地下採礦

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　　地下採礦是指礦床開拓後的回采，回采主要生產工藝有落礦、礦石搬運與地壓管理。

　　1.充填採礦法

　　我國先後採用乾式充填、分級尾砂膠結、全尾砂膠結、碎石水泥漿膠結等工藝與技術。最近，我國成功地試驗了一批具有世界先進技術水平的充填採礦工藝，具有代表性的是：高水全尾砂速凝固化膠結充填新工藝、高濃度全尾砂自流輸送及泵壓輸送充填新工藝、粗粒級水砂充填新工藝、膏體泵送充填工藝與技術等。高水固結充填技術於1970年代在英國開始出現，1990年代在世界範圍內得到迅速發展，其研究雖已取得了令人矚目的進展，但其在材料穩定性和價格上存在問題，制約了該項技術的應用。近年來，充填技術正向全尾砂高濃度充填方向發展，其目的是減少膠結材料用量，降低充填成本，提高充填體質量，改善井下環境，減少和避免礦山生產對環境的破壞和污染。膏體泵送充填工藝技術最為先進，1994年金川鎳礦建成了我國第1個膏體泵送充填系統，l999年銅綠山礦建成了第2個系統，目前處於試驗研究階段。充填採礦法發展的特點是各工序實現機械化和設備大型化，主要表現在落礦、支護和出礦等方面。膠結充填技術從分級尾砂膠結充填、全尾砂高濃度膠結充填發展到不脫水、不濃縮的全尾砂膠結充填。在回采工藝上，從提高分層(分段)高度發展到大孔落礦，階段全高回采嗣後充填；改進採場結構參數，實現盤區機械化開采。充填系統實現了微機控制的半自動化、自動化。

　　2.空場採礦法

　　(1)VCR法

　　1980年代，VCR法(大直徑深孔球狀藥包後退式崩落採礦法)首先在我國凡口鉛鋅礦試驗成功。隨後，這一高效率的採礦方法先後在金川有色金屬公司、安慶銅礦、獅子山銅礦和金廠峪金礦等礦山得到推廣應用。1980～1985年間，在凡口鉛鋅礦又試驗成功了階段深孔臺階崩落採礦法。該採礦方法將露天礦的臺階崩礦技術應用到地下開采中，即在採場的局部面積上，先形成切割槽，然後以這一切割槽為自由面和補償空間，採用大直徑深孔裝藥進行全階段高或臺階狀崩礦，崩落的礦石由採場下部的出礦系統運出。

　　(2)連續開采技術

　　地下金屬礦山連續開采主要包括礦房的連續回采、礦體(床)的連續開采、礦石的連續運送及全工藝過程的連續化。我國從“六五”至“九五”期間，連續開采技術始終被列為國家重點科技攻關項目，投入了大量的人力、物力和財力進行理論研究和科學試驗，併在一些銅礦等地下金屬礦山連續開采技術的研究中取得了一些成果。

　　3.崩落採礦法

　　(1)無底柱分段崩落法

　　我國無底柱分段崩落法面臨著一個如何加大和優化結構參數的問題。結構參數優化的主要方向是增大進路間距。增大進路間距將大幅度地減少採掘工程量。增大進路間距具有較強的可操作性，易於推廣應用，目前我省的許多礦山都應用了該技術，並取得了較好的效果。低貧化放礦或無貧化放礦是指在放礦過程中當礦岩界面正常到達出礦口時便停止放出，以保持礦石界面的完整性，最大程度地減少礦岩的混雜性。低貧化放礦首先在鏡鐵山鐵礦試驗和應用成功。該技術具有簡單、靈活、易於操作和無需對原採礦方法作重大改革等優點，且可降低貧化、減少岩石混入，經濟效益巨大，因此，應用前景廣闊。目前，低貧化放礦在程潮、桃沖、弓長嶺等礦山得到了應用。

　　(2)自然崩落法

　　自然崩落法，具有生產能力大、採礦成本低的優點，特別適用於礦體厚大、礦化均勻易於自然崩落的低品位礦床開采。其應用原理是在礦塊大面積拉底後，破壞礦塊內的應力平衡，引起應力重新分佈，形成新的自然平衡拱，拱內礦石因受重力作用而周期性冒落。

　　1.採礦設備高效化、大型化、自動化

　　高效化、大型化、和自動化無軌設備是礦山設備的發展趨勢。研製高效率大孔穿爆設備，中深孔全液壓鑿岩機具，井巷鑽進機械，以及鏟運機為主體的裝運設備，振動出礦和連續採礦及與之配套的輔助機械等系列設備，要求儘可能實現無軌化、高效化和半自動化、自動化。採礦激光測位裝置，實現微機控制的鑿岩臺車，可自動清除車廂內粘結物的高效連續式裝載和自卸式運輸列車及由微機控制的鏟運機等將得到發展和應用。大型礦山將採用全盤機械化、高效率的大型設備，並實現遙控及自動化。

　　2.礦山開采深井化

　　深井採礦，技術界尚無明確的、統一的概念，一般認為由於礦床埋藏較深而使生產過程出現一些在一般礦床開采時不曾遇到的技術難題的礦山生產，即為深井採礦。目前我國通常將深度超過lO00m的礦山稱為深井採礦。我國現階段非煤礦山的開采深度一般都不超過700～800m，但近年已有一些埋藏深度達1000m左右的礦床正在開挖，冬瓜山銅礦床、金川二礦區850m水平就屬其中。伴隨礦山開采深度增加，地壓增大，岩溫增高，礦山的提升、排水、支護、通風等諸多方面的困難也隨之增大，因而要求採礦工藝技術和機械設備能適應這種變化。但是，隨著礦山開采的延深，採掘技術和礦山機械設備性能的提高，開采深礦床的礦山將會越來越多。

　　3.礦山環保化、綜合治理化

　　在國外尤其是發達國家，對礦山環境都採用綜合治理的措施，對礦山排出的廢水、廢氣、廢渣及粉塵、噪音等均有嚴格的技術標準，許多低品位的礦山，因環保治理費用太大，而無法建設和投產。尤其是固體廢料的治理，對廢棄的尾礦壩、廢石場一般都採用覆蓋的方式，上部再種上植物，進行綠化、復墾。目前國外還強調建立無廢料礦山和潔凈礦山，我國南京棲霞山鋅鉬礦業有限公司和蘇州吳縣銅礦等也都基本上是無廢料礦山。

　　此外，應用尾砂充填工藝進行礦床回采或空區處理可達到既廢物利用，又治理環境的雙重目的，這也是治理尾砂造成的環境污染問題的總的趨勢。

　　4.礦山數字化、智能化

　　數字礦山(DM)是對真實礦山整體及其相關現象的統一認識與數字化再現，是數字礦區和數字中國的一個重要組成部分。其最終表現為高度信息化、自動化、高效率，以至實現無人採礦和智能採礦。數字礦山以高速企業網為核心，以礦山各個應用技術軟體為工具，以高效、自動化的數據採集系統為手段，實現礦山產業的信息化、自動化和產業化。其建設涉及到礦山的各個技術領域和生產、組織部門，是一項十分龐大而複雜工程，數字礦山的實現還有相當長的時間，我國礦山企業應迎難而進，抓住機遇，有計劃、有步驟地實現數字礦山的建設，使我國礦山產業走上一條可持續發展之路。

　　礦井在建設和生產過程中，防治水措施不到位而導致地表水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道無控制地涌入礦井工作面，造成作1 作人員傷亡或礦井財產損失的水災事故，通常稱之為透水事故。透水事故最直接的原因是地下水，水理性質是地下水相互作用顯示性質，而地下水在岩上中有不同的賦存方式，不同形式的地下水對岩土水理性質的影響程度有所不同，而且影響程度義與岩上類型有關。因此研究地下水與岩石的性質對安全防範透水必要。

　　地下水住岩土中的存在形式可分為岩溶水、裂隙水和孔隙水大類。微觀上地下水按其在岩上中的賦存形式可分為結合水、毛細管水和重力水三種，其中結合水又可分為強結合水和弱結合水兩種。其存在形式常因自然界的相關變化而異。這兩種形式的水主要特點有：

　　(1)強結合水(又稱吸濕水)，吸濕水被分子力吸附在岩十顆粒周圍形成極薄的水膜，是緊附於顆粒錶面結合最牢固的一層水，其吸附力高達1OMPa，在強壓下，其密度接近普通水的兩倍，具有極大粘滯性和彈性，可以抗剪切，但不受重力作用，也不能傳遞靜水壓力。

　　(2)弱結合水(又稱弱薄膜水，它處於吸著水之外，厚度大於吸著水。弱結合水所受的吸附力小於強結合水，可以在顆粒水膜之間作緩慢的移動，薄膜水在外界壓力下可以變形，但同樣不受重力影響，且不能傳遞靜水壓力。地下水引起的岩土工程危害，主要是由於地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的，在浮壓力或場壓力的作用下，往往會引起一些嚴重的岩土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。在般情況下，結合水為無法利用的水力資源，但卻能夠問接影響岩土體的物理性質，自由水體成為關註的重點。

　　地下水對抗壓強度的影響，由於水的滲入，單軸抗壓強度會大大降低，它與浸水時間有很大關係，將浸水時間轉化成含水率，可得出軟化繫數與含水率的關係，二者基本呈線性分佈。國內外眾多實驗證明，岩土中含水量越大，岩石強度越低。如，正長岩在飽和之後，強度減小到94％ ，若浸沒在水下進行試驗，則進一步減少到85％，用塊狀閃長岩和片狀閃長岩的樣品進行抗壓試驗，其強度分別為抗壓強度的82～87％；含水能夠使砂岩強度減少41％，頁岩減少61％，在控制含水量的情況下進行周密實驗，石英質頁岩和石英質砂岩在飽水狀態下的抗壓強度是乾燥狀態下的49.6％ 。

　　地下水位變化包括地下水位上升、地下水位下降、地下水化頻繁升降二個方面。地下水位變化可由天然因素或人為 素引起，當地下水位的變化達到一定程度時，將對岩土工程造成危害。