XX矿山采矿方法讲解

第六章采矿方法

6.1 引言

采矿是一项复杂的系统科学工程，其复杂性既在于开采结构的复杂性，也在于开采条件和环境的复杂性；深井开采又存在高井深、高地应力、高温，强烈的采矿扰动等“三高一扰动”的恶劣环境，更增加了开采的复杂程度。采矿的多步开挖过程是一个反复对非线性岩体加卸载的过程，前一次开挖对以后每一次开挖都产生影响。开挖过程、开采顺序不同，就会产生不同的应力-应变历史变化过程和不同的最终力学效应。因此，不同的采矿模式，不同的开拓、采准系统布局，不同的回采顺序、回采步骤，不同的采矿工艺，不同的采准、切割、支护、落矿、出矿、充填工序、施工顺序等，都会产生不同的力学效应和历史变化过程，出现最终不同的稳定性状态。深井开采就要采用先进的设计思想和技术，减少与岩体破坏相关的事故，提高生产能力。研究在高应力条件下采用先进的局部支护技术，最大限度地回收矿石。采用先进的微震监测等手段, 深入了解采矿活动诱发地震的变化发展规律，尤其是地震活动与地质构造的关系及其控制措施。借助有效的非线性固体力学数值分析方法，用计算机辅助设计和模拟技术进行开采方案评价。从而采取有利于回采形成的二次应力场的采场结构和回采顺序、更好的支护方法和更有效的采矿方法。因此，合理的采矿方法对高效安全开采具有决定性的作用。

深井金属矿床安全高效开采理论要求选择的采矿方法，回采工艺与岩层控制工艺技术相互关系处理得当，对回采形成空区和采取技术措施消除空区矛盾解决合理。综观矿产资源在国民经济中地位，资源供给现状及未来需求，反映了深井开采的必然和重要性。综合开发现状及发展面临的问题，需要从国家经济安全和发展战略角度考虑安全高效地进行深井开采。深井开采带来高地应力、高地温、高井深的“三高及强烈的开采一扰动”的特征，存在复杂的力学环境。针对复杂的开采技术条件，深井开采需要重点开展多相多场耦合环境下的矿岩非线性动力学特征、新的采矿工艺技术与装备、热力系统及其环境控制以及利用高科技手段进行管理、控制等综合技术研究，以实现深部金属资源的安全、高效、经济开采。

合理的采矿方法就是：(1)安全。能在生产安全的前提下，最大限度地减少开采成本。(2)矿石回采率高。最大限度地回采资源，充分利用矿产资源。(3)生产能力大和生产效率高。尽可能选择有持续稳定生产能力和劳动生产率高的采矿方法。(4)效益好。企业有最大的经济效益、社会效益、和环境效益。(5)贫化小。

选择的采矿方法要贫化小、满足加工部门对矿石质量的要求。(6)符合矿山安全生产法规。采矿方法选择必须符合矿山安全、环境保护和矿产资源保护等法规的有关规定。安全可靠、高效、低成本、大规模开采是深井开采的发展趋势，也是深井开采研究优化的标准。所谓高效，就是实行强化开采，能够大规模机械化开采，采场生产能力大。所谓安全，就是采场和开采区域岩层稳定，没有大的地压灾害。设计合理的采矿方法、合理的采矿布局、合理的回采顺序和开挖步骤，以便围岩的应力变形趋于合理。采用合理而先进的技术手段进行控制，特别是地压控制措施得当而有效。如采用充填法，并对开采诱发的地压活动进行实时监测，对矿柱等重点工程进行应力应变监测，对监测数据分析和现场观察的不稳固地段进行有效地支护，保证回采作业安全。所谓经济，就是综合生产能力高，贫化损失低，设备利用率高，矿山经济效益达到最大化。

采矿方法就是研究矿块中的开采方法，从矿块中开采矿石而进行的采准、切割和回采三项工作的总称。

采矿方法一般分为空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法三大类。在金属矿床开采方法中，空场法(不含空场嗣后充填)一般不适用于高应力有岩爆或有岩爆倾向矿床开采，充填法和崩落法在深井矿床开采中都能运用，两种采矿方法都有利于控制矿体开采后周围岩体内的应力集中和所积聚应变能的均匀释放。根据深井矿床开采的特点和它所处的战略地位，以及市场竞争的要求，从现代矿山企业的理念出发，综观国内外深井开采的研究现状和发展趋势，审视深井矿床开采的技术问题，核心问题就是新的采矿方法问题。

冬瓜山采矿方法选择的目标是：(1)优化首采地段采矿方法及采准系统，降低采切比和回采成本。(2)合理确定盘区隔离矿柱宽度，优化采场结构参数，降低贫化损失，保证安全。(3)优化回采顺序，简化回采工艺，使生产组织和管理相对简单，使作业采场少、设备利用率高，尽快达产达标，保持稳定生产能力。

(4)选择最佳底部结构型式，充分发挥大型无轨出矿设备的效率，利于出矿巷道的稳固、维护及通风管理。(5)通过拉底、切割、二次破碎、凿岩硐室布置、通风等回采工艺研究，实现高效、安全、低成本回采。

6.2 冬瓜山矿床采矿方法选择

6.2.1 冬瓜山矿床采矿方法选择的主要因素（特殊要求）

采矿方法选择的主要因素有两个方面，就是矿床的地质条件和开采技术经济条件。矿床地质条件对于采矿方法选择有直接影响，起控制作用。采矿方法选择是否合理衡量的标准就是有没有针对具体的矿床地质条件和开采技术经济条

件，确定合理的开采工艺流程，达到安全、经济、高效的采矿目标。

冬瓜山矿床Ⅰ号主矿体呈似层状、透镜状产出，矿体走向NE35°~40°，倾向随围岩产状分别向北西、南东倾斜。矿石含铜品位平均为 1.02%，含硫平均为17.6%。矿体顶盘主要为大理岩，底盘主要为粉砂岩和石英闪长岩。矿体由含铜磁黄铁矿、含铜矽卡岩、含铜黄铁矿、含铜蛇纹岩、含铜磁铁矿等构成。矿体构造简单，节理裂隙不发育，矿岩坚硬，稳定性较好，f=8~16。矿体赋存于-690~ -1007m，埋藏深(-690~ -1 007m)。原岩应力高(量值在30~38Mpa)，原岩温度高(30~39.8℃)，矿岩有岩爆倾向性，复杂的开采技术条件对采矿系统影响很大，因此，在冬瓜山深井开采采矿方法选择中，要求控制岩层、降低矿体总体回采过程中的平均能量释放率ERR和超量剪切应力ESS，把岩爆和地压灾害的控制作为选择的主要因素。

岩石力学研究结果表明：原岩应力在方向和量级上主要受地质构造控制。最大主应力方向与矿体走向大体一致，为NE-SW方向，近似水平，量值在30Mpa~38MPa之间，地应力系数K＞0.2，属高应力区。矿体中含铜磁黄铁矿、顶板矽卡岩和底板粉砂岩、石英闪长岩均有岩爆倾向。硫铁矿中局部有少量胶状黄铁矿，开采过程中这部分矿石有氧化结块和自燃发火的可能性。

矿区恒温带深度20±5m，恒温带温度17.55℃，平均地热递增率2.1℃/100m。矿体所处层位的原岩温度30℃~39.8℃。地表有大量的工业设施、民用建筑、道路和大面积高产农田，地表不允许崩落。

根据基建勘探结果，50~58线矿石品位较高，易选矿石铜的平均地质品位为1.226％，难选矿石铜的平均地质品位为1.009％，均高于矿区平均地质品位(矿区易选矿石铜的平均地质品位1.09％、难选矿石铜的平均地质品位0.92％)。高品位的矿石有利于提高出矿品位和选矿回收率，也有利于矿山生产初期资金回笼和还贷。同时，冬瓜山开拓工程主要在50~58线之间，为缩短建设周期，尽快建成投产，矿山先在50~58线进行采准工程的施工。因此把50~58线确定为矿山的首采地段。该段矿体走向长400 m，平均宽度为380 m，最大宽度为420 m，中部倾角较缓，一般10°，平均为20°，平均厚度为38.1 m。

冬瓜山矿体开采规模大，采矿强度高，设计日产1万吨。矿体储量大、品位低、深井开采成本高，需要降低深井开采成本，提高经济效益，这就要求实行大规模强化开采。冬瓜山采矿方法选择逻辑结构图见图6-1。