缓倾斜薄至中厚金属矿床空场采矿法及其改进途径

缓倾斜薄至中厚金属矿床

空场法采矿及其改进途径

金属矿床在地下开采技术中，缓倾斜薄至中厚矿床开采，是我国坑内矿山的薄弱环节之一，但是，这类矿床在我国占有一定的比重，且均为国民经济所必须的重要资源,因此,加强对缓倾斜矿床开采技术的研究,寻求有效的采矿方法新方案,改善工艺流程,提高回采综合经济效果,是一项迫不及待的任务. 开采，缓倾斜薄至中厚矿床开采，所用的空场法,主要为全面法和房柱法,这两种采矿方法在我国金属矿山的应用,以有30多年的历史,积累了较为丰富的经验,在国外出现了不少新方案,崩矿广泛使用中深孔,无轨设备和联合机组运输、锚杆加固顶板得到广泛应用，采用这些综合措施的结果，促使劳动生产力大大提高，损失贫化显著降低。实践证明这两种采矿方法，是开采缓倾斜薄至中厚矿床较为有效的采矿方法。

本文是在收集各有色金属矿山空场采矿法的基础上，进一步对这两种采矿法的可靠性和存在问题进行分析，并提出了改进意见。

一、房柱法

房柱法一般用于开采缓倾斜中厚矿体，是一种机械化水平较高、生产能力和劳动生产率较高的采矿法，由于设备及工艺的改进，此法有向倾角较陡、厚度较大的矿体明显扩大的趋势。查阅

国内外资料得出，机械化水平和劳动生产率最高，采切比最小的是中深孔崩矿无轨运输方案，矿石损失最小的是人工矿柱方案，损失贫化较大的是沿走向布置的方案。

房柱法是国内外应用最广泛的三大采矿方法之一(房柱、崩落、充填)据美国矿业局九十年代统计，金属矿山出矿量较大的是房柱法，加拿大房柱法占32﹪，瑞典有色矿山房柱法占50﹪，法国金属矿山房柱法占60﹪。主要是此法具有很多优点：

1、采用房柱法回采，即可减少采准工程量，缩短采切时间，降低采准费用，且可顺便出矿提前投产，国外房柱法千吨采掘比6～20，我国锡矿山12，应城矿14，都是比较低的。

2、房柱法很灵活，整个开采期间容易改变方法，充分利用新工艺成果，以适应新选用设备的需要，70年代以来，世界各国广泛所有各种类型的杆柱支护，无轨撬毛机和检查并支护顶板的全液压无轨升降台的出现，使房柱法适用于不太稳固的矿床，如法国洛林矿区；特别是现代化的房柱法中，从控制地压观点出发，采用崩落顶板的房柱法开采，是一个很大的进步，其实质是同一采区，随着矿房回采及时回采矿柱，有利于控制顶板压力和合理利用资源，其回采工艺适应性是很强的。

3、是适应现代化无轨设备高效率采矿法。凿岩方面，国外广泛采用各种无轨液力压凿岩台车打小径浅孔和中深孔(80毫米)，以控制块度和维护顶板，用装药车装药，无轨铲运车装运、自卸汽车运输；采矿综合劳动生产率一般34吨，最高185吨，

与大量崩落法媲美。如法国洛林矿区，年产矿石五千万吨，采矿综合劳动生产率从七吨提高到1974年的45吨；连续采矿机的应用，使台班效率达600吨。

4、应用房柱法回采，可以改善通风条件。即使矿山随生产发展，使矿区扩大和复杂化，仍可达到良好的通风，因而为大型采、装、运设备的应用，提高了良好的作业条件。

5、房柱法落矿成本较低。法国洛林矿区采矿成本6元/吨，美国为12元/吨，我国有色矿山房柱法落矿成本为9元，最低为锡矿山只6元，贵州汞矿为12元。落矿成本与留矿法差不多，是比较低的。

我国有色矿山，目前在房柱法开采中，还存在如下几个主要问题：

1）矿石损失较大，指标变化范围较大。由于留矿柱支承采区有的还留有护顶矿体，其损失率必然很大，一般为15~30％，高达40％。

2）运搬和装载的机械化程度低，劳动消耗大，劳动生产率和国外相比差距很大，就设备水平而言，相当于国外七十年代水平，采矿劳动生产率，为国外矿山的1/3~1/6。

3）顶板管理工作量相当大，尚未解决检查顶盘的升降平台和装运设备，一般采场生产能力只有2~4万吨/年，安全性差，尤其当矿岩欠稳固或采高较大时更为突出，因此，在我国目前条件下，只适用于开采矿岩稳固厚度不大于6~10米，倾角小于20

度的矿体。

30多年来，房柱法在我国有色矿山缓倾斜中厚矿体开采中的实践，取得了工艺及施工等方面较为成熟的经验：

1、用金属杆架固顶板：我国有色矿山，在房柱法回采工艺的改革和发展过程中，经历了由木支承采空区，到用金属杆柱加固顶板的大变革，从而使顶板管理工作量大为减少，质量大为提高，降低了损失贫化，提高了生产率，取得较好的经济效果。如锡矿山南区中东部顶板欠稳的矿体，原用留1～1.5米厚的矿石护顶层的房柱法，回采率仅50～60％，采用楔缝式金属杆柱加固不稳固顶板岩层，取代护顶矿层，使回收率提高至80％以上。

2、采用小径中深孔微差爆破的回采新工艺。如锡矿山试验

成功以YZG～90型凿岩机进行中深孔落矿，代替浅孔落矿，使综合效率提高了两倍。

3、从改革工艺入手，来降低开采损失贫化。

1）加强顶板管理，采用非连续圆形矿柱。如锡矿山用金属杆柱代护顶矿层，房间矿柱由3 ×5改为直径4米的非连续圆形矿柱，使回采率提高11％。

2锡矿山采用先采矿柱后采矿房的人工矿住方案，近8米宽的胶结矿柱，就能保证矿房安全回采。

3）实现夹石分采分出，防止废石混入增大贫化率。

综合上所述，我国有色矿山，现行房柱采矿法的主要改进途径应该是：

1、积极开展岩石力学研究工作，寻求有效的控制方法，合理确定采场结构要素和回采顺序，在矿岩稳固的条件下，适当扩大盘区尺寸，严禁破坏顶板，对于改善和提高综合经济效果，是十分必要的。

2、当矿体较厚时，采用小径中深孔崩矿，以提高采场综合劳动生产率；在房柱法中，应用中深孔崩矿，特别需要注意爆破地震对顶板的破坏，其解决办法是控制深孔直径，采用间隙装药和微差爆破，寻求多排空合理的起爆顺序和间隙时间，在当前爆破质量不高的情况下，更具有重大的意义。

3、制订降低贫化损失的科学管理办法：

1）贵重金属必须回收矿柱。

2）采用先采矿柱后采矿房的人工矿柱方案。

3）加强顶板管理，尽可能扩大矿房尺寸，从根本上降低损失贫化。

4）有条件的地方，都要做到夹石分采分出。

1、顶板不稳固时，建议采用沿走向推进连续浅孔，先采矿房，后采矿柱，上崩围岩随着矿柱的回采，无轨崩落的房柱崩落法方案。即崩落控顶的房柱法回采方案。这样做的结果，既提高了回采率，又处理了采空区，充分吸取了崩落法和房柱法二者的优点，拚弃其缺点，是开采顶板不稳固的缓倾斜中厚矿体，较为理想方案。如法国洛林铁矿，就是采用房柱崩落法开采缓倾斜中厚顶板欠稳固的矿床的典型例子。当矿体埋藏要素不稳定时，采用矿房沿倾斜布置，沿逆倾斜推进的梯段方案；顶板不够稳定时，采用下向梯段方案。矿山应根据开采技术条件，综合分析比较，确定回采方案，以及达到充分回收资源，改善综合经济效果和保证安全生产的目的。

2、研制房柱法顶板管理和出矿的专用设备，推进无轨设备和用杆柱～金属网加固顶板，提高机械化水平、降低损失贫化，加强工作安全性，实现回采工艺标准化。

二、全面法

全面采矿法，是开采缓倾斜薄矿体使用最广泛的采矿方法之一，在实际开采中，全面法也有不少方案，为了便于研究与分析，按工作面形式和推进方向，崩矿方法等特征，可归纳为如下几类：

一般认为，沿走向连续推进的方案较好，不需拐弯耙运；沿倾斜推进的全面法，在技术和经济上，不如沿走向推进的优越。但是，当矿体倾角平缓、矿岩稳固时，扇形全面法，能够充分发挥每个矿块有两个回采工作面，可以集中回采，提高采矿强度；可以不掘进下部卸矿口和避免耙矿绞车随工作面移动而来回调动的麻烦等许多优点。

全面法具有生产能力较高、采准工程量少、工作组织简单，成本低等许多优点，在我国有色金属矿山，成为开采缓倾斜薄矿体优化先选用的采矿方法。

1、工艺简单：回采工作面主要为凿岩爆破、矿石装运、顶板管理，与长壁崩落法比较，工艺简单的多，作业循环时间少的多。如我国贺兰山矿作业循环由四天缩短到一天。

2、千吨采掘比最小，据金属矿山地下重点矿山调查，全面法千吨采掘比一般为10~20，如车江铜矿为20，扬家杖子矿只有10，普遍比留矿法要低。

3、采矿装备结构简单，维修使用方便，我国全面法设备配套千篇一律都是YT-28加电耙绞车，均系国产货，备品备件能够自给，设备完好率高，突出地显示了投资小、见效快、使用方便、结构简单、维修效果好、生产效率较高的优点。

4、方法灵活，适应性强。厚度小于一米的极薄矿体，如能分采分运是可以用全面法的；电耙运搬时要求地板稳固平整，如果用角雉耙斗，地板不太平整也行。本法可以分采和剔除夹石，

适用于开采有夹石的矿脉。

5、通风条件好，采矿成本底。如通化铜矿全面法落矿成本为4.6元，青城子铅矿只4.5元，都是很低的。

30年的实践，尤其是我国东北有色矿山，采用全面开采缓倾斜薄矿体，取得较为成熟的经验。

1）我国应用全面法的矿山，都采用阶段采准系统，阶段高15～30米，斜长40～50米，这主要根据顶板稳定情况，矿山压力大小及所采用的运搬方式而定。

2）厚度大于三米的稳固矿体，分两次回采，第一次由下而上，第二次由上而下，大面积压强采强出。

3）电耙绞车不移位多滑轮耙矿，挂在矿柱或顶板上，通过三个以上滑轮，多次耙矿，将矿石全部耙至集中溜矿井。

4）用杆柱加固顶板，如青城子矿，用杆柱加固顶板，代替护顶矿层，既提高了回采率又为回采作业提供了良好的安全条件。

5）恒仁铅矿用留矿全面法回采倾角变化矿体。采场构成要素和回采过程同留矿法，但采切工程不同，每次放出部分矿石，保持适当的作业空间，大量出矿用角锥耙斗从顺路天井一侧开始向另一侧推进。

国内目前用全面法回采缓倾斜薄矿体，一般都有损失较大和劳动生产率不高的缺点，因此寻求适合于本矿山开采技术条件的、合理的工作面形势与推进方向，加强顶板管理，用水泥灰浆胶结石垛代替矿柱，采用较大功率的电耙，以改善劳动条件，提高劳

动生产率和达到减少矿石损失的目的。

1、正确选择和使用全面发个方案在我国当前情况下，全面法适用于矿体倾斜角30o以下，厚度一般不超过５米顶盘围岩稳固，矿石一般较稳固的矿体；倾角较大（２５～３０度）顶板稳固时，采用沿倾斜推进的水平或倾斜连续工作面方案，顶板稳固性较差时，用沿走向推进的连续工作面方案，顶板特别稳固而又不能采用上述方案时，才采用沿逆倾斜推进的水平连续工作面或阶梯方案。但是，最合理的方案是采用沿走向推进，回采工作线与矿体倾斜线成１０o夹角，倾向回采方向那边，这样可以避免矿石多段运输，保证工作面具有较高效率的良好的作业条件。

2、顶板岩石稳固，矿体产状稳定，尽可能采用平行于回采工作面的中深孔崩矿方案。

3、为了降低开采贫化损失

1）采用小径高威力炸药崩矿，和间隙装药微差爆破技术。

2）采用金属支架、杆柱和水泥沙浆碎石柱支护。

3）在工作面留矿，形成矿石垅，减少爆破矿石飞扬，改善运搬条件。

4）顶板岩石严重破坏时，应采用延走向推进崩落顶板的全面法方案。

5）用无轨式设备超前采落矿层顶板围岩来充填采空区的全面法和苏联选别回采矿石，把挑顶卧底的岩石定向爆破抛人采空区的全面法，使贫化率大副度降低的经验，很值得学习和推广，

4、为了提高劳动生产率，降低开采成本，必须提高工作面凿岩和运搬机械化水平。

1）研制轻便的凿岩支架

2）无轨设备尚未推广之前，采用大功率电耙为主的矿石运搬新工艺，使装运平行作业，提高运搬效率。

结语

1、房柱法，全面法具有千吨采掘比小、工作组织简单、成本低、生产能力较高等优点，是适应现代化无轨设备高效率的采矿法，也是开采缓倾斜薄至中厚矿体技术上可行、经济上合理的采矿方法。

2、造成矿石损失的主要原因，是留有一定数量的矿柱和护顶矿层；而矿石贫化主要是由于顶底板不稳固岩层或矿脉分支夹层在落矿过程中混入采出矿石所引起的。因此，只要从采矿工艺上进行改进，加强科学管理，是可以达到降低贫化损失目的的。

3、加强矿山科研，研究当前和长远具有方向性的课题，如开展岩石力学研究，寻求新的控顶方法、采场结构参数，回采顺序，凿岩爆破参数、工作面运搬设备；对新的采矿方法方案，如房柱崩落法，超前采下顶板围充填的全面法，废石定向爆破抛入空区的选别回采法等进行试验研究。