1、关于金属矿山采矿方法的深入了解Abstract: in this article, a brief overview of the current domestic open pit mining process efficient methods, as well as the years of experience in the mining process, and finally a brief description of the main problems in the process of mining.Key words: metal mines, underground mi
2、ning, the main problemsAuthor：郝帅帅Introduction： 黄金和有色金属在我国的国民经济中占有举足轻重的地位。因此, 高效、经济、 安全地回收黄金和有色金属矿石 , 历来为党和政府所关注 。新中国成立以来, 在党和政府的高度重视下, 通过有关专家、学者及矿业人员的共同努力 , 使我国的黄金和有色金属地下矿山的采矿技术和装备水平均得到了较大程度的提高; 采矿效率、 采矿回收率等采矿技术指标亦同步增长, 使我国的黄金和有色金属地下矿山的采矿技术水平已达到一个崭新的阶段。 然而, 我们在为已取得的成绩欢欣鼓舞之余 , 仍应看到 , 我国与世界先进的采矿技术水平还有
3、相当大的差距。因此 , 应尽快地缩小这一差距, 赶上或超过世界先进水平 , 是我国当代采矿从业人员所面临的最为迫切的研究课题。一、采矿工艺技术的新进展进入 20 世纪 90 年代, 我国有许多黄金和有色金属矿山通过技术改造, 大量引进了国外先进的采、装、运设备, 同时, 一批适合我国地下矿山实际情况的先进装运设备研制成功, 并应用于矿山, 促使了我国地下矿山的机械化水平明显提高。由于采矿作业机械化程度的提高, 劳动条件大为改善, 使采矿成本大幅度降低, 劳动生产率显著提高。又由于先进的自行采、装、运设备的引进和研制, 新技术的应用和发展, 促进了采矿工艺技术的不断改进和创新, 出现了前所未有的
4、发展和变革。现将我国具有代表性的采矿工艺技术分述如下。1.大直径深孔采矿法20 世纪 80 年代, VCR 法(大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法)首先在我国凡口铅锌矿试验成功。该法与传统的采矿方法相比, 具有采场结构简单、生产能力大、机械化程度高, 作业安全等优点。随后 , 这一高效率的采矿方法先后在金川有色金属公司、金厂峪金矿和狮子山铜矿等矿山得到推广应用。但是, 由于我国地下矿山大部分矿床为中厚矿体, 倾角较小, 采用 VCR 法容易造成矿石的损失和贫化, 且 VCR 法需要使用成本较高的高威力炸药和价格昂贵的高精度深孔钻机, 致使采矿成本较高; 另外, VCR 法爆破一次崩矿量较少,
5、施工作业工序较多, 每次均需进行清孔、堵孔、装药、堵塞、联线、起爆等。由于上述原因, 限制了 VCR 法在我国黄金和有色金属矿山的使用范围。为克服上述问题, 自 1980 1985 年间 , 在凡口铅锌矿又试验成功了另一种具有代表性的大直径深孔采矿方案, 即阶段深孔台阶崩落采矿法。该采矿方法的实质是:将露天矿的台阶崩矿技术应用到地下开采中, 即在采场的局部面积上, 先形成切割槽, 然后以这一切割槽为自由面和补偿空间, 采用大直径深孔装药进行全阶段高或台阶状崩矿, 崩落的矿石由采场下部的出矿系统运出。该采矿方法的主要技术经济指标为: 矿石回收率为 99.87 %;贫化率为 2.42 %;采场综合
6、生产能力为551.5t/d ;采场出矿能力为 1630t/d 。在此基础上, 于 90 年代在安庆铜矿试验应用了大直径深孔高阶段采矿工艺, 成功地实现了一步骤矿房高阶段大孔采矿、双阶段连续回采和高浓度尾砂胶结充填采矿法。在该方法中, 采场垂直矿体走向布置, 采场长为矿体厚度。矿房、矿柱宽为 15m ;作业中段高 60m 。一步骤回采矿房, 嗣后一次尾砂胶结充填;二步骤回采矿柱, 嗣后用尾砂或废石充填。该采矿方法使用 Simba-251 潜孔钻机钻凿 165mm 的垂直下向孔。采用以下三种形式崩矿:一是用 VCR 法拉立槽;二是立槽拉到一定高度后,进行 5 7m 高的侧向崩矿 ,使采场以立槽为中
7、心形成倒梯段状或弧形状, 以增加采场安全稳定性, 即梯段或弧形爆破;三是阶段爆破 , 即立槽拉通之后, 四周全阶段向立槽侧向崩矿。阶段高段 60m , 为增大采场生产能力, 采用矿房、矿柱双阶段连续回采 , 回采高度达 120m 。采场生产能力可达 750 850t/d ;矿石损失率 13.04 %, 贫化率 13.13 %。由于使用了大量采、装、运先进设备, 采矿效可达 33.3t/人d , 是国内一般金属矿山的 5 倍左右。主要经济技术指标均达到国内领先水平。高效率的大直径深孔采矿法不仅在有色金属地下矿山取得了喜人的成绩, 在黄金地下矿山中同样也取得了较好的成绩。金厂峪金矿大直径深孔采矿方
8、法的成功应用, 便是最好的例证。1989 年, 金厂峪金矿成功地试验了大直径深孔阶段挤压崩矿单步骤连续回采工艺技术方案, 目前仍在生产中应用。该方案的技术特点是, 利用垂直大直径深孔向相邻已被废石充满的空间进行阶段挤压崩矿, 每次挤压爆破后进行局部放矿, 使呈挤压状态的崩落矿石进行二次松散, 然后进行下一次挤压分层崩矿, 从而实现后退式连续回采, 无需进行间柱或顶柱的二步回采。该方法的试验成功, 使金厂峪金矿的采矿效率大幅度提高, 生产成本明显下降, 为该矿的高产、稳产, 提高经济效益提供了可靠的技术保障。该采矿方法主要技术经济指标为:矿石回收率为 99 %, 贫化率为 6.52 %, 采场出
9、矿能力平均为 190t/d , 最高达到 254.6t/d 2.充填采矿法随着科技水平和物质文化生活水平的提高, 人类对黄金和各种有色金属的需求量也日益大, 而经过多年的开采, 埋藏较浅的易采矿体已所剩无几。 为了满足社会生产和生活的需求, 人们不得不着手开采地下更深处的、赋存条件差的矿床 。另外, 近年来, 人们对环保的要求日益严格, 对环境破坏较大的矿山开采受到了人们更大的关注。由于充填采矿法是一种回收率高、贫化率低的采矿方法 , 所以在稀有贵金属和高品位富矿的开采 , 以及矿床赋存条件杂、 地表需保护和有自燃倾向矿床开采中具有不可替代的作用。 因此, 近年来, 充填采矿法在世界各地得到了
10、越来越广泛的应用, 我国的充填采矿技术也得到了飞速的发展。3.自然崩落采矿法自然崩落采矿法是利用矿体固有的软弱性、节理裂隙、容易崩落等特性, 在矿块或盘区底部拉底后, 借助重力引起自然崩落, 并破碎成适宜的块度,经底部出矿系统放出的一种采矿方法。它是一种产量大、效率高和最经济的唯一能与露天开采媲美的地下采矿方法。该法适用于矿石储量大、品位低的矿山进行强化、低成本的回采矿石。这种方法在美国使用了一百多年, 但仍然依靠经验类比法来指导生产和设计。从 1985 年起, 在中条山铜矿峪铜矿进行了自然崩落采矿法的研究。研究中, 由中国、美国双方技术人员以整个矿山工程系统为研究对象, 进行了包括采矿技术、
11、装备、生产组织管理, 矿山内、外部环境配备等全方位的综合研究, 建立了自然崩落采矿法从基础理论、设计方法、工艺流程、设备选择到科学管理的一整套经验和技术。该矿自然崩落采矿法设计段高为 120m , 用电耙出矿。由于矿体倾角仅 45, 为了回采下盘部分矿石, 在下盘围岩中布置了三层放矿漏斗。由于矿体埋藏较浅, 上原岩的水平应力大于垂直应力, 为切断水平主应力对崩落的影响, 促使初始崩落, 在初始崩落区的侧部和上盘边界上布置割帮槽。拉底巷道沿矿体走向布置, 间距为 10m , 与电耙道垂直距离约 7.4m 。采用中深孔拉底, 拉底高度为 7.0m , 当矿石崩落面达到下盘漏斗层标高时, 下盘漏斗层
12、开始拉底, 以促使崩落继续向上发展。出矿用75kW 电耙 , 为加强放矿管理, 井下设矿石质量监测站, 用 X 射线荧光分析仪快速分析出矿品位, 建立放矿微机管理系统, 进行放矿优化。该项目于 1993 年末通过鉴定, 1994 年出矿达 260 万 t 。该方法在铜矿峪矿的成功应用, 标志着我国自然崩落采矿法技术水平已步入世界先进行列。4.溶浸采矿技术随着世界范围内人们对环境保护意识的加强和对人类文明可持续发展的重视, 矿山企业对环境的危害作用日益为人们所关注。溶浸采矿技术能达到既回采了人们所需要的矿物, 又能在很大程度上降低了采矿作业对环境的破坏作用的目的。该方法自 20 世纪 80 年代
13、开始就在我国有色金属矿山和黄金矿山进行试验。目前, 地表堆浸技术已相当成熟和完善, 达到了工业化生产的程度, 在全国有色金属矿山和低品位的黄金矿山中, 大面积推广应用。1997年 11 月 , 江西铜业公司采用溶浸采矿技术产出电解铜 7.1t , 质量超过了国家 A 级电解铜标准。地下原地溶浸技术是溶浸采矿中较为复杂的技术, 我国已将其列入“九五”科技攻关项目, 在大姚铜矿和中条山铜矿等地进行研究, 预期将取得重大的技术突破。溶浸采矿最大的特点是, 能够处理低品位矿石,从而能将原先当作废石抛弃的低品位矿石重新得到回收利用, 扩大了资源的回收范围。同时, 溶浸采矿对矿山周围环境破坏比常规采矿方法
14、小得多, 符合当今世界可持续发展观念对采矿技术的要求。二、主要经验三十年来, 我国许多地下矿山在长期的生产实践中, 淘汰了某些不合适的采矿方法, 对某些合适的采矿方法进行了完善,因而在使用当中, 工艺和技术等许多方面积累了不少经验, 这些经验主要有:1.强化开采强化开采是以速度为中心, 质一量为前提, 掘进为基础, 实现持续稳产高产,获得最佳经济效果为目的的。如易门狮山分矿总结以“ 三强” 为中心的强化开采的经验, 不仅在地压大的情况下能做到施工安全, 而且由于生产中段数大大减少, 一般为 2 一 3 个, 因而管理方便、设备利用率高, 达到了缩短战线和合理集中作业的目的。自从 1 9 7 7
15、 年在易门铜矿召开了强化开采经验交流会后, 不少矿山在推广应用, 实行了合理的强化。2.挤压摄破现有的有底柱崩落法中, 基本上均采用了中深或深孔一次落矿的挤压爆破方案, 将原有的 30 % 的自由补偿空间过渡为 12 一 20 % , 、降低了大块率和损失贫化率,减少了二次炸药消耗量, 提高了电出矿能力, 并且简化了采场结构, 减少了切割工作量。3.实行探采结合和坑钻结合将矿山生产探矿和采准工程及坑探和钻探紧密结合起来, 实行矿山地质和采矿综合研究, 合理布置采准巷道, 是使其先起探矿作用, 后作采准工程的一项统筹施工法。它不仅节约了费用和加快了速度,而且还减小了对矿体的破坏作用。中条山有色金
16、属公司由于采用了探采结合, 中厚矿体的探采比由 7 米/千吨下降到 2 . 5 米/干吨, 厚矿体达到了 0 . 7 米/ 千吨 , 每年可减少坑道掘进量达 6 0 多米, 若以释帐 13 0 元计算, 则每年可为国家节约 2.8 万元。锡矿山锑矿从 1 9 7 0 一 1 9 8 0 年的 1 1 年中, 以钻代坑 2 5 6 1 5米, 约坑道 2 0 0 1 1 米, 节约坑道掘进费 16 0 多万元。还有许多矿山如易门铜矿和寿王坟铜矿都做得较好。4.下向充填采矿法的应用1967 年, 黄沙坪矿为了解决矿岩极不稳固、矿体形态变化复杂的 5 矿体的开采问题, 选择了下向分层尾砂充填采矿法进
17、行试验, 1 9 7 0 年顺利地完成了 5 非矿体的回采工作。1973 年初, 金川龙首矿在黄沙坪矿取得经验的基础上, 在矿床赋存条件复杂、矿体围岩破碎、上向胶结充填法难以使用的情况下, 也进行了下向胶结充填法的试验, 并在取得初步成果的基础上, 逐步推广使用, 到 1 98 0 年底, 下向胶结充填法的产量比重已占全矿的47. 9% , 已成为该矿的主要采矿方法。在技术经济效果方面, 采场生产能力一般为 57 吨/ 日, 目前的试验采场已超过 80 吨/ 日, 比上向胶结充填法还高 , 成本则比上向的略低( 上向为 19.94 元/ 吨, 下向为 1 8 .59 元/ 吨)。由此 , 下向
18、充填法对开采矿岩极不稳固的高品位矿床是一种比较好的方法。5. 立式砂仓的应用为了保证高浓度砂浆稳定连续供给充填采场的需要, 经过试验研究, 先后在铜录山和焦家等矿建立了立式砂仓, 与卧式砂仓相比, 它具有制备胶结充填料实现自动化、工业配置集中和占地面积少等优点,给连续稳定地输送尾砂充填料提供了有利条件。6. 采场锚杆护顶对于需要在暴露面下工作的采矿方法, 如充填采矿法, 各个工种的工人均要在暴露面下作业, 且每采一分层时间较长, 矿石的顶板稳定性与否, 对生产安全有很大的影响, 同时也影响到资源的回收, 铜陵凤凰山铜矿、山东焦家金矿和锡,矿山南矿等, 在矿岩不太稳固、三角节理发育的采场, 运用
19、了锚杆护顶都起到了应有的作用。7.留矿全面法和电耙留矿法的应用这两种方法都是留矿法的变种, 在回采的过程中用浅孔落矿 , 每次放出部分矿石, 采场内留有适当的作业空间, 当采完后沿着倾斜方向用电耙五左行大量出矿。如山东招远金矿九曲分矿, 矿体倾角 4 1。一 5 2“ , 脉幅 0 . 4 一 3 . 5 米宽, 由于底板不平,矿体变化大, 采幅小或矿石易结块等原因,使矿石放不出来, 因而采用留矿全面法。为了克服在倾角较大时一耙斗翻转的问题, 采用了角锥体耙斗出矿, 这不仅解决了出矿问题, 而且改善了技术经济效果, 放矿效率每班提高了 5 吨左右, 回采周期缩短了 3 0 一 60 天, 损失
20、率降低了 5 一 10 %。又如香花岭锡矿, 在开采太平里区段时, 倾角只有 3 5“ 一 37。, 采用了单漏底部结构的电耙留矿法, 也取得了较好的技术经济效果。这两种方法扩大了留矿法的使用范围，解决了倾斜薄矿体开采的出矿问题。从使用情况来看, 技术上一可行, 而经济上也是合理的。8.振动放矿机的应用目前我国在冶金、建材和化工等矿山中有 40 多个应用了振动放矿机, 已运转的有几百台, 其中以有色矿山发展最快, 应用最多。中条山有色公司、桃林铅锌矿、杨家杖子矿务局和麻阳铜矿四个单位, 已制造了 15 3 台, 并大部分投入了生产。从应用范围来看也逐步在扩大, 锡矿山从阶段溜井发展到了主溜井,
21、 桃林铅锌矿在溜井和原矿仓使用, 有底柱崩落法的杨家杖子矿务局、留矿法的冯家山铜矿和空场法的开阳磷矿, 已在采场应用。实践证明,振动放矿机较重力放矿具有很多似点: 放吮矿能力大; 制作简单, 造价低, 每台只需 2 0 0。一 30 0。元左右; 操作容易, 维修方便; 劳动条件好, 作业也安全; 可减少木材消耗, 每个漏斗可节约木材 4 一 5 米“ 。因此, 振动放矿是一项符合国情的适用技术, 在我国有色矿山中将会得到进一步的推广和应用。三、金属矿山采矿方法存在的主要问题三十多年来, 我国有色金属地下矿山采矿方法获得了很大的发展,并取得了不少成就, 但由于受多种因素的影响, 有些比较合适的
22、采矿方法, 也未能充分发挥其优越性, 且还存在一些共同性的问题, 归纳起来主要有以下几个方面。1.损失贫化大损失贫化的大小是评价采矿方法选择是否合理, 是采矿工作质量好坏的重要指标, 它对矿山开采的经济效果和服务年限有很大的影响。目前我国地下有色矿山的损失贫化都比较大。损失贫化大主要是管理上和技术上的原因所造成的, 通过调查, 可以归纳为以下几个问题:（1）探矿落后, 地质资朴不准。有的矿山采场设计的地质资料没有达到 B 级储量的要求, 而将采场布置在 C : 级储量上,致使采准工程布置甚至采矿方法的选择都不合理。由于矿体的形态不清, 采准切割施工后, 使有的矿石采不着或放不出来,有的采准工程
23、穿过废石, 回采时必须采下废石; 再是夹石情况不清, 没有考虑分采、分出措施, 迫使混采混出。因此造成不应有的损失贫化。（2）回采设计不当, 施工质量差。有的矿山不论矿体的大小和产状, 套用一种采矿方法和采场布置形式, 因而设计不合理。有的矿山对超过剔除厚度的夹石不采取分采分出措施, 将大量的废石混入矿石,如某矿仅此一项就使贫化率增加 13.6%。有的矿山底部结构施工质量差, 合格率仅有 60 % 左右, 仅斗间和耙道间的脊部所造成的损失就占采场矿量的 5 一 10 %。有的因耙道施工质量差, 造成过早破坏或不因矿施法而损失矿量达几万到几十万吨。（3）出矿管理差且周期过长。有的空场法和充填法矿
24、山, 为了赶进度, 采场矿石未出完就进行下道工序。崩落法矿山尽管有一套较好的放矿制度, 但因管理不善, 不能按顺序均匀放矿, 往往自由放矿, 自然封斗，使有的漏斗放出大量的废石, 有的漏斗还有很多矿石没有放完就被迫停止放矿。有的矿山采场出矿周期过长, 加之底部结构质量差和没有很好的维护, 也造成底部结构破坏而产生大量损失。据某崩落法矿山 2 个采场的统计, 因出矿周期长而使耙道破坏, 损失金属量达 1 6 0 0 多吨, 贫化率高达 47 %。2.采场生产能力低目前我国有色矿山的采场生产能力都不高, 其原因主要是劳动组织不合理, 工时利用率很低, 设备开动率不高, 作业分散且不连续等管理问题。
25、如有的矿山一人一班, 一台电耙, 一条耙道; 有的设备不配套,使用效率高的铲运机出矿, 每班一般只运转不过 1 一 2 小时左右。所以, 不少矿山采场生产能力长时间停留在一个较低的水平。3.矿柱回采与空区处理不及时按照正常的生产秩序, 在做采矿设计时, 必须同时考虑矿柱的回采与空区处理。但是, 长时期来, 由于产量的要求和贪图方便, 只顾眼前, 忽视长远, 加之客观上矿柱回采难度木, 技术经济指标略差, 因而使有色矿山留有大量的矿柱没有回采, 各矿山的情况只是程度不同而已。由于矿柱积压太多, 使大量的空区也就得不到处理, 有些矿山造成大面积的地压活动, 甚至造成重大灾害。据某七个空场法矿山的统
26、计, 空区体积就有 2 2 0 0 万米“ ,需要处理的大部分尚未作处理。使用崩落法的矿山, 由于投产初期采用过其他方法, 也遗留有不少空区未作处理。4.采切比大根据目前的情况来看, 由于探采结合和坑钻结合不够好, 有的因原掘进欠账或因采准工程布置不够合理因而采切比都比较大, 从表 3 中看出, 一般都在 150 一 35 。米/ 万吨, 最高达 5 0 米 / 万吨之多。这样高的采掘比, 加之目前我国的采掘工效较低 ( 全国平均水平一般不过 0.35 米左右) ,因此易导致采掘失调。5.机械化程度低我国有色矿山机械化程度一般都不高, 只有 30 一 40 % 左右, 而且还有不少问题。如有的
27、矿山设备陈旧, 型号多, 管理不善, 维修不力, 完好率低, 使用不正常,作业率只有60 %。有的矿山用 01 一 38 钻机打中深孔, 效率低, 有的虽有深孔或中深孔设备 , 但缺乏备品备件, 使用也不够正常。四.结语纵观我国黄金和有色金属矿山采矿工艺技术的发展历史可以看出, 解放以来, 特别是改革开放以来, 我国的采矿技术取得了长足进展, 尤其是“七五”和“八五”期间, 我国地下金属矿山取得了近千项科研成果, 研制出一批与采矿工艺技术相配套的采掘设备, 使地下采矿工艺技术得到了新的进展。但是,与国外先进国家相比, 我国黄金和有色金属矿山整体水平还存在很大的差距, 主要是机械装备水平落后, 劳动生产率低。为满足我国四个现代化建设的需要, 作为原材料供应者的黄金和有色金属矿山企业应加速技术进步, 尽快缩短同国际先进国家的差距。在提高矿山机械化的同时, 应重视矿山开采重大技术问题的研究, 全面推广采矿新工艺, 以提高效益、降低成本, 使我国黄金和有色金属矿山早日步入先进国家行列。参考文献1. 崔岱，我国黄金和有色金属地下矿山采矿工艺现状及其发展趋势，1998.012. 徐树岚等，我国有色金属地下矿山采矿方法的现状及其发展3. 韩艳成，我国金属矿山开采工艺技术浅析，2010.064. 冯志锋等，我国金属矿山采矿技术进展及趋势综述，2015
