现场采矿技术

通钢大栗子矿业公司
培训类别采矿现场技术
培训科目采场管理知识
授课人
课题：采矿现场技术
教学目的：提高现场采矿技术管理人员管理采场的相关知识及相关设计水平。

教学内容：第一章采场冒顶事故的预防
第二章采场地压管理
第三章现场指导时应注意的几个问题
第四章做设计过程中应注意的问题
第五章控制矿石损失率和贫化率的措施
第六章车间采掘计划的编制
教学重点：１、冒顶事故的预防
２、采场地压管理
3、现场指导及做设计时应注意的问题
4、采场矿石损失与贫化的控制
教学难点：教会现场采矿技术人员掌握采场冒顶事故的预防方法，提高其现场指导能力及做设计的水平。

教学方法：以讲授法为主，结合多媒体投影教学。

课时安排：见教学计划表
教学步骤：第一课时―第一章采场冒顶事故的预防（90分钟）第二课时―第二章采场地压管理（９０分钟）
第三课时―第三章现场指导时应注意的几个问题
(９０分钟）
第四课时―第四章做设计过程中应注意的问题
（９０分钟）
第五课时－第五章控制矿石贫化率与损失率的措
施（９０分钟）
第六课时―第六章车间采掘计划的编制（９０分钟）
第一章采场冒顶事故的预防
第一节采场发生冒顶事故的原因
冒顶是由于岩石不够稳定，当强大的地压传递到顶板或两帮时，使岩石遭受破坏而引起的。

随着采场中回采工作面的向前推进，工作面悬顶面积逐渐增大，顶板矿岩会由于应力的重新分布而发生某种变形，以致在某些部位出现裂隙，同时岩层的节理也在压力作用下逐渐扩大。

在此情况下，采场顶板岩石的完整性就破坏了。

由于采场顶板岩石完整性破坏的结果，便出现了顶板的下沉弯曲，裂隙逐渐扩大，如果生产技术和组织管理不当，就可能形成采场顶板岩矿的冒落。

这种冒落就是常说的采场冒顶事故。

根据栗矿历年来的采场冒顶事故，大多数为局部冒落及浮石所引起的，而大片冒落相对较少，因此，对局部冒落及浮石的预防，必须给予足够的重视。

1、采矿方法不合理和顶板管理不善
采矿方法不合理、回采顺序、凿岩爆破方式等作业不妥当，是导致此类事故的重要原因。

例如某矿由于顶板管理不善，不按时放顶、不正规作业，致使顶板暴露面积面积过大，暴露时间过长，因而造成了较
多的冒顶事故。

2、缺乏有效支护
支护方式不当，不及时支护或缺少支架、支架的支撑力和顶板压力不相适应等是造成此类事故的另一重要原因。

例如，某矿采场顶板与底盘的走向断层相交形成了三角岩构造，对此本应选用木垛与支柱的联合支护方案，但只打了40多根立柱，结果顶板来压后，立柱大部分被压坏，发生了冒顶事故。

3、检查不周和疏忽大意
在冒顶事故中，大部分属于局部冒落及浮石砸死或砸伤人员的事故。

这些都是由于作业人员事先缺乏认真、全面的检查，在作业过程中疏忽大意等原因造成的。

4、浮石处理操作不当
浮石处理操作不当引起冒顶事故，大多数是因处理前缺乏全面、细致地检查，没有掌握浮石情况而造成的。

如作业人员对浮石没有进行仔细处理，简单撬一撬就进行作业，结果在作业过程中浮石便冒落下来，造成了不必要的伤害。

5、地质矿床等自然条件不好
如果矿岩为断层、褶曲等地质构造所破坏，形成破碎带，或者由于节理、层理发达，裂隙多，再加上裂隙水的作用，破坏了顶板的稳定性，改变了工作面正常压力状况，因而这样的采场容易发生冒顶事故。

对于回采工作面的地质构造不
清楚、顶板性质不清楚，容易造成冒顶事故。

6、地压活动
如当地发生破坏性的地震，或者发生洪灾等，造成地压产生变化，从而引起冒顶事故。

为了避免这样的情形，我们应该时刻注意天气的变化。

7、其他原因
作业人员不遵守操作规程进行操作，在作业过程中精神不集中、思想麻痹大意，发现险情不及时处理或者不及时上报，工作面作业循环不正规、推进速度慢、爆破崩倒支架、不按照设计施工、采场管理混乱、胡乱开采、瞎指挥等，都容易引起冒顶事故。

第二节采场冒顶事故的预防
要防止采场冒顶事故的发生，必须严格遵守安全技术规程，从多方面采取综合预防措施进行预防。

1、选用合理的采矿方法
选用合理、安全的采矿方法，制定具体的安全技术操作规程，建立正常的生产秩序和作业制度，是防止冒顶事故的重要措施。

2、搞好地质调查工作。

地质人员做好区域地质情况调查，将大的地质构造记录
存档，以备采场作业时，做好安全预防措施。

3、加强工作面顶板的管理维护。

在采场在回采过程时，如果顶板的围岩属于不稳定的岩石，除了留好护顶壁外，我们还可以采用木支护、木垛支护、锚杆支护等方式，对采场顶板进行维护。

4、及时处理采空区。

采用正确的开采顺序，及时充填、支护或崩落采空区。

采用充填采矿法时，我们应该组织好充填渣，及时充填上一分层作业后形成的空区，按照要求进行充填，然后利用木支护对充填完后的空间进行支护；采用留矿采矿法时，我们必需留好矿柱及护顶壁，在将存窿矿放净后，应该对采空区进行充填或崩落。

5、坚持正规循环作业。

在采场的作业过程中，必须按照“采充并举，掘进先行”的思路进行作业，岩工与采场运工分开作业，加快充填力度，减少作业面的悬顶时间，坚持正规循环作业，这些都可以保证采场冒顶事故的发生。

6、加强对采场顶板和浮石的检查与处理。

浮石是采场爆破后极为常见而普通存在的，要严格检查和清理浮石，防止浮石掉落而造成伤亡事故。

可采用简易方法和仪器对顶板进行检查与观测。

常用的简易方法有木楔法、标记法、听音判断法、震动法等。

（1）、木楔法。

将一个木楔钉入顶板裂隙中，如经过一段时间，木楔自动脱落或已松动，说明顶板有变化，裂隙增大，有冒落危险。

（2）、标记法。

用黄泥、油漆或水泥抹缝，借此检查顶板岩石的裂隙有无增大。

（3）、听音判断法。

用手锤敲击顶板，如发生清脆响亮的声音，说明顶板良好，如发出沙哑或嗡嗡的声音，说明顶板已与原岩体分离而破裂，有冒落危险。

要注意的是，如果顶板与原岩体分离出较厚的岩层，敲击时同样能听到清脆的声响。

（4）震动法。

在手持小锤敲打顶板，同时用左手的指尖紧贴于顶板岩石上。

如敲击时指尖感到顶板振动，说明顶板不好，有冒落危险。

通过这些方法，我们一般可以判断采场顶板是否有冒落的危险，这样我们可以采取相应的措施，对采场进行维护与处理，将采场冒落的危险降到最低。

第二章采场地压管理
第一节采场地压的概念及方法岩体被开挖以后，破坏了原岩应力平衡状态，岩体中的
应力产生了次生应力场，使巷道或采场周围的岩石发生变形、移动和破坏，这种现象称为地压显现。

使围岩变形、移动和破坏的力，称为地压或矿山压力。

采场地压管理的基本方法有：
（1）利用矿岩本身的强度和留必要的支撑矿柱，
以保持采场的稳定性。

（2）采取各种支护方法，支撑回采工作面，以维
持其稳定性。

（3）充填采空区，支撑围岩并保持其稳定性。

（4）崩落围岩，使采场围岩应力降低，并使其重
新分布，达到新的应力平衡。

第二节采场暴露面积的稳定性评价
影响采场暴露面积大小的主要因素有：矿石和围岩的力学性质、开采深度、施加在开采空间顶板的上覆岩层高度、暴露面维持的时间、暴露面的几何形状等。

坚硬致密的岩石允许有较大的暴露面积；裂隙发育的或松软的岩石，暴露面积要小，有时还要进行支护。

生产实践证明开采暴露面的稳固性，不仅取决于面积大小，而且还决定于暴露面积的形状。

当暴露面长（l）宽（a）尺寸接近时，即其长度小于2倍宽时，稳定性决定于面积大
小；当暴露面长度远远大于其宽度（大于2倍以上）时，其稳定性就决定于宽度，而长度（或面积）已经不是决定的因素。

因此,开采空间暴露面的稳定条件是：当2l＜a时,l×a＜s u，当l＞2a时，a＜a u（s u：暴露的极限面积；a u：暴露的极限跨度。

）
暴露面保持的时间，对于稳定性也有很重要的影响。

尽管载荷不增加，但在长期静载荷作用下，岩石由于蠕变，变形迅速增加，能使岩石破坏。

因此，在相同条件下，提高开采强度，缩短开采空间的暴露时间，往往能够获得良好的开采效果。

第三节矿柱
矿柱的宽度越大，高度越小（即矿柱的宽高比越大），矿柱处于三向压缩状态的部分越大，则矿柱的强度越高。

根据美国“瓦特潘恩”矿的研究，矿柱的矿石立方形试件抗压强度为68.6MPa时，如果矿柱的宽度（c）小于其高度（k），在不大的载荷下矿柱即破坏；但当c＞7h时，矿柱却能承受实际可能施加的载荷而不破坏。

棱柱形矿柱的杭压强度为：σ1≈σ f
式中：σf---立方形矿柱的抗压强度，98.1KPa
k f---矿柱形状系数，取决于其宽高比，可近似为：当c＜h，k f= h
c/；当c＞h，k f=c/h（圆形矿柱c
等于直径，矩形矿柱c等于其短边，条带矿柱c等于其宽度减去巷道宽度。

第四节充填
（1）、充填方式分类
按照充填材料的成分和输送方法不同，可分为干式充填、水力充填和胶结充填。

干式充填使用最早，需用矿车、机械或风力将废石送入采场，以充填采空区。

栗矿采用的是干式充填，它的充填系统用方框图表示如下：
采场内运搬、铺平
由于干式充填效率低，充填工作劳动消耗大，充填不够致密，近年逐渐为水力充填所代替。

但对中小型矿山，不需另添置设备，故仍有使用价值。

水力充填是用水作媒介，使充填料沿管道或钻孔输送到充填地点。

其输送动力是充填系统进口和出口之间高差所形成的自然压头，或者用砂泵加压。

与干式充填比较，水力充填可实现全面机械化，劳动生产率高，充填能力大，充填体密度大，但污染巷道，基建费用高。

胶结充填采用胶结充填料的一种充填方法。

其充填体强
度低。

（2）、充填体的作用
目前对充填体在金属矿床地下开采控制地压的力学作用，有两种截然不同的看法：一种认为对控制地压与限制围岩变形的作用不大，另一种认为充填体可以有效地控制地压。

就充填体能减少矿石损失率和贫化率的作用，却得到一致认识，而且被生产实践所证实。

今天只从充填体的力学作用，作一简要地介绍。

Ⅰ、充填体对矿柱的作用
由于充填体的强度低，刚度小，只选用充填料不能有效地防止围岩的移动。

实践证明，在正确选取矿块参数的条件下，留适量矿柱，再充填矿房，能有效地控制地压和限制围岩移动，保持开采空间的稳固性。

充填体的力学作用，可从两方面分析。

充填体包裹矿柱，可对矿柱施以侧向压力，使矿柱由单向或双向受力状态，变为三向受力状态，从而提高其强度。

矿柱的三向抗压强度为：
σc=σ0＋kσa
式中σc------矿柱三向抗压强度；
σ0------矿柱单向抗压强度；
σa-----矿柱侧身压力；
k-------与矿柱内摩擦角有关的系数；
k＝（1+sinφ）/（1-sinφ）φ------矿石内摩擦角
此外，考虑到充填体加强了矿柱表面破碎矿石层的支撑能力，以及由于充填料的沉缩、压实，矿柱受到的侧向压力还可以继续增加，故矿柱的强度还可能进一步提高。

Ⅱ、充填体对围岩应力分布的影响
目前所应用的任何一种充填采矿法，都不能防止由于开采所引起的应力重新分布状态。

因为矿体一经开挖，就破坏了原岩的应力平衡，就产生应力降低区和应力升高区。

充填工作总是落后于回采工作一段时间，待到充填时，在开挖空间上部和围岩中应力重新分布已经完成，这就不能防止围岩和矿柱在这段时间内发生一定程度的变形或破坏。

另外，由于充填体的强度低和弹性模量小，它对围岩不能产生主动压力，因此，充填后不能恢复原岩应力场，也还允许围岩有一定的变形。

充填体的作用在于限制围岩和矿柱变形的发展，减缓岩层移动的危害和降低地表的下沉程度。

充填工作速度越快，围岩变形受限制的时间越早，越有利于开采空间的稳定。

第三章现场指导时应注意的几个
问题
做为车间采矿的技术人员，除了做好各种有关的设计外，还应该做好采场的现场指导工作及各种采准现场工作，做好生产主任的帮手，为车间的生产献计献策。

第一节采场现场指导
为了做好现场的指导工作，我觉得应该注意以下几个问题：
一、做到勤下井，保证每周4-5天都能到采场，及时掌
握采场的变化情况。

二、加强与采场作业人员的联系，尤其是甲班的作业人
员，及时了解采场的情况并向他们传达采场的回采
技术要求。

三、进入采场时，应该对采场的顶、底板、采场的构造
进行仔细观察，做好采场的安全资料搜查，以便制
定采场的安全技术措施。

四、在采场留矿柱时，矿柱的尺寸不得小于3x3平方米，
根据采场的实际情况可以适当大于这尺寸，在不需
要时再将它处理。

多留临时矿柱与护顶壁。

五、在要求岩工处理采场中的裂隙时，根据实际情况制
定合理的方案，适当超高是允许的。

处理裂隙一定
要及时。

六、在采场的指导过程中，一定要对采场的三角滑、草
帽顶、锅盖顶等加强处理，避免意外情况发生。

处
理这种情况时需要细心、仔细、反复研究，采用最
优方案。

七、在采场中向作业人员交待回采程序及注意事项时，
一定要认真严肃，语气通俗易懂，简单明了，尽量
不用专业性太强的术语。

八、进入采场中后，一定要向采场作业人员虚心交谈、
了解情况，对采场进行四处察看，不能一走而过，
沉默不语。

九、与段长加强沟通联系，保证采场正常回采。

十、采场的矿壁、顶底板一定要开到位。

不能乱扔矿石。

第二节采准工程的现场指导
在采准工程的现场指导工作中，我觉得应该注意以下几个问题：
一、保证每周能有两次以上的时间到采准的作业掌子，
及时了解掌子的变化情况，以便确定下一步的施工
方案。

二、及时向作业人员了解情况，并向他们传达工程的要
求及安全技术措施。

三、对独头掌子、高上山，应加强通风管理，做好通风
设计。

四、加强与其他工程人员的联系与沟通，对施工结束的
采准工程及时测绘上图。

五、整理资料，以备采场回采时应用。

第四章做设计过程中应注意的问
题
第一节做采准工程设计
1、采准工程设计图必须有平面图、纵投影图、剖面图，布
图要合理、紧凑。

并且平、剖、纵三张图相统一。

2、附带采准设计说明书。

其内容包括地质概况、采矿方法
选择、采准工程的布置及其施工顺序、回采工作、安全技术措施及要求、主要技术经济指标。

3、在做设计前我们必须到现场进行实地察看，看上下水平
巷道在设计位置是否存在安全隐患，以便进行设计的优化组合。

4、所设计的下渣井、集矿井必须与生产实际需要相符。

布
置时尽量靠采场的中间。

5、在做设计之前，与车间领导、技术部取得沟通与联系，
以便在做设计的过程中，能够高质量、高效率地完成设计，同时减少改动设计的次数，保证图纸的质量。

6、在做设计之前，应该设计好图幅及剖面的摆布，在做完
设计后给人一种美观大方的感觉。

7、在做设计时，及时与测量、地质人员联系沟通，以便对
所需要的各种资料进行汇总，保证设计的准确性。

第二节做采场分层设计
1、做采场的分层设计时，必须做到及时合理，符合采场的
实际情况。

2、做好采场的现场情况调查，并将特殊的情况写入分层设
计的说明书中，以便存档。

3、采场的分层高度必须按照采矿手册与安全规程的要求进
行设计。

4、写分层设计说明书时，一定要用采矿术语，不能过多地
采用口语化的内容。

第三节井巷设计
一、竖井断面设计
在设计竖井井筒前，应收集有关井筒所在位置的地面地
下水文及地质条件，井筒内的设备配备情况，井筒的服务年限、生产能力和通过风量等资料。

1、井筒类型
按用途可以分为提升井和通风井（风井）。

井筒断面形状一般为圆形，很少采用方形。

圆形断面有利于施工、维护，但断面利用率较低。

2、井筒内的装备
竖井的主要装备是罐笼或箕斗。

罐道、罐道梁、井底支承结构、过卷装置、托罐梁等都是为罐笼或箕斗的稳定、安全、高速运行而高，梯子间则是为井内设备的安装和编修或辅助安全行人通道而设。

3、竖井断面的布置形式
竖井断面布置形式指竖井内的提升容器、罐道、罐梁、梯子间、管缆间、延深间等设施在井筒断面的平面布置方式。

二、斜井断面设计
斜井是矿山主要开拓工程之一，服务年限长，所以斜井断面形状多采用圆弧形、三心拱。

斜井井筒断面布置，系指轨道（或运输机）、人行道、水沟和管线等相对位置而言。

采用串车提升设备时，其断面布置形式可分四种：
（1）、水沟和管路布置在人行道侧。

（2）水沟和管路高在非人道侧。

（3）、水沟和管路分开布置，管路设在人行道侧，水沟设在非人行道侧。

（4）、水沟和管路分开布置，管路设在非人道侧，水沟设在人道侧
三、巷道断面设计
巷道断面设计包括巷道断面形状的选择、巷道断面尺寸的计算、巷道支护及巷道内其他设施的布置。

1、巷道断面形状选择
巷道断面的形状基本上是梯形和拱形。

选择巷道断面形状时，主要考虑以下因素：（1）、地压大小。

（2）、用途和服务年限。

（3）、支护材料和方式。

（4）、施工方法。

2、巷道断面尺寸计算
巷道的断面尺寸取决于巷道的用途。

不同用途的巷道内布置的设施不同，要求巷道断面的尺寸不同。

运输巷道要满足运输设备安全运行的需要；通风巷道要满足风速、风量的要求。

第四节做其他设计时
1、做变电硐室、水仓设计时，参照参考资料，根据实际情
况，做出合理的方案。

2、做补充设计时，根据实际情况，合理地选用方案，以便
达到生产的需要。

3、当采场回采结束时，一定要整理好一切技术资料后存档。

4、做顶柱、间柱回采设计时，其设计为一次性设计并分梯
段，逐层逐段回采，其说明书一定要仔细书写，尤其是安全技术措施。

第五章控制矿石损失率和贫化率
的措施
第一节矿石损失和贫化的概念
在矿床开采的过程中，由于某些原因造成一部分工业储量不能采出或采下的矿石未能完全运出地表而损失在地下，从而造成矿石数量上的减少，这就叫做矿石损失；在开采的过程中损失的工业储量与工业储量之比率，叫做矿石损失率。

在开采的过程中，不仅有矿石损失，还会造成矿石质量的降低，这就叫做矿石贫化；凡因混入废石量和个别情况下高品位粉矿的流失而造成矿石品位降低的百分率，叫做矿石贫化率。

在开采过程中混入矿石是造成矿石贫化的主要原
因。

这主要是在落矿的过程中，因对矿体边界控制不好，夹石未剔出和在覆岩下放矿时发生的。

矿石损失与贫化这两项指标，是评价矿床开采的主要指标，各表示地下资源的利用情况和采出矿石的质量情况。

在金属矿床开采中，降低矿石损失率和贫化率具有很重大的意义。

如开采一个储量一亿吨的金属矿床，矿石的损失率从15%降到10%，就是可以为国家多回收500x104t矿石。

这对充分利用国家地下资源，延长矿山企业的寿命都有很大意义。

同时，矿石的损失必然使采出的矿石量减少，进而导致分摊到每吨采出矿石的基建费用增加，并引起采出矿石成本提高。

对于栗矿公司来说，损失率和贫化率这两项指标的数值，就具体反映矿石生产的质量与数量，如果控制好了贫化率，那么冶炼生铁所需的焦炭必然减少，为集团公司输出的粉矿的品位也必然会增加，从而为矿山创造几十万甚至上百万的利润；如果控制好损失率，对于已经回采了七十多年的老矿山来说，必然会延长矿山的服务年限，为矿山的子孙后代创造生存的空间。

因为损失率与贫化率的数值与矿床所赋存的地质条件有着直接的联系，如果采取必要的措施且措施得当，那么就能够把损失率和贫化率控制在所限定的范围内，从中获得经济效益。

因此为了充分利用地下资源，减少因矿石损失与贫化引起的经济损失，提高矿产原料的数量和
质量，应当采取必要的措施。

下面以小栗子生产一区102＃矿体的地质条件及留矿采矿法和间柱残采以及二区的201＃矿体的充填采矿法为例，谈谈控制矿石损失率和贫化率的几种技术措施。

第二节留矿法采场
一、损失率、贫化率的成因
小栗子一区的102＃矿体以赤铁矿为主，硬度系数8－12，倾角600－900；矿体最厚达10米，均厚5米，构造复杂，节理发育、倾角变化大。

围岩为软质千枚岩，极为松软，有的呈泥状，在巷道多见片落和冒落现象。

矿体与围岩整合接触，矿床在形成过程中，对围岩有着不同程度的地质作用，破坏了原岩的结构，减少了围岩的稳定性，因此在回采的过程中，容易造成围岩混入矿石中，从而引起矿石贫化率加大。

同时矿体的产状也直接影响着损失率与贫化率的高低，在360米中段的361采场，矿体倾角60о左右，因回采结束放存窿时，上盘围岩推动，从而造成顶板围岩大面积片落，混入矿石中，导致达20%的存窿矿损失掉、放矿品位降低。

363、365采场都有类似的情况，不同程度地出现损失、贫化。

二、损失率和贫化率的控制
措施之一：保护层法
鉴于360米中段采场情况，在310米中段的311采场中开始切割时，在矿体上盘设计一个1.0米厚的矿壁保护层，为了减少损失，在间壁10米左右，留有5－10米长的保护层，防止上盘围岩片落，从而控制矿石的损失与贫化。

经现场实际勘察，该保护层在放存窿矿时，随着留矿堆高度的下降，就会因失去支承力，而自动脱落。

优点：1、能够控制上盘围岩的脱落，控制贫化率。

2、使用灵活，因地制宜。

3、有利用安全管理。

缺点：1、增加回采工艺的难度。

2、仍然存在损失率。

措施之二：锚杆联网法
锚杆联网法，就是在采场的上盘围岩中施工锚杆，然后将同一高度的锚杆连接起来，以此控制上盘围岩脱落，并取代保护层，从而控制矿石的损失与贫化。

按50×50平方米的矿块计算，锚杆长2.5米，网度3×3平方米，使用Φ20mm的钢筋作锚杆和联结筋。

预算出一个采场投入1.5万元左右，能够多回收高质量矿石千余吨，创造价值几十万元。