《空场采矿法》PPT课件.ppt

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1、1,第五章 空场采矿法,2,5-1 概述,基本特点:空场采矿法是将矿块划分为矿房和矿柱两步回采，先采矿房后采矿柱。回采矿房时形成的采空区在矿柱和围岩支撑下以敞空的形式存在，暂不处理，故称为空场采矿法。矿房采完后，可立即回采矿柱，也可允许空场存在一定时间后再回采矿柱并处理采空区。基本条件：矿石和围岩都稳固,3,图5-1 矿块划分为矿房和矿柱1矿房;2间柱;3顶柱;4底柱;5阶段回风巷;6阶段运输巷;7天井;h阶段高;L矿块长;顶柱厚；矿房高；底柱高；,矿房长;b间柱宽,4,5,5-2 全面采矿法,全面采矿法的特点是在划分的盘区或矿块内，布置沿矿体走向或逆倾斜方向全面推进的回采工作面，也可以不划分

2、矿块，回采工作沿走向连续推进，在整个阶段的斜高上呈直线或梯段全面推进。采空区依靠围岩自身的稳固性与回采过程中不采的贫矿或夹石形成的不规则矿柱共同维护。一、结构与参数顶柱、底柱：24m阶段斜长：4060m（电耙），无轨自行设备可加长工作面推进长度：5060m或100150m 随顶板允许暴露面积而定矿块间的间柱：46m,4阶段回风巷,7,5-2 全面采矿法,矿块内留设的不规则矿柱，一般为圆形，36m或69m，厚度大时取大值 矿柱间距 820m二、采准与切割沿走向掘12条上山，作为起始回采的自由面。沿走向每隔57m自阶段运输巷向其上侧掘放矿漏斗，每隔20m左右向其下侧掘一电耙绞车硐室。,8,5-2

3、全面采矿法,三、回采工作厚度3m时,且采用手持式凿岩机,可布置梯段工作面回采(沿厚度方向)（下图）浅孔落矿.炮 孔布置 单排眼 双排眼 打眼放炮自切割天井开始 三排眼,（根据矿体厚度和硬度）,9,5-2 全面采矿法,厚度3m时,可布置梯段工作面回采,10,5-2 全面采矿法,工作面可直线形,也可沿其长度划分2-3个梯段采区通风：新鲜风流 阶段平巷经未回采区段的漏斗口进入切割平巷到工作面或经回采区段的漏斗口直接进入工作面 从联络巷进入回风平巷。出矿：多用电耙,用电耙将采下的矿石扒入漏斗口，装入阶段平巷的矿车中。,11,5-2 全面采矿法,四、评价与适用条件优点：1）采准切割工作量小；2）坑木消耗

4、少；3）通风良好；4）采矿成本低。缺点：1）采空区顶板暴露面积大，不够安全；2）矿体厚度大时，顶板观察和处理较困难；3）留下矿柱不回采，矿石损失率在10-15%以上。适用条件：矿体倾角应小于20-30；厚度3-4m，矿石围岩特别是顶板岩石稳定。矿体中含有夹石或贫矿床。,12,5-3 房柱采矿法,与全面采矿法一样，主要开采矿石和围岩都稳固的水平或缓倾斜矿床。在阶段中，矿房和矿柱交替布置，矿柱是规则的，连续或间断布置。一、结构与参数 矿房的长度 主要根据电耙的有效耙运距离确定，一般4060m。多沿矿体的倾斜方向布置。矿房宽 820m 矿柱多为圆形或方形，37m或33m44m，间距58m，当矿体厚度

5、较大时，应留连续矿柱（条带状）宽度约为5m左右。矿块（或盘区）的宽度 80-150m至400-600m.,图5-3 房柱采矿法l阶段(或盘区)运输巷；2矿石溜井；3切割平巷；4电耙硐室；5切割上山；6联络平巷；7矿柱；8电耙绞车；9凿岩；10炮孔,14,5-3 房柱采矿法,二、采准与切割 房柱采矿法的阶段运输平巷可以布置在矿体内，也可以布置在底板岩层中。如图5-3所示，在矿体的底板岩石中掘进阶段运输平巷1，在每个矿房中心线处，自阶段平巷掘进矿石溜井2，在矿房下部的矿柱中，掘进电耙绞车硐室4，沿矿房中心线，在矿体中，从矿石溜井紧贴矿体底板，掘进上山5，作为行人、通风、运送设备、材料及回采时的爆破

6、自由面。在矿房下部的边界处开凿切割平巷3，既作为起始回采时的自由面，又可作为去相邻矿房的通道。,15,5-3 房柱采矿法,三 回采工作 矿体厚度33.5m，则先在矿体底部拉底，然后用上向眼挑顶，拉底层的高度2.5m左右。拉底从切割平巷与上山交口处开始。随拉底工作面的推进，在矿房两侧按规定的尺寸和间距留出矿柱。矿体厚度810m,采用中深或深孔落矿。矿房的通风:新风 阶段平巷 未采矿房的矿石溜井 切割平巷 矿房 切割上山 回风平巷,图5-4 用无轨自行设备开采的房柱采矿法采场l切顶工作面；2矿柱；3履带式凿岩台车；4轮胎式凿岩台车；52.7m3前端式装载机；6lm3电铲；72025 t卡车；8护顶

7、锚杆；9顶板切割巷道,矿体厚度大于8-10m时采用中深孔落矿，方法是先在矿体的顶部布置切顶工作面切顶，然后回采下部矿石。切顶工作面的采高根据落矿方法和出矿设备而定，一般为2.5-5m。,（加拿大加斯佩斯铜矿）,17,5-3 房柱采矿法,矿石运搬：电耙 国内应用较多.有轨 矿车,装矿机 无轨自行设备 厚及极厚矿体四、评价及适用条件 优点：采切工作量小，工作组织简单，通风良好。矿房生产能力和劳动生产率高。缺点：矿柱矿量所占比重大，而且一般不进行回采，矿石损失大 适用条件：适用于矿石和围岩都稳固，倾角在30以下，矿石价值不高或品位较低的矿体。,18,5-4 留矿采矿法,在我国有色和稀有金属地下开采中

8、使用很广泛,开采薄及极薄矿脉的主要方法。基本特征:工作面自下而上分层进行回采，每次崩落的矿石只放出1/3左右，工人直接在矿房暴露面下的留矿堆上面作业。一、普通留矿法（一）结构与参数矿块高度 薄矿脉中，3040m，中厚以上的矿体4060m矿块走向长度 4060m，围岩很稳固时可采用80120m。矿柱：尺寸与矿体厚度有关：薄及极薄矿脉中，间柱宽2-6m、顶柱23m，底柱46m。中厚以上矿体中，间柱一般留812m，顶柱36m，底柱 810m。,19,图5-6 普通留矿法1阶段回风巷；2顶柱；3天井；4联络道；5间柱；6存留矿石；7底柱；8漏斗；9阶段运输巷；10未采矿石；11回采空间,20,5-4

9、留矿采矿法,（二）采准与切割采准：主要是掘进阶段运输巷9，在间柱内掘进天井3与阶段回风巷1相通，并沿天井每隔46m掘进联络道4通往矿房。此外，沿阶段运输巷每隔57m向上掘漏斗颈至底柱上部边界，再自底柱上部边界掘拉底巷道与矿块两侧的天井相通。拉底：将拉底平巷扩宽至上、下边界，形成拉底空间，为落矿创造自由面，并为矿石的碎胀提供补偿空间，拉底空间高22.5m,宽为矿体宽。辟漏：将漏斗颈的上部扩大成喇叭口,称为辟漏。联络道一般沿天井每隔46m掘进一条,其主要作用是使天井与矿房连通，以使人员、设备、材料、风水管和新鲜风流等进入矿房。采准工作包括掘进阶段平巷、天井和联络巷。切割工作包括掘放矿漏斗与拉底。,

10、切割,21,5-4 留矿采矿法,（三）回采工作 凿岩、爆破、通风、局部放矿、撬顶、平场、二次破碎和最终放矿等（四）相关问题分析 1、天井布置 天井：连接阶段运输巷和阶段回风巷的垂直或倾斜巷道。用途：通风、行人、提运设备和材料、安装风水管和电缆等 断面：圆形或矩形，分为23格，分别用于放矿、提料和行人等。分类：先进天井：矿房回采前已经掘出 顺路天井：矿房回采过程中，随分层回采，在采空区用支柱或垛盘逐段架设而成（多用于薄矿脉中）数目：一般为2个，有时为3个。位置：脉外：开采厚矿体或贵重矿石时。脉内,22,图5-7 矩形天井断面布置1人梯；2行人格；3提升格,23,图5-8 矿块两侧的顺路天井,24

11、,5-4 留矿采矿法,2、切割方法一般采用图5-12所示的掘拉底平巷和辟漏的方法。,25,5-4 留矿采矿法,3、矿石运搬 重力运搬，图5-6 电耙运搬，简化底部结构，图5-13,图5-13 留矿法底部电耙出矿耙入转运天井,开采极薄矿脉并采用人工假底时，为了简化矿块底部结构和集中出矿，可在矿块底部采用电耙向阶段转运天井耙运矿石。,重力运搬,26,开采的矿体倾角小时，电耙可安在矿房内，图5-14,图5-14 矿房用电耙耙矿的留矿法,27,5-4 留矿采矿法,4 放矿能否顺利放矿，不仅影响经济指标，而且直接关系着生产的安全。放矿困难的原因：采场内积留的矿石发生粘结；大块可能发生互相咬合而造成堵漏或

12、隐蔽空洞；倾角较缓。造成矿石粘结和产生大块的原因主要有：（1）矿石和围岩不够稳固或采场暴露面积大，开采过程中发生大块片落（2）回采强度低，矿石在采场内积压时间长（3）爆破参数不当，崩矿时产出大块。处理方法：1、震动炮；2、高压水冲刷；3、两侧放矿；4、改进爆破参数。,28,图5-15 放矿过程中的堵漏现象,29,5-4 留矿采矿法,二、选别留矿法 选别留矿法是指将崩落的矿石在采场进行人工分选，将选出的优质矿石单独运出的留矿采矿法。选别留矿法在开采诸如云母、纤维石膏和石棉等非金属矿床时应用相当广泛。应用原因：1）可保护一些贵重矿石不受或少受开采的破坏；2）矿石或矿物特征明显，有利于工作面分选；3

13、）某些矿石或矿物价值高；4）产量小，有可能采用人工分选。,30,5-4 留矿采矿法,特点：1）选别留矿法主要用于开采薄及极薄矿脉，所以矿块内应不留或尽量少留矿柱，以提高回采率。2）矿块天井内设有专门运输优质矿石的放矿格或设专用天井。3）开采贵重的晶体矿物时，落矿前应注意选择炮孔位置，使其与矿体有一定距离。4）采下的矿石不宜使用电耙运搬而多为人工运搬。,31,5-4 留矿采矿法,三、评价与适用条件 留矿采矿法具有结构及回采工艺简单，采准工作量小，通风条件好，可以利用矿石自重放矿，便于分采、分运等优点。但开采矿体厚度大时：(1)回采矿柱的矿石损失与贫化大；(2)工人在较大的暴露面下作业，安全性差；

14、(3)撬顶、平场及二次破碎工作量显著增大。而且采场长时间积压大量矿石(资金)；选别留矿法矿块生产能力小、效率低和成本较高。因此，留矿采矿法比较适用于矿岩稳固的急斜薄及极薄矿体，并且矿石应无结块性和自燃性。为使崩落矿石能借自重顺利放出，矿体倾角最好应大于。,32,5-5 分段矿房法,这种采矿方法是近二十几年来，由于无轨设备的推广应用才出现的空场采矿法新方案。主要用于开采倾斜中厚和厚矿体的采矿方法。基本特点：将矿块沿倾斜方向划分为若干个分段，分段内再划分矿房和矿柱（顶柱和间柱），并布置分段运输平巷，形成分段凿岩落矿，分段出矿的独立回采单元。因而灵活性强。矿房回采时，由顶柱支撑围岩，在空场情况下出矿

15、（故又称为分段空场采矿法）。矿房回采结束后立即回采分段矿柱，并同时处理采空区。,33,5-5 分段矿房法,一、结构与参数阶段高度：4060m分段高度：1525m矿房走向长：3540m房间矿柱宽：68m斜顶柱厚度：56m当矿体倾角大、凿岩设备能力高时，阶段和分段高度均可取大值。,34,图5-17 分段矿房法1分段运输平巷；2装运横巷；3堑沟平巷；4凿岩平巷；5矿柱回采平巷；6切割横巷；7间柱凿岩硐室；8斜顶柱凿岩硐室；9切割天井；10斜顶柱,5,35,5-5 分段矿房法,二、采准工作 阶段运输平巷在下盘围岩中，每隔80-100m掘一矿石溜井（为2-3个矿块服务）和各分段运输平巷连通。从阶段运输巷

16、道掘进斜坡道连通各个分段运输平巷1，以便行驶无轨设备、无轨车辆。各分段在下盘围岩中掘分段运输平巷1，以及与其平行但位于下盘接触面处的堑沟平巷3，该巷起拉底和形成堑沟的作用，两巷间用间距1012m的装运横巷2连通。再在各分段运输巷下部710m处凿矿房凿岩平巷4和顶柱回采凿岩平巷5(分别位于矿体的上盘附近和下盘不远处的岩层中)，各分段间以斜坡道连通，便于无轨自行设备运行。,36,5-5 分段矿房法,三、切割工作开切割立槽和堑沟。掘切割立槽前先在矿房一侧掘连通凿岩平巷4和5的切割横巷6，再从堑沟平巷3掘切割天井9，然后以切割天井为自由面，在切割横巷6内凿平行或扇形炮孔，爆破后形成切割立槽，为矿房崩矿

17、时创造自由面和补偿空间。堑沟的开掘是在堑沟平巷3内凿上向扇形炮孔，爆破出V型沟槽。,37,5-5 分段矿房法,四、回采工作 矿房回采 顶柱和间柱回采1、矿房回采 在凿岩平巷4中进行，崩落的矿石由铲运机从装运横巷2运至分段运输平巷最近的溜井。各分段可自上而下互相错开一定距离，分别进行凿岩、爆破和出矿作业。也可在一个分段内沿走向每200m左右划分一个回采块段，其中包括矿房回采、矿柱回采和矿房切割等三个部分同时作业。2、矿柱回采回采间柱的凿岩硐室7和回采顶柱的凿岩硐室8,38,5-5 分段矿房法,五、评价 分段矿房法可多分段同时回采和采用无轨自行设备运搬，矿块生产能力大，效率高。此外，回采工作完全在

18、巷道中进行，比较安全；顶柱倾斜布置，与下盘共同形成受矿堑沟，从而大大简化了底部结构。它的主要缺点是，每个分段都要开掘一系列分段巷道，采准工作量大。分段矿房法是开采矿岩中等稳固以上的倾斜中厚和厚矿体的一种较为有效的采矿方法。,39,5-6 阶段矿房法,基本特点：沿阶段全高划分矿房,只在阶段下部设底部结构出矿。按炮孔布置方式:水平深孔落矿 垂直深孔落矿 分段凿岩 阶段凿岩一、分段凿岩阶段矿房法1、结构与参数矿块布置 沿矿体走向布置 用于矿体厚度小于15m时 垂直矿体走向布置 用于矿体厚度大于15m时阶段高度：5070m；分段高度：中深孔凿岩时 810m 深孔时 1015m矿房长度：4060m。,4

19、0,图5-19 分段凿岩阶段矿房法（沿走向布置）l阶段运输巷；2阶段回风巷；3天井；4电耙巷道；5分段凿岩巷道；6矿石溜井；7漏斗；8切割天井；9联络道；10拉底巷道,4,41,5-6 阶段矿房法,矿房宽度：沿走向布置矿块时，矿体水平厚度 垂直走向布置矿块时 1520m矿房间柱 810m 矿块沿走向布置时 1014m 矿块垂直走向布置时 顶柱厚 68m底柱高度 713m（一般布置有电耙巷道）,42,5-6 阶段矿房法,2、采准工作 自阶段运输巷1经联络道9在矿房两侧的间柱中掘行人通风天井3与阶段回风巷2相通。然后自天井3掘各分段凿岩巷道5、拉底巷道10和矿块底部的电耙巷道4，并沿电耙巷道每隔5

20、7m向上掘进漏斗颈至拉底水平。此外，还要掘矿石溜井6，在矿房中部自拉底巷道掘切割天井8（用于开掘切割立槽，为切割工作做准备)至矿房顶部。分段凿岩巷道的布置应使钻孔深度相差不大，以提高凿岩效率。对于急倾斜矿体，分段凿岩巷道应位于矿体厚度中央；对于倾斜矿体，应靠近下盘布置。,43,5-6 阶段矿房法,3、切割工作 包括拉底、辟漏和开切割立槽。拉底可直接利用矿房最下面的一条分段凿岩平巷，也可在拉底水平掘拉底巷道，然后从切割天井开始用浅孔向拉底巷道两侧扩帮，形成拉底空间。辟漏可由拉底空间向下或从漏斗颈向上开凿。切割立槽的高度应贯穿矿房的高度，宽度与回采工作面的宽度相同。浅孔拉槽法 开切割立槽有 垂直深

21、孔拉槽法 水平深孔拉槽法,44,图5-20 水平深孔拉槽法l中深孔或深孔；2切割天井；3分段凿岩巷道；4漏斗颈；5斗穿；6电耙巷道,图5-20表示的是水平中深孔或深孔拉槽法。待拉底作业完成后，在切割天井中凿水平扇形中深孔或深孔，分层爆破后形成切割立槽，槽宽可达5-8m。,45,5-6 阶段矿房法,4、回采工作在分段凿岩巷道中打上向扇形孔崩落的矿石借重力溜放到受矿漏斗，由电耙耙运至矿石溜井。通风：a、新风从矿房一侧的天井进入电耙巷道和分段凿岩巷道，从另一侧天井回风 b、从两侧的天井，从中部切割立槽掘回风联络巷连通阶段回风巷,46,图 分段凿岩阶段矿房法通风(a)切割槽在矿房一侧；(b)切割槽在矿

22、房中央1天井；2,5回风巷道；3检查巷道；4风小井；6分段凿岩巷道；7风门；8阶段运输巷；9电耙巷道；10漏斗颈,47,5-6 阶段矿房法,5、矿块垂直走向布置的分段凿岩阶段矿房法矿块的采准、切割与矿块沿矿体走向布置的方案相似，主要区别是切割槽沿上盘接触面倾斜布置，爆破时向上盘方向崩落矿石。,图5-21 垂直走向布置矿块的分段凿岩阶段矿房法l阶段运输巷；2穿脉运输巷；3行人通风天井；4电耙巷道；5分段凿岩巷道；6拉底巷道；7矿石溜井；8切割天井,48,5-6 阶段矿房法,二、垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法（VCR法）1、阶段凿岩阶段矿房法与分段凿岩阶段矿房法的主要区别是，它不划分分段，而是沿矿

23、房全高钻凿垂直深孔落矿，从矿块底部出矿。在矿块顶柱下面开掘凿岩硐室或凿岩平巷，向下凿大直径深孔至矿房下部的拉底空间，向切割立槽爆破落矿。,49,图36-13 阶段凿岩阶段矿房法1穿脉巷道；2回风巷道；3电耙巷道；4凿岩巷道；5拉底巷道,50,5-6 阶段矿房法,2、VCR法VCR法(Vertical Crater Retreat Method)是20世纪70年代初在阶段矿房法的基础上发展起来的一种新的地下采矿方法垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法。该法现已在加拿大、美国、澳大利亚、西班牙等国的许多矿山推广使用，球状药包指钻孔直径与装药长度之比不小于1/6的药包。即D/L1/6也就是装药长度与钻孔直

24、径之比小于6的药包,51,图5-25 柱状药包与球状药包爆破气体的做功形式(a)柱状药包；(b)球状药包；(c)亚球状药包,普通长柱状药包爆破时，爆炸能量绝大部分作用于炮孔轴线的垂直方向，只有一小部分能量作用于药包的两端。球状药包爆破时，爆破能量均匀作用于四周，因而爆破效果优于柱状药包。,52,5-6 阶段矿房法,(1)结构和参数 阶段高度：4080m 矿房长度：3040m矿房宽度：矿体的水平厚度，沿走向布置时 814m，垂直走向布置时 间柱宽度：沿走向布置时 812m 垂直走向布置时 8m顶柱厚度：68m底柱高度：67.5m(铲运机出矿时)，也可不留。,53,5-6 阶段矿房法,(2)采准工

25、作阶段运输巷一般布置在矿体下盘围岩中，通过穿脉装运横巷与出矿巷道联系。由于采用无轨设备运搬矿石，所以矿块底部采用平底结构。落矿炮孔如采用平行垂直深孔，需在顶柱下开掘空间较大的凿岩硐室（图5-23）。如用垂直扇形深孔，如图5-24所示，则需在顶柱下开掘凿岩平巷。(3)切割工作拉底高度一般为6m,54,图5-23 垂直平行深孔VCR法,55,图5-24 垂直扇形深孔VCR法,56,5-6 阶段矿房法,(4)回采工作钻孔：150-165mm，孔深达数十米甚至上百米。球状药包落矿时，炮孔自下而上分段爆破，每个炮孔每分段的药包重量一般25-35kg。落矿时可采用单分层装药（每次爆破一个装药分段，高度一般

26、3-4m），也可采用多分层装药（每次爆破2-3分段，高度可达8-12m）微差爆破。炸药要求高密度、高爆速和高威力。CLH乳化炸药和HD乳化炸药。(5)出矿方式：大型无轨设备运搬，一般每爆破一分层,出矿约30-50%左右。待矿房采完后再大量出矿。,57,三、评价阶段矿房法采用深孔或中深孔落矿，矿块生产能力大，效率高，成本低；人员在巷道或硐室中作业，安全性好。VCR法还具有矿块结构简单、机械化程度高和爆破效果好等优点。主要缺点是矿柱矿量所占的比重大(达35%60%)，矿柱回采的矿石损失与贫化大。此外，分段凿岩阶段矿房法的采准工作量大；而VCR法对凿岩技术要求较高，且要求矿体形状比较规整(否则，矿房回采的矿石损失与贫化大)。阶段矿房法适用于矿岩稳固的急倾斜厚和极厚矿体，以及急斜平行极薄矿脉群。采用阶段凿岩阶段矿房法时，要求矿体形状应比较规整。,