地下采矿

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　　地下采矿是指矿床开拓后的回采，回采主要生产工艺有落矿、矿石搬运与地压管理。

　　1.充填采矿法

　　我国先后采用干式充填、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等工艺与技术。最近，我国成功地试验了一批具有世界先进技术水平的充填采矿工艺，具有代表性的是：高水全尾砂速凝固化胶结充填新工艺、高浓度全尾砂自流输送及泵压输送充填新工艺、粗粒级水砂充填新工艺、膏体泵送充填工艺与技术等。高水固结充填技术于1970年代在英国开始出现，1990年代在世界范围内得到迅速发展，其研究虽已取得了令人瞩目的进展，但其在材料稳定性和价格上存在问题，制约了该项技术的应用。近年来，充填技术正向全尾砂高浓度充填方向发展，其目的是减少胶结材料用量，降低充填成本，提高充填体质量，改善井下环境，减少和避免矿山生产对环境的破坏和污染。膏体泵送充填工艺技术最为先进，1994年金川镍矿建成了我国第1个膏体泵送充填系统，l999年铜绿山矿建成了第2个系统，目前处于试验研究阶段。充填采矿法发展的特点是各工序实现机械化和设备大型化，主要表现在落矿、支护和出矿等方面。胶结充填技术从分级尾砂胶结充填、全尾砂高浓度胶结充填发展到不脱水、不浓缩的全尾砂胶结充填。在回采工艺上，从提高分层(分段)高度发展到大孔落矿，阶段全高回采嗣后充填；改进采场结构参数，实现盘区机械化开采。充填系统实现了微机控制的半自动化、自动化。

　　2.空场采矿法

　　(1)VCR法

　　1980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。随后，这一高效率的采矿方法先后在金川有色金属公司、安庆铜矿、狮子山铜矿和金厂峪金矿等矿山得到推广应用。1980～1985年间，在凡口铅锌矿又试验成功了阶段深孔台阶崩落采矿法。该采矿方法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。

　　(2)连续开采技术

　　地下金属矿山连续开采主要包括矿房的连续回采、矿体(床)的连续开采、矿石的连续运送及全工艺过程的连续化。我国从“六五”至“九五”期间，连续开采技术始终被列为国家重点科技攻关项目，投入了大量的人力、物力和财力进行理论研究和科学试验，并在一些铜矿等地下金属矿山连续开采技术的研究中取得了一些成果。

　　3.崩落采矿法

　　(1)无底柱分段崩落法

　　我国无底柱分段崩落法面临着一个如何加大和优化结构参数的问题。结构参数优化的主要方向是增大进路间距。增大进路间距将大幅度地减少采掘工程量。增大进路间距具有较强的可操作性，易于推广应用，目前我省的许多矿山都应用了该技术，并取得了较好的效果。低贫化放矿或无贫化放矿是指在放矿过程中当矿岩界面正常到达出矿口时便停止放出，以保持矿石界面的完整性，最大程度地减少矿岩的混杂性。低贫化放矿首先在镜铁山铁矿试验和应用成功。该技术具有简单、灵活、易于操作和无需对原采矿方法作重大改革等优点，且可降低贫化、减少岩石混入，经济效益巨大，因此，应用前景广阔。目前，低贫化放矿在程潮、桃冲、弓长岭等矿山得到了应用。

　　(2)自然崩落法

　　自然崩落法，具有生产能力大、采矿成本低的优点，特别适用于矿体厚大、矿化均匀易于自然崩落的低品位矿床开采。其应用原理是在矿块大面积拉底后，破坏矿块内的应力平衡，引起应力重新分布，形成新的自然平衡拱，拱内矿石因受重力作用而周期性冒落。

　　1.采矿设备高效化、大型化、自动化

　　高效化、大型化、和自动化无轨设备是矿山设备的发展趋势。研制高效率大孔穿爆设备，中深孔全液压凿岩机具，井巷钻进机械，以及铲运机为主体的装运设备，振动出矿和连续采矿及与之配套的辅助机械等系列设备，要求尽可能实现无轨化、高效化和半自动化、自动化。采矿激光测位装置，实现微机控制的凿岩台车，可自动清除车厢内粘结物的高效连续式装载和自卸式运输列车及由微机控制的铲运机等将得到发展和应用。大型矿山将采用全盘机械化、高效率的大型设备，并实现遥控及自动化。

　　2.矿山开采深井化

　　深井采矿，技术界尚无明确的、统一的概念，一般认为由于矿床埋藏较深而使生产过程出现一些在一般矿床开采时不曾遇到的技术难题的矿山生产，即为深井采矿。目前我国通常将深度超过lO00m的矿山称为深井采矿。我国现阶段非煤矿山的开采深度一般都不超过700～800m，但近年已有一些埋藏深度达1000m左右的矿床正在开挖，冬瓜山铜矿床、金川二矿区850m水平就属其中。伴随矿山开采深度增加，地压增大，岩温增高，矿山的提升、排水、支护、通风等诸多方面的困难也随之增大，因而要求采矿工艺技术和机械设备能适应这种变化。但是，随着矿山开采的延深，采掘技术和矿山机械设备性能的提高，开采深矿床的矿山将会越来越多。

　　3.矿山环保化、综合治理化

　　在国外尤其是发达国家，对矿山环境都采用综合治理的措施，对矿山排出的废水、废气、废渣及粉尘、噪音等均有严格的技术标准，许多低品位的矿山，因环保治理费用太大，而无法建设和投产。尤其是固体废料的治理，对废弃的尾矿坝、废石场一般都采用覆盖的方式，上部再种上植物，进行绿化、复垦。目前国外还强调建立无废料矿山和洁净矿山，我国南京栖霞山锌钼矿业有限公司和苏州吴县铜矿等也都基本上是无废料矿山。

　　此外，应用尾砂充填工艺进行矿床回采或空区处理可达到既废物利用，又治理环境的双重目的，这也是治理尾砂造成的环境污染问题的总的趋势。

　　4.矿山数字化、智能化

　　数字矿山(DM)是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是数字矿区和数字中国的一个重要组成部分。其最终表现为高度信息化、自动化、高效率，以至实现无人采矿和智能采矿。数字矿山以高速企业网为核心，以矿山各个应用技术软件为工具，以高效、自动化的数据采集系统为手段，实现矿山产业的信息化、自动化和产业化。其建设涉及到矿山的各个技术领域和生产、组织部门，是一项十分庞大而复杂工程，数字矿山的实现还有相当长的时间，我国矿山企业应迎难而进，抓住机遇，有计划、有步骤地实现数字矿山的建设，使我国矿山产业走上一条可持续发展之路。

　　矿井在建设和生产过程中，防治水措施不到位而导致地表水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道无控制地涌入矿井工作面，造成作1 作人员伤亡或矿井财产损失的水灾事故，通常称之为透水事故。透水事故最直接的原因是地下水，水理性质是地下水相互作用显示性质，而地下水在岩上中有不同的赋存方式，不同形式的地下水对岩土水理性质的影响程度有所不同，而且影响程度义与岩上类型有关。因此研究地下水与岩石的性质对安全防范透水必要。

　　地下水住岩土中的存在形式可分为岩溶水、裂隙水和孔隙水大类。微观上地下水按其在岩上中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种，其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。其存在形式常因自然界的相关变化而异。这两种形式的水主要特点有：

　　(1)强结合水(又称吸湿水)，吸湿水被分子力吸附在岩十颗粒周围形成极薄的水膜，是紧附于颗粒表面结合最牢固的一层水，其吸附力高达1OMPa，在强压下，其密度接近普通水的两倍，具有极大粘滞性和弹性，可以抗剪切，但不受重力作用，也不能传递静水压力。

　　(2)弱结合水(又称弱薄膜水，它处于吸着水之外，厚度大于吸着水。弱结合水所受的吸附力小于强结合水，可以在颗粒水膜之间作缓慢的移动，薄膜水在外界压力下可以变形，但同样不受重力影响，且不能传递静水压力。地下水引起的岩土工程危害，主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的，在浮压力或场压力的作用下，往往会引起一些严重的岩土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。在般情况下，结合水为无法利用的水力资源，但却能够问接影响岩土体的物理性质，自由水体成为关注的重点。

　　地下水对抗压强度的影响，由于水的渗入，单轴抗压强度会大大降低，它与浸水时间有很大关系，将浸水时间转化成含水率，可得出软化系数与含水率的关系，二者基本呈线性分布。国内外众多实验证明，岩土中含水量越大，岩石强度越低。如，正长岩在饱和之后，强度减小到94％ ，若浸没在水下进行试验，则进一步减少到85％，用块状闪长岩和片状闪长岩的样品进行抗压试验，其强度分别为抗压强度的82～87％；含水能够使砂岩强度减少41％，页岩减少61％，在控制含水量的情况下进行周密实验，石英质页岩和石英质砂岩在饱水状态下的抗压强度是干燥状态下的49.6％ 。

　　地下水位变化包括地下水位上升、地下水位下降、地下水化频繁升降二个方面。地下水位变化可由天然因素或人为 素引起，当地下水位的变化达到一定程度时，将对岩土工程造成危害。