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第五章 非煤矿山开采技术基础知识,第一节 金属矿床地下采矿工艺 第二节 金属矿床露天采矿工艺 第三节 采矿方法 第四节 采矿安全技术简介 第五节 矿山安全技术规定,第一节 金属矿床地下采矿工艺,根据开矿石中所含矿物成份的不同，可将矿山分为煤矿和非煤矿山、金属和非金属矿山。金属矿山包括贵金属(金、银)、有色金属(铜、铅、锌、铝、镍、钨)、黑色金属(铁、铬、锰)、稀有金属(钽、铌)和放射性矿山(铀、钍)。非煤矿山是指开采金属矿石、放射性矿石以及作为石油化工、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其它非金属矿物(煤炭以外)的矿山。,一、开采步骤 金属矿床地下开采一般包括矿床开拓、矿块的采准、切割和回采四个步骤。 (1)矿床开拓 从地表开掘一系列巷道通达矿体，使地面与矿体之间形成一个完整的通路，以建立提升、运输、通风、供排水、供电、供风、行人等系统。 (2)矿块采准 在已完成开拓工程的阶段(或盘区)内，掘进采准巷道，将阶段划分为矿块(或采区)，并形成矿块的行人、通风、凿岩、出矿等系统。,(3)切割工作 在已完成采准工程的矿块里，掘进切割、拉底巷道，辟漏等，为大规模落矿开辟自由面和补偿空间，为矿块的放矿创造良好的条件。 (4)回采工作 在切割工程完成后的矿块，直接进行大量采矿工作。回采工作主要包括落矿、运搬和地压管理三项作业。,落矿是利用凿岩爆破的方法将矿石从原岩中分离出来的过程。 运搬指矿石自采场至阶段运输巷道装载点进行装车的过程。 地压管理是对采空区地压进行抗衡或利用而采取的措施。,二、矿床开拓方式 1、矿床开拓基本概念 为开拓矿床而掘进的井巷，称为开拓巷道。开拓巷道的种类有平硐、竖井、斜井、斜坡道、井底车场、石门、阶段运输平巷、溜井、充填井等，并包括井底车场内设置的有不同用途硐室。,平硐：是具有一端通达地表出口的水平巷道，巷道一般有37的坡度，以利矿车运输和井下排水。 竖井：指其轴向与地平面垂直，用于提升矿石、废石、人员、设备、材料的巷道。按其提升容器类型的不同，可分为罐笼井、箕斗井和混合井；按其井口是否通地表可分为明竖井和盲竖井。,斜井：轴向与水平面成一定倾角的巷道，其功能与竖井相同，斜井内铺设有运输轨道。根据所采用的提升容器可分为串车斜井和箕斗斜井；按地表有无出口可分为明斜井和盲斜井。 斜坡道：是具有直通地表出口的倾斜巷道。斜坡道主要是运行无轨设备及安装胶带运输机时使用，巷道不铺设轨道，坡度小，方向变换灵活。,井底车场：井筒与阶段运输巷道连接处各种运输线路和硐室的总称，是井下运输和井筒提升的枢纽。在井底车场范围内除铺设有储车线、行车线、调车线之外，还设置有水泵房、变电所、修理库等硐室。 石门：阶段运输运输水平内，由井底车场通达矿体一段的巷道。 溜矿井：专用于溜放矿石的井筒。位于运输巷道与矿块之间。 充填井：用于下放充填料的井筒，主要应用于使用充填法采矿的金属矿山中。,2、主要开拓巷道和辅助开拓巷道 开拓井巷工程中，凡是用来矿石的运输和提升，不管有无地表出口均称为主要开拓巷道。主要开拓巷道有主平硐、主斜坡道、明(盲)竖井、明(盲)斜井、斜坡道等。 在矿床开拓中只起辅助开拓作用的巷道，称辅助开拓巷道。如通风井、溜矿井、充填井、井底车场、阶段运输巷道等。,3、矿床开拓方法分类 矿床开拓方法依据所选用的主要开拓巷道类型及与矿体的位置关系，分为平硐开拓、竖井开拓、斜井开拓、斜坡道开拓、联合开拓法五种。 (1) 平硐开拓：适宜开拓山区地形的矿床，矿体的全部或大部分位于当地水平基准面以上。在平硐以上各阶段采下的矿石，通过溜井下放到平硐水平，经平硐运出地表。平硐开拓是一种最简便、经济而安全的开拓方法。,图5-1 平硐开拓法 1阶段平硐；2溜井；3主平硐；4辅助盲竖井,(2) 斜井开拓：一般用于开拓矿体埋藏在地平面以下、埋藏深度不大、地表又无过厚表土层的层状矿床。斜井倾角一般为150400(缓倾斜和倾斜)，也可用于急倾斜矿床的开拓。斜井提升能力小，承压能力差，故一般只适宜小型矿床的开拓。,图5-2 下盘斜井开拓法,(3) 竖井开拓：主要用于开拓矿体赋存在地平面以下，倾角大于450的急倾斜矿床或矿体埋藏较深、倾角小于150的水平与缓倾斜矿床。同斜井开拓方法相比，竖井开拓具有生产能力大，提升成本小，受地质条件的限制较小，易于维护等优点。,图5-3 竖井开拓系统立体图,(4) 斜坡道开拓：用来开拓矿体埋藏较浅、开采范围不大、矿山年产量较小、服务年限较短且围岩稳固的矿床。主斜坡道可以作单一开拓，作辅助斜坡道时也可以和其它类型的主要开拓巷道配合使用。 (5) 联合开拓：联合开拓是指用两种或两种以上主要开拓巷道来开拓一个井田的方法。这类开拓方法通常是矿体上部使用一种开拓方法，而下部用另一种开拓方式。,四、矿块采切与回采主要工艺,(一) 矿块采准 采准巷道和切割巷道的掘进和支护，统称采准切割工程。采切巷道尺寸的确定和布置方式，称为采切方法。 采准是在开拓的基础上，根据所用采矿方法的要求，在矿块或采区内形成矿石运输、人员进出、设备材料运输，通风、排水等通路。 采准巷道包括阶段运输平巷、通风平巷、通风天井、行人天井、设备材料天井、天井联络道及斜坡道等。,1、影响阶段运输巷道采准布置的因素,根据矿山的具体条件，采准布置的要求，影响阶段运输水平的布置因素有： (1) 矿体上下盘围岩的稳固性； (2) 矿体厚度、倾角； (3) 矿床的分枝、矿脉产出情况；,(4)阶段内的回采顺序、所用的采矿方法、采场布置、采场生产能力及对矿床开采强度的要求； (5) 阶段内的运输方式、运输条件及所需具备的运输能力； (6) 矿床的涌水、自燃性、放射性等； (7) 地压大小及巷道服务年限； (8) 生产探矿的手段和网度。,2、天井的布置 回采工作面与下部运输水平及上部回风水平的联系，主要依靠天井及斜坡道。 天井分为倾斜和垂直二种，其用途较多，如划分开采单元，形成运输平巷与回采工作面间的通路、运送设备、材料及充填料、为拉槽创造自由面及从天井掘进分段巷道、分层巷道和凿岩硐室等。,天井布置必须与阶段运输巷道的布置相适应。一般布置在矿体的下盘位置，当下盘岩石不稳固时，可考虑布置于矿体的上盘岩石中。 天井的上下口一般与运输巷道的顶底板直接联接，而应从运输巷道侧面贯通，以保证人员上下的安全。天井上口应有盖板或格网，并在井口和井内加强照明。,3、斜坡道采准 主要应用于无轨设备采运的矿山。阶段运输水平与分段或分层工作面之间的联络，一般使用斜坡道。虽然斜坡道采准掘进工程量较大，但同大断面设备天井，从设备运行调度、人员进出采场、材料运送等方面都有较大优势。 斜坡道采准的布置形式有直进式、折返式、螺旋式三种。,(二)、矿块切割工程,在完成采准工程的基础上，掘进一些服务巷道，为矿块回采工作面提供自由空间，满足底部扩漏及拉底的需要等。这些巷道称为切割巷道。,切割巷道一般包括： (1) 底部结构中的巷道：将采场中矿石进行二次破碎并转放到阶段运输水平，如电耙巷道、格筛巷道、斗穿、斗颈及扩漏等。 (2) 拉底巷道：将采场回采部分与矿块底部结构分开。 (3) 切割天井和切割横巷，用来开辟最初的落矿自由面。,五、回采工作主要生产工艺,回采工作包括落矿、矿石运搬与地压管理。 落矿又称崩矿：一般是指用凿岩爆破的方法，将矿石从矿体上分离下来，并破碎成合格块度的过程。 矿石运搬：将崩落的矿石从工作面运至运输水平的过程，它包括工作面耙运、二次破碎及装载等。 地压管理：为了采矿需要，抵抗或利用地压而采取的措施。,1、 落矿 矿山开采目前应用的落矿方式是凿岩爆破，其中又分为浅孔、中深孔、深孔及药室落孔等。 2、矿石运搬 矿石的运搬方式分为重力运搬、爆力运搬、机械运搬、人力运搬以及水力运搬等，其中以重力运搬及机械运搬为主。,3、 矿块底部结构 为使回采工作面采下的矿石从采场底部放出，在很多采矿方法的矿块下部设置有底部结构。复杂的底部结构一般由受矿巷道、二次破碎巷道及硐室、放矿巷道等组成。底部结构是矿块的重要组成部分，它在很大程度上决定着采矿方法的效率、劳动生产率、采切工程量、矿石的损失与贫化以及放矿工作的安全等。,目前可供采用的底部结构有： (1) 重力运搬、闸门装车的底部结构； (2) 格筛巷道底部结构； (3) 电耙巷道底部结构； (4) 装载设备出矿底部结构； (5) 无轨设备自行出矿底部结构。,第二节 金属矿床露天采矿工艺,露天开采的主要生产工艺有穿孔爆破、采装、运输以及废石的排放。这四项工艺是相互联系、密切配合。,一、穿孔爆破 穿孔爆破是金属矿床露天开采第一项工艺，它的任务就是有效的破碎矿岩，为后续的采装工作创造有利条件。目前露天矿山使用的穿孔方法主要是机械穿孔，它适用于各种硬度的矿岩。,露天穿孔设备按其穿孔深度分为深孔和浅孔凿岩设备。深孔穿孔设备主要是牙轮钻机和潜孔钻机；小型露天矿山的主要穿孔设备、以及大中型露天矿二次破碎、采场边坡清理、硐室工程的凿岩作业，主要采用浅孔凿岩机和凿岩台车。,二、爆破工作,露天矿常用的爆破方法有：(1)浅眼爆破法，用于小型露天矿山或山头及平台的局部采掘，以及大块的二次破碎；(2)深孔爆破法，露天矿最常用的爆破法；(3)硐室爆破法，用于矿山基建时期或某些特殊情况下的爆破。,三、采装工作,用装载机械将矿岩从爆堆中挖掘出来，并装入运输容器直接卸至规定地点的过程，称为采装工作。它是露天开采工艺的中心环节。露天矿所用的采装设备主要是单斗挖掘机。,四、运输工作,露天矿运输工作是将采出的矿石运送到选矿厂、破碎站或贮矿场，同时把剥离的岩土运送到排土场，并将生产过程中所需的人员、设备和材料运送到工作地点。,露天矿主要采用以下五种运输方式，即自卸汽车运输、铁路运输、胶带运输机运输、斜坡箕斗提升运输及联合运输。上述各种运输方式中，以自卸汽车运输方式应用最为广泛，它的优点是机动灵活，爬坡能力强，转弯半径小，运输组织及道路修筑养护均较简单，而且又可与其它运输类型配合组成联合运输系统。,五、排土工作,将剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，并将其运至专设的场地排弃，在排土场用一定方式进行堆放岩土的作业，称为排土工作。,第三节 采矿方法,一、金属矿床地下采矿方法分类 (一) 阶段和矿块 在开采矿体时，从井田中每隔一定的距离掘进与走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为一个个矿段，这个矿段称为阶段。上下两个相邻的主要运输巷道顶(底)板之间的垂直距离，称为阶段高度。,在阶段范围内，根据采矿方法的要求，沿走向每隔一定的距离掘进天井，连通上下相邻的阶段运输巷道，将阶段再划分成若干较小的块段，这些块段称为矿块。每个矿块是一个独立的回采单元。,(二) 采矿方法,根据采区地压管理方法，现有的采矿方法分为三类，空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法,全面采矿法 房柱采矿法 留矿采矿法 分段采矿法 阶段矿房采矿法。,空 场 法,崩 落 法,壁式崩落法 无底分段崩落法 有底柱分段崩落法 阶段强制崩落法 阶段自然崩落法。,充 填 法,上向分层充填法 下向分层充填法 分段充填法 分段空场事后充填法 VCR事后充填法 留矿采矿事后充填法,空 场 法 特 点,通常是将矿块划分为矿房与矿柱，两步骤回采。先采矿房，后采矿柱。矿房回采后形成的采空区，一般不作处理，用周围矿柱及围岩自身的强度保持其稳定性，用这类方法矿石与围岩均要稳固是其基本条件。,充 填 法 特 点,矿块分矿房和矿柱两步骤回采；也可不分矿房和矿柱连续回采矿块。矿石性质稳固时，可进行上向回采，稳固性差的可进行下向回采。回采过程中空区及时用充填料充填，以它来作为地压管理的主要手段，因此，矿岩稳固或不稳固均可采用充填法。,崩 落 法 特 点,矿块按一个步骤回采，随着回采工作面自上向下推进，用崩落围岩的方法处理采空区。围岩能够崩落，地表允许塌陷，是使用本方法的基本条件。,(三) 空场采矿法,空场采矿法是结构较为简单的一类采矿方法，在回采过程中，人员在暴露的空场下作业，矿石和围岩的暴露面积和时间控制在稳固性所允许的范围内。第一步先采矿房，等矿房采完后随即或事后回采矿柱。其中应用较广泛的采矿方法有：全面采矿法、房柱采矿法、留矿采矿法、分阶段矿房法和阶段矿房法。,1、全面采矿法。,开采薄和中厚的缓倾斜(倾角一般小于30)矿体，其特点是：工作面沿矿体走向或倾向全面推进，在回采过程中将夹石、贫矿或部分矿石，留作矿柱以维护采空区，这些矿柱一般作永久损失，不进行回采。如果欲留矿石较贵重，也可改用人工支柱、木垛、混凝土等代替。,(1) 矿块结构和参数 矿块长度一般取5060m，个别矿山为30m； 阶段高度受矿块斜长的限制，一般在2030m之间； 矿块斜长受耙运距离限制，一般4060m； 顶柱厚23m； 底柱高度为23m，个别为57m； 间柱宽为1.52.0m，个别68m或不留间柱。其结构如图2-4所示。,图5-4 全面采矿法 1运输平巷；2支撑矿柱；3电耙绞车；,(2) 采准切割,采切工作包括：掘进阶段运输平巷、切割上山、切割平巷、矿石溜井、电耙绞车硐室及行人联络道等。 1) 沿脉运输平巷的位置，在走向长度不大并利用旧有勘探沿脉坑道时，一般采用脉内布置；阶段出矿点多时，采用脉外布置，脉外平巷一般距矿体底板大于68m，采用固定电耙绞车时，溜井间距为5060m，个别为30m；,而用移动绞车时，溜井间距为1012m，当采用脉内平巷布置时，漏斗间距为510m，漏斗上部刷大成切割平巷，作为回采的自由面。对应溜井或矿石漏斗在运输巷道的另一侧开掘电耙绞车硐室。 2)绞车硐室位置，当采用移动绞车时，安置在切割平巷；采用固定绞车时，安置在溜井上口顶板的硐室内；运输量不大时，可设在漏斗口下部平巷另侧内。,3)切割平巷一般布置在矿块的下端部，沿脉运输巷的上方。切割平巷位置主要根据回采时的准进方向而定。 4)切割上山开在矿块的边界，从切割平巷掘至上部回风平巷，以此作为上下阶段的联络道及回采起始工作面。在间柱内自下向上每隔1015m开掘行人联络道；随工作面推进，顶柱内隔一定距离也开联络道，以供回采时通风和人员安全出口。,(3) 回 采,矿块的回采顺序可采用前进式或后退式。阶段之间，从控制地压的角度出发，宜将上下阶段的采场错开布置。矿块内以切割上山作分界可以向一侧或两侧展开。 根据矿体顶板的稳固程度以及矿石的节理方向，工作面推进方向可以由沿走向改成逆倾斜或顺倾斜。,落矿采用浅孔凿岩爆破，孔深1.22m。 矿石运搬方式由矿体厚度与倾角大小来决定。当矿体厚度较小，倾角较大时，一般用一段电耙运搬。否则，可改用无轨自行设备运搬。采场顶板管理，视顶板围岩的稳固情况而定。可在采场内留设形状不规则的夹石或贫矿柱，必要时也可留设矿柱。一般圆形矿柱直径为35m，间距820m。还可采用锚杆、砌筑混凝土垛或废石垛。,2、房柱采矿法,用于开采水平或缓倾斜的矿体，在矿块内矿房和矿柱交替布置，先采矿房，留连续的或间断的规则矿柱或不连续矿柱维护采空区顶板。这些矿柱一般不予回收，仅当矿石贵重或品位较高时，才考虑在后阶段进行部分或全部回收。矿石的运搬方式主要为电耙。它比全面采矿法适用范围广，不仅能回采薄矿体，而且可以回采厚和极厚矿体。,(1)采区布置与结构参数(见图5-5) 一般情况下采用沿矿体走向划分若干个采区。采区内，一般划分57个矿块；个别情况可增至810个矿块，亦可减至34个矿块。当矿体走向长度较短，、规模较小时，可不划分采区，而直接划成矿房、矿柱。采区之间为了确保安全，须留连续性的永久矿柱。,图5-5 浅孔房柱采矿法 1运输巷道；2放矿溜井；3-切割平巷；4电耙硐室；5上山；6联络平巷；7矿柱；8电耙绞车； 9凿岩机；10炮孔,矿块的布置基本上受耙矿方向的影响，即矿房的长轴沿矿体倾斜方向布置。有时由于矿体产状的原因，矿房长轴有时沿走向布置。 1)阶段高度： 1525m时，不再划分分段；高度为3050m时，一般分23个分段； 2)矿块斜长主要受电耙运距的限制 ，一般为3060m；,3)采区长度：3080m，57个矿房； 矿房宽度：一般为612m； 4)房间矿柱一般采用圆形和方形矿柱。其矿柱规格，圆形直径25m，方形为3344m。矿柱间距为58m，个别达812m； 5)顶柱宽度一般为13m；采区间矿柱宽度46m； 6)底柱宽度一般为2.67.0m；,(2) 采准切割,在下盘脉外掘进阶段运输平巷；由其一侧向每个矿房的中心线位置掘进放矿溜井；对应放矿溜井在矿房下部阶段矿柱内开掘电耙绞车硐室；沿矿房中心线并紧贴底板掘进上山，作为行人、通风及运搬设备材料的通道，回采时就以此作为自由面；上山末端用联络平巷联通，此联络平巷又作为回风平巷使用，当矿体厚度较大时靠近顶板，与上山之间采用短天井连接；在矿房下部边界处掘进切割平巷，作为矿房下部起始自由面及相邻矿房间的通道。,(3) 回 采 工 作,矿房的回采，随矿体的厚度不同而不同。矿体厚度小于2.53m时，整层回采，一次采完全厚；厚度大于2.53m时，以2.5m高为一层分层回采。最下一层为拉底层，以上逐个分层挑顶。 拉底从切割平巷与上山接口处开始，自下而上逆倾斜推进。拉底层高度2.53m。拉底工作面成直线或阶梯形，孔深2.43m，随拉底工作面向上推进，按规定尺寸和间距切出矿房两侧的规则矿柱，整个矿房底面应一次拉完。,挑顶是在拉底工作全部完成后开始，其顺序也是从下向上。矿体厚度在5m以内，采用YSP-45型凿岩机向上一次挑完，孔深2m左右，炮孔直径为3644m，排距为0.81.2m，眼距0.61.2m，崩矿量为1.53.0t/m。当矿体厚度为510m时，改用上向梯段工作面分层挑顶，每分层高2.5m，工人须站在留矿堆上作业。留矿堆前端作为凿岩工作台，后端配合用电耙出矿。,爆破之后，一般需进行半个小时左右的通风。新鲜风流由运输平巷，经超前掘进尚未存矿的放矿溜井进入切割平巷，冲洗工作面后，污风从回风平巷返回至回风井。 崩下的矿石选用14KW的双卷筒或三卷筒电耙绞车，将矿石耙至放矿溜井，耙斗容积为0.20.4m3。,矿房的顶板，在正确选定矿房跨度的情况下，只检查处理松石，不支护；跨度大时，可适当使顶板形状保持拱形；以减少与矿柱转角处的应力集中；局部不稳固处可留矿柱护顶层。,3、留 矿 采 矿 法,工人直接在矿房暴露面下的留矿堆上作业，自下而上分层回采，每次落矿量的13左右，借自重经矿块底部放出，其余暂留在矿房中作为继续回采的工作平台。矿房全部回采后，暂留在矿房中的矿石再行大量放出，即大量放矿。这种采矿方法适用于开采矿石和围岩稳固、矿石无自燃性、无氧化、无结块的急倾斜矿床。,浅孔留矿采矿法,1回风巷道；2顶柱；3天井；4联络道； 5间柱；6存留矿石；7底柱；8漏斗； 9阶段运输巷道；10未采矿石；11回采空间,(1)矿块结构和参数 阶段高度：4060m； 矿块长度：4060m (或矿体厚度)； 矿柱尺寸：顶柱取36m，底柱414m；间柱宽度812m,(2)采准切割,采准切割工程主要有：沿脉平巷、采准天井、采场联络巷道、电耙巷道、拉底巷道、漏斗等。 1)采准天井一般布置在间柱中，规格1.52.02.02.5，每隔46m开凿断面为2.01.5的人行联络巷道通往采场，采场两端的人行联络巷应错开布置。 2)底部结构的布置，主要有漏斗放矿的电耙耙矿底部结构和无格筛漏斗自重放矿底部结构两种等。,采场用漏斗放矿电耙耙矿底部结构时，沿矿房的长度方向，在运输巷道上方约34m处，开凿规格为2.02.0的电耙巷。电耙巷的一侧布置有长度为34m，宽度3m，高度为2m的电耙绞车硐室。硐室一侧的电耙巷内掘一断面为2.02.0放矿小井连通运输平巷。漏斗颈开在底柱内，间距57m。,(2) 矿块的切割,矿块的切割工作包括拉底和辟漏。 拉底是为回采工作开辟自由面，即由拉底巷道向两侧扩帮，将整个矿房底面拉开，拉底高度为22.5m。 辟漏是为放矿创造条件，将漏斗颈上口辟成喇叭形。,(3) 回 采,采用自下向上分层回采，在每一个分层中进行崩矿、通风、局部放矿、平场及松石处理等作业。回采工作面多为梯段布置，回采凿岩采用上向或水平凿岩方式。上向炮眼一般为前倾750850；水平炮眼一般上仰500800。打上向炮孔时，梯段工作面的梯段长度一般为1015m；打水平炮眼时，梯段长度一般24m，梯段高度1.22m。,局部放矿一般放出每次崩落矿石的30%左右，使回采工作面保持22.5m，局部放矿以后，应立即检查矿房顶板和上下盘岩石，同时处理浮石，平整场地。当矿房回采至顶柱时，即进行大量均匀放矿。,4、分段采矿法,适宜于回采倾斜至急倾斜、薄至中厚的矿体。它分为分段凿岩分段出矿和分段凿岩阶段出矿两种形式。 分段凿岩、阶段出矿将在矿块分成若干分段，各分段间保持垂直的回采工作面，在每个分段水平布置矿房和矿柱，分段崩落的矿石借自重落到矿房底部放出。随着工作面推进，采空区不断扩大，留下的矿柱用其它方法进行第二步回采，如图5-7。,(1)矿块布置和结构参数,依矿体厚度的不同矿房长轴可以沿走向或垂直走向。一般厚度小于15m时，作沿走向布置。 阶段高度：5070m； 矿房长度：矿房沿走向布置取812m，垂直走向布置1014m； 间柱宽度：矿房沿走向布置取4060m，垂直走向布置1520m； 顶柱高度：一般为610m；底柱高度713m； 分段高度根据凿岩设备的能力，中深孔为810m；浅孔不大于6m。,分段凿岩阶段出矿的分段采矿法,图5-7 分段凿岩阶段出矿的分段采矿法 1阶段运输巷道；2拉底巷道；3分段凿岩巷道； 4通风行人天井；5漏斗；6切割天井；7溜井,(2) 采切工作,采准工作包括掘进阶段运输巷道、通风行人天井、电耙巷道、放矿溜井、漏斗颈、拉底巷道、分段凿岩巷道及切割天井等。 阶段运输巷道一般沿矿体下盘接触线布置。通风天井则布在间柱的中央，贯通上下两个运输水平，并由此掘进电耙巷道和分段凿岩巷道。电耙道按下底柱高度开掘，在平面位置上应考虑布在两排漏斗颈的中间。,沿电耙道每隔57m距离开双侧横向斗穿，并由斗穿往上掘漏斗颈及拉底巷道。分段凿岩巷道布置在矿体的中央或靠近下盘。 切割天井布在矿房的中央或矿体的最厚部位，以此开切成最宽立槽向两翼展开。 开切割槽可以与拉底同时进行。施工方法有浅孔拉槽法、垂直中深孔拉槽法、水平深孔拉槽法。,(3) 回 采 工 作,以切割槽为自由面，在各分段凿岩巷道中同时用凿岩机向上打扇形中深孔，最小抵抗线1.51.8m。全部炮孔打完后，以35排为一组进行分段爆破。崩下的矿石借自重落到矿房底部，经漏斗溜入电耙巷道。用电耙将矿石耙到放矿溜井。产出的大块在电耙巷道内破碎。,(四) 崩落采矿法,崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法，即随着回采工作的进行，强制(或自然)崩落围岩充填采空区，以控制和管理地压。阶段内矿石的回采不再划分矿房与矿柱，按连续分层、分段或阶段进行，地表允许陷落是使用崩落采矿法的必要前提之一。主要有壁式崩落法、分层崩落法、分段崩落法、阶段崩落法。,1、壁式崩落法,主要用来开采中厚以下、顶板岩石不稳固的缓倾斜矿体。将阶段间矿层划分成矿块，矿块回采按矿体全厚沿走向推进。当回采工作面推进一定距离后，除保留回采工作所需的空间外，有计划地回收支柱并崩落采空区的顶板，用崩落顶板岩石充填采空区，以控制顶板压力。按工作面形式可分为长壁式、短壁式和进路式三种。,长壁式崩落法,(1)结构参数(见图5-8) 阶段划分为矿块，以矿块斜长作为辟式工作面的长度。矿块斜长主要根据顶板稳固情况及运搬设备的有效运搬距离决定，通常为3060m。阶段高度一般为1030m；矿块长度一般为50100m。,图5-8 单分层长壁崩落采矿法 1脉外运输巷道；2切割巷道；3回风巷道； 4溜井；5安全出口；6回风巷道；7放顶区；8矿柱；9长壁工作面,(2) 采准切割,1)运输平巷：开在矿体内或下盘围岩内，分双巷与单巷两种形式。 2)切割上山：用来开辟最初工作面，一般布置在矿体的一侧。上山宽度通常为22.4m，高度为矿层厚度。切割上山联通下部矿石溜井和上部安全出口。,(2) 采准切割,3)小溜井与安全出口：从脉外运输平巷每隔1520m向切割巷道掘进小溜井，并与回采工作面连通。未存矿的小溜井，作临时通风道和行人道。,(2) 采 准 切 割,4)切割巷道与脉内回风巷道：切割巷道开在矿块下方，脉内回风巷道开在矿块上方，随长壁工作面的推进而掘进，但必须超前12个小溜井或安全出口的间距。,(3) 回采工作,回采工艺主要由落矿、通风、运搬、支柱、架设密集切顶支柱、回柱放顶等工序组成。后三项工序可并称顶板管理。 落矿：一般用浅孔爆破法，当矿体厚度为0.61.9m时，炮孔呈一字形排列；孔间距0.61.0m。边孔距顶底板0.10.25m，沿走向一次推进距离为0.82.5m。,运搬、顶板管理,运搬：多用1428KW的电耙，耙斗容积0.20.3m3，分作两段耙矿，沿工作面耙至切割巷道为第一段，第二段再由切割巷道耙至溜井。 顶板管理：顶板一般用木支护。矿石运搬后，即迅速进行支架支护。工作面的支柱沿走向成排架设，以利耙矿。在长壁工作面向前推进一定距离后，将靠近崩落区的一部分支柱撤回，从而有计划地放落顶板岩石，使其充填到采空区，即放顶工作。,2、分层崩落法,将矿块全高度划分为23m高的水平分层，采取由上向下回采矿块，每个分层矿石采出之后，上面覆盖的崩落岩石跟着崩落充填采矿区。分层回采是在人工顶板保护下进行的，人工顶板将矿石与崩落岩石隔开，保证了回采工作的安全，减少了矿石损失和贫化。,3、有底柱分段崩落法,主要特征是：矿块沿走向或垂直走向布置，以一定步骤连续回采；在每个分段下部设有供受矿、出矿及二次破碎专用的底部结构，按分段由上向下逐分段依次进行回采。可分为水平深孔落矿与垂直深孔落矿的有底柱分段崩落法。按爆破补偿空间分为挤压爆破方案和自由空间爆破方案。,图5-9 有底柱分段崩落法 1上盘阶段运输平巷；2上盘电耙联道；3堑沟巷道； 4凿岩道；5上盘电耙联道；6矿石出矿井； 7下盘阶段运输巷道；8电耙道；9人行材料井； 10阶段穿脉运输平巷；11漏斗穿；12漏斗颈,(1) 矿块布置和构成要素,矿体厚度小于15m时，矿块沿走向布置；厚度大于1520m时，矿块垂直走向布置。 阶段高度4060m；分段高度2030m；分段底柱高56m；采场垂直走向布置时，电耙巷道间距1015m；凿岩分层高度采用中深孔时不大于815m。 底部结构应用最广的是普通漏斗放矿电耙出矿形式、堑沟漏斗放矿电耙出矿形式、普通漏斗振动放矿机形式。,(2) 采准切割,采准工作包括：阶段运输平巷、溜矿井、电耙道及其联络道、凿岩巷道、回风道及回风天井。 切割工作包括：斗穿、斗颈、切割天井和切割平巷。 在阶段水平沿矿体上下盘分别开凿运输平巷，每隔3060m用穿脉联通，构成环行运输系统。矿块产量不大时，一般在下盘脉外布置双轨单巷。,(2) 采 准 切 割,在各分段水平，沿矿体均有上下盘联络道，其间每1530m用电耙巷道联通。每个矿块的出矿溜井均直通穿脉或沿脉运输道。电耙巷道根据矿岩稳固情况，采用喷射砼或浇灌砼支护。斗穿采用对称式或交错式布置，间距5.57.5m。采场沿电耙道方向每隔1012m开凿切割井与切割槽，以保证爆破时的自由空间。,(3) 回采工作,凿岩主要用YGZ-90型凿岩机，切割槽的最小抵抗线W=1.01.4m，孔底距为(0.50.7)W，落矿的最小抵抗线W为1.82.0m，炮孔密集系数为1.01.2，孔径一般不小于65mm，孔深在1015m以内。采场一次完成凿岩，切割槽与落矿炮孔同期分段起爆，爆破后在崩落覆岩下放矿，出矿采用30KW电耙。,4、无底柱分段崩落法,分段下部未设由专用出矿巷道所构成的底部结构，分段的凿岩、崩矿和出矿等工作均在回采巷道中进行(见图5-10)。 (1)矿块布置和构成要素 矿块布置：根据矿体厚度和出矿设备有效运距确定。矿块以一个矿石溜井服务的范围为限，长度取决于分条布置及所用运搬设备的合理运距。当矿体厚度大于15m时，矿块沿走向布置；当矿体厚度小于15m时，矿块垂直走向布置。 分段高度：一般为1012m；进路间距一般为810m。,图5-10 无底柱分段崩落法 1、2上下阶段沿脉运输巷道；3矿石溜井； 4设备井；5通风行人天井；6分段运输平巷；7设备井联络道；8回采巷道；9分段切割平巷；10切割天井；11上向扇形炮孔；12崩落矿石,(2) 采准切割,主要采准巷道有阶段运输巷道、天井、分段巷道及回采巷道；阶段运输巷道通常位于矿体下盘。天井开34条，分别用于溜矿、下放废石、人员设备材料的提升及通风。 矿石溜井一般布置在脉外，以便于装运设备运行及上部分段采完后进行封闭。溜井之间的距离不宜大于4060m。,(2) 采准切割,回采进路垂直走向布置，上下相邻的分段回采进路应呈菱形布置。 为了形成切割槽，在回采进路的顶端，需开凿切割平巷和切割天井。 分段平巷应有23%的坡度，以便排除凿岩用的废水。,(3) 回 采,分段的回采工作由落矿、运搬、地压管理及通风等。 凿岩爆破：凿岩使用凿岩台车或YGZ-90凿岩机施工扇形中深孔，炮孔采用装药器装粉状炸药。每次爆破二排以上孔，用导爆线与毫秒电雷管或导爆管微差起爆。 矿石运搬：采用内燃无轨铲运机。,地压管理及回采顺序：在同一分段中各进路的回采尽可能保持在一条直线上，以减少贫化和保持回采巷道的稳定性。 通风：无底柱分段崩落法的回采巷道都是独头巷道，数目多、断面大且互相联通，每条回采巷道都通过崩落区与地表相通。因此，通风比较困难，通风管理较为复杂。,在考虑通风系统时，应尽量使每个矿块都有独立的新鲜风流，并要求每条回采巷道的最小风速不低于0.3m/s。采用内燃设备时，坚持在机内净化符合要求的基础上，加强通风与个体防护。 回采工作面采用局扇通风，局扇安在上部回风水平，由铺设在回采巷道及回风天井内的风筒对外抽风。,5、阶段崩落法,在阶段全高进行落矿，即或也划分为几个凿岩分段，但出矿都是以阶段全高在崩落的覆盖岩石下进行，因此，它只在阶段下部设有底部结构。 阶段崩落法可分为阶段强制崩落法与阶段自然崩落法。阶段强制崩落法又可分为设有补偿空间和连续回采的阶段强制崩落法。,阶段强制崩落法多用于开采矿石中稳及中稳以上的极厚矿体，围岩稳固性可以不限。矿体倾角可以从缓到急。根据补偿空间的位置不同，阶段强制崩落法可分为向水平补偿空间落矿的阶段强制崩落法，向垂直补偿空间(挤压爆破)落矿的阶段强制崩落法。 阶段自然崩落法又称矿块崩落法，借助于应力进行岩体崩落，矿体主体部分落矿不利用凿岩爆破。,向水平补偿空间落矿的阶段强制崩落法,图5-11 向水平补偿空间落矿的阶段强制崩落法 1运输横巷；2电耙道联络道；3溜井； 4凿岩天井；5脉外矿块天井；6拉底水平,1)结构参数 矿块宽2050m，长3050m，阶段高度5080m，补偿空间开在矿块下部，高可达815m。 2)采切工作 阶段运输水平多数采用穿沿结合的环行运输系统，在穿脉内装矿。穿脉间距30m；电耙道沿走向布置，间距1015m；斗穿对称布置，间距5.06m。,采 切 工 作,在矿体下盘掘进脉外矿块天井，与电耙道联络道连通。在矿块转角处开12个凿岩天井，及若干个凿岩硐室。凿岩天井与硐室的合理位置，应使炮孔深度分布均匀并有利于硐室的稳固。,3) 回 采 工 作,回采前应进行补充切割，将拉底层扩切成补偿空间。补偿空间的体积应保持为崩落矿石体积的2030%。当矿石的稳固性较差时，为了防止大面积拉底后矿块提前崩落，可先在矿块下部开掘23个小补偿空间，并在小补偿空间之间留临时矿柱支撑拉底空间。,最常用的拉底方法有两种：一种是在扩喇叭口的斗颈中打上向中深孔实现拉底。另一种是在拉底水平开专门拉底凿岩巷道，并在其中打扇形深孔，向拉底切割槽爆破。 矿块凿岩与拉底平行作业。落孔时，矿块中深孔与临时矿柱中的深孔同时装药爆破，先起爆临时矿柱中的炮孔。每层内的深孔可同时起爆也可微差起爆；层与层之间用分段雷管间隔12秒依次起爆。,(五) 充填采矿法,随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法。有时还用支架与充填料相配合，以维护采空区。充填采空区主要是利用充填体支撑两帮围岩，控制采场的地压活动，防止岩移和地表下沉，并为回采工作创造安全和便利的条件，有时还用来预防自燃矿石的内因火灾。,按矿块结构和回采工作面推进方向又可分为单层充填采矿法、分层充填采矿法(上向水平分层充填、下向分层充填)、分段充填采矿法和阶段充填采矿法。 按采用的充填料和输出方式不同，又可分为干式充填采矿法、水砂充填采矿法和胶结充填采矿法。,上向水平分层充填采矿法,一般将矿块划分为矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱。矿房自下而上划分层回采，采出后即行充填。充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台，待矿房采到最上面的一个分层时，要进行接顶充填。矿柱则在采完若干矿房或全阶段采空后，再进行回采。充填方式可用干式充填、水力充填或胶结充填。,(1) 矿块布置和结构参数,矿块厚度小于1015m时，矿房长轴沿走向布置；矿块厚度超过1015m时，垂直走向布置(如图2-13)。垂直走向布置的矿房长度，一般也只控制在1050m以内，沿走向的矿房长度取3060m。,矿房垂直走向布置水力充填法,1顶柱；2充填天井；3矿石堆；4行人滤水井； 5放矿溜井； 6钢筋混凝土底板；7行人滤水井通道； 8上盘运输道； 9横巷；10充填体；11下盘脉外运输巷道,阶段高度：一般取3060m。矿房的面积关系到暴露矿石的稳固性，以及采场内的作业条件。一般中稳到稳固矿石的暴露面控制在150500，很稳固矿石可加大到8001000。 间柱宽度：矿房沿走向布置，取矿体的水平厚度；垂直走向布置时，可取68m。 顶柱一般取35m；底柱取47m。,(2) 采切工作,采准工作包括掘进阶段运输巷道、行人通风天井、充填天井、溜矿井下口、联络道及拉底巷道。 阶段运输平巷兼顾本阶段的出矿和下阶段的充填及回风。单一脉内阶段运输平巷一般靠近上盘或下盘开掘。运输采用穿沿联合采准。,行人通风天井：在沿走向布置的矿块中开在两端间柱的中央，靠下盘倾角保持600以上。沿行人天井，从拉底水平起每隔46m垂直高度布置通往矿房的联络道，断面为(1.51.8)2m。两端天井的联络道，在垂直位置上应错开布置，免使充填时将两端的联络道同时堵死。,垂直走向布置的矿块，行人通风天井布在矿房内部。若为水砂充填时，行人通风井要结合滤水井一起布置，随充填顺路向上架设，一般每200m左右的面积上至少布置一个，并最小得保持两个出口。 充填天井：沿走向布置的矿块，布在矿房中央靠近上盘，倾角要保持600以上。天井上口与上阶段平巷或穿脉相通；天井下口又要与行人井及溜矿井错开。 溜矿井：每个矿房至少设置两个，天井内除敷设充填管道外并布置行人梯子。溜矿井在底柱部位只开下口，上部按顺路天井用混凝土浇灌。,(3) 切割工作,切割的任务是拉底。先从溜矿井下口开始，利用拉底巷道作自由面扩帮至矿房边界，形成2m高的拉底空间，再向上挑顶2.53m。崩下的矿石经溜井放出，然后在拉底水平浇灌一层0.81.2m厚的钢筋混凝土底板，作回采底柱时的保护层。,(4) 回采工作,回采工作按分层逐层进行，采完一层随即充填一层，保持工作空间高度22.2m。当矿岩稳固时，可采用二采一充的顺序。分层回采作业包括：落矿、通风、清理松石及护顶、运搬矿石、浇灌混凝土隔墙、接高溜井和行人井、充填和浇灌混凝土底板等。这些作业轮流进行一次，就是一个回采循环。,分层高度：一般采用浅孔落矿，根据矿石的稳固程度可采用全分层一次落矿或分次落矿。分层高度一般为1.83m。 落矿：矿石稳固性好时宜用上向炮孔，孔深23m，孔距0.81.2m，每个分层以充填井为自由面落矿。矿石稳固性较差时，采用水平炮孔落矿，即在一分层中打出部分炮孔后即爆破，爆破后顶板比较平整，易于管理。 护顶：采场崩矿以后，检查顶板有不稳固的因素，立即采取护顶措施。顶板维护的方法，可以采用锚杆加金属网。,采场出矿：以电耙和装运机为主。 采场充填：用干式、水砂充填或胶结充填。干式充填是利用井下采掘的废石、地面露天矿剥离的废石，或专用采石场采出的碎石作充填料，通过不同的运输方式运入采场。 水砂和胶结充填是从外部组织河砂、山砂、尾砂、炉渣及骨料等，经过加工、运输制备成充填料，再用管道输送到采场，充填以后经脱水、排水、排泥等工序，需要对充填料进行选择，设备进行选用，并建立一整套充填系统及充填工艺。,3、下向分层充填采矿法,用于开采矿石很不稳固或矿石和围岩均很不稳固，矿石品位很高或价值很高的有色金属或稀有金属矿体。这种采矿方法的实质是：从上往下分层回采和逐层充填，每一分层的回采工作是在上一分层人工假顶保护下进行。回采分层与水平成410(胶结充填)或1015(水力充填)倾斜角。倾斜分层主要是为了充填直接顶，同时也有利于矿石搬运，但凿岩和支护作业不如水平分层方便。,(2) 采切工作,采准工作包括：掘进阶段运输平巷、矿块天井及溜矿井；切割工作包括在每一分层掘进切割平巷或横巷。 阶段运输平巷开在下盘接触线或下盘岩石内；矿块天井布在矿块两端并靠下盘接触带；溜矿井布在矿块中间。随着分层往下回采，溜矿井逐层消失，而两端天井则逐层改换成混凝土井埋留在充填体内，继续作为回风及下充填料使用。分层切割巷道沿每层下盘接触带开切，或当矿体形状不规则而厚度又较大时，改开在矿体中央。,(3) 回采工作,每一分层可以按进路式或分区壁式作回采工作面。进路开掘方向可以直交或斜交切割巷道，矿体厚度小时，也可沿走向布置，并先从下盘采起，按间隔顺序进行。上下两分层间进路，做到尽量错位，使分层假顶得到稳固。以分区壁式工作面进行回采时，每100m以内的范围控制为一分区，每一分区要有单独的溜井，并以溜井为中心作扇形或平行布置，壁式工作面上仍以进路方式组织作业。,进路高度取分层高度，一般为23m，宽度相应为23m。 进路内按浅孔落矿，电耙或装运机出矿。分层进路的回采顺序是按间隔式采出，先采单数进路，采出后逐条进行充填，然后转入双数进路的回采。等双数进路采完，平整各进路和分层道底板，安装锚杆，撤出设备，封闭溜井，改装矿块天井，接着进行全分层充填。,图5-14 下向分层充填采矿法 1人工假顶；2尾砂充填体；3矿块天井；4分层切割平巷； 5溜矿井；6阶段运输平巷；7分层回采进路,(4) 充填作业,1) 进路用水力充填前，必须进行清理底板、铺设钢筋混凝土底板、钉隔离层及构筑脱水砂门等工作。 2) 进路用胶结充填。用胶结充填在矿块结构、采准及回采工艺方面与用水力充填是基本相同的，区别在于它只要在采矿进路两端构筑混凝土模板，而不必再铺设钢筋混凝土底板及钉筑隔离层。,二、金属矿床露天开采,1、露天开采基本概念 矿床规模很大，埋藏较浅，甚至出露地表，只要将上覆土岩及部分围岩剥离，不需掘进大量的井巷工程，就可以从地表直接挖掘出有用矿物，这种开采方式叫露天开采。 同地下开采相比较，露天开采具有建设速度快、劳动生产率高、开采成本低、矿石损失贫化小、木材用量少、生产安全、劳动条件好等优点。,露天开采分为机械开采和水力开采两种。机械开采主要应用于坚硬岩石，采用穿孔爆破、采装、运输等机械开采。根据运输方式的不同，又分为有轨运输、无轨运输和两者联合开采法。 水力开采主要开采砂矿和土状矿床，利用水枪放出的高速高压水流冲采和运搬矿石。,2、露天采场构成要素,露天采场构成要素包括露天开采境界、台阶、边帮、非工作帮平台、开采深度、采掘带、出入沟、开段沟等。 (1)台阶是开采过程中，为适应采掘设备及运输的正常作业要求，将覆盖层、围岩及矿体划分成一定高度的分层。这些分层在空间上构成台阶状，每一个阶梯就是一个台阶或阶段。,台阶是露天采场进行独立剥采作业的单元体。露天采场就是由一系列保持一定超前关系的台阶组成，上下为工作平台；台阶朝向采空区一侧的倾斜面称台阶坡面，它与水平面的夹角称台阶坡面角；台阶上部平台与坡面的交线称台阶坡顶线，台阶下部平台与坡面的交线称台阶坡底线；上下平台之间的垂直间距称台阶高度。见图2-15。,图5-15 台阶基本要素示意图 1上部平台；2下部平台；3台阶坡面； 4台阶坡顶线；5台阶坡底线；h台阶高度；阶坡面角,(2)边帮(边坡)， 即露天采场四周的坡面。它分为工作帮和非工作帮。 (3)非工作帮平台，非工作台阶上的平台，按其用途不同，分为安全平台、清扫平台和运输平台。 安全平台，是为保持最终边帮的稳定和阻截滚石下落而留设的平台，宽度约为台阶高度的1/3。,清扫平台，非工作帮上供清扫设备清除落石而设置的平台，每23个台阶设置一个，其宽度依所用的设备而定。 运输平台，是工作平台与出入沟之间供运输联系用的平台。其宽度依所用的运输方式和数目确定。 (4)出入沟，连接地面与工作水平之间以及各工作水平之间的倾斜运输沟道。,3、露天矿的开采主要步骤,矿区地面场地准备；疏干排水工作；矿山基建工作；露天矿生产；地表的恢复利用。 露天开采生产工艺是穿孔爆破、采装、运输以及剥离下来废石的排土工作。,4、影响最终边帮稳定的因素 露天最终边帮由阶段高度、阶段坡面角和清扫平台、安全平台、运输平台等要素组成。影响最终边帮稳定的因素有： (1) 边坡角设计偏大,或台阶没按设计要求施工； (2) 边坡有大的结构弱面； (3) 自然灾害，如地震、山体滑坡等；,(4) 滥采乱挖等。 露天矿边坡滑坡事故可以采用位移检测和声发射技术等手段进行检测。 5、露天矿运输方式 露天矿常用的运输方式有：汽车运输、铁路运输、胶带卷扬运输、斜坡箕斗运输及联合运输等，其中汽车运输应用最为广泛。,第四节 采矿安全技术简介,一、影响采矿方法选择的因素 选择采矿方法的基本要求是：生产安全、矿石贫化小、矿石回采率高、工艺成熟可靠、生产效率高、经济效益好、符合国家有关法规要求。 采矿方法在矿山生产中占有十分重要的地位。它对矿山的生产指标，诸如生产规模、矿石损失率、贫化率、劳动生产率、成本及安全等都有重要的影响。所以采矿方法选择的合理、正确与否，将直接关系到企业的经济效果。,1、 矿床地质条件 矿床地质是影响采矿方法选择的最基本因素。 地质条件一般包括下列内容： (1)矿石和围岩的物理力学性质。矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方法、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法。所以选择采矿方法首先要考虑矿岩的稳固性，当矿岩稳固时，各种采矿方法都可采用，以空场法最为有利，可适当排除崩落法。,当矿石稳固、围岩不稳固时，可优先采用崩落法或充填法，适当排除空场法；当矿石中等稳固或不稳固、围岩稳固时，可以选用分段矿房法、阶段矿房法或阶段自然崩落法；只有当矿岩均不稳固时才考虑使用下向进路充填法或分层崩落法。,(2) 矿体产状。主要是指矿体的倾角、厚度及几何形态等。 矿体的倾角影响采场矿石的运搬方式。一般来说，水平矿体可采用有轨、无轨或电耙运搬；100以下适用无轨设备运搬；300以下矿体采用电耙运搬；300450可采用爆力运搬；只有当倾角大于550600时才