采矿方法选择与设计

采矿方法选择与设计

采矿法选择是根据矿山具体的矿体赋存条件和技术经济条件确定采矿法。通常，在矿山的设计阶段由设计部门选定采矿法。矿山仅在具体条件发生变化，或设计部门所定采矿法实践证明不行时，才需重新选择采矿法。

采矿法选定后，作其方案设计和施工设计，并进行采矿法的试验和试生产后，才能全面投产。对于引进国外的采矿法，必须先进行系统的工业性试验后方能推广。

13.1 采矿法的选择

一、选择采矿法的原则

正确选择采矿法考虑的原则是：生产安全，劳动条件好；机械化程度高，矿块生产能力大，劳动生产率高；矿石回收率高，贫化率低；材料(主要是木材，水泥和铜材)消耗少；采矿成本低，经济效益好；回采工艺简单，管理方便等。

二、影响采矿法选择的因素

(1) 矿床地质条件

影响采矿法选择的矿床地质条件有矿体倾角、厚度、形态与埋藏深度；矿石和围岩的性质(主要是稳固性、可崩性、放射性、结块性与自燃性等)矿石的品位和价值，品位的分布；矿体是否含夹石，夹石的形态和分布；围岩矿化程度；矿石的可选性；含水层及相对隔水层的产状与分布规律；岩石原始应力场的情况等。

(2) 开采技术经济条件

开采技术经济条件包括：地表是否允许崩落；加强部门对产品的技术要求(包括对矿石品位、品级、有害成分及块度等)；国家对产品的急需程度；回采设备、备品备件及材料的来源和供应状况；对采矿法的技术管理水平和掌握程度。

在选择采矿法时，并非上述所有因素同时影响，或以同等程度影响，需要根据具体情况作具体分析，抓住主要因素，综合考虑其它次要因素。

三、采矿法选择的步骤

采矿法选择一般经历调查研究、采矿法初选、技术比较合技术经济比较等四个步骤。

(1) 调查研究

收集和掌握采矿法的基础资料，仔细研究地质报告、选矿资料(选矿对矿石的要求，选矿费用、尾砂的产率、粒级和成分等)，以及上述影响采矿法选择的其他资料，并到矿山现场进行实地考察。

若矿床由多个矿体组成，则根据矿岩的稳固性、矿体的倾角和厚度等，将矿体分组，以便针对不同组别选择不同的采矿法。

(2)采矿法初选

在调查研究的基础上，根据采矿法选择的原则，针对具体矿体，初步提出几个技术上可行的采矿法方案，删去明显不合理的方案。

(3)采矿法的技术比较

根据初选出的苦干采矿法方案，相应确定每个方案的结构参数、采切工作、回采工艺和技术经济指标，绘制采矿法的方案标准图，并对其进行技术比较。

参与技术比较的指标有：矿块生产能力、采切比、矿石回收率和贫化率、主要材料消耗、采矿劳动生产率等。技术比较还包括以下不能量化的内容：作业的安全与劳动条件、材料、设备的来源及供应状况，回采工艺的难易程度，采矿法的灵活性和其优、缺点，以及与采矿法有关联的地表保护等方面。

在进行采矿法的技术比较时，必须注意：合理选取采矿法的技术指标，防止片面追求先进指标；客观地评价各个采矿法方案的优劣；对两步骤回采的采矿法，将矿房与矿柱作为整体统一评比。

(4)采矿法的综合技术经济比较

①各方案的矿石损失率、贫化率、矿块生产能力及与采矿有关的投资基本相同，只需比较采矿成本，这种情况极少遇见。

②各方案全部采出矿石量、矿块生产能力及与采矿有关的投资基本相同，矿石的损失率、贫化率相差较大，需比较年盈利和总盈利的指标。

③各方案的矿石损失率、贫化率和矿块生产能力以及与采矿有关的投资均相差很大，需要比较企业盈利(年盈利和总盈利)、与采矿有关的年投资，投资返本期和投资收益率等。

四、采矿法综合技术经济比较实例

某铜铁共生矿床，矿床埋深200m，矿床中的矿体均为盲矿体；矿体走向长度分别为900m和600m，平均厚度分别为40m和60m，矿体倾角40～80°；地表允许陷落。根据矿体赋存情况及开采技术条件，对以下两个方案进行经济比较：第一方案为无底柱分段崩落法，采用CTC—700型深孔凿岩台车，配80型凿岩机钻孔，C—30型气动装运机或DZL—50型柴油铲运机出矿；第二方案矿房用阶段胶结充填法(浅孔崩矿)，矿柱用分层尾砂充填法，采用YSP—45凿岩机钻孔C—30型气动装运机出矿。两个方案的技术经济比较见表13—1。

从两个方案的计算结果可知：第二方案的铜和铁的采选总回收率分别比第一方案高14.3％和14.8％，铜和铁精矿年产量相应多19.0％和16.8％，每年多盈利37万元；但基建投资多800万元，追加投资回收期达21.6年。第一方案的投资收益率、净现值和净现值指数分别比第二方案高1.13％、812万元和0.16。

由此可见，第二方案的资源利用好，但经济效益差，采场生产能力低，需两套充填系统，回采工艺与生产管理均比较复杂。因此，经技术经济的综合分析，选择第一方案。

13.2 采矿法的方案设计

采矿法的方案设计以标准矿块作为基础。所谓标准矿块是将矿体理想化后划分的矿块，即取矿体的平均厚度与倾角，视矿岩接触面为平面，所作的平行六面体为标准矿块。

采矿法方案设计(也称为标准矿块设计)的内容包括：结构参数的确定，采准方案设计，回采方案设计，回采技术经济指标的选取与计算。通常由设计院作采矿法的方案设计。

一、采准方案设计

采准方案设计的内容包括：确定采切巷道的断面形状、规格和支护，选择采准布置。在标准矿块三面图上布置采切巷道，计算矿块采切工程量等。

(1) 采切巷道的选型和布置

采准布置应考虑探采结合，矿房与矿柱结合，便于施工；将巷道布置在稳固的矿岩中，以减少巷道的维护费用。

(2) 采切工程量计算

根据选定的采矿法方案图、矿块结构参数、采切巷道的断面和布置，进行采切工程量计算。

采切工程量计算内容有：矿块的采切工程量，据此计算矿块的采切比；脉内采切巷道的附产出矿量；脉外采切巷道掘进的废石量，作为提升、运输和充填设计的参考。

采切工程量可按表13—2的形式计算，采切比按表13—3计算。若矿块用两步骤回采，则矿房与矿柱分别计算。考虑施工可能出现的超掘和废巷，矿床地质条件复杂而未预见的工程量，矿体形态变化而增加的巷道长度等，计算所得的采切工程量乘以1.15～1.30的修正系数，当矿体形态简单，勘探程度高，矿岩稳固性好，矿体厚度大时取小值。

(3)采切工作面数的计算

按照采切巷道的不同类型、长度和掘进速度(按设计手册选取)，分别计算掘进每条巷道所需要的时间，矿房、矿柱和矿块的采切时间(见表13—4)。

矿块的采切时间应与回采时间相适应，根据矿块回采时间、采切时间和同时回采的矿块数，按下式计算所需采切掘进工作面数：

N

t t N 3

3

（个）

式中：N 3——采切掘进工作面数，个；

t 3——矿块采切时间，月； N ——同时回采矿块，个； t ——矿块回采时间，月。

(4) 采切掘进设备的计算 按照不同类型的采切巷道，选择和配备掘进所需的设备和人员。根据同时生产的采切掘进工作面数，计算采切所需掘进设备(包括备用)和人员总数，并根据掘进材料消耗定额，计算每个矿块掘进材料消耗总额，和每吨矿石的单位材料消耗量。

二、回采方案设计

回采方案设计的内容视不同的采矿法而定，一般包括选择回采工艺和设备，进行回采计算。 (1) 崩矿方案设计

崩矿方案设计包括凿岩和爆破两部分内容。

① 凿岩：选择凿岩工具和设备；确定炮孔参数和布置(包括孔径、孔深、最小抵抗线、孔距、炮孔倾角、排面倾角、崩矿步距等)；计算每次崩矿量、炮孔每米崩矿量；计算所需凿岩机台数(包括备用)

和凿岩人员数、凿岩材料消耗等。

② 爆破：确定装药结构、装药方法和设备；选择起爆方法，设计起爆网络，计算电爆网路；计算炸药消耗总量、炸药单耗量和其它爆破器材等的单耗量。

(2) 出矿方案设计

确定出矿设备的类型和规格，计算或选取出矿生产能力，计算所需的出矿设备(包括备用)和人员数。 (3) 地压控制

对于用充填法回采或用充填处理空区的条件，需选择充填材料，计算所需的充填量，设计充填料的配比和输送系统。

采用空场法时，主要设计矿柱的规格和间距，选择辅助支护的形式和参数，设计空区处理的方法等。 采用崩落法时，设计放顶的参数，崩落覆盖岩石和上盘补充放顶等。

(4) 通风

设计采场的通风系统(包括凿岩、爆破和出矿的通风)计算采场所需风量，选择局部扇风机的型号等。 (5) 回采计算

计算矿块出矿量比例，采场生产能力，同时回采的矿块数和回采技术指标等。 ① 矿块出矿量比例

按表13—5计算矿块中回采与采切的出矿量比例，回采中矿房与矿柱的出矿量比例，以便合理分配矿井产量，并分别算出各部分的出矿品位。

②采场生产能力

计算完成一个回采循环所需的时间，采场生产能力和回采时间。

回采循环时间由每循环凿岩、装药、爆破、通风、支护和出矿时间组成，其中凿岩、支护和出矿时间根据定额计算。

采场平均日生产能力按照下式计算：

t

nn T A 1

11=

（t/d ）

式中：T 1——每回采循环采下矿石量，t ；

n ——每日回采工作班数，班； n 1——采场同时回采工作面数； t ——个回采循环所需的时间，班。

根据采场的回采矿量与生产能力，算出采场的回采时间。 ③ 同时回采的采场数

所需同时回采的矿房数根据下式计算：

1

11A AI N =

(个)

式中：A ——矿井日产量，t ／d ；

I l ——矿房采出矿石量比重，％；

A l ——矿房日生产能力，t/d 。

同理计算同时回采的矿柱数：

2

22A AI N =

(个)

式中：I 2——矿柱采出矿石量比重，％；

A 2——矿柱日生产能力，t ／d 。

根据同时回采的采场数，计算所需回采设备和人员的总数。 ④ 回采劳动生产率

采矿凿岩人班效率按下式计算

1

1B A P '=

(t/人班)

式中：A '——采矿量，t ；

B 1——采矿凿岩人班数，凿岩工(包括助手)出勤按整工计算。

采矿凿岩台班效率根据下式计算：

2

2B A P '=

(t/台班)

式中：B 2——采矿凿岩人班数，凿岩机出勤也按整班计算。 深孔凿岩台班效率的计算如下：

3

3B L P =

(m/台班)

式中：L ——有效总孔深，m ；

B 3——深孔钻机开动台班数，按整班计。

回采工作面人班效率按下式计算：

4

4B A P '=

(t/人班)

式中：B 4——回采工作面工人的人班数。

回采工作面工人是指从回采工作面至采场溜井闸门以上的全线各工种工人。

13.3 采矿法的施工设计

采矿法施工设计是根据已选用的采矿方法和矿山每个具体矿块的实际地质资料所作的采矿法设计，用以指导采矿法的施工。采矿法施工设计是矿山生产的一项经常性技术工作，由矿山生产技术科或坑口的采矿工程技术人员完成。

采矿法施工设计包括采准施工设计，回采施工设计(对于深孔崩矿)和出矿施工设计（对于覆盖岩石下放矿)等。

一、所需的原始资料

采矿法施工设计所需的原始资料包括图纸和文字资料两部由矿山地质测量部门提供。

图纸有：设计矿块的地质纵剖面和横剖面图，设计矿块的阶段平面图和相邻阶段平面图等。以上图纸的比例均为1：200，在图上应绘有测量坐标线、矿块边界线、地质界线、断层构造、探矿钻孔、已有开拓和探矿巷道、矿块周围的开采现状等。为了便于考虑地面和地下的联系，还需有设计矿块的地表

地形图，比例尺为1：500。

文字资料包括设计矿块的地形，表土厚度，勘探程度、水文地质、断层构造、矿体产状、矿岩的物理力学性质、矿块的矿石类型、品位和矿量等。

设计前，对所有原始资料进行研究和审查，并到现场进行调查和核对。若资料有误，或矿块勘探程度不足，则需及时改正。

二、采准施工设计

采准施工设计包括图纸和文字说明两部份。根据已选定的(或本矿已采用的)采准巷道类型，断面形状和规格，将其绘制成图。需绘的图数视不同的采矿法而定，通常包括纵投影图、横剖面图和平面图(薄矿脉、浅孔崩矿所需图低少些)。一般先作平面图和横剖面图，最后绘纵投影图。

采准施工设计平面图有：设计矿块本阶段平面图(布置运输巷道及各种天井、溜井等的下口位置)，上阶段平面图(布置人行天井和充填井上口位置及其与运输巷道的连结)、拉底层平面图(布置拉底巷道、切井等)、二次破碎层平面图(布置出矿巷道等，非每种采矿法均有)。

对于多层巷道有两种情况，一种是矿块划分为分段回采的，则每个分段均需作分段平面图；另一种是不划分为分段回采的，如天井两侧的联络道，凿岩硐室，分段凿岩巷道，则无需每层绘制平面图，仅需在天井一侧或两侧标明这些巷道开口中心点的坐标、掘进方位、巷道规格和长度等。

在平面图上，对于有坡度要求的巷道，应标注起坡点、坡度和坡向；对于垂直和倾斜巷道，需在其下口中心点，标出坐标，倾角和方位角；对于弯道，应注明弯道半径、转角和长度等。

根据需要，绘制1～2张横剖面图，通常沿人行天井或切割天井横剖。绘制纵投影图时，将设计矿块的边界和各种采切巷道投影到沿矿块长轴的垂直面上。该图不反映采切巷通的实际位置和长度，仅表示其空间的相互联系。

以上设计均以1：200的比例绘在透明纸上。为与用实线表示的现有巷道相区别，设计巷道可用虚线绘制；或也用实线绘制，但在透明纸背面巷道边界内，用红铅笔轻轻涂色，以示区别。采切巷道大样图用1：50或1：20的比例。

采准施工设计的文字说明通常附于图上，写明设计矿块的地质概况，矿石品位、矿量、施工方法、顺序、进度和安全注意事项，预计的主要技术经济指标等，并列表说明采准巷道名称、规格、支护和长度等。

采准施工设计图经讨论、修改、有关领导审批后，上墨绘制，并晒成蓝图至少一式四份，发送生产科、地测科、掘进队和技术档案室。

采切巷道施工时，先掘进起探矿作用的巷道。若发现矿体形态与地测科提供图纸上的相差很大，则需对原有采准施工设计酌情修改。

三、回采施工设计

采切巷道施工结束并对矿体进二次圈定后，便作回采施工设计。后者包括深孔设计和爆破设计等。下面以上向扇形深孔为例。

(1)深孔设计

深孔设计(也称布孔设计)包括以下内容：

①确定排面位置：根据采切巷道实测图(比例1：200)，沿凿岩巷道底板作平面图，绘上凿岩巷道、切槽位置和矿体边界等。自切槽边界起，按选定的最小抵抗线值，直交凿岩巷道平行切槽作深孔排面线，并对其编号。

若凿岩巷道不与切槽长边垂直，或凿岩巷道施工后未保持平直，使深孔排面线之间或与切槽长边无法平行，则需使排面逐渐扭转，以保证崩矿质量。若最后二排深孔排距大于或小于最小抵抗线，则重新调整排位，使其均匀分布。排位应尽量避开对凿岩不利的部位。

②确定排面范围：根据凿岩巷道平面图，沿深孔排面线按排面倾角作剖面图，在该图上圈定排面范围(即每排深孔控制范围)。

③布置排面深孔：在每张深孔排面图上，先确定扇形孔的放射点。用台架凿岩时，放射点距巷道底板1.2～1.4m；用CZZ—700型凿岩台车时，放射点离巷道底板0.8m；用TQ—100型钻机凿岩时，放射点距巷道底板不小于1.5m，以考虑凿岩操作方便为宜。

在排面范围内，自放射点为起点布孔，先布置控制排面边界的深孔，再根据孔底距均匀分布其余深孔。布置水平炮孔时，当孔深小于8m 时，上仰3°～5°；当孔深大于8m 时，上仰5°～7°。

④确定孔底位置：孔底附近可能遇到空区、巷道、矿体边界的岩石，相邻扇面的深孔孔底或孔身。 孔底附近为空区或巷道时，孔底离其距离为0.5m ；孔底为岩石时，一般将孔底绘至矿岩接触线；若矿岩接触面不明显，矿岩难于分离，则需超深0.3～0.5m ；若矿岩易分离，且围岩易片落，则孔底距接触线一定距离。

当孔底遇到同排同段相邻深孔孔底时，则使两个扇面的孔底交叉布置，并相互超深一定距离，以使孔底处炮孔分布均匀。若孔底遇到上部扇面同排不同段或不同排不同段的水平孔时，其间取0.8～lm 。 若后排孔自由面不足时，前排孔宜适当超深；若矿体下盘倾角不陡时，需要开凿部分下盘岩石，以利出矿。

⑤换算倾斜排面角度：在倾斜排面上所测炮孔的倾角是伪倾角，按以下公式将其换算为真倾角。

)sin arcsin(sin βαβ'=

式中：β——炮孔倾角；

β'——炮孔伪倾角；

α——炮孔排面角。

倾斜排面线的方位角也不是炮孔的方位角，先按下式算出炮孔水平投影线与排位线的锐夹角：

)tan arctan(cos βαθ'= 则炮孔的方位角为

θρρ±'=

式中：ρ——深孔方位角；

ρ'——深孔排面线方位角；

θ——炮孔水平投影线与排面线的夹角

每个排面深孔布置完毕后，按顺时针方向对深孔编号，在图上标出炮孔倾角和长度、小计孔数和孔

长，凿岩巷道编号，排面线号和方位角。

布孔设计经审批并晒图后，交地测科和施工部门，由测量人员在凿岩巷道给出中心点、排面线和开孔点。

(2) 爆破设计

深孔施工完毕进行验收，满足倾角误差为±1°，孔长为±0.5m 为合格孔。对不合格孔酌情采取补救措施。验收结果绘制炮孔实测图(比例1:200)，并说明某些孔的特殊情况(透孔、透水、掉渣、变形等)。 爆破设计包括拟定爆破方案，确定装药结构，设计爆破网路，圈定安全范围，确定施工组织，制定材料计划等。

①拟定爆破方案：内容包括确定崩矿范围，爆破顺序和雷管段数。

根据所选用的采矿法和补偿空间容积，确定同次崩矿的范围和深孔排数。

根据切槽位置和邻近空区情况确定爆破顺序。通常拉底深孔超前崩矿孔，间柱孔超前顶柱孔，靠自由面的孔超前其他孔，离废石接触面远的超前近的。

经常采用多排同段爆破，每1～3排(层)孔为一段。当矿石节理发育欠稳固时，需减少雷管段数，以减小带炮的可能性。尽可能使各段雷管的炸药量相等，以减小地震和冲击波。

②确定装药结构：根据深孔实测图绘制装药结构图，图中注明凿岩巷道编号、深孔排号、孔号、设计孔长、实际孔长、装药长度、起爆药包拉置、导爆线长度、炮泥长度、雷管段数、小计每排药包个数、装药重量、雷管数和炮泥数等。装药结构图可用表格代替。

统计总装药量，计算单位炸药消耗量，并与选定的炸药消耗量相比，若相差较大，重新调整装药量。 ③设计爆破网路：爆破网路设计见《爆破工程》教材，对于电爆网路还需进行网路计算，并绘制爆破网路图。图上注明引出线、区域线、主干线的敷设线路、规格、长度和连结方法，导爆线的外伸长度

和连结方法，以及爆破电源开关设置地点等。

④圈定安全范围地震和空气冲击波安全距离的计算方法详见《爆破工程》教材，据此圈出安全范围(包括井下与地面)。对可能受爆破影响的对象，提出撤迁、加固或临时防护的措施与计划。为了防止杂散电流的影响，提出局部停电的范围。

⑤确立施工组织：在总指挥领导下，爆破施工组织在准备阶段由指挥部、爆破设计组、爆破器材检查组、材料供应组和安全保卫组等组成。在爆破阶段还设立保卫组、调度组、技术组、装药组、运药组、网路敷设计组、通风安全组、撤迁组、恢复生产组，医务组和生活福利组等。应说明各组的职责范围。

⑥制定材料计划：按照炮孔装药结构图小计的爆破材料，归列成爆破器材一览表，栏目有名称、规格、单位、数量、使用地点等。列人材料计划的还有炮棍、绳子、胶布、防水套等装药用具和材料。

爆破设计说明书内容包括爆破范围概述、技术要求、施工进度、注意事项、预计通风和恢复生产时间等。

四、出矿施工设计

对于有底柱分段崩落法和阶段崩落法作出矿施工设计，详见本教材第十一章第六节内容。