【矿业技术】采矿方法的选择

2022-02-16 14:11:46

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导读
在矿山企业中，采矿方法决定回采工艺效,材料设备需要量，掘进工程量，劳动生产率，矿石回采率及采出矿石的质量等。因此，在设计中必须予以足够的重视。同时，由于矿体赋存条件是多种多样的，各个矿山的技术经济条件又不尽相同，所以采矿方法选择中必须按具体条件来选择合适的采矿方法。

第一节选择采矿方法的基本要求

正确合理的采矿方法必须满足下列要求:

安全所选择的采矿方法必须保证工人在采矿过程中能够安全生产，有良好的作业条件（如可靠的通风防尘措施、合适的温度和湿度），能使繁重的作业实现机械化，同时要保证矿山能安全持续地生产，如避免产生大规模地压活动可能造成的破坏，防止大爆破震动和采后岩层移动可能引起的地表滑坡和泥石流危害，防止地下水灾和火灾及其他灾害的发生等。

矿石贫化小选择的采矿方法要贫化小，矿石质量高，满足加工部门对矿石质量的要求。例如开采平炉富铁矿，不能使废石混入率过高和粉矿过多，以求矿石可以直接进入平炉。矿石贫化对矿山产品（精矿）数量、成本与盈利的影响是很大的。在一般情况下，矿石货化率标注在15%-20%以下。

注：

1、在矿床开采过程中，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。凡在开采过程中造成矿石在数量上的减少，叫做矿石损失。

2、在开采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。而采出的纯矿石量与工业储量之比率，叫做矿石回采率。损失率和回采率均用百分数（%）表示。

3、在开采过程中，不仅有矿石损失，还会造成矿石质量的降低，叫做矿石贫化。它有两种表示方法：凡混入采出矿石中的废石量与采出矿石量之比率，叫做废石混入率；凡因混入废石量和在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。在开采过程中混入废石是造成矿石贫化的主要原因。它主要是在落矿过程中，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。

第二节矿床开采指标

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、废石混入率和贫化率，具有很大的意义。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的提高。再如，一个年产100*104t铜矿石的矿山，采出的铜矿石品位为1%时，忽略加工过程的损失不计，每年可产一万吨金属铜。当采出矿石品位降低0.1%时，每年就要少生产一千吨金属铜。废石混入率的增加，必然增加矿石运输、提升和加工费用。同时，矿石品位降低，也会导致选矿流程的金属实收率和最终产品质量的降低。因此矿石贫化所造成的经济损失是巨大的。

矿石加采率高矿产资源是有限的并且是不能再生的，采矿是属耗竭性生产，因此要求对选择回采率高的采矿方法，以充分利用地下资源。矿石损失除了对矿石成本有一定影响之外，还要减少盈利总额和缩短矿山生产时间。一般要求矿石回采率应在80%-85%以上，开采价值高的富矿、稀有金属以及贵金属矿床，更应尽量选择回采率高的采矿方法。

生产效率高要尽可能选择生产能力大和劳动生产率高的采矿方法。采矿方法不同，则同时开采的阶段数、一个阶段能布置的矿块数以及矿块的生产能力也不同。一般以在一个回采阶段布置的矿块数目以能满足矿山生产能力为标准来考虑采矿方法选择。回采矿块所占长度以小于阶段工作线长度的三分之二为宜。

生产效率高可以减少同时工作矿块数，便于实施集中采矿有利于生产管理和采场地压管理等。

经济效益高经济效益高低主要是指矿山产品成三的高低和盈利的大小。盈利指标最具有综合性质，例如矿石成本、矿石损失货化等对盈利都有影响。要选择盈利大的采矿方法。

遵守有关法规要求采矿方法选择必须遵守矿山安全、环境保护和矿产资源保护等法规的有关规定。

上述合项要求是相互联系的，在选择采矿方法时必须对上述要求进行综合分析。

第三节影响采矿方法选择的主要因素

影响采矿方法选择的主要因素有两个方面：（1）矿床地质条件；（2）开采技术经济条件。

矿床地质条件

一般情况下要首先详细分析研究有关的地质资料，因为矿庆地质条件是影响采矿方法选择的基本因素。因此必须具有足够可靠的地质资料，才能进行采矿方法选择。否则，可能由于选出的采矿方法不合适，给安全生产带来危害，并使矿产资源和经济遭到损失。

矿床地质条件一般包括下列内容：

矿石和围岩的物理力学性质在矿石和围岩的物理力学性质中，矿石和围岩的稳固性很重要。它对选择采矿方法有非常重要的影响。因为它决定采场地压管理方法和采场结构参数等。

例如，矿石和围岩都稳固时，可以采用采场地压管理简单的空场采矿法，并可以选用较大的矿房尺寸和较小的矿柱尺寸。如果矿石稳固、围岩不稳固时，用空场法围岩易产生冒落，这时用崩落法、流填法较为有利；相反，如果矿石稳固性较差，而围岩稳固时，并且其他条件如厚度与倾角又合适，则采用阶段矿房法较为有效，因为这种方法可以避免直接在较大的暴露面下工作。如果矿石和围岩都不稳固，可考虑采用崩落法或下向分层充填法。

矿体产状矿体产状主要指倾角、厚度和形状等。

矿体的倾角主要影响矿石在采场内的运搬方式，而且倾角对运搬的影响还与厚度有关。只有当矿体倾角大于50°-55°时才有可能利用矿石自重运搬；而采用留矿法时，倾角则应大于60°，但厚度较大的矿体则可不受这些限制。这时可开掘下盘漏斗，矿石仍可靠自重运搬。当矿体倾角不够大，如30°-50°左右，在其他条件允许时，可以考虑爆力运搬或借助溜槽进行自重运搬。而30°以下的矿体，用电耙运搬往往较为有效。当采用崩落法但矿体倾角小于65°时，则应考虑开凿下盘漏斗或矿块底部开掘部分下盘岩石，以减少矿石损失。

矿体厚度影响采矿方法和落矿方法的选择以及矿块的布置方式。例如，0.8m以下合肥市薄矿体的采矿方法，要考虑分采（如分采充填法）或混采（如留矿法）；单层崩落法一般要求矿体厚度不大于3m；分段崩落法要求厚度大于6-8m；阶段崩落法要求厚度大于15-20m。在落矿方法中，浅孔落矿常用于小于5-8m厚度的矿体；中深孔落矿常用于厚度大于5-8m矿体；深孔大爆破用在10m以上厚度；药室落矿要求厚度比深孔爆破的更大。

一般，在厚和极厚矿体中，矿块应垂直走向布置。

矿体形状和矿石与围岩的接触情况，也影响落矿方法。如接触面不明显，矿体形状又不规则，采用深孔落矿或药室落矿的采矿方法，会引起较大的矿石损失和贫化。

如果极薄矿脉的矿体形状规则，而且矿石和围岩的接触明显，应该采用分采的采矿方法；否则，宜采用混采的采矿方法。

矿石品位及价值开采品位较高的富矿、价值较高的贵金属或国家稀缺金属（如镍、铬等）矿石，则应用回采率较高的采矿方法，例如充填法。反之，宜采用成本低效率高的采矿方法，例如分段或阶段崩落采矿法。

矿体内有用成分的分布及围岩矿物成分矿体内有用成分分布不均匀而又差别很大时，应考虑使用分采的采矿方法，同时还可以将品位低的矿石或岩石留下作为矿柱。

如果围岩有矿化现象，则回采过程中的围岩混入的限制可以适当放宽，这时就可以采用深孔落矿的崩落采矿法。当围岩的矿物成分对选矿和冶炼不利时，应选用废石混入率小的采矿法。

矿体赋存深度当矿体埋藏深度很深，500-600m以上时，地压增大，会产生冲击地压，这时不宜采用空场法，以采用崩落法或充填法较为适宜。

矿石和围岩的自燃性与结块性开采硫化矿石时，须考虑有无自燃危险的问题。高硫（含硫超过30%-40%）矿石发生火灾的可能性很大（含硫量在20%左右的硫化矿，也有发生自燃的），此时不宜采用积压矿石量大的和积压时间长的采矿法，如留矿法和阶段崩落法等。

此外，具有结块性矿石（含硫量较高的矿石、遇水结块的高岭土矿石），在采矿方法的选择上与防止矿石自燃具有相同的要求。

开采技术经济条件

开采技术经济条件有下列各项：

地表是否允许陷落在地表移动带范围内如果有河流、铁路和重要建筑物，或者由于保护环境的要求，地表不允许陷落，此时不能选用崩落法和采后崩落采空区的空场法；必须采用维护采空区不会引起地表岩层大规模移动的采矿方法，如胶结充填法，或当矿体不厚时用水沙充填法，或在厚矿体中留有一定数量的矿柱和同时充填采空区的采矿法。

加工部门对矿石质量的技术要求例如加工部门规定了最低出矿品位，从而就限制了采矿方法的最大贫化率；又如粉矿允许含量（富铁矿）、按矿石品级分采等要求，都影响到采矿方法的选择。

技术装备和材料供应选择某些需要大量特殊材料（如水泥、木材）的采矿方法时，需要先了解这些材料供应情况。应尽量选择不用或少用木材的采矿方法。如果要选用润色结充填采矿方法时，应考虑水泥和充填料的来源。

采矿方法的工艺与结构参数等与采矿设备有密切关系。在采矿方法选择时，必须考虑设备供应情况。如选用铲运机出矿和深孔落矿的采矿方法时，需事先了解有关的设备供应及设备性能。

采矿方法所要求的技术管理水平选择的采矿方法应力求技术简单，工人易掌握，管理方便。这对中小型矿山、地方矿山特别重要。当选用一些技术复杂、矿山不熟悉的采矿方法时，应积极组织采矿方法试验。例如壁式崩落法要经常放顶，较难掌握；空场法中留矿法比分段凿岩阶段矿方法容易掌握，在两种方法都可用的情况下，如系小型矿山，技术力量薄弱时，采用留矿法可能会收到好的效果。

上述影响采矿方法选择的因至少在不同的条件下所起的作用也不同，我们必须针对具体情况作具体分析，全面地、综合地考虑，选出最优的采矿方法。

第四节采矿方法的选择

对矿床地质条件进行深入调查研究，取得足够的有关数据，以及对开采技术经济条件了解清楚之后，即可根据上面所讲的基本要求选择采矿方法。

第一步：采矿方法初选；

第二步：技术经济分析；

第三步：详细技术经济计算，综合分析比较。

在采矿方法选择的实践中，常有这种情况，即在初选几个方案之后，经过初步技术经济分析，亦即在第二步骤中，便判别优劣，选出最佳方案。只有当经过技术经济分析之后，对仍然难分优劣的2-3个方案，进行第三步的比较，对各方案进行详细的技术经济计算，根据计算结果进行综合分析，选出最优方案。

在选择采矿方法中，提同下列几点补充注意事项：

提高对矿床地质资料的准确性与完整性的要求，尤其是有关矿岩稳固性和坚固性方面的资料。有过由于资料不足，选择有误，造成大量矿石损失和长期不能达产，带来很大经济损失的例子。

矿床地质条件比较复杂时，要求在基建时期完成采矿方法工业性实验，实验成功后才能最终选定采矿方法。

采矿方法分析比较中，要注意到由于方法不同影响所及的范围。例如空场法与充填法，比较项目中不仅包括矿房回采，也要包括矿柱回采，有时还要包括空区处理的项目。

采矿方法选择并不只是从现有的方法中选出一种较好的方法。有时也须要结合矿床地质条件和要求，创造性地应用现有采矿方法的工艺与结构知识，提出更为符合要求的新采矿方法。

采矿方法初选

根据上述条件和要求，首先就技术可能性提出一些采矿方法方案；其次是根据各方案的主要优缺点，淘汰掉具有明显缺点的方案。

这一步的主要目的是，提出不具有明显缺点的技术上可行的采矿方法方案。

这一步是很重要的，常常根据初提方案中的某些缺点，提出改进和创新，形成更为合适的新方案。在初选中要多下功夫，特别是矿床地质条件复杂时，应广泛调查研究，以免丢下最佳方案。

第五节采矿方法的技术经济分析

对初选的（一般不超过3-5个）每个方案，要确定它的主要结构参数，采准切割布置和回采工艺，选择具有代表性的矿块，绘制采矿方法方案的标准图，计算或用类比法选出各方案的下列技术经济指标，并据此进行分析比较，从中选优：

矿块工人劳动生产率；

采准切割工作量及时间；

矿块生产能力；

主要材料消耗量（坑木及炸药等）；

矿石的损失率和贫化率；

采出矿石的直接成本。

这些指标一般不做详细计算，而是根据采矿方法的构民要求，参照类似条件的矿山实际资料指标选取。

除了分析对比这些指标外，还应充分考虑到方案的安全程度、劳动条件、工艺过程的复杂程度等问题。有时还得注意与采矿方法有关的基建工程量、基建投资和基建时间（例如用胶结充填法或水砂充填法时）.

在分析对比上述各项指标时，往往出现对同一个方案来讲，这些指标不全都优越，而是有的好，有的差。在这种情况下，就要看这些指标相差的大小，以及在矿山具体条件下，以哪些指标为主来确定方案。分清主次，有所侧重。侧重的目的，是为更具体地结合国家要求，更好地取得经济效果。例如，对开采富矿和国家特别需要的稀缺金属时，贫化指标更显得重要。如果是贫矿，赋存量又大，就应该考虑选用高效率和低成本的采矿方法。总之，要根据具体情况作具体分析，抓住主要矛盾来解决问题。

在大多数情况下，经过这样的技术经济分析，就可以确定采用哪个采矿方法方案。仅在少数情况下才需要作综合分析比较来确定最佳方案。

采矿方法的综合分析比较

经过上述分析比较还不能判定优劣时，则对优劣难分的2-3个采矿方法方案进行详细的技术经济计算，计算出有关指标。根据这些指标再进行综合分析比较，最后选出最优方案。

选择示例

某铁矿床，走向长350m，倾角60°-°70，平均厚度50m。矿体连续性好，形状比较规整，地质构造简单。矿石为含磁铁矿，致密坚硬，f=8-12，属中等稳固。上盘为大理岩，不够稳固，f=7-9，岩溶发育；下盘为矽卡岩斜长岩及花岗闪长斑岩，因受风化，稳固性差。矿石品位较高，平均含铜1.73%，平均含铁32%。矿山设计年产矿石量为43*104t。

方法初选根据上述矿床开采技术条件，初步选出可用的采矿方法。

由于围岩稳固性差，因此，空场法是不适用的。根据矿石价值、围岩与矿石稳固性和矿床规模等条件，可用上向水平分层充填法。

根据矿石中等稳固、围岩稳固性差、矿体倾角和厚度大，以及地表允许陷落等条件，可以使用崩落法类的分段崩落法和阶段强制崩落法。分段崩落法中，有底柱的采准切割工作量大，底部结构复杂，矿石损失量大；无底柱方法结构与回采工艺简单、安全、机械化程度高，按设计条件分析，矿石损失贫化有可能小于有底柱方法。无底柱方法的通风条件较差，而在完好通风系统和加强通风的情况下该缺点是可以减弱的。据此删除有底柱分段崩落法。至于阶段强制崩落法，矿石损失货化更大，灵活性也不如无底柱分段崩落法，特别考虑到矿石品位较高，故不宜采用。

由此可见，该矿床可用的采矿方法有：

无底柱分段崩落法。

上向水平分层充填法；根据矿柱回采方法的不同，又可分为两个方案。

具体方案如下：

第一方案：无底柱分段崩落法。分段高10m，回采巷道间距10m，垂直走向布置。采用CZZ-700凿岩台车凿岩，ZYQ-14装运机出矿。

第二方案：分为矿房和矿柱，矿房宽10m,矿柱宽5m，矿房用上向水平分层尾砂充填法回采，矿柱用留矿法回采，事后一次胶结充填。先采矿柱，后采矿房。采用YSP-45凿岩机凿岩，ZYQ-14装运机出矿。

第三方案：矿房宽10m，用上向水平分层尾砂充填法回采，靠矿柱边砌隔离墙。矿柱宽5m，用无底柱分段崩落法回采。采用YG-80中深孔凿岩机凿岩，ZYQ-14装运机出矿。

技术经济分析根据矿块的生产能力、采准工作量、矿石的损失率和贫化率、劳动生产率等主要技术经济指标进行分析。三个方案的主要技术经济指标列于下表：

从上表可知，第二方案虽然矿石的损失率和贫化率较低，但矿块生产能力和全员劳动生产率都比其它两个方案低，并且胶结充填工艺复杂，又需要建设两套充填系统，每年还要消耗大量的水泥，因此，这个方案应予删去。

与第三方案比较，第一方案的矿块生产能力大，劳动生产率高，回采工艺简单，机械化程度高，但矿石损失率和贫化率高。故需进一步详细计算，最后综合分析比较才能选定方案。

综合分析比较对经过初步技术经济分析比较确定的第一与第三两个方案进行详细的技术经济计算。根据设计条件计算出每个方案的生产能力、采准切割工程量、矿石回采率、矿石贫化率、精矿产量、劳动生产率、基建投资、每吨矿石的采选成本、盈利额等逐项分析对比，最后综合权衡结果，确定选择第三方案，即矿房用上向水平分层尾砂充填法回采、矿柱用无底柱分段崩落法回采的方案。

来源：矿业技术