金属矿山地下开采采矿方法研究

[摘要] 对我国金属矿山地下开采采矿方法进行介绍，并重点从金属矿体的整体规模、价值、赋存的具体条件与状况等几个方面来进行研究，从而较为系统的掌握金属矿山地下开采采矿方法选择的技术条件。

[关键词] 金属矿山 地下开采 采矿方法

中图分类号：F407.4

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随着矿山开采业技术的不断进步，国际与国内进行金属矿山地下开采的工艺技术也有着新的突破与发展，不断向着开采效率高、机械化程度高和回采率高的程度发展，在矿产开采现场的综合生产能力以及劳动生产率都出现了较大幅度的提升，贫化指标与损失指标都出现了较大幅度的减小，为了在金属矿山地下开采采矿中选择最为合适的采矿方法，制定出最为合适的工艺流程，本文中对近年来我国金属矿山地下开采采用的主要采矿方法进行了分析研究。

一、常见金属矿山地下开采采矿方法

采矿方法指的是如何通过安全、经济的手段把位于矿块、矿柱以及矿房内的矿石开采出来的方法，主要包括对矿块进行的采准切割、矿石的回采以及对采空区的处理等多个方面的工作。

依照在对矿石进行回采过程中对采场进行管理的方法的差异，金属与非金属矿山的地下开采方法基本有以下几种类型。

1. 空场采矿法。这种采矿方法的主要特点就是在进行回采的过程当中，对采空区采用暂时留存或者是永久留存的矿柱进行技术性的支撑加固，采空区始终处于一种空着的状态。根据矿壁与矿块表现出来的实际结构差异以及进行回采作业的工作特点，该采矿法又能够划分成全面采矿方法、阶段性矿房采矿方法以及房柱采矿方法。

2. 崩落采矿法。这种采矿方法是通过崩落围岩的办法来使地压管理得到实现的采矿方法，也就是在崩落矿石的过程中，通过强制或者是自然的方式把围岩崩落以用来填充采空区域，通过这种方法来实现对地压的管理与控制。该采矿方法的特点就是在矿石陆续采出之后，通过有计划、有步骤的方式利用崩落的矿体中存在的上下盘岩石以及覆盖岩层来对采空区进行合理的填充，通过这种方法及时地实现对采空区地压的控制，妥善地处理好采空区，通常情况下是在矿体围岩处于一种不稳定的状态、地表情况可以承受陷落的情况下采用该种采矿方法。具体的方法包括单层、分层、分段以及阶段性崩落法。

3. 留矿采矿法。这种采矿方法是把采下的很大一部分矿石暂时留存在矿房中，采矿工人以矿石堆为作业地点进行工作，主要的开采对象是矿石及其围岩都比较稳定的中厚与急倾斜薄矿体。该采矿方法的特点就是在进行回采的过程当中，在采空区的位置暂时放置一些开采出来的矿石，借助这些矿石配合采空区的矿柱对采空区形成支撑作用，通常是在矿石条件比较稳定，不容易出现氧化、自燃以及粘连现象，且矿体的围岩情况比较稳定的情况下采用。

4.充填采矿法。这种采矿方法是在回采工作面逐步进行推进的过程中，通过填充料对矿体采空区域进行填充的一种采矿方法。它的主要特点是进行回采的过程中，矿体采空区域依靠其内部填充的充填材料、支柱以及两者配合而出现的人工支撑体对采空区进行支撑。这种采矿方法通常应用于开发具有较高价值矿石、具有较高回收率要求的矿石、能够较方便的获取充填料、地表不能够出现陷落情况以及地质情况较为复杂特殊的矿体。

从具体的统计数据来看，目前铁矿山地下开采主要仍把崩落采矿法作为主要的采矿方法，有色金属与黄金矿体的地下开采则以充填采矿法以及空场采矿法作为主要方法。

二、对采矿方法以及技术产生影响的主要因素

对采矿方法的合理选择指的是能够根据实际的地质条件，提高对矿山开采工作进行安全管理的力度，尽量降低人员伤亡事故的出现。要根据实际情况合理的选择合适的采矿方法，制定出适合当前的工艺流程，要做到这些，必要依据当前开采矿体的具体规模、价值以及赋存的具体条件来进行详细的研究，从而系统的掌握矿山地下开采的具体技术条件。

1. 金属矿山工程地质条件以及矿石的物理力学特征

金属矿山工程地质条件以及矿石的物理力学特征能够较为完整的反映出矿石岩体整体的稳定性。它能够对采矿现场的构成要素以及地压管理中包含的重要元素产生直接的影响，对采矿方案的确定以及采矿工艺的确定发挥非常重要的作用。

具体的工程地质条件主要有矿山岩体的结构、具体的岩性分布情况、破碎带的位置、断层情况、节理情况、裂隙的分布情况以及地下水的情况等等。矿体的物理力学特征主要有容重情况、实际抗拉强度值、实际抗剪强度值、空隙程度、产生声波的实际传播速度、单轴与三轴的具体抗压强度以及强度条件等等。

2. 地应力状态

这里提到的地应力指的是导致地下采矿结构以及采矿岩体出现变形以及被破坏的最为根本的一种作用力。可以说，只要在掌握了金属矿山开采工程地区的具体地应力情况之后，才能够对矿山区域整体的分布有完整的认识，确定出适合当前工程条件的矿山开采方法，通过技术观测，确定出金属矿山采场以及巷道的最合理的断面形状与尺寸、矿体开挖的具体步骤、进行支护的具体形式、支护结构的具体参数以及形成支护时间等等，在确保围岩具有稳定性的前提下，极可能多的提高矿石的开采量，增加矿山开采的经济效益与收益。例如根据物理学上的弹性力学理论，矿山采场与巷道的最为理想的形状是由四周应力集中在一起形成的一种现象，最合理的断面形状呈现为椭圆，并且该椭圆形在位于垂直与水平两个方向上的两个半轴具有的长度的比值应该等同于断面水平方向的应力与垂直方向的应力的比值。在这种条件下，矿体的采场及巷道周边位置处于一种均匀等压力的状况之下，可以说这是最为稳定的一种受力状态。此外，在确定出矿体采场以及巷道具体的走向之后，同样要考虑地应力最好的走向应该同最大主应力所处的方向相平行。此外，在实际的采矿工作中，采场及巷道具体走向以及断面具体形状的选择仍要与工程需求相结合，并综合考虑经济性以及其他方面的条件。

3. 矿体的具体种类与质量

金属矿的种类主要有三种，第一种黑色金属矿，主要代表有铁矿等；第二种是有色金属矿，主要代表有铜、铅、锌、钨、钼、铝、镍等；第三种是贵金属矿（主要代表有金、银等）与铀矿。因为铁矿的价值相对比较低，通常情况下只能选择露天开采的方法，即便因为矿体埋藏过深需要进行地下开采，这时候也只能采取空场采矿法或崩落采矿法。如果通过胶结充填法进行铁矿的开采，那么所产生充填与回采成本可能比矿石自身的价值还要高，从经济角度来讲是不可行的。相反，在进行有色金属矿山以及贵重金属矿山的开采工作时，则很多采用了充填开采法，通过这种采矿方法才能尽可能的降低矿石的贫化率与损失率，这主要是因为有色金属矿与贵重金属矿自身所具备的价值已经远远超过了进行充填的成本。此外，还要看金属矿石的质量，不仅要看矿石品位的高低，还要看矿石杂质的数量。

4. 矿体赋存的环境与状况

这里所提到的矿体的赋存环境指的是矿体同围岩的具体接触情况、稳定情况与具体的埋藏深度。

金属矿体的埋藏深度同矿体具体的赋存条件有着非常巨大的关系，通常情况下，在矿体埋藏深度不断增加的情况下，矿体与围岩的破碎程度会越来越严重，同样，其具有的稳定性也会不断降低，再加上越深的位置地应力越大、温度越高，工作面以及通风条件都在不断的恶化，导致了开采困难程度出现了很大的提高。这些实际情况全部对处于较深位置开采设计的通风降温、减小生产的成本以及控制地压等各个方面提出了更为严峻的要求。

矿体的具体赋存情况有矿体的具体厚度与倾向。可以说，厚度和倾向不相同的矿体选择的开采方法以及布置的采场都是有差异的。例如针对厚底很小的矿脉，进行采矿方法选择时要尤其关注矿石方面的变化情况。而针对厚度中上的矿体，进行采矿方法的选择时要保证能够提升矿石开采的力度与矿厂的实际生产能力，并使机械化作业方便展开。金属矿体的厚度存在差别，进行采场布置方式的选择时同样存在差异，通常情况下，针对厚底较低的矿体，采场一般沿着矿体的走向方向进行布置，而针对厚度较大的矿体，进行采场布置时一般垂直走向方向进行布置，这是由于厚矿体的最大应力通常是一种垂直走向，所以采场进行垂直方向的布置，这样就保证了采场长轴所呈现的方向同最大应力所呈现的方向是相同的，这样有利于矿体采场的稳定。

5. 矿山地下开采的技术条件与经济指标

（1） 矿山地下开采的技术条件

首先，环境条件，例如地表能不能允许塌陷情况出现，如果允许塌陷，那么就可以采取崩落采矿法；如果不允许塌陷，那么就可以采取充填采矿法或空场采矿法。矿体开采的具体技术装备条件以及材料的供应情况会对采矿方法的整个过程产生直接的制约作用，进而对采矿工艺具体实施过程产生影响，影响矿石开采设计优化目标的顺利实现。所以金属矿山的开采设计当中需要根据具体的技术条件与材料实际供应状况做出最为合理的矿体采矿方案。最后，技术管理的具体水平条件。当前技术管理的实际水平能不能符合采矿方法规定的技术管理的具体水平对能不能达到矿体采矿方法中所列出的目标有着非常大的关系。例如针对规模中小型的矿山、地方性的矿山，进行开采方法的选择时应注重选择技术上简单，能方便工人掌握，以及方便管理的矿体开采方法。长时间的时间证明：要做好一个金属矿山，不但要靠技术，也要靠管理，两者都很重要，缺一不可。因此，努力提升当前矿山开采的技术管理水平，毫无疑问的已经成为了实现金属矿山进行设计优化的最为关键的一个环节。

（2）经济指标

矿山开采的经济指标主要有：采场的实际生产能力，金属矿石的贫化率与损失率，采矿工人及矿区机械设备的劳动生产率，材料的消耗以及矿石的具体成本。经济指标的差异将决定矿体开采方法与工艺的差异。

总结：

在矿山开采业技术不断进步的过程中，国际与国内进行金属矿山地下开采的工艺技术也有着新的突破与发展，不断向着开采效率高、机械化程度高和回采率高的程度发展，在矿产开采现场的综合生产能力以及劳动生产率都出现了较大幅度的提升，贫化指标与损失指标都出现了较大幅度的减小。本文介绍了四种我国金属矿山常用的地下采矿方法：空场采矿法、崩落采矿法、留矿采矿法、充填采矿法，并重点从金属矿体的整体规模、价值、赋存的具体条件与状况等几个方面来进行分析，希望对大家有所帮助。

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