第5讲-采矿方法.ppt

第四章采矿方法,第一节采矿方法的概念、分类与选择第二节空场采矿法第三节崩落采矿法第四节充填采矿法第五节矿柱回采与采空区处理,第一节采矿方法分类与选择,一、采矿方法的概念1.采矿方法在矿块中进行采准、切割和回采工作的总和。它是研究矿块开采的方法。2.采矿方法研究的主要问题1）矿块的结构和参数；2）采准、切割巷道的类型、数目和位置；3）矿块底部结构形式及有关参数；4）矿块回采工艺(落矿、矿石运搬和地压管理)。,第一节采矿方法分类与选择,二、采矿方法分类按采场地压管理分：1.空场采矿法：利用矿岩自身的稳固性和留矿柱进行地压管理一般适用于开采矿岩稳固的矿体。2.崩落采矿法：通过崩落围岩进行地压管理一般适用于：地表允许陷落。3.充填采矿法：利用充填材料充填采空区进行地压管理回采矿房形成空区充填料充填细分见表5-1,第一节采矿方法分类与选择,现状：空场、崩落充填发展：充填增加，空场减少(因采深的增加),第一节采矿方法分类与选择,三、采矿方法选择1.基本要求（1）安全性好；（2）矿石回收率高（不低于8085%）；（3）矿石贫化率低（低于1520%）；（4）矿块生产能力大；（5）经济效果好。开采特殊矿物时，采矿方法选择除了要遵循上述一般原则外，还应满足一些特殊要求。,第一节采矿方法分类与选择,2.对矿床地质和开采技术经济条件要求（1）地质条件矿体厚度与倾角；矿岩稳定性；矿石种类、价值与品位；矿石结块性、氧化性和自然性；矿石中有用成分分布及围岩的矿物成分；开采深度。,第一节采矿方法分类与选择,2.对矿床地质和开采技术经济条件要求（2）技术经济条件地表允许塌陷的可能性；加工部门对矿石质量的要求；采矿方法的复杂程度以及所需设备和材料的供应条件。,第一节采矿方法分类与选择,四、采矿方法技术经济比较常用的指标（1）矿块的生产能力，t/d；（2）采准工作量，m/kt；（3）采矿功效，t/工班；（4）矿石损失率，%；（5）矿石贫化率，%；（6）主要材料（坑木、水泥、炸药等）消耗，kg/t或m3/t；（7）采矿直接成本，元/t。,第二节空场采矿法,0、概述空场采矿法的特点：将矿块划分为矿房与矿柱，先采矿房，后采矿柱，开采矿房时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。矿房采完后，再回采矿柱和处理采空区。基本条件：矿岩均稳固方法有：房柱采矿法、留矿采矿法、分段矿房法、阶段矿房法,第二节空场采矿法,矿块划分为矿房和矿柱,第二节空场采矿法,一、房柱采矿法（一）特点：如图房柱采矿法：在矿块或盘区内交替布置矿房与矿柱，回采矿房时，靠（间断或连续的）房间矿柱支撑顶板（必要时可辅以锚杆、锚杆桁架支护）。,第二节空场采矿法,（二）矿块的构成要素（矿块的结构尺寸）1.矿房长度：一般为4060m。2.矿房宽度：一般为820m。3.矿柱尺寸及间距：矿柱一般为圆形或方形，直径37m，间距58m。4.矿块尺寸：矿块的宽度从80150m到400600m。矿块的长度，也即矿房的长度。（三）采准与切割采准工作,特点,采切,第二节空场采矿法,切割工作：拉底和辟漏拉底：将拉底平巷扩宽至矿体上、下盘，形成拉底空间，并为回采开辟自由面。辟漏：将漏斗颈上部扩大成喇叭口，形成漏斗。,第二节空场采矿法,（四）回采工作拉底回采：自下而上分层回采，先采底分层挑顶回采：自上而下分层回采，先采顶分层1.落矿,第二节空场采矿法,2.矿石运搬广泛采电耙运搬。在开采厚或极厚矿体时，可采用无轨自行设备运搬矿石。3.顶板管理矿柱(局部点柱)；整个顶板不稳固时，可采用锚杆支护。,第二节空场采矿法,用无轨自行设备开采的房柱采矿法采场,第二节空场采矿法,（五）评价1.优点：(1)采准切割工程量小；(2)回采工艺简单，劳动生产率高；(3)矿石贫化率小，采矿成本低；(4)生产能力大，通风好，坑木消耗少。2.缺点：(1)矿柱矿量大(间断1520%，连续40%)，矿石损失大；(2)矿体厚、顶板稳定性不好时，顶板维护和检查困难。,第二节空场采矿法,3.适用条件：(1)矿体与围岩稳固；(2)矿体倾角不大于30；(3)矿石价值不高或品位较低的矿体；,第二节空场采矿法,二、留矿采矿法（一）特征：如图在矿房内由下向上分层回采，每次采下的矿石放出约1/3，其余矿石暂留在矿房中作为继续上采的工作台及支护两帮围岩，待矿房采完后，再全部放出。根据是否在采场中对采下的矿石进行分选：普通留矿法和选别留矿法。,第二节空场采矿法,（二）普通留矿采矿法1.矿块的结构与参数（1）阶段高度：一般为3060m。（2）矿块长度：一般为4060m。（3）矿柱尺寸顶柱是用来支护围岩和保护上部回风巷的；底柱取决于矿石稳固程度与底部结构的型式；间柱是用于布置矿块天井，并对围岩起到支护作用。薄及极薄矿体：顶柱23m，底柱43m，间柱26m中厚矿体：顶柱46m，底柱810m，间柱812m,第二节空场采矿法,2.采准切割工作（1）采准（2）切割工作切割工作：拉底和辟漏,第二节空场采矿法,特征,采准,切割,回采,第二节空场采矿法,第二节空场采矿法,第二节空场采矿法,第二节空场采矿法,3.回采工作（1）凿岩：在矿房内的留矿堆上进行。（2）爆破：采用岩石硝铵类炸药，采用火雷管、电雷管、导火索、导爆索等（3）通风（4）局部放矿、撬顶、平场与二次破碎。,第二节空场采矿法,第二节空场采矿法,局部放矿：每次放出崩落矿石的1/3，采用重力或电耙运搬。撬顶：将采场顶板松动的矿石块和两帮的浮石撬落，保证后续作业安全。平场：将局部放矿形成的凸凹不平的矿石堆表面整平，以作为继续上采的工作台。二次破碎：将落矿与撬顶产生的大块进行破碎，以免堵塞漏斗。（5）最终放矿：矿房采完后，将暂存在矿房内的矿石全部放出，也称大量放矿。,第二节空场采矿法,4.留矿采矿法的几个问题（1）阶段运输行的布置,第二节空场采矿法,（）拉底与辟漏的方法掘进拉底平巷的辟漏拉底法,1-运输平巷；2-拉底平巷；3-漏斗颈,第二节空场采矿法,不掘进拉底巷道的拉底辟漏法,第二节空场采矿法,（）空洞按空洞的形成原因及位置不同，有以下形式：,形成原因：矿体倾角或厚度突变，在回采时又没有相应削下部分岩石，放矿时矿石不能顺利流动而形成空洞；(倾角或厚度突变)局部放矿中大块围岩冒落或落矿中大块矿石潜伏于留矿堆中未发现，或二次破碎不充分大块堵塞形成空洞；（块度大冒落、爆破）粉矿多、矿石湿度大或开采硫化矿，矿石结块形成空洞；（结块性）漏斗间距大、回采速度慢或长期停采的采场，矿石结块形成空洞。（漏斗参数不合理）解决方法：在拱形空洞的两侧漏斗放矿，破坏拱型空洞的拱脚，使悬空的矿石落下；在空洞上方埋较大的药包，借爆力震落悬空的矿石；使用矿用火箭弹爆破消除空洞；用高压水冲刷消除空洞。,第二节空场采矿法,（）天井布置天井断面：圆形或矩形。天井的下部出口：应有1.52.5m的错距。天井的数目：一般为两个，分别布置在矿块的两侧。天井的分类：先进天井、顺路天井。天井布置：脉内和脉外。,第二节空场采矿法,天井断面布置,第二节空场采矿法,第二节空场采矿法,（）矿石运搬开采极薄矿脉时，如图:,第二节空场采矿法,当倾角较小时，如图:,第二节空场采矿法,（三）选别留矿法选别留矿法是在采场对崩落的矿石进行人工分选，将品质优良的矿石从天井的放矿格单独运出，其余矿石和普通留矿法一样，通过局部放矿和最终放矿从漏斗放出。石棉、云母等,第二节空场采矿法,(四)留矿采矿法评价1.优点：1)结构及回采工艺简单；2)采准切割工程量较小；3)可利用矿石自重放矿；4)可分选分运；5)通风条件好。,第二节空场采矿法,2.缺点：1)平场工作量大(难以实现机械化)；2)安全性较差(暴露面下工作及空洞)；3)采场积压大量矿石，使资金的周转期长；4)围岩不够稳固的地方，易造成矿石贫化和损失量大。3.使用条件矿石和围岩均稳固的薄和极薄的急倾斜矿体。,第二节空场采矿法,三、阶段矿房法（一）特点将阶段划分为矿块，矿块再划分为矿房与矿柱，矿房用中深孔或深孔在阶段全高上进行回采，采下的矿石由矿块底部结构全部放出的空场采矿法。按炮孔布置方式分为：1.水平深孔落矿阶段矿房法2.垂直深孔落矿阶段矿房法(1)分段凿岩阶段矿房法(2)阶段凿岩阶段矿房法,第二节空场采矿法,（二）分段凿岩阶段矿房法1.特点：如图将阶段沿垂高划分为若干分段，在分段巷道内钻凿垂直（中）深孔，崩落的矿石从矿块底部放出，即分段凿岩、阶段出矿。按矿体厚度，矿块布置：（1）矿体厚度大于15m，垂直于矿体走向布置；（2）矿体厚度小于15m，沿矿体走向布置。,第二节空场采矿法,2.矿块的构成要素（1）阶段高度：一般为5070m。（2）矿房长度：一般为4060m。（3）矿房宽度：走向布置，等于矿体水平厚度。垂直布置，1520m。（4）矿柱3.采准工作,自阶段运输巷1在矿房两侧的间柱中掘行人通风天井3与阶段回风巷2相通。然后自天井3掘各分段凿岩巷道5、拉底巷道10和电耙巷道4，并沿电耙每隔57m向上掘进漏斗颈至拉底水平。此外，还要掘矿石溜井6，在矿房中部自拉底巷道掘进切割天井8至矿房顶部。,第二节空场采矿法,4.切割工作切割工作包括：拉底、辟漏和开切割立槽切割立槽：水平扇形深孔(中深孔)和垂直扇形深孔。,第二节空场采矿法,5.回采工作集中凿岩，分次爆破。在凿岩巷道5中凿上向扇形中深孔或深孔。崩落的矿石靠自重，溜入矿房底部，用电耙出矿。,第二节空场采矿法,通风：,第二节空场采矿法,.矿块垂直走向布置的分段凿岩阶段矿房法,第二节空场采矿法,.评价优点：(1)矿块生产能力大，效率高；(2)采矿成本低；(3)安全性好。,第二节空场采矿法,缺点：(1)采准工程量大；(2)回采矿柱时的矿石损失和贫化率高；(3)大块和粉矿率较高。适用条件：矿石和围岩均稳固的急倾斜厚与极厚矿体。,第二节空场采矿法,（三）阶段凿岩阶段矿房法及VCR法(verticalcraterretreatmethod)1.阶段凿岩阶段矿房法，如图。沿阶段全高钻凿垂直深孔落矿，从矿块底部出矿。,第二节空场采矿法,第二节空场采矿法,2.VCR法:如图1如图21)主要特征：凿大直径(165mm)垂直深孔，采用球状药包爆破和大型无轨设备出矿。）球状药包是指长度小于直径6倍的药包。爆破效果：球状亚球状柱状,第二节空场采矿法,）.矿块的构成要素（1）阶段高度：一般为4080m。（2）矿房长度：一般为3040m。（3）矿房宽度：走向布置，等于矿体厚度。垂直布置，814m。（4）矿柱,第二节空场采矿法,特征,采切,垂直平行深孔VCR法,第二节空场采矿法,垂直扇形深孔VCR法,特征,采切,第二节空场采矿法,采矿工艺)凿岩设备:高风压(1.02.4MPa)，潜孔式凿岩机。）凿岩硐室：断面大，高度达4.5m。）采准切割工作：垂直平行深孔，垂直扇形深孔）回采工作：采用大直径(165mm)深孔。单层爆破（34m），多分层同次爆破（35层）,第二节空场采矿法,评价优点：结构简单，生产能力大。采矿成本低，机械化程度高。缺点：凿岩技术要求高，矿体赋存不稳时，矿石损失、贫化大。适用：矿岩稳固，接触面规整的厚和极厚的急体斜矿体。,第三节崩落采矿法,一、崩落采矿法的基本特征基本特征：以矿块为单元单步骤回采，崩落围岩(自然和强制崩落)控制地压。基本条件：地表允许塌陷和覆岩允许破坏。二、崩落采矿法的分类1.单层长壁式崩落采矿法；2.分段(有底柱、无底柱)崩落采矿法；3.阶段崩落采矿法。,第三节崩落采矿法,三、单层长壁式崩落采矿法1.特点：如图将阶段划分为矿块，沿阶段倾斜全长布置工作面，沿走向推进(一次采全高)，随工作面推进，有计划地回收支柱，并崩落顶板充填采空区。,第三节崩落采矿法,2.矿块参数（1）走向长度：一般为70150m，200300m（2）工作面长度：3060m3.采准工作4.切割工作5.回采工作,第三节崩落采矿法,特点,采切,第三节崩落采矿法,6.评价及适用条件优点：（1）结构简单；（2）采掘机械化作业时，生产能力大，劳动效率高。（3）矿石损失贫化小（4）通风条件好。缺点：（1）顶板管理复杂，支护工作劳动强度大；（2）坑木消耗量大。适用条件：顶板不稳固，矿体倾角小于30。(缓倾斜)，厚度小于3m的层状矿体，且地表允许崩落。,第三节崩落采矿法,四、分段崩落法在矿块内自上而下逐分段进行回采，随着矿石的放出，采空区随即为崩落的覆盖岩石所充满。（一）有底柱分段崩落法1.特点将矿块沿倾斜方向划分为分段，每个分段下部都设出矿底部结构（底柱），采下的矿石自崩落废石层下从分段底部结构放出，废石随矿石放出而充填采空区。按落矿方式分为：水平深孔落矿法和垂直深孔落矿法。2.垂直深孔落矿有底柱分段崩落法,第三节崩落采矿法,（1）特点采用垂直深孔小补偿空间或向崩落矿岩侧向挤压爆破落矿。（2）结构与参数阶段高度：一般为5060m。分段高度：一般为1025m。分段底柱高：一般为611m矿块长度：一般为2530m。,第三节崩落采矿法,（3）采准工作12(构成环形运输系统)4(行人通风天井)分段联络巷道56(电耙巷道)自2掘分枝矿石溜井、矿石溜井3与电耙道6相通。此外，掘漏斗颈8、凿岩巷道11和堑沟巷道7。（4）切割工作开掘堑沟和切割立槽(“丁”形拉槽法)（5）回采工作垂直深孔采用扇形中深孔或深孔挤压爆破落矿，电耙出矿。,第三节崩落采矿法,1-阶段沿脉运输巷；2-阶段穿脉运输巷；3-矿石溜井；4-行人通风天井；5-分段联络道；6-电耙道；7-堑沟巷道；8-斗颈；9切割横巷；10-切割天井；11-分段凿岩巷道；12-回风联络道。,特点,采切,第三节崩落采矿法,3.底部放矿的矿石损失底部放矿：矿石从底部结构放出。形式：脊部损失、下盘损失。下盘倾角大于7580，无下盘损失,第三节崩落采矿法,3.评价及适用条件优点：（1）生产能力大，效率高；（2）设备简单，使用和维修方便；（3）通风条件好(较之于无底柱)。缺点：（1）采准切割工程量大，结构较复杂；（2）矿石损失贫化大。适用条件：（1）地表允许塌陷（2）急倾斜：5m；倾斜：10m；大于20m，倾角不限（3）矿石及下盘围岩中等稳定以上（4）矿石价值不高（5）无自燃性、结块性，不含厚度较大夹石层。,第三节崩落采矿法,（二）无底柱分段崩落法1.特点:如图将矿块划分为分段，分段不设底部结构(无底柱)，凿岩、落矿和出矿等回采工作都在巷道中进行，崩落围岩管理地压。2.矿块的结构与参数(1)阶段高度：一般为5070m；(2)分段高度：一般为1012m；(3)回采巷道间距：为810m。,第三节崩落采矿法,3.采准工作(1)穿脉运输巷12，每个矿块一条，长度应满足装车和探矿的要求；(2)斜坡道4：无轨自行设备运行，运送材料、设备和人员，并作进风道，一般布置在下盘围岩中；(3)溜井5：矿块的长度也即溜井间距；(4)通风天井3：每个矿块一个，位于矿体下盘脉外。4.切割工作切割工作:掘进切割巷道、切割天井及形成切割槽。切割立槽：起始回采的自由面和补偿空间。(1)切割平巷加切割天井联合拉槽；(2)切割天井拉槽法。,第三节崩落采矿法,特征,采切,第三节崩落采矿法,5.回采工作落矿：中深孔侧向挤压爆破落矿。出矿：铲运机和装运机出矿。通风：局扇通风；“爆堆通风”方案-高端壁方案。6.端部放矿损失形式脊部残余、下盘残余、端部残余,第三节崩落采矿法,第三节崩落采矿法,6.评价与适用条件优点：(1)结构简单(无底部结构)，回采工艺简单；(2)便于使用高效无轨自行设备，机械化程度高；(3)生产集中，生产能力大，效率高(可多进路平行作业)；(4)安全性好(回采作业在进路中进行)；(5)小步距回采，便于分采、分运和剔除夹石。缺点：(1)通风条件差；(2)矿石损失与贫化大；适用条件：(1)地表允许塌陷(2)急倾斜矿体和缓斜、倾斜极厚矿体；(3)矿石和下盘围岩中等稳固以上；(4)矿石价值不高，围岩含有品位。,第三节崩落采矿法,五、阶段崩落法不划分分段，而是沿阶段全高落矿，崩落围岩管理地压。分为阶段强制崩落法和阶段自燃崩落法（一）阶段强制崩落法1.特点在矿块下部设底部结构和补偿空间，在凿岩硐室中钻凿水平深孔，采用自由空间爆破落矿，采下矿石自覆盖废石层下放出。,2.矿块的构成要素（1）阶段高度：一般为5060m。（2）走向布置（矿体厚30m）：长3045m，宽为矿体厚度垂直走向布置（矿体厚30m）：长3050m宽3050m。（3）矿柱：底柱高度度：一般为1214m。,第三节崩落采矿法,3.采准工作4.切割工作：开掘补偿空间和辟漏5.回采工作：深孔落矿，电耙出矿,第三节崩落采矿法,特征,采切,第三节崩落采矿法,第三节崩落采矿法,6.评价与适用条件优点：(1)采准工作量小；(2)矿块生产能力大；(3)效率高；(4)成本低；缺点：(1)矿石损失贫化大；(2)大块产出率高；适用条件：(1)地表允许塌陷,覆岩允许破坏;(2)急倾斜矿体和缓斜、倾斜极厚矿体；(3)矿石和下盘围岩中等稳固以上；(4)矿石价值不高，围岩含有品位。(5)无自燃性、氧化性、结块性。,第三节崩落采矿法,（二）阶段自然崩落法1.特点矿石经大面积拉底后在自重或地压作用下（或开掘少量消弱工程）后自然崩落，一般无需用爆破法落矿。2.矿块的构成要素（1）阶段高度：一般为6080m。（2）平面尺寸：3040m、5060m,3.采准工作4.切割工作：开掘补偿空间和辟漏5.回采工作：深孔落矿，电耙出矿,第三节崩落采矿法,特征,采切,第三节崩落采矿法,第三节崩落采矿法,6.评价与适用条件优点：最经济；缺点：（1）使用条件严格：矿石自然崩落、崩落成合适块度（2）采准工程量大，初期投资高。适用条件：(1)松软破碎矿石(2)裂隙非常发育中硬矿石；(3)具有自然崩落性；,第四节充填采矿法,一、概述（一）主要特征一般将矿块划分成矿房和矿柱，两步骤回采(先采矿房，然后采矿柱)，回采矿房时，随矿石采出不断用充填材料充填采空区。(充填是必不可少的回工序之一)。（二）应用矿石价值高或稀缺矿产，或地表需要保护。如三山岛金矿(在海水下采矿)；焦家金矿(保护地表高产田)；金川矿区(矿石品位高)；711矿(减少放射性污染)等等。,第四节充填采矿法,（三）基本评价矿石损失贫化小，矿块生产能力小。（四）分类1.按充填料：干式充填、水力充填、胶结充填。2.按矿块结构及工作面推进方向：单层充填、分层充填(上、下向水平或倾斜)、分采充填(削壁充填)。,第四节充填采矿法,二、上向（水平）分层充填采矿法（一）特点将矿块划分为矿房和矿柱两步骤回采；矿房自下而上分层进行，并逐分层用充填材料充填采空区，以支撑采空区两帮围岩和作为继续向上回采的作业平台。按充填料：水力充填和胶结充填,第四节充填采矿法,（二）水力充填方案1.结构与参数阶段高度：3060m。矿房长度：沿走向布置3060m，（矿体厚1015m）垂直走向布置50m，宽810m矿柱：间柱68m；顶柱45m；底柱5m。,第四节充填采矿法,2.采准与切割矿石溜井用混凝土、混凝土预制件等构筑。行人滤水井采用木跺或混凝土浇灌。充填井2.02.4m，倾角8090，充填管、人行梯。3.回采工作落矿、出矿、充填。分层高23m，可46m。4.存在问题回采工艺复杂排出泥水污染巷道，水沟、水仓清理工作量大充填体压缩和压实量大。,第四节充填采矿法,特点,采切,第四节充填采矿法,（三）胶结充填方案1.相同点：矿块结构、采准、切割和回采工作于水力充填相似。2不同点：行人天井不必考虑滤水。不必构筑混凝土隔墙、钢筋混凝土底柱和铺设分层底板。3成本高，矿房取较小尺寸用。,第四节充填采矿法,第四节充填采矿法,（四）评价1.优点比下向分层充填能力较大，效率较高。2.缺点两步骤回采，结构、工艺较复杂。3.适用矿石中等稳固以上，矿石价值高，或地表需要保护的倾斜或急倾斜矿体。,第四节充填采矿法,三、下向分层胶结充填采矿法（一）特点在阶段内自上而下分层回采，并逐层胶结充填，一般采用进路式在上一分层人工假顶的保护下进行回采作业。（二）回采巷道1.倾角略大于充填料漫流角，410。2.高度34m，宽3.54m，充填强度大宽7m。3.上下分层回采巷道交错布置4.分层内各回采巷道间隔回采。,第四节充填采矿法,第四节充填采矿法,（三）采准、回采（四）评价1.优点：（1）有效控制采场围岩（2）矿石损失和贫化小（3）单步骤回采简化矿块结构。2.缺点：充填成本高，矿块生产能力小。3.适用条件：矿石不稳固或矿岩不稳固，矿石价值或品味高，对地表变形移动要求更严地区。,第四节充填采矿法,四、分采(削壁)充填采矿法（一）特点开采极薄矿脉时，为了满足人员对工作空间的基本要求，除了开采矿石外，还需崩落部分废石，矿石运出采场，废石则充填采空区(作为继续上采的工作台)。实质是一种干式充填采矿法。（二）矿块结构阶段高度：3050m。矿块长度：2530m，5060m（三）采准切割脉内采准浅孔掘拉底巷道和开掘漏斗。,第四节充填采矿法,1矿石溜井；2废石溜井；3行人通风天井；4阶段运输巷；5阶段回风巷,第四节充填采矿法,（四）回采自下而上水平分层回采，分层高1.52m。工艺：落矿、矿石运搬、崩落围岩、充填、