非煤矿床地下开采复习

非煤矿床地下开采复习基本知识采矿工艺采矿方法采矿方法选择2/5/20231采矿工程专业主干课程基本知识（1）矿物——在地壳中，由于地质作用形成的自然元素和自然化合物，统称为矿物。（2）矿石——凡是在地壳中遇到矿物集合体，在现在技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济必须的金属或矿物产品的都叫矿石。（3）矿体——矿石的聚集体叫矿体。（一个矿体是一个独立的地质体，具有一定的几何形状，具有一定的空间位置等）。（4）矿床——矿床是矿体的总称。（对于某一矿区而言，一个矿床由一个或几个矿体组成，矿床又可分为工业矿床和非工业矿床）。2/5/20232采矿工程专业主干课程（5）围岩——矿体周围的岩石叫围岩。①上盘围岩——指矿体上部围岩。②下盘围岩——指矿体下部围岩。（6）夹石——夹在矿体中的岩石叫夹石。（7）废石的概念在采矿过程中所采出的围岩或夹石，一般称为废石。（或者说废石是：矿床周围的围岩以夹石、根本不含有用成分或者含量过少，当前不宜作为矿石开采的称之为废石）。2/5/20233采矿工程专业主干课程金属矿床分类（1）按矿体形状分类1）层状矿体——这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。特点是：①层状矿床的品位，倾角和厚度变化不大，比较稳定。②矿床规模比较大。③多见于黑色金属矿床。（乱矿多见）2/5/20234采矿工程专业主干课程2）脉状矿体这类矿床主要是由于热液和气化作用，将矿物充填于地壳的裂隙中生成的矿床。特点是：①矿脉与围岩接触处有蚀变现象②矿床赋存条件不稳定；③有用成分含量不均匀；（品位变化大）。（有色金属，稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类）。2/5/20235采矿工程专业主干课程3）块状矿床这类矿床主要是充填，接触高代分离和氧化作用形成的。特点：①形状很不规则。呈不规则的透镜状，矿株等形；②矿体大小不一；③矿体与围岩的界限不明显；2/5/20236采矿工程专业主干课程（2）按矿体、厚度分类①极薄矿脉矿体厚度在0.8米以下。（用浅孔凿岩开采的方法）②薄矿脉矿体厚度为0.8——4.0米之间。考虑近似水平矿床，用木支护时支护高度不得超过4米，超过4米，支护作业困难很大。③中厚矿体矿体厚度为4.0——15米之间。一般此时矿块没走高布置，多用浅孔回采。④厚矿体矿体厚度为15——40米，（此时30米为使用没走向布置与垂直走向布置矿块的界限，也可以用沿走向布置矿体）。一般用深孔回采。⑤极厚矿体矿体厚度在40米以上。采用深孔回采。矿块可垂直走向布置。2/5/20237采矿工程专业主干课程（3）按矿体倾角分类（与矿石运搬方式有关）1）水平矿体矿体倾角小于5°（包括微倾斜矿体）。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采坊运搬矿石。2）缓倾斜矿体矿体倾角在5°——30°之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。3）倾斜矿体矿体倾角在30°——55°之间。可借助于溜槽，溜板或外力抛掷等方法，进行自重运搬矿石。4）急倾斜矿体矿体倾角应大于55°。可利用矿石自重的重力运搬方法。2/5/20238采矿工程专业主干课程

金属矿床地下采矿工艺根据开矿石中所含矿物成份的不同，可将矿山分为煤矿和非煤矿山、金属和非金属矿山。金属矿山包括贵金属(金、银)、有色金属(铜、铅、锌、铝、镍、钨)、黑色金属(铁、铬、锰)、稀有金属(钽、铌)和放射性矿山(铀、钍)。非煤矿山是指开采金属矿石、放射性矿石以及作为石油化工、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其它非金属矿物(煤炭以外)的矿山。2/5/20239采矿工程专业主干课程一、开采步骤金属矿床地下开采一般包括矿床开拓、矿块的采准、切割和回采四个步骤。(1)矿床开拓从地表开掘一系列巷道通达矿体，使地面与矿体之间形成一个完整的通路，以建立提升、运输、通风、供排水、供电、供风、行人等系统。(2)矿块采准在已完成开拓工程的阶段(或盘区)内，掘进采准巷道，将阶段划分为矿块(或采区)，并形成矿块的行人、通风、凿岩、出矿等系统。2/5/202310采矿工程专业主干课程(3)切割工作在已完成采准工程的矿块里，掘进切割、拉底巷道，辟漏等，为大规模落矿开辟自由面和补偿空间，为矿块的放矿创造良好的条件。(4)回采工作在切割工程完成后的矿块，直接进行大量采矿工作。回采工作主要包括落矿、运搬和地压管理三项作业。2/5/202311采矿工程专业主干课程落矿是利用凿岩爆破的方法将矿石从原岩中分离出来的过程。运搬指矿石自采场至阶段运输巷道装载点进行装车的过程。地压管理是对采空区地压进行抗衡或利用而采取的措施。2/5/202312采矿工程专业主干课程二、矿块采切与回采主要工艺(一)矿块采准采准巷道和切割巷道的掘进和支护，统称采准切割工程。采准是在开拓的基础上，根据所用采矿方法的要求，在矿块或采区内形成矿石运输、人员进出、设备材料运输，通风、排水等通路。采准巷道包括阶段运输平巷、通风平巷、通风天井、行人天井、设备材料天井、天井联络道及斜坡道等。2/5/202313采矿工程专业主干课程1、影响阶段运输巷道采准布置的因素根据矿山的具体条件，采准布置的要求，影响阶段运输水平的布置因素有：(1)矿体上下盘围岩的稳固性；(2)矿体厚度、倾角；(3)矿床的分枝、矿脉产出情况；2/5/202314采矿工程专业主干课程(4)阶段内的回采顺序、所用的采矿方法、采场布置、采场生产能力及对矿床开采强度的要求；(5)阶段内的运输方式、运输条件及所需具备的运输能力；(6)矿床的涌水、自燃性、放射性等；(7)地压大小及巷道服务年限；(8)生产探矿的手段和网度。2/5/202315采矿工程专业主干课程2、天井的布置回采工作面与下部运输水平及上部回风水平的联系，主要依靠天井及斜坡道。天井分为倾斜和垂直二种，其用途较多，如划分开采单元，形成运输平巷与回采工作面间的通路、运送设备、材料及充填料、为拉槽创造自由面及从天井掘进分段巷道、分层巷道和凿岩硐室等。2/5/202316采矿工程专业主干课程天井布置必须与阶段运输巷道的布置相适应。一般布置在矿体的下盘位置，当下盘岩石不稳固时，可考虑布置于矿体的上盘岩石中。天井的上下口一般与运输巷道的顶底板直接联接，而应从运输巷道侧面贯通，以保证人员上下的安全。天井上口应有盖板或格网，并在井口和井内加强照明。2/5/202317采矿工程专业主干课程3、斜坡道采准主要应用于无轨设备采运的矿山。阶段运输水平与分段或分层工作面之间的联络，一般使用斜坡道。虽然斜坡道采准掘进工程量较大，但同大断面设备天井，从设备运行调度、人员进出采场、材料运送等方面都有较大优势。斜坡道采准的布置形式有直进式、折返式、螺旋式三种。2/5/202318采矿工程专业主干课程(二)、矿块切割工程在完成采准工程的基础上，掘进一些服务巷道，为矿块回采工作面提供自由空间，满足底部扩漏及拉底的需要等。这些巷道称为切割巷道。2/5/202319采矿工程专业主干课程切割巷道一般包括：(1)底部结构中的巷道：将采场中矿石进行二次破碎并转放到阶段运输水平，如电耙巷道、格筛巷道、斗穿、斗颈及扩漏等。(2)拉底巷道：将采场回采部分与矿块底部结构分开。(3)切割天井和切割横巷，用来开辟最初的落矿自由面。2/5/202320采矿工程专业主干课程五、回采工作主要生产工艺回采工作包括落矿、矿石运搬与地压管理。落矿又称崩矿：一般是指用凿岩爆破的方法，将矿石从矿体上分离下来，并破碎成合格块度的过程。矿石运搬：将崩落的矿石从工作面运至运输水平的过程，它包括工作面耙运、二次破碎及装载等。地压管理：为了采矿需要，抵抗或利用地压而采取的措施。2/5/202321采矿工程专业主干课程1、落矿矿山开采目前应用的落矿方式是凿岩爆破，其中又分为浅孔、中深孔、深孔及药室落孔等。1．浅孔落矿——孔深不大于3——5米，孔径30——46mm，2．中深孔落矿——孔深在15米以上，孔径50——70mm，3．深孔落矿——孔深在15米以上，但一般不超过25——30米，孔径90——110mm，4．药室落矿——它是在一定规格的硐室里，装上炸药，直接外破落矿的方法。2/5/202322采矿工程专业主干课程2、矿石运搬矿石的运搬方式分为重力运搬、爆力运搬、机械运搬、人力运搬以及水力运搬等，其中以重力运搬及机械运搬为主。2/5/202323采矿工程专业主干课程3、矿块底部结构为使回采工作面采下的矿石从采场底部放出，在很多采矿方法的矿块下部设置有底部结构。底部结构一般由受矿巷道、二次破碎巷道及硐室、放矿巷道等组成。底部结构是矿块的重要组成部分，它在很大程度上决定着采矿方法的效率、劳动生产率、采切工程量、矿石的损失与贫化以及放矿工作的安全等。2/5/202324采矿工程专业主干课程受矿部分——从电耙巷道顶板→拉底巷道底板出矿部分——从阶段运输巷道顶板→电耙道顶板放矿部分——从阶段运输巷道底板→运输巷道顶板上。2/5/202325采矿工程专业主干课程

采矿方法一、金属矿床地下采矿方法分类(一)阶段和矿块在开采矿体时，从井田中每隔一定的距离掘进与走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为一个个矿段，这个矿段称为阶段。上下两个相邻的主要运输巷道顶(底)板之间的垂直距离，称为阶段高度。2/5/202326采矿工程专业主干课程在阶段范围内，根据采矿方法的要求，沿走向每隔一定的距离掘进天井，连通上下相邻的阶段运输巷道，将阶段再划分成若干较小的块段，这些块段称为矿块。每个矿块是一个独立的回采单元。2/5/202327采矿工程专业主干课程(二)采矿方法根据采区地压管理方法，现有的采矿方法分为三类，空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法

2/5/202328采矿工程专业主干课程全面采矿法房柱采矿法留矿采矿法分段采矿法阶段矿房法。空场法2/5/202329采矿工程专业主干课程崩落法

壁式崩落法无底分段崩落法有底柱分段崩落法阶段强制崩落法阶段自然崩落法。2/5/202330采矿工程专业主干课程充填法

单层崩落法上向分层充填法下向分层充填法分采充填法2/5/202331采矿工程专业主干课程空场法特点通常是将矿块划分为矿房与矿柱，两步骤回采。先采矿房，后采矿柱。矿房回采后形成的采空区，一般不作处理，用周围矿柱及围岩自身的强度保持其稳定性，用这类方法矿石与围岩均要稳固是其基本条件。2/5/202332采矿工程专业主干课程充填法特点矿块分矿房和矿柱两步骤回采；也可不分矿房和矿柱连续回采矿块。矿石性质稳固时，可进行上向回采，稳固性差的可进行下向回采。回采过程中空区及时用充填料充填，以它来作为地压管理的主要手段，因此，矿岩稳固或不稳固均可采用充填法。2/5/202333采矿工程专业主干课程崩落法特点矿块按一个步骤回采，随着回采工作面自上向下推进，用崩落围岩的方法处理采空区。围岩能够崩落，地表允许塌陷，是使用本方法的基本条件。2/5/202334采矿工程专业主干课程

(三)空场采矿法空场采矿法是结构较为简单的一类采矿方法，在回采过程中，人员在暴露的空场下作业，矿石和围岩的暴露面积和时间控制在稳固性所允许的范围内。第一步先采矿房，等矿房采完后随即或事后回采矿柱。其中应用较广泛的采矿方法有：全面采矿法、房柱采矿法、留矿采矿法、分阶段矿房法和阶段矿房法。2/5/202335采矿工程专业主干课程1、全面采矿法。开采薄和中厚的缓倾斜(倾角一般小于30°)矿体，其特点是：工作面沿矿体走向或倾向全面推进，在回采过程中将夹石、贫矿或部分矿石，留作矿柱以维护采空区，这些矿柱一般作永久损失，不进行回采。如果欲留矿石较贵重，也可改用人工支柱、木垛、混凝土等代替。2/5/202336采矿工程专业主干课程(1)矿块结构和参数矿块长度一般取50～60m，个别矿山为30m；阶段高度受矿块斜长的限制，一般在20～30m之间；矿块斜长受耙运距离限制，一般40～60m；顶柱厚2～3m；底柱高度为2～3m，个别为5～7m；间柱宽为1.5～2.0m，个别6～8m或不留间柱。其结构如图2-4所示。2/5/202337采矿工程专业主干课程全面采矿法1—运输平巷；2—支撑矿柱；3—电耙绞车；2/5/202338采矿工程专业主干课程(2)采准切割采切工作包括：掘进阶段运输平巷、切割上山、切割平巷、矿石溜井、电耙绞车硐室及行人联络道等。1)沿脉运输平巷的位置，在走向长度不大并利用旧有勘探沿脉坑道时，一般采用脉内布置；阶段出矿点多时，采用脉外布置，脉外平巷一般距矿体底板大于6～8m，采用固定电耙绞车时，溜井间距为50～60m，个别为30m；2/5/202339采矿工程专业主干课程而用移动绞车时，溜井间距为10～12m，当采用脉内平巷布置时，漏斗间距为5～10m，漏斗上部刷大成切割平巷，作为回采的自由面。对应溜井或矿石漏斗在运输巷道的另一侧开掘电耙绞车硐室。2)绞车硐室位置，当采用移动绞车时，安置在切割平巷；采用固定绞车时，安置在溜井上口顶板的硐室内；运输量不大时，可设在漏斗口下部平巷另侧内。2/5/202340采矿工程专业主干课程3)切割平巷一般布置在矿块的下端部，沿脉运输巷的上方。切割平巷位置主要根据回采时的准进方向而定。4)切割上山开在矿块的边界，从切割平巷掘至上部回风平巷，以此作为上下阶段的联络道及回采起始工作面。在间柱内自下向上每隔10～15m开掘行人联络道；随工作面推进，顶柱内隔一定距离也开联络道，以供回采时通风和人员安全出口。2/5/202341采矿工程专业主干课程(3)回采矿块的回采顺序可采用前进式或后退式。阶段之间，从控制地压的角度出发，宜将上下阶段的采场错开布置。矿块内以切割上山作分界可以向一侧或两侧展开。根据矿体顶板的稳固程度以及矿石的节理方向，工作面推进方向可以由沿走向改成逆倾斜或顺倾斜。2/5/202342采矿工程专业主干课程落矿采用浅孔凿岩爆破，孔深1.2～2m。矿石运搬方式由矿体厚度与倾角大小来决定。当矿体厚度较小，倾角较大时，一般用一段电耙运搬。否则，可改用无轨自行设备运搬。采场顶板管理，视顶板围岩的稳固情况而定。可在采场内留设形状不规则的夹石或贫矿柱，必要时也可留设矿柱。一般圆形矿柱直径为3～5m，间距8～20m。还可采用锚杆、砌筑混凝土垛或废石垛。2/5/202343采矿工程专业主干课程2、房柱采矿法

用于开采水平或缓倾斜的矿体，在矿块内矿房和矿柱交替布置，先采矿房，留连续的或间断的规则矿柱或不连续矿柱维护采空区顶板。这些矿柱一般不予回收，仅当矿石贵重或品位较高时，才考虑在后阶段进行部分或全部回收。矿石的运搬方式主要为电耙。它比全面采矿法适用范围广，不仅能回采薄矿体，而且可以回采厚和极厚矿体。2/5/202344采矿工程专业主干课程浅孔房柱采矿法1—运输巷道；2—放矿溜井；3-切割平巷；4—电耙硐室；5—上山；6—联络平巷；7—矿柱；8—电耙绞车；9—凿岩机；10—炮孔2/5/202345采矿工程专业主干课程3、留矿采矿法

工人直接在矿房暴露面下的留矿堆上作业，自下而上分层回采，每次落矿量的1／3左右，借自重经矿块底部放出，其余暂留在矿房中作为继续回采的工作平台。矿房全部回采后，暂留在矿房中的矿石再行大量放出，即大量放矿。这种采矿方法适用于开采矿石和围岩稳固、矿石无自燃性、无氧化、无结块的急倾斜矿床。2/5/202346采矿工程专业主干课程浅孔留矿采矿法1—回风巷道；2—顶柱；3—天井；4—联络道；5—间柱；6—存留矿石；7—底柱；8—漏斗；9—阶段运输巷道；10—未采矿石；11—回采空间2/5/202347采矿工程专业主干课程4、分段采矿法

适宜于回采倾斜至急倾斜、薄至中厚的矿体。它分为分段凿岩分段出矿和分段凿岩阶段出矿两种形式。分段凿岩、阶段出矿将在矿块分成若干分段，各分段间保持垂直的回采工作面，在每个分段水平布置矿房和矿柱，分段崩落的矿石借自重落到矿房底部放出。随着工作面推进，采空区不断扩大，留下的矿柱用其它方法进行第二步回采，如图5-7。

2/5/202348采矿工程专业主干课程分段凿岩阶段出矿的分段采矿法分段凿岩阶段出矿的分段采矿法1—阶段运输巷道；2—拉底巷道；3—分段凿岩巷道；4—通风行人天井；5—漏斗；6—切割天井；7—溜井2/5/202349采矿工程专业主干课程

(四)崩落采矿法崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法，即随着回采工作的进行，强制(或自然)崩落围岩充填采空区，以控制和管理地压。阶段内矿石的回采不再划分矿房与矿柱，按连续分层、分段或阶段进行，地表允许陷落是使用崩落采矿法的必要前提之一。主要有壁式崩落法、分层崩落法、分段崩落法、阶段崩落法。2/5/202350采矿工程专业主干课程1、壁式崩落法主要用来开采中厚以下、顶板岩石不稳固的缓倾斜矿体。将阶段间矿层划分成矿块，矿块回采按矿体全厚沿走向推进。当回采工作面推进一定距离后，除保留回采工作所需的空间外，有计划地回收支柱并崩落采空区的顶板，用崩落顶板岩石充填采空区，以控制顶板压力。按工作面形式可分为长壁式、短壁式和进路式三种。2/5/202351采矿工程专业主干课程长壁式崩落法(1)结构参数阶段划分为矿块，以矿块斜长作为辟式工作面的长度。矿块斜长主要根据顶板稳固情况及运搬设备的有效运搬距离决定，通常为30～60m。阶段高度一般为10～30m；矿块长度一般为50～100m。2/5/202352采矿工程专业主干课程单分层长壁崩落采矿法1—脉外运输巷道；2—切割巷道；3—回风巷道；4—溜井；5—安全出口；6—回风巷道；7—放顶区；8—矿柱；9—长壁工作面2/5/202353采矿工程专业主干课程

2、分层崩落法

将矿块全高度划分为2～3m高的水平分层，采取由上向下回采矿块，每个分层矿石采出之后，上面覆盖的崩落岩石跟着崩落充填采矿区。分层回采是在人工顶板保护下进行的，人工顶板将矿石与崩落岩石隔开，保证了回采工作的安全，减少了矿石损失和贫化。2/5/202354采矿工程专业主干课程3、有底柱分段崩落法主要特征是：矿块沿走向或垂直走向布置，以一定步骤连续回采；在每个分段下部设有供受矿、出矿及二次破碎专用的底部结构，按分段由上向下逐分段依次进行回采。可分为水平深孔落矿与垂直深孔落矿的有底柱分段崩落法。按爆破补偿空间分为挤压爆破方案和自由空间爆破方案。2/5/202355采矿工程专业主干课程有底柱分段崩落法1—上盘阶段运输平巷；2—上盘电耙联道；3—堑沟巷道；4—凿岩道；5—上盘电耙联道；6—矿石出矿井；7—下盘阶段运输巷道；8—电耙道；9—人行材料井；10—阶段穿脉运输平巷；11—漏斗穿；12—漏斗颈2/5/202356采矿工程专业主干课程4、无底柱分段崩落法

分段下部未设由专用出矿巷道所构成的底部结构，分段的凿岩、崩矿和出矿等工作均在回采巷道中进行。2/5/202357采矿工程专业主干课程无底柱分段崩落法1、2—上下阶段沿脉运输巷道；3—矿石溜井；4—设备井；5—通风行人天井；6—分段运输平巷；7—设备井联络道；8—回采巷道；9—分段切割平巷；10—切割天井；11—上向扇形炮孔；12—崩落矿石2/5/202358采矿工程专业主干课程5、阶段崩落法在阶段全高进行落矿，即或也划分为几个凿岩分段，但出矿都是以阶段全高在崩落的覆盖岩石下进行，因此，它只在阶段下部设有底部结构。阶段崩落法可分为阶段强制崩落法与阶段自然崩落法。阶段强制崩落法又可分为设有补偿空间和连续回采的阶段强制崩落法。2/5/202359采矿工程专业主干课程阶段强制崩落法多用于开采矿石中稳及中稳以上的极厚矿体，围岩稳固性可以不限。矿体倾角可以从缓到急。根据补偿空间的位置不同，阶段强制崩落法可分为向水平补偿空间落矿的阶段强制崩落法，向垂直补偿空间(挤压爆破)落矿的阶段强制崩落法。阶段自然崩落法又称矿块崩落法，借助于应力进行岩体崩落，矿体主体部分落矿不利用凿岩爆破。2/5/202360采矿工程专业主干课程阶段强制崩落法向水平补偿空间落矿的阶段强制崩落法1—运输横巷；2—电耙道联络道；3—溜井；4—凿岩天井；5—脉外矿块天井；6—拉底水平2/5/202361采矿工程专业主干课程

(五)充填采矿法随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法。有时还用支架与充填料相配合，以维护采空区。充填采空区主要是利用充填体支撑两帮围岩，控制采场的地压活动，防止岩移和地表下沉，并为回采工作创造安全和便利的条件，有时还用来预防自燃矿石的内因火灾。2/5/202362采矿工程专业主干课程按矿块结构和回采工作面推进方向又可分为单层充填采矿法、分层充填采矿法(上向水平分层充填、下向分层充填)、分段充填采矿法和阶段充填采矿法。按采用的充填料和输出方式不同，又可分为干式充填采矿法、水砂充填采矿法和胶结充填采矿法。2/5/202363采矿工程专业主干课程上向水平分层充填采矿法

一般将矿块划分为矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱。矿房自下而上划分层回采，采出后即行充填。充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台，待矿房采到最上面的一个分层时，要进行接顶充填。矿柱则在采完若干矿房或全阶段采空后，再进行回采。充填方式可用干式充填、水力充填或胶结充填。2/5/202364采矿工程专业主干课程矿房垂直走向布置水力充填法1—顶柱；2—充填天井；3—矿石堆；4—行人滤水井；5—放矿溜井；6—钢筋混凝土底板；7—行人滤水井通道；8—上盘运输道；9—横巷；10—充填体；11—下盘脉外运输巷道2/5/202365采矿工程专业主干课程3、下向分层充填采矿法

用于开采矿石很不稳固或矿石和围岩均很不稳固，矿石品位很高或价值很高的有色金属或稀有金属矿体。这种采矿方法的实质是：从上往下分层回采和逐层充填，每一分层的回采工作是在上一分层人工假顶保护下进行。回采分层与水平成4°～10°(胶结充填)或10°～15°(水力充填)倾斜角。倾斜分层主要是为了充填直接顶，同时也有利于矿石搬运，但凿岩和支护作业不如水平分层方便。2/5/202366采矿工程专业主干课程下向分层充填采矿法1—人工—假顶；2—尾砂充填体；3—矿块天井；4—分层切割平巷；5—溜矿井；6—阶段运输平巷；7—分层回采进路2/5/202367采矿工程专业主干课程采矿方法选择一、影响采矿方法选择的因素选择采矿方法的基本要求是：生产安全、矿石贫化小、矿石回采率高、