金属矿山开采方法设备及其相关技术

金属矿山开采方法设备及其相关技术

学院：资源与安全工程学院

专业： 采矿工程1002班

姓名： 蔡思思

学号： 0201100201

2012年2月15日

金属矿山开采方法设备及其相关技术

摘要:系统的全面的介绍了我国金属矿山开发的方法,露天开采和地下开采, 采矿方法的选择，还就其开采设备以及其相关技术等方面的主要成就,讨论了我国金属矿山主要采矿技术的现状、特点和应用情况,论述了无轨采矿设备对金属矿山开采的积极推动作用。 关键词：金属矿山开采方法 开采设备 无轨采矿 开采技术 Abstract: The paper describes in a systematic and all-sided way the development of China’s metal mines method in open-pit mining and underground mining, mining method’s choice, the mining equipment and its related technologies, and other aspects of the main achievements，discusses the present state, characteristics, and application situation of the main mining technologies used in China’s metal mines ,and also describes the trackless mining equipment to metal mining positive role.

Keywords: Metal mining method mining equipment trackless mining mining technology

引言：我国金属矿开采历史悠久，3000年前就开始凿井开采铜矿，2000多年前己有较规范的开采技术。但近代，我国金属矿开采技术长期处于停滞落后状态，矿山生产基本是靠手工作业，直到20世纪50年代以后金属矿采矿技术才得以迅速发展。特别是近几十年来，我国全面地开展了各种现代化采矿工艺和技术的科技攻关研究，在露天陡帮开采、间断—连续开采、阶段大直径深孔采矿、分段中深孔采矿、机械化分层采矿、自然崩落采矿、溶浸采矿、高效率矿山充填、岩体支护与加固、矿山防治水、露天成套采矿装备和井下成套采矿装备等方面均取得了重大成就因而使我国金属矿采矿技术水平迅速提高，有力地促进了金属矿开采工业的发展。我国采矿方法主要有露天开采和地下开采。这两种采矿都有一定的程序。一般都是剥离岩石、采出矿石的方法。

1露天开采

露天采矿是一个移走矿体上的覆盖物，得到所需矿物的过程。 露天采矿又可分露天金属矿床开采，露天煤矿开采，露天铁矿开采。 前者主要

开采对象为有色金属，中间主要开采煤和一些非金属矿的

开采，后者主要开采铁矿。

用一定的开采工艺，按一定的开采顺序，剥离岩石、

采出矿石的方法。露天开采工艺，按作业的连续性，分间

断式、连续式和半连续式，见附表。间断式开采工艺适用

于各种地质矿岩条件；连续式工艺劳动效率高，易实现生

产过程自动化，但只能用于松软矿岩；半连续式工艺兼有以上两者的特点，但在硬岩中，需增加机械破碎岩石的环节。开采顺序是采矿和剥离在时间和空间上的相互配合。

当矿体埋藏较浅或地表有露头时应用露天开采最为优越。与地下开采相比优点是资源利用充分、回采率高、贫化率低、适于用大型机械施工、建矿快、产量大、劳动生产率高、成本低、劳动条件好、生产安全。但需要剥离岩土排弃大量的岩石，尤其较深的露天矿往往占用较多的农田设备，购置费用较高，故初期投资较大。此外露天开采受气候影响较大，对设备效率及劳动生产率都有一定影响。随着开采技术的发展，适于露天采矿的范围越来越大，可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。对平缓矿床（一般矿层倾角小于12°）采用倒堆、横运或纵运采矿法。对于倾斜矿床采用组合台阶、横采掘带或分区分期开采的方法。 露天开采作业主要包括穿孔爆破、采装、运输和排土。这四项工作的好坏及它们之间的配合如何是露天采矿的关键。穿孔爆破是在露天采场矿岩内钻凿一定直径和深度的定向爆破孔，以炸药爆破对矿岩进行破碎和松动。穿孔设备主要有冲击式钻机、潜孔钻机和牙轮钻机等多用铵油炸药、浆状抗水炸药和乳化炸药及粒状乳化炸药采装工作是用人工或机械将矿岩装入运输设备或直接卸到指定地点的作业。常用的设备是挖掘机（有多斗和单斗两类）、轮斗铲和前端式装载机广泛采用的为单斗挖掘机。运输工作是将露天采场的矿、岩分别运送到卸载点（或选矿厂）和排土场同时把生产人员、设备和材料运送到采矿场。主要运输方式有铁路、公路、输送机、提升机还有水力运输和用于崎岖山区的索道运输。选择运输方式必须综合考虑地形、地质、气候条件露天矿生产能力开采深度矿石和围岩的物理力学性质等经过全面技术经济比较后确定合理的运输方式。排土工作系指从露天采场将剥离覆盖在矿床上部及其周围的大量表土和岩石运送到专门设置的场地（如排土场或废石场）进行排弃的作业。排土方法依其排土设备的不同分为推土犁推土、推土机排土、前装机排土和拖拉铲运机或索斗铲排土等。推土场应选择在尽量靠近采矿场少占农田的位置有条件的应放置在山谷、洼地处注意环境保护和造田、还田。

按矿床分布情况，大体有两类采矿方法：

平缓矿床的采矿方法

适用于倾角一般小于12°的平缓矿床。 倒堆采矿法 剥离物用机械铲或索斗铲直接向前一采掘带采空区倒堆，采矿工作面紧随剥离工作面推进。在相同情况下，机械铲的重量约为索斗铲的1.8倍,因此剥离高台阶时，多用索斗铲。剥离更高的台阶可采用二次或多次倒堆。方案有一台机械铲配合一台索斗铲、二台索斗铲互相配合或仅用一台索斗铲兼作二次倒堆等。

剥离物用排土桥、悬臂排土机循垂直于工作线方向运往采空区，剥离台阶与采矿台阶推进的空间关系也受运输设备规格的限制，但不如倒堆采矿法那样严格。本法可适应更大的

剥离厚度,民主德国的AFB-60型排土桥的可剥离厚度为60m。

纵运采矿法 剥离物沿工作线,绕过端帮,纵向运往采空区。本法不受采、运设备规格和剥离岩石厚度的限制,有较大灵活性。适用于单斗-机车车辆、单斗-(破碎机)带式输送机、单斗-汽车、轮斗-机车车辆-带式输送机等多种工艺。

上述各法的经济效果，通常以倒堆法最优，横运法次之，纵运法最差。但适用的剥离厚度则相反。当剥离厚度大时，可在下部台阶用倒堆法或横运法，上部用纵运法。为缩短运距，可将矿田划分为若干采区，按一定顺序开采，把剥离物排往本采区或前一采区的采空区。

倾斜矿床的采矿方法

基本上把剥离物运往外排土场，仅当采掘工作达到终了深度后，才能利用采空区内排。工作线的布置方式，基本有沿矿体走向布置和垂直矿体走向布置。

初始位置和推进方向的选择，应综合考虑矿床的地形地质条件、生产能力、运输方式、基建剥离量和生产剥采比的均衡等因素。倾斜矿床的生产剥采比在开采中是变化的。为了减少基建剥离量和推迟剥离高峰，平衡生产剥采比，改善经济效果，可以采取以下措施加陡工作帮坡角。

组合台阶 用一台设备顺序采掘一组相邻的台阶，仅在采掘台阶上设工作平台（图1），也可有其他方式。

横采掘带 汽车运输的横向采掘带，相邻台阶尾随采掘，工作线横向布置,纵向推进（图

2）。任一横断面上只有一个工作平台，每一台阶可设1～2台采掘设备。与组合台阶相比，本法可布置较多的采掘设备。

分区分期开采 走向较长或面积较大的矿床，实行分区分期开采，优先开采矿体厚、品位高、覆盖薄和剥采比小的区域。

2地下开采

从地下矿床的矿块里采出矿石的过程。它是通过矿块的开拓、采准、切割和回采四个步骤实现的。开拓是矿山的基建工程，它是用井巷把地表与地下矿体接通，并建成完整的运输、通风、排水的井巷工程，包括竖井、斜井、平硐、盲井、井底车场和各种硐室，如水泵房、变电室、机修站、破碎硐室、火药库等，还有石门、阶段运输巷道、溜井等；采准工作是掘进一系列巷道为切割和回采工作创造条件；切割工作为回采矿石开辟自由面和落矿空间；前者如采区的运输巷道、通风和人行天井，以及斜坡巷道等，后者如切割槽、拉底空间、

放矿溜井等。回采是从矿块里采出矿石的过程，是采矿的核心，包括落矿（将矿石以合适的块度从矿体上采落下来的作业）、出矿（将采下的矿石从落矿工作面运到阶段运输水平的作业）和地压管理（包括用矿柱、充填体和各种支架维护采空区）三种作业。

地下金属矿山的开采过程中．不论是掘进还是回采，都是经凿岩爆破将崩落的松散矿石或岩石，经装运作业运至下步工序的作业地点。自六十年代初、机械化程度较高的装载、运输、卸载这这三道工序合并为一体的设备一一铲运机出现后．使地下矿开采发生了变革。在这之前全员工效为4吨／人班左右，之后工效猛增为30吨／人班左右。由于铲运机的发展和广泛地被采用，相应地加速了凿岩钻车、装药车、锚杆支户钻车、喷射混凝土设备、运矿自卸车、移动式碎石机、撬毛机、维修车、运人车、运料车、加油车和升降台车等各种无轨采矿设备在地下矿得到开发和应用，促使地下开采工艺发生了深刻地变革。

钻孔作业就是在开拓、采准和回采的生产过程中，需对坚硬的岩石或矿体中钻凿炮孔。装药放炮作业是在钻凿炮孔里装满炸药，再放炮将坚硬的岩石或矿石崩落为松散的块状。装载作业是将爆破后崩落的松散块状的岩石或矿石，装载、运输和卸人溜并。爆破后的顶扳或围岩可能会有一些浮石，用人工撬落很不安全，可用撬毛机把浮石撬落。有些矿床赋存的地质条件差，爆破的围岩不稳定，需要装锚秆和喷射混凝土支护，这就需要锚杆支护钻车和喷浆设备。爆破后的岩石或矿石有时块状尺寸过大，装载和运输十分困难，这就需要要二次破碎，将尺寸过大的块状岩石或矿石再次破碎至能够装运的块度。根据生产需要还有运矿自卸车、运料车；运人车、维修车、加油车和升降台车等一些设备。

采准工作的持点是在阶段水平以上或矿房内部及矿床上下盘中进行的。一般地说这些巷道断面尺寸小，长度又较短，分布在阶段水平以上的不同高度上，在这样的工作条件作业要求设备轻便灵活，便于调入和调出及迁移到不同高度上。在断面尺寸很小的空间内作业。由于采矿设备的调动和使用都比较困难，致使采准工作的机械化程度低、工作效率低、成本高。因此采准工作量的多少，便成为衡量采矿方法好坏的重要指标之一。

考虑矿床赋存的地质条件和可采用的采、装、运设备及采准和回采间的相互配合，这就是采矿方法。因此讨论无轨采矿设备在地下矿的具体使用，就涉及到具体的采矿方法。

矿床的赋存存条件和对矿石产量的要求，决定了应选用的开拓和采矿方法，而任何一种开拓、采准和回采方法的选定，又必须考虑选用能与其相适应的地下采、装、运设备．采矿工艺的发展对采矿设备不断地提出新的要求，而新的采矿没备的出现又促进了采矿工艺的发展和改革。

地下开采在我国金属矿山的开采中占有很重要的地位，特别是在有色和黄金系统为主要的开采方式，90%以上矿山均采用地下开采。我国金属矿山的地下采矿方法在20世纪50

年代初仅有浅孔留矿和干式充填法等少数几种浅孔采矿方法。自70年代开始结合矿山开展了各种采矿方法的试验研究相继在空场采矿法、崩落采矿法、充填采矿法等采矿方法方面取得了显著成就。目前在我国金属矿山应用了各种类型的采矿方法。

2.1空场采矿法

这种方法通常将矿块划分为矿房与矿柱逐步回采，先采矿房再采矿柱。在回采矿房时采场以敞空形式存在，依靠矿柱和围岩本身的强度来维护。矿房采完后要及时回采矿柱和处理采空区。在一般情况下回采矿柱和处理采空区同时进行；有时为了改善矿柱的回采条件用充填料将矿房充填后再用其他采矿法回采矿柱。

应用空场采矿法的基本条件是矿石和围岩稳固，采空区在一定时间内允许有较大的暴露面积。这类采矿方法在我国应用最早、最广泛，在技术上也最成熟；在世界其他国家也被广泛应用。

形成的采空区一般先不做处理，这种采矿法要求围岩和矿石稳固。空场采矿法是属于结构简单的一种采矿方法，易于工人掌握，生产效率也较高，贫化小、成本低、实贵技术也比较成熟，因而应用广泛。现阶段我国有色金属、黄金及化工矿山应用相当普遍。

2.2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，即随着崩落矿石强制（或自然）本来围岩充填采矿区以控制和管理地压。

随回采工作面的推进有计划地崩落围岩填充采空区以管理地压的采矿方法。基本特征是崩落围岩回采部分矿房矿柱。适用于围岩容易崩落、地表允许塌陷的矿体。崩落采矿法按回采方式分为：壁式崩落法、分层崩落法、无底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和阶段崩落法。

2.3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叫充填采矿法。有时还用支架与充填料相配合以维护采空区。充填采空区的目的主要是利用所形成的充填体进行地压管理以控制围岩崩落和地表下沉并为回采创造安全和便利的条件。有时还用来预防有自燃矿石的内因火灾。按矿块结构和回采工作面推进方向充填采矿法又可分为单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充填采矿法和分采充填采矿法。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、水力充填采矿法、胶结充填采矿法。

2.4溶浸采矿

溶浸采矿又称化学采矿，它是根据某些矿物的物理和化学特性将溶浸液注入矿层或矿堆，通过化学反应有选择性地浸出矿石中的有用成分，使有用成分从固态转化成液态，再进行回收，从而达到开采矿石目的的一种新型采矿方法。通过选择不同的溶浸液使溶浸技术几乎适合于所有金属的开采。根据浸出方式、浸出地点的不同，溶浸采矿通常可分为地表堆浸、原地浸出和原地破碎浸出等多种具体方法。

而地下采矿方法分类繁多，常用的以地压管理方法为依据，又分为三大类：

自然支护采矿法

又称空场采矿法。主要靠围岩本身的稳固性和矿柱的支撑能力维护回采过程中形成的采空区，有的用支架或采下矿石作辅助或临时支护。本法回采工艺简单，容易实现机械化，劳动生产率高，采矿成本低，适于开采矿石和围岩均稳固的矿体 ， 在地下矿山广泛应用。但开采中厚层以上矿体，需留大量矿柱，矿石回采率低，因此采高价矿床时用得较少。

人工支护采矿法

用充填材料或其他支架维护采空区，主要使用充填法，故此法又称充填采矿法。在矿房或矿块中，随回采工作面的推进，向采空区送入碎石、炉渣、水泥等充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。适用于开采围岩不稳固的高品位、稀缺、贵重矿石的矿体；地表不允许陷落，开采条件复杂，如水体、铁路干线、主要建筑物下面的矿体和有自然火灾危险的矿体等；也是深部开采时控制地压的有效措施。优点是适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业较安全，能利用工业废料，保护地表等。缺点是工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力都较低。

崩落采矿法

随回采工作面的推进，有计划地崩落围岩填充采空区以管理地压的采矿方法。适用于围岩容易崩落、地表允许塌陷的矿体。

方法选择

选用采矿方法应考虑矿床地质条件、矿山技术条件和经济因素，以满足安全、经济、高效和优质的要求。矿床地质条件包括矿体形态、倾角、厚度、有用成分的分布、围岩和矿石的物理、力学和化学性质；矿山技术条件包括材料、设备、地表环境的要求和管理水平等；经济因素包括矿山价值、成本、经济效益、资源综合利用和国民经济的要求等。根据以上条件，提出几种方案，综合评价，选出最优方案，通过工业性试验后，正式使用。

参考文献：

1.《地下矿山无轨采矿设备开采工艺》 wip

2.《我国金属矿开采技术发展趋势》 李红零 吴仲雄

3.《我国金属矿山开采工艺技术研究》 张卫东

4.《我国金属矿山采矿技术进展及趋势综述》 刘荣、李事捷、卢才武