急傾斜中厚礦體采礦方法與變革

摘""要：中深孔機(jī)械化落礦空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄊ且环N適用于急傾斜中厚礦體的地下采礦技術(shù)。隨著采礦技術(shù)和產(chǎn)能的需求，淺孔留礦采礦法已不能適應(yīng)，中深孔機(jī)械化落礦空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄖ饾u被應(yīng)用到急傾斜中厚礦體中，并取得了良好的效果。3種采礦方法經(jīng)過(guò)迭代的更新，并獲得了現(xiàn)代主流采礦方法，現(xiàn)代主流采礦方法滿(mǎn)足當(dāng)前的政策導(dǎo)向和現(xiàn)實(shí)需求，提高了類(lèi)似礦體開(kāi)采效率。

關(guān)鍵詞："急傾斜礦體""中厚礦體""留礦采礦法""采場(chǎng)參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD55

Mining"Methods"for"Steep"Medium-Thick"Orebodies"and"Their"Reform

LI"Congyun""XIA"Chuanxiang""LU"Hongjian""WANG"Litong""LI"Fengjiu

（School"of"Mining"Engineering，North"China"University"of"Science"and"Technology，"Tangshan，"Hebei"Province，063210"China）

Abstracts："The"medium-deep"mechanized"caving"open-stope"delayed"filling"method"is"an"underground"mining"technology"suitable"for"steep"medium-thick"orebodies."With"the"development"of"miningnbsp;technology"and"the"increasing"demand"of"productivity，"the"short-hole"shrinkage"stoping"method"can't"no"longer"be"adapted，"and"the"medium-deep"mechanized"caving"open-stope"delayed"filling"method"has"been"gradually"applied"to"steep"medium-thick"orebodies"and"achieved"good"results."The"three"mining"methods"have"been"updated"iteratively，"and"modern"mainstream"mining"methods"have"been"obtained，"which"meet"current"policy"orientation"and"practical"needs，"and"improve"the"mining"efficiency"of"similar"orebodies.

Key"Words："Steep"orebody;"Medium-thick"orebody;"Shrinkage"stoping"method;"Quarry"parameters

留礦采礦法在我國(guó)地下開(kāi)采礦山中是使用最早最廣泛的采礦方法之一，在我國(guó)金屬礦山開(kāi)采中占有較大的比重，尤其是在礦體產(chǎn)狀為急傾斜極薄礦脈為主的礦體開(kāi)采中，產(chǎn)量比重一直保持在85%以上。鳳凰山銀礦的礦體屬于產(chǎn)狀復(fù)雜的急傾斜薄礦體，與淺孔留礦法開(kāi)采方法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法在提升產(chǎn)能和回采率方面表現(xiàn)突出[1]。淺孔留礦法適合于礦巖穩(wěn)定、產(chǎn)狀簡(jiǎn)單的礦體，允許礦柱二次回采，對(duì)于中小型礦山特別有利[2]。無(wú)底柱淺孔留礦法則因其適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單、回采率高而被廣泛應(yīng)用于金礦，并強(qiáng)調(diào)技術(shù)革新對(duì)提高急傾斜中厚礦體開(kāi)采效率和安全性的重要性，改進(jìn)措施包括采用無(wú)底柱結(jié)構(gòu)以減少礦體損失、增強(qiáng)采礦設(shè)備的先進(jìn)性以及提高礦井安全性[3]。深入理解礦體特性與工程挑戰(zhàn)的重要性，以及采用符合特定地質(zhì)條件的創(chuàng)新方法的必要性。在急傾斜中厚礦體的采礦方法與變革方面，已有研究表明傳統(tǒng)方法在現(xiàn)代化挑戰(zhàn)下的局限性與改革的迫切性。

1"礦體和留礦法分類(lèi)

礦體的分類(lèi)通常基于厚度和傾角兩個(gè)主要準(zhǔn)則，對(duì)采礦方法的選擇至關(guān)重要。厚度決定了開(kāi)采方法的可行性和效率，傾角則影響礦體的穩(wěn)定性和采礦技術(shù)的安全性。根據(jù)礦體厚度可分為四類(lèi)：薄礦體厚度為0.8～2"m、中厚礦體厚度為2～5"m、厚礦體厚度為5～20"m以及極厚礦體厚度在20"m以上。按照傾角，礦體分類(lèi)為水平礦體0°～3°、緩傾斜礦體3°～30°、傾斜礦體30°～45°以及急傾斜礦體45°以上。依據(jù)礦體的不同厚度，留礦采礦法被分為不同的采礦方法。淺孔落礦（厚度小于5～8"m礦體）分為有底部結(jié)構(gòu)淺孔留礦采礦方法和平底結(jié)構(gòu)淺孔留礦采礦方法（嗣后充填），中深孔落（厚度大于5～8"m礦體）礦采用分段鑿巖階段出礦留礦采礦方法（嗣后充填），深孔落礦（厚度在10"m以上）采用垂直深孔落礦留礦采礦方法。

2采場(chǎng)參數(shù)和采切工程

2.1"有底部結(jié)構(gòu)的淺孔落礦

在地下采礦中，階段高度是指每個(gè)采礦工作面的垂直距離，通常在30～50"m之間。礦塊長(zhǎng)度是指在地下開(kāi)采工作中，每個(gè)采礦工作面的水平距離，通常在40～60"m之間。間柱尺寸是相鄰支撐柱之間的水平距離，在2～8"m。頂住尺寸是礦頂?shù)街沃拇怪本嚯x，通常為3～6"m。底柱尺寸是礦底到支撐柱的垂直距離，通常為5～12"m。采準(zhǔn)工作包括運(yùn)輸巷道、裝礦巷道天井和聯(lián)絡(luò)巷。運(yùn)輸巷道用于將采礦石從工作面運(yùn)送到地面，裝礦巷道天井用于提升和下放設(shè)備，聯(lián)絡(luò)巷用于連接不同的采礦工作面。切割工作包括拉底巷道和括漏工作。拉底巷道用于在礦底創(chuàng)建可采礦石的空間，括漏工作用于采取安全措施以防止地質(zhì)災(zāi)害。

2.2"無(wú)底部結(jié)構(gòu)的淺孔落礦

平底結(jié)構(gòu)的淺孔留礦嗣后充填采礦方法是一種在地下礦山中采取的方法，用于開(kāi)采薄礦體，開(kāi)采后會(huì)用填充材料填充，以確保地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。采場(chǎng)參數(shù)方面，此方法主要涉及采場(chǎng)的尺寸和布局，采場(chǎng)通常需要設(shè)計(jì)為足以實(shí)現(xiàn)有效留礦和充填的規(guī)模。平底結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有助于最大化礦體的回收率，同時(shí)也方便底部的充填物料的分布。采場(chǎng)的高度、寬度和長(zhǎng)度必須根據(jù)地質(zhì)條件、礦體賦存狀態(tài)及礦體穩(wěn)定性來(lái)確定，以確保安全生產(chǎn)。采切工程方面，此方法需求詳細(xì)的計(jì)劃和管理，以確保采礦的連續(xù)性和充填效率。平底結(jié)構(gòu)支持了淺孔爆破和嗣后充填過(guò)程。充填工程在采空區(qū)形成后立即進(jìn)行，既可以使用尾礦充填，也可以使用其他類(lèi)型的充填材料，如砂石或水泥基充填料。充填的目的是為了恢復(fù)地表穩(wěn)定性、減少環(huán)境影響，并允許礦山在未來(lái)可能的采礦活動(dòng)中再次利用這些區(qū)域。正北溝礦區(qū)采用的淺孔留礦法和嗣后充填的實(shí)踐應(yīng)用取得了較好的應(yīng)用效果，同時(shí)延長(zhǎng)了礦山服務(wù)年限，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境[4]。

2.3"中深孔機(jī)械化落礦

分層鑿巖階段出礦嗣后充填采礦方法是旨在有效地從急傾斜忠厚礦體中開(kāi)采礦物資源。在這個(gè)過(guò)程中，首先，將礦體被分割成若干水平層，以便逐層進(jìn)行鉆爆作業(yè)，通過(guò)開(kāi)挖橫向巷道來(lái)劃分礦體，并設(shè)立必要的通風(fēng)和運(yùn)輸通道。其次，在每一層進(jìn)行鉆孔作業(yè)，其中包括垂直鉆孔和斜向鉆孔。這些孔用于后續(xù)的爆破作業(yè)，以便松動(dòng)礦石。爆破后，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備進(jìn)行礦石的裝載和運(yùn)輸。最后，出礦，即將爆破后的礦石從采場(chǎng)運(yùn)出。為了維持采場(chǎng)的穩(wěn)定性，并減少環(huán)境影響，采礦過(guò)程中還伴隨著充填作業(yè)。這通常涉及將廢石或其他材料回填到已經(jīng)開(kāi)采的空間中，以支撐地層并減少地表沉降。包頭鑫達(dá)黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司西柏樹(shù)礦區(qū)采用中深孔階段礦房采礦法被應(yīng)用于急傾斜薄礦體的開(kāi)采，解決了傳統(tǒng)淺孔留礦法在安全性能、生產(chǎn)能力以及采礦損失率方面存在的問(wèn)題[5]。

3"采礦方法對(duì)比

3.1"淺孔留礦法的落礦方法相同

在地下礦業(yè)作業(yè)中，采場(chǎng)內(nèi)作業(yè)的環(huán)境安全是關(guān)鍵，頭頂?shù)捻敯迨潜┞睹娣e較大的結(jié)構(gòu)面，對(duì)其穩(wěn)定性的維護(hù)至關(guān)重要。在執(zhí)行淺孔落礦作業(yè)時(shí)，通常采用水平淺孔或上向淺孔的方法，以適應(yīng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦體形態(tài)。炮孔通常由輕型風(fēng)動(dòng)鑿巖（YT28）機(jī)完成，該設(shè)備因其操作便捷、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用。釬頭直徑-30～46"mm，以適應(yīng)不同硬度的巖石，而炮孔深度控制在5"m以下，以確保爆破效果和安全距離。

3.2"有底部結(jié)構(gòu)的電耙出礦

采用有底部結(jié)構(gòu)的淺孔落礦采礦方法中，底部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。常用的底部結(jié)構(gòu)包括喇叭口和V型塹溝，它們主要作用是引導(dǎo)礦體向指定路徑移動(dòng)。喇叭口結(jié)構(gòu)因其形狀有助于減少礦石的沖擊力，而V型塹溝則有助于集中礦石流，兩者均優(yōu)化了礦物的初步運(yùn)搬。運(yùn)搬路徑的規(guī)劃同樣關(guān)鍵，通常包括落礦點(diǎn)至底部結(jié)構(gòu)，再通過(guò)電耙巷道至溜井，最后通過(guò)礦車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。電耙巷道位于運(yùn)輸巷道上部3～6"m處，此設(shè)計(jì)有助于減少礦石運(yùn)搬過(guò)程中的堵塞和磨損。這種底部結(jié)構(gòu)和運(yùn)搬路徑的設(shè)計(jì)方案具有初期投入少、維修費(fèi)用低和對(duì)技術(shù)人員要求低等優(yōu)點(diǎn)，使其在多種礦業(yè)環(huán)境中都能找到應(yīng)用。然而，也存在一些缺點(diǎn)，如維修率高，容易造成工作效率低下，能耗相對(duì)較高，特別是在卡斗處理和安全性方面存在較大挑戰(zhàn)。因此，這種設(shè)計(jì)需要進(jìn)行細(xì)致的安全評(píng)估和經(jīng)濟(jì)效益分析，確保其在實(shí)際應(yīng)用中能夠達(dá)到預(yù)期的安全和生產(chǎn)效率目標(biāo)。此外，持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少能耗，提高安全性和工作效率至關(guān)重要。

3.3"無(wú)底部結(jié)構(gòu)的平底出礦

底部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)于提高礦產(chǎn)資源的開(kāi)采效率和降低成本具有至關(guān)重要的影響。平底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種常見(jiàn)的底部結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)適用于地質(zhì)條件允許直接從礦體底部開(kāi)采礦石的礦床。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且不留底柱，從而大大提高了資源的利用率。在平底結(jié)構(gòu)的作業(yè)流程中，礦石從落礦口直接進(jìn)入底部結(jié)構(gòu)，之后由鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行裝載，然后通過(guò)溜井傳送到礦車(chē)。為了有效管理礦石流動(dòng)，距離脈內(nèi)沿脈巷道側(cè)幫大約5～6"m處掘下盤(pán)沿脈巷道，再沿該巷道每隔5～6"m設(shè)置裝載巷道。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)包括高出礦效率，由于放礦口面積大，礦石流動(dòng)順暢，不易堵塞。其簡(jiǎn)潔的底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有利于二次破碎作業(yè)的執(zhí)行，并提供了一個(gè)相對(duì)安全的工作環(huán)境。然而，缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，包括對(duì)于高成本的裝巖機(jī)設(shè)備的依賴(lài)，以及為了適應(yīng)這些機(jī)械，相關(guān)巷道需要有較大的斷面，從而增加了施工成本。在設(shè)計(jì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須綜合考慮成本效益，同時(shí)也要重視安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以通過(guò)運(yùn)用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合礦體地質(zhì)特征和開(kāi)采技術(shù)，以確保設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全。在實(shí)際應(yīng)用中，這需要對(duì)礦體的地質(zhì)特征、力學(xué)性質(zhì)、礦石質(zhì)量和礦床規(guī)模等進(jìn)行精確的評(píng)估，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)分析來(lái)決定最合適的底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3.4中深孔機(jī)械化落礦空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法

礦山地下開(kāi)采中，針對(duì)急傾斜中厚礦體使用掘進(jìn)臺(tái)車(chē)在礦體水平層面上施工，建設(shè)水平巷道，為后續(xù)的采礦活動(dòng)提供必要的通道和運(yùn)輸路線，使用中深孔臺(tái)車(chē)進(jìn)行穿孔作業(yè)，用于之后的爆破步驟，以便高效地分離礦石與巖石。在礦石被爆破后，采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行礦石的裝載和搬運(yùn)，這種機(jī)械化操作大幅提高了作業(yè)效率，并降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。切割天井是為了建立垂直或斜向的運(yùn)輸通道，同時(shí)也提供通風(fēng)，這對(duì)于保障井下作業(yè)的安全至關(guān)重要。為了進(jìn)一步提升作業(yè)的安全性，采用遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，操作人員可以在安全區(qū)域遠(yuǎn)程操控，以避免直接接觸潛在的危險(xiǎn)區(qū)域。在完成礦石的提取之后，進(jìn)行井下沖充填工作，使用廢石或尾礦與水泥混合物等材料對(duì)空曠的采空區(qū)進(jìn)行充填，既穩(wěn)定了采空區(qū)，又有效地處理了礦山廢棄物。整個(gè)機(jī)械化采礦與充填作業(yè)流程需要工人在巷道內(nèi)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，確保每一步都能安全、高效地完成。

4"方法變革本質(zhì)與趨勢(shì)

傳統(tǒng)的有底部結(jié)構(gòu)留礦法機(jī)械化程度較低，在當(dāng)前的產(chǎn)能需求和技術(shù)水平下，面臨多方面的挑戰(zhàn)，同時(shí)具有高能耗和低出礦效率缺點(diǎn)，尤其是在深部大規(guī)模開(kāi)采作業(yè)中。平底結(jié)構(gòu)和無(wú)軌設(shè)備的使用是對(duì)有底部結(jié)構(gòu)的留礦法的現(xiàn)代化改造嘗試，取得了很好的效果。然而，隨著安全規(guī)范明確禁止工人進(jìn)入空區(qū)，技術(shù)人員的老化和招工難題是礦業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，機(jī)械化和智能化應(yīng)用程度高的中深孔機(jī)械化落礦空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法成為現(xiàn)代主流采礦方法。在礦業(yè)工程領(lǐng)域，技術(shù)與產(chǎn)能需求正驅(qū)動(dòng)著開(kāi)采結(jié)構(gòu)與設(shè)備的持續(xù)改進(jìn)。技術(shù)革新應(yīng)側(cè)重于增強(qiáng)自動(dòng)化程度和信息化水平。政策導(dǎo)向和現(xiàn)實(shí)需求要求礦業(yè)工程領(lǐng)域提出更高的安全和效率標(biāo)準(zhǔn)。這需要通過(guò)實(shí)施先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和強(qiáng)化安全培訓(xùn)來(lái)提升作業(yè)安全性。同時(shí)，設(shè)備升級(jí)計(jì)劃應(yīng)該包括引入智能開(kāi)采技術(shù)，例如：無(wú)人機(jī)操控的開(kāi)采設(shè)備，以減少作業(yè)人員的風(fēng)險(xiǎn)暴露并提升操作精準(zhǔn)性。總體而言，變革的本質(zhì)在于通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和智能化手段，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的安全、高效與智能化采礦。這不僅僅是一次性的調(diào)整，而是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，需要不斷地技術(shù)進(jìn)步和管理升級(jí)，以響應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境和內(nèi)在發(fā)展需求[6]。

5"結(jié)語(yǔ)

中深孔機(jī)械化落礦空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄓ行岣吡思眱A斜中厚礦體的采礦效率。本方法通過(guò)機(jī)械化作業(yè)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了采礦作業(yè)的速度和安全性。該采礦技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)的空?qǐng)龉芾砗统涮畈僮鳎瑢?shí)現(xiàn)了礦體資源的最大化回收。該方法減少了礦石的稀釋和損失，增加了有用成分的提取率。隨著充填材料的優(yōu)化和充填工藝的改進(jìn)，該技術(shù)在降低地表沉降和礦山環(huán)境影響方面表現(xiàn)出色，這一點(diǎn)符合現(xiàn)代采礦業(yè)對(duì)環(huán)保的高標(biāo)準(zhǔn)要求，有助于實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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