崩落采矿法
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发布时间：2022-05-16 16:01
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时间：2023-08-01 23:35
崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法。在崩落法中不需要将采区（矿块）划分为矿房和矿柱两个步骤回采，而是单步骤回采。因此，这类采矿方法就消除了回采矿柱时，安全条件差、矿石损失和贫化大等缺点。采用崩落采矿法时，围岩和地表必须允许崩落。本书主要介绍有底柱分段崩落法和无底柱分段崩落法。
（一）有底柱分段崩落法
1.概述
本方法具有以下基本特征：
（1）将阶段划分成若干个分段，矿石自上而下地逐段进行回采；
（2）放矿、运搬及二次破碎均在底柱中开凿的专门巷道中进行，底柱将随同下一分段一同采出；
（3）围岩在回采过程中自然或强制崩落，放矿是在崩落的覆岩下进行。
应用这种采矿方法，在我国积累了丰富的经验。中条山、铜官山、云南的不少有色金属矿山都在采用这种方法。
2.典型方案
图5-5-10为垂直扇形中深孔侧向挤压崩矿分段崩落法。这种方案在我国目前有底柱分段崩落法中占据最重要的位置。此法是把阶段划分成若干采区进行回采，采区沿走向布置。采区长度主要按合理的耙运距离而定，一般为25～30m，多至40m；采区宽度等于矿体厚度，一般为10～15m；阶段高度50m；沿倾向将采区划分成两个分段，分段高度为25m，分段底柱高度为6～8m。
3.采准工程和底部结构
采准工作包括掘进阶段运辅巷道、放矿溜井、通风行人天井、电耙巷道、堑沟巷道、斗川和漏斗颈、切割天井、凿岩巷道等。
在矿体上盘布置脉内，下盘布置脉外运输巷道各一条，在运输水平层，位于两相邻采区的相接处布置穿脉巷道，采用在穿脉巷道中装车的环形运输系统。每个分段布置一个倾斜60 °以上的溜井，直通穿脉巷道。每1～2 个采区布置一个下盘脉外进风、行人、材料天井，用联络道与各分段的电耙道相连。采用“V”型堑沟式底部结构，布置双侧漏斗，漏斗间距5～5.5 m，漏斗坡面角50 °。为了形成堑沟，各分段都应首先掘进两条堑沟巷道，电耙道和堑沟巷道之间用斗川和斗颈联通。斗川和斗颈的规格为2.5 m×2.5 m。堑沟巷道与电耙道间垂距为4.5 m。除堑沟巷道可作凿岩巷道外，每个分段上还布置一条凿岩巷道，其断面为2.5 m×2.5 m，应根据凿岩设备而定。
图5-5-10 垂直深孔崩矿的有底柱分段崩落采矿法
4.切割工作
主要是形成堑沟和开凿切割立槽。堑沟的切割，在堑沟巷道内，钻凿上向扇形中深孔与上部凿岩巷道相应的深孔同时爆破，一次或逐次形成“V”型堑沟，如图5-13所示。爆破参数基本与回采薄矿参数相同，但由于垂直“V”型面夹制性较大，两侧中深孔应适当加密，采用孔低距小于最小抵抗线。堑沟的切割工艺简单，效率高，又易于保证施工质量。但堑沟结构对底柱切割得比较厉害，使底柱的稳固性降低。
切割立槽是为回采落矿开创自由面，形成必要的补偿空间，满足崩落矿石的碎胀要求。切割立槽应和回采落矿相适应，按崩矿最大轮廓拉开。立槽的位置和数量，取决于矿体的形态和回采方案。切割槽使用中深孔形成，只有个别矿山使用浅孔。
5.回采工作
目前我国使用有底柱分段崩落法的矿山都广泛使用中深孔和深孔崩矿。深孔崩矿炮孔布置方式主要采用扇形式（图5-5-11）。扇形排列是指一排炮孔中各孔是自某一点（或两点）为中心（称为放射中心或放射点）而呈放射状的形式排列的。扇形深孔的孔间距自孔口到孔底则是逐渐增大的。
炮孔最小抵抗线，也就是炮孔的排间距离。它是中深孔落矿的一个重要参数，它选取的合理与否直接关系到每米炮孔崩矿量、大块产出率和凿岩工程量等指标。
在实际工作中，最小抵抗线的选取主要取决于矿石的坚固性、采用的孔径和炸药类型等。例如矿石的坚固性较高、孔径较小、炸药威力又较低时，最小抵抗线的数值就可选得小一些，反之，则可选得大一些。
图5-5-11 深孔崩矿扇形深孔示意图
根据生产实际经验总结的资料，目前矿山采用的最小抵抗线值大致如下：
固体矿产探采选概论
式中d——炮孔直径，mm；W——最小抵抗线，m。
在爆破工艺上，一些矿山成功地应用了挤压爆破新技术，改善了崩矿质量，从而提高了矿块生产能力。
挤压爆破就是采用挤压相邻分段的松散介质，以获得补偿空间或开掘小补偿空间进行爆破，使崩落矿石的松散系数，控制在1.1～1.2之内。由于补偿空间小，崩落矿石不能达到碎胀要求，在爆破过程中矿石在挤压状态下进行二次破碎。这种挤压爆破方法，减少了大块产出率，提高了放矿生产能力。出矿一般均采用电耙运搬，耙运距离为30～40m。
6.放矿管理
分段崩落采矿法是在覆岩下放矿，崩落矿石至少有一个废石接触面，这些废石的混入、掺合，是放矿时矿石损失贫化的主要来源，故放矿管理是极其重要的。合理的放矿管理应该使矿石的损失、贫化小，采场出矿能力大。为了改善有底柱分段崩落法的放矿指标，放矿时电耙道各漏斗之间应进行均匀放矿，使废石与矿石的接触面均匀下降。这里有两种情况：耙道中各漏斗负担矿量大体相等时采取等量均匀放矿，各漏斗担负矿量不等时可采用不等量均匀放矿。此时电耙道中担负矿量大的漏斗，每次放出数量较多的矿石；担负矿量小的漏斗，每次放出数量较少的矿石。
（二）无底柱分段崩落法
1.概述
无底柱分段崩落法于1964年在我国安徽向山硫铁矿开始试验使用，1967年又相继在河北大庙铁矿成功地采用，并在金属矿山获得迅速推广，特别是在铁矿山应用更为广泛。几十年来的生产实践证明，这种采矿方法具有高强度、高效率、成本低、工艺简单、机械化程度高，生产安全等突出优点。
在这种采矿方法中，不但取消了采区的顶柱和间柱，而且将结构复杂的底柱也去掉了，简化了采区结构。这种采矿方法的特点是：在矿体内一般以10m×10m的网度开掘回采巷道，并在其中打上向扇形深孔落矿；随着放出崩下的矿石，崩落的围岩充满采空区，崩落下的矿石是在覆盖岩层下自回采巷道的端部装运至溜井放出。由于使用凿岩台车、装运机、铲运机等采掘设备，所以它是一种高效率的采矿方法。
2.典型方案
（1）构成要素和采准布置：此法的采准巷道包括上、下阶段运输巷道，回风巷道、设备人行通风井、放矿溜井、通风天井、分段联络巷道、回采巷道、切割巷道及切割天井等（图5-5-12）。由于本方法的构成要素是与采准布置密切相关的，故将这两个问题一并加以论述。
（2）阶段高度：这种采矿方法多用于回采矿石稳定的急倾斜厚矿床，阶段高度都比较大，一般为60～70m。当矿体倾角较缓，赋存不规则，以及矿岩不够稳定时，阶段高度可小一些。
（3）溜矿井布置和采区尺寸：在无底柱分段崩落法中，一般是按回采巷道为回采单元。为了管理方便，多以一个溜井服务的范围划分成一个采区。溜井多布设在脉外，其间距主要是根据装运设备的能力而定。当使用ZYQ-14装运机时，平均运距为40～50m，效率较高。当回采巷道垂直走向布置时，溜井间距一般为40～60m；沿走向布置时为60～80m。采区尺寸与此相同。溜井的断面一般为2m×2m的方形溜井或直径为2m的圆形溜井。
图5-5-12 无底柱分段崩落法示意图
（4）分段高度：分段高度大，可以减少采准工程量。但是分段高度受凿岩设备和放矿时矿石损失贫化指标所*。随着分段高度的增加，炮孔深度也随之加大，从而使凿岩速度下降。目前我国矿山的分段高度一般为9～15m，实践证明，9～12m效果较好。
（5）回采巷道布置：当矿体厚度较大时（15～20m以上），分段回采巷道应垂直走向布置。矿体厚度较小时，可沿走向布置。
回采巷道间距，也就是一个回采巷道所担负的高度，多在8～12m之间。当崩落矿石粉较多、潮湿、流动性不好时，巷道中心距应小些。上下分段回采巷道根据放矿规律，应交错布置（即菱形布置），如图5-5-13所示。
图5-5-13 天井拉槽法示意图
回采巷道断面的尺寸应根据所采用的设备来决定。从降低矿石损失贫化指标来看，巷道宽度大一些为好，有利于出矿，还便于装运机在全宽度上均匀装矿，提高回收指标。回采巷道应有3%～5%的坡度，以利于排水和重载的装运机下坡运行。
（6）分段联络道的布置：分段联络道可分为脉内和脉外两种布置方式。脉内布置时，可得到副产矿石，减少在岩石内掘进的工程量，但缺点是回采至巷道交叉口处，增加了矿石的损失，而且工作安全性较差。所以一般采用脉外布置为佳。
（7）设备井的布置：这种采矿方法的机械化程度较高，分段多，为了各分段之间上下运送设备、材料和人员，可在沿走向上每隔150～300m，于下盘的崩落界限外布置一个设备井。设备井中安装有电梯和提升设备。设备井的断面是根据运送设备的需要而定，大庙铁矿的电梯设备井的净断面为2.3m×3.3m。
3.切割工作
切割工作主要是形成切割槽。在分段回采之前，首先要在回采巷道的端部拉开切割槽，形成最初落矿的自由面，为回采崩矿创造条件。切割槽宽度不小于2.0m。常用的拉切立槽的方法为天井拉槽法（图5-5-13）。这种方法是在回采巷道的端部，向上掘凿切割天井。在回采巷道中，在天井两侧钻凿数排垂直扇形深孔，向切割天井用微差电雷管一次起爆成槽。这种方法目前在生产中较广泛地使用。用人工上掘天井比较费工，作业条件差，效率低。为此，近来国内有些矿山已成功地采用了“一次成井”的先进施工方法。
4.爆破工作
在回采巷道中一次爆破的矿层厚度成为崩矿步距。崩矿步距一般为一排或两排炮孔的距离。最小崩矿步距可通过生产试验来确定。在当前矿山生产中，崩矿步距多采用1.8～3m。
无底柱分段崩落法的爆破工作是在两面（正面和上面）为崩落岩石覆盖下进行的，并向崩落围岩崩矿的挤压爆破。因除了回采巷道以外，无专门的爆破补偿空间，爆破崩下的矿石处于挤压状态，这就是挤压爆破。采用挤压爆破时，对提高矿石的破碎质量颇有好处。
为避免扇形炮孔口附近装药过于集中，装药时，除边孔及中心孔装药较满外，其他各孔应当交错增加填塞长度，如图5-5-14所示。
图5-5-14 炮孔装药结构图
5.回采工作
在分段回采巷道中，钻凿上向扇形深孔进行崩矿。生产中多采用前倾和垂直布置的炮孔层面，如图5-5-15所示。扇形炮孔前倾时的角度一般为70°～80°。扇形炮孔垂直布置时，矿石回收指标较前倾好一些，炮孔方向容易掌握，但装药条件差。在扇形炮孔布置中，其边孔的角度，在我国矿山一般采用40°～60°。中深孔的孔径一般在51～65mm。根据矿石的性质，最小抵抗线变化在1.5～2.0m。在扇形炮孔中，一般使孔底最大间距等于最小抵抗线。
6.采场运搬
无底柱分段崩落法，使用的装矿设备有以下几种：
（1）自行装矿机。多是风动的，如ZYQ-14、ZYQ-12等。它用铲斗将矿石装入自身附带的自卸车箱中，运至矿井卸矿。
（2）铲运机。其前端有较大的铲斗，将矿石铲入后，运至溜矿井卸矿。这种设备由柴油驱动。
（3）有些矿山用蟹爪式装载机配自卸汽车。用履带式电动蟹爪式装载机将矿石装入自卸汽车中，运至溜矿井。自卸汽车载重量较大，在20t以上。
（4）轨道式装岩机配轨道式自行矿车。用各种轨道式装岩机将矿石装入轨道式自行矿车中，再运至溜矿井。如向山硫铁矿用华-1 型装岩机和向-1型自行矿车装运矿石。铲运机的生产能力比装运机大，因为这类铲运机的铲斗容积大，行走速度快，在短距离的生产能力台班可达300～400 t。
图5-5-15 中深孔布置
无底柱分段崩落法的放矿特点，是属于端部放矿，崩落的矿石是从回采巷道的端部放出，这种放矿特点是生产实际控制放矿、使矿石损失和贫化降低到最低限度的依据。
在无底柱分段崩落法中，产生矿石损失有脊部损失和正面损失两类。两个相邻回采巷道之间，存在着脊部损失。在回采巷道的正面，由于崩落矿层厚度大于出矿设备铲入深度，出矿后还留下一斜条崩落矿石，这些损失称正面损失。正面损失的矿石和巷道之间的脊部损失的矿石是相连的，脊部损失的大部分矿石可在下分段回采时回收出来，而正面损失的矿石很难回收。因为在下分段回采时，正面损失的矿石和废石混合在一起，如能放出一部分，也是贫化的矿石。
在端部放矿时，随着矿石的回收，逐渐开始混入废石，从而使放出矿石的品位逐渐下降，这时需确定一个极限品位（叫做截至品位）。当达到这个品位时，即停止放矿。这个停止放矿时的极限品位应当比地质上的边界品位高一些或等于边界品位。同时也要使采出矿石的平均品位高于或等于选厂所要求的最低品位。
7.无底柱分段崩落法的评价
无底柱分段崩落法主要应用在铁矿床的开采，绝大部分是新建矿山，从第一个水平阶段起就开始使用，因而都要进行人工崩落围岩，形成覆盖岩层。根据生产实践证明，这种采矿方法最好在第一水平阶段用其他方法已开采完毕，并处理采空区形成覆盖岩层的条件下使用。
无底柱分段崩落法是一种高效率的采矿方法。它适用于矿石稳定或中等稳定的急倾斜厚矿体或倾角较缓的极厚矿体。国内外应用无底柱分段崩落法的矿山证明，这种采矿方法具有安全程度好、机械化程度高、开采强度大、应用灵活（可以实行分采分运和剔除夹石）等突出优点。
但是，这种采矿方法也存在着矿石损失贫化大（一般损失率为20%～30%，贫化率为15%～20%），通风条件差和设备维修工作量大等缺点。
