我國金屬礦山開采工藝技術(shù)研究

　　我國金屬礦開采歷史悠久，3000年前就開始鑿井開采銅礦，2000多年前己有較規(guī)范的開采技術(shù)。但近代，我國金屬礦開采技術(shù)長期處于停滯落后狀態(tài)，礦山生產(chǎn)基本是靠手工作業(yè)，直到20世紀(jì)50年代以后金屬礦采礦技術(shù)才得以迅速發(fā)展。特別是近幾十年來，我國全面地開展了各種現(xiàn)代化采礦工藝和技術(shù)的科技攻關(guān)研究，在露天陡幫開采、間斷—連續(xù)開采、階段大直徑深孔采礦、分段中深孔采礦、機(jī)械化分層采礦、自然崩落采礦、溶浸采礦、高效率礦山充填、巖體支護(hù)與加固、礦山防治水、露天成套采礦裝備和井下成套采礦裝備等方面均取得了重大成就因而使我國金屬礦采礦技術(shù)水平迅速提高，有力地促進(jìn)了金屬礦開采工業(yè)的發(fā)展。

　　1 露天開采

　　從敞露地表的采礦場(chǎng)采出有用礦物的過程，又稱露天采礦。當(dāng)?shù)V體埋藏較淺或地表有露頭時(shí)應(yīng)用露天開采最為優(yōu)越。與地下開采相比優(yōu)點(diǎn)是資源利用充分、回采率高、貧化率低、適于用大型機(jī)械施工、建礦快、產(chǎn)量大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低、勞動(dòng)條件好、生產(chǎn)安全。但需要?jiǎng)冸x巖土排棄大量的巖石，尤其較深的露天礦往往占用較多的農(nóng)田設(shè)備，購置費(fèi)用較高，故初期投資較大。此外露天開采受氣候影響較大，對(duì)設(shè)備效率及勞動(dòng)生產(chǎn)率都有一定影響。隨著開采技術(shù)的發(fā)展，適于露天采礦的范圍越來越大，可用于開采低品位礦床和某些地下開采過的殘礦。對(duì)平緩礦床(一般礦層傾角小于12°)采用倒堆、橫運(yùn)或縱運(yùn)采礦法。對(duì)于傾斜礦床采用組合臺(tái)階、橫采掘帶或分區(qū)分期開采的方法。

　　露天開采作業(yè)主要包括穿孔爆破、采裝、運(yùn)輸和排土。這四項(xiàng)工作的好壞及它們之間的配合如何是露天采礦的關(guān)鍵。穿孔爆破是在露天采場(chǎng)礦巖內(nèi)鉆鑿一定直徑和深度的定向爆破孔，以炸藥爆破對(duì)礦巖進(jìn)行破碎和松動(dòng)。穿孔設(shè)備主要有沖擊式鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)和牙輪鉆機(jī)等多用銨油炸藥、漿狀抗水炸藥和乳化炸藥及粒狀乳化炸藥采裝工作是用人工或機(jī)械將礦巖裝入運(yùn)輸設(shè)備或直接卸到指定地點(diǎn)的作業(yè)。常用的設(shè)備是挖掘機(jī)(有多斗和單斗兩類)、輪斗鏟和前端式裝載機(jī)廣泛采用的為單斗挖掘機(jī)。運(yùn)輸工作是將露天采場(chǎng)的礦、巖分別運(yùn)送到卸載點(diǎn)(或選礦廠)和排土場(chǎng)同時(shí)把生產(chǎn)人員、設(shè)備和材料運(yùn)送到采礦場(chǎng)。主要運(yùn)輸方式有鐵路、公路、輸送機(jī)、提升機(jī)還有水力運(yùn)輸和用于崎嶇山區(qū)的索道運(yùn)輸。選擇運(yùn)輸方式必須綜合考慮地形、地質(zhì)、氣候條件露天礦生產(chǎn)能力開采深度礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)等經(jīng)過全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定合理的運(yùn)輸方式。排土工作系指從露天采場(chǎng)將剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的大量表土和巖石運(yùn)送到專門設(shè)置的場(chǎng)地(如排土場(chǎng)或廢石場(chǎng))進(jìn)行排棄的作業(yè)。排土方法依其排土設(shè)備的不同分為推土犁推土、推土機(jī)排土、前裝機(jī)排土和拖拉鏟運(yùn)機(jī)或索斗鏟排土等。推土場(chǎng)應(yīng)選擇在盡量靠近采礦場(chǎng)少占農(nóng)田的位置有條件的應(yīng)放置在山谷、洼地處注意環(huán)境保護(hù)和造田、還田。

　　2 地下開采

　　從地下礦床的礦塊里采出礦石的過程。它是通過礦塊的采準(zhǔn)、切割和回采三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的。采準(zhǔn)工作是掘進(jìn)一系列巷道為切割和回采工作創(chuàng)造條件;切割工作為回采礦石開辟自由面和落礦空間;回采是從礦塊里采出礦石的過程，是采礦的核心，包括落礦(將礦石以合適的塊度從礦體上采落下來的作業(yè))、出礦(將采下的礦石從落礦工作面運(yùn)到階段運(yùn)輸水平的作業(yè))和地壓管理(包括用礦柱、充填體和各種支架維護(hù)采空區(qū))三種作業(yè)。

　　地下開采在我國金屬礦山的開采中占有很重要的地位，特別是在有色和黃金系統(tǒng)為主要的開采方式，90%以上礦山均采用地下開采。我國金屬礦山的地下采礦方法在20世紀(jì)50年代初僅有淺孔留礦和干式充填法等少數(shù)幾種淺孔采礦方法。自70年代開始結(jié)合礦山開展了各種采礦方法的試驗(yàn)研究相繼在空?qǐng)霾傻V法、崩落采礦法、充填采礦法等采礦方法方面取得了顯著成就。目前在我國金屬礦山應(yīng)用了各種類型的采礦方法。

　　2.1空?qǐng)霾傻V法

　　這種方法通常將礦塊劃分為礦房與礦柱逐步回采，先采礦房再采礦柱。在回采礦房時(shí)采場(chǎng)以敞空形式存在，依靠礦柱和圍巖本身的強(qiáng)度來維護(hù)。礦房采完后要及時(shí)回采礦柱和處理采空區(qū)。在一般情況下回采礦柱和處理采空區(qū)同時(shí)進(jìn)行;有時(shí)為了改善礦柱的回采條件用充填料將礦房充填后再用其他采礦法回采礦柱。

　　應(yīng)用空?qǐng)霾傻V法的基本條件是礦石和圍巖穩(wěn)固，采空區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)允許有較大的暴露面積。這類采礦方法在我國應(yīng)用最早、最廣泛，在技術(shù)上也最成熟;在世界其他國家也被廣泛應(yīng)用。

　　形成的采空區(qū)一般先不做處理，這種采礦法要求圍巖和礦石穩(wěn)固?？?qǐng)霾傻V法是屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的一種采礦方法，易于工人掌握，生產(chǎn)效率也較高，貧化小、成本低、實(shí)貴技術(shù)也比較成熟，因而應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)階段我國有色金屬、黃金及化工礦山應(yīng)用相當(dāng)普遍。

　　2.2崩落采礦法

　　崩落采礦法是以崩落圍巖來實(shí)現(xiàn)地壓管理的采礦方法，即隨著崩落礦石強(qiáng)制(或自然)本來圍巖充填采礦區(qū)以控制和管理地壓。

　　隨回采工作面的推進(jìn)有計(jì)劃地崩落圍巖填充采空區(qū)以管理地壓的采礦方法。基本特征是崩落圍巖回采部分礦房礦柱。適用于圍巖容易崩落、地表允許塌陷的礦體。崩落采礦法按回采方式分為：壁式崩落法、分層崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法。

　　2.3充填采礦法

　　隨著回采工作面的推進(jìn)逐步用充填料充填采空區(qū)的采礦方法叫充填采礦法。有時(shí)還用支架與充填料相配合以維護(hù)采空區(qū)。充填采空區(qū)的目的主要是利用所形成的充填體進(jìn)行地壓管理以控制圍巖崩落和地表下沉并為回采創(chuàng)造安全和便利的條件。有時(shí)還用來預(yù)防有自燃礦石的內(nèi)因火災(zāi)。按礦塊結(jié)構(gòu)和回采工作面推進(jìn)方向充填采礦法又可分為單層充填采礦法、上向分層充填采礦法、下向分層充填采礦法和分采充填采礦法。按采用的充填料和輸出方式不同又可分為干式充填采礦法、水力充填采礦法、膠結(jié)充填采礦法。

　　2.4溶浸采礦

　　溶浸采礦又稱化學(xué)采礦，它是根據(jù)某些礦物的物理和化學(xué)特性將溶浸液注入礦層或礦堆，通過化學(xué)反應(yīng)有選擇性地浸出礦石中的有用成分，使有用成分從固態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)，再進(jìn)行回收，從而達(dá)到開采礦石目的的一種新型采礦方法。通過選擇不同的溶浸液使溶浸技術(shù)幾乎適合于所有金屬的開采。根據(jù)浸出方式、浸出地點(diǎn)的不同，溶浸采礦通?？煞譃榈乇矶呀?、原地浸出和原地破碎浸出等多種具體方法。

　　3 發(fā)展前瞻

　　盡管我國金屬礦山開采技術(shù)工藝己取得顯著成就，但總體水平仍然較低，與國際先進(jìn)水平相比存在一定的差距。突出表現(xiàn)在多數(shù)礦山裝備落后、開采規(guī)模小、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、礦山效益差和礦產(chǎn)資源利用率低。因此在未來的一定時(shí)期內(nèi)我國金屬礦山開采技術(shù)工藝主要發(fā)展方向是：機(jī)械化大規(guī)模采礦、深井采礦、溶浸采礦和充填采礦等新工藝和新技術(shù)。