法1 -天井；2 待采

23、礦石；3 -隔離層；4 -礦石 電耙；5 -礦石溜井；6 -存留礦石;7 -礦石漏 斗；8 -廢石電耙；9 -廢石溜井；10 -廢石漏 斗區(qū)，清除工作面殘余廢石后，再用松動爆破方法把礦石崩落在工作面，用 電耙把礦石耙運至溜井放出。在工作面向上推進同時，挑選大塊廢石在新 形成采空區(qū)東側(cè)堆砌寬約2m、高度接頂廢石墻，阻止充填廢石滾落。當(dāng)用 分采充填法上采到斜高14. hn時，因礦脈變寬，采下廢石遠不足以填滿采 空區(qū)而停止使用。它開采面積為29. 0X14. 廢石混入率為13.5%。在此高度以上，礦塊西部18. 5m寬度礦脈變窄到1. 24m,其垂高達1. 67m（平均傾角為42° ）,采

24、用留礦全面法開采所需同時采下圍巖厚度只有 0. 098m,于是決定用留礦全面法開采這部分礦量；礦塊東部10. 5m寬礦脈 厚度變寬到0. 86m,對應(yīng)垂高1. 16m,滿足最低采幅廢石混入率不小于 35.6%。為了減少東部礦石貧化，試驗成功一種新采礦方法一一分采留礦 全面法（圖8）。其采場結(jié)構(gòu)參數(shù)與留礦全面法相同，只是礦石與巖石分采, 把采空區(qū)作為留礦空間，先用拋擲爆破方法把位于采幅上部礦石崩落到留 礦空間，需部分放礦礦石用電耙沿水平方向耙到礦石溜井運出；平整好采 下礦石后，在它上面鋪上廢運輸膠帶建立隔離層，然后松動爆破圍巖達到 最低采幅，把崩下廢石沿水平耙至廢石溜井運出。如此循環(huán)，待整個礦房 采完后，進行大量出礦，同時相應(yīng)回收礦柱。在分采充填法充填廢石之上用廢運輸膠帶建立起隔離層后，礦塊東部 用留礦全面法上采12. 9m,達到礦體邊界，廢石混入率為10.8%；礦塊西 部用分采留礦全面法上采12. 6m達到礦體邊界，廢石混入率為11.9%。最 后將留礦空間暫留礦石