采矿方法基本知识

一 采矿方法基本知识 采矿方法可大致分为露天开采、地下开采和液体开采3种基本采矿方法。 ① 露天开采。即在露天条件下，将埋藏较浅的矿石，从矿坑露天矿、山坡露天矿或剥离露天矿进行开采。包括挖掘一系列顺序的沟槽。采砂船采矿也属剥离露天矿的一种，它从平底船上进行挖掘。 ②地下开采。是将埋藏较深的矿石，在地下采用自然支护、人工支护及崩落采矿方法将矿石开采出来。 ③液体开采。又称特殊采矿法。是从天然卤水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物质；将有用矿物加以溶解（或热水融化），再将溶液抽至地面后进行提取；用热水驱、气驱或燃烧，把矿物质从一个井孔驱至另一井孔中采出。大多数液体采矿是用钻井法进行的。 对于一个具体矿床，根据地质条件和岩石力学资料，选择合理的采矿方法。比较理想的是要使被选用的采矿方法，在符合生产安全和适当采出有用矿物的要求下，能取得最大的经济效益。如采矿方法选择不当，将长期影响矿山生产技术指标和经济效益。 第一篇 露天开采 露天开采的基本概念 露天矿是在基建和生产过程中逐渐形成的。基建时期的任务是建立供电供水系统及建立运输干线，修建选矿厂、排土场及机修厂等主要构筑物和设施，以及完成投产时所

二 必需的采准和剥离工程量。在生产过程中，为了完成国家计划中规定的年矿石生产任务，必须按时完成一定的开拓，采准、剥离的工程量。 露天矿在开采过程中，必须将境界内的矿、岩划分成一定厚度的水平分层，以便由上向下逐层进行开采，这些阶梯抉的工作面叫做台阶，如图8—1。每个台阶大多使用独立的穿孔和采掘设备。 上部平盘1—台阶的上部水平面； 下部平盘2—台阶的下部水平面； 台阶坡面3—朝向采空区的台阶斜面； 坡面角a—台阶坡面与下部水平面的夹角； 坡顶线4—台阶坡面与上部水平面的交线； 坡底线5—台阶坡面与下部平盘的交线； 台阶高度h—上部平盘与下部平盘的垂直距离。 金属露天矿的台阶高度一般为10-14米。 露天矿生产是按一定的生产工艺过程进行的，这些工作总称为矿山工程。矿山工程

三 又可分为剥离和采矿工程。剥离工程是将露天矿境界内影响采矿的岩石剥掉，并运出露天矿境界以外进行排弃，以保证采矿工作的正常进行。一般新建的露天矿剥离和采矿工程是依次进行的。正常生产时则是同时进行。这就是党为采矿工业规定的：‚采剥并举，剥离先行‛的方针。若不认真贯彻这一方针，就不能保证矿山正常，持续的完成矿石生产任务。依照矿山工程的作用还可分为开拓，采准和扩帮工程。开拓工程是按设计中规定的开拓系统掘进倾斜的出入沟（如图8-2中的ABCD部分），以建立地面与采矿场各生产水平间的运输联系；然后掘进水平的段沟（CDEF部分），以建立台阶开采的起始工作线。并在所开段沟一侧（或两侧）进行扩帮工程。以后各水平的开采程序和第一水平一样，即首先开掘出入沟，再开次水平的段沟，然后进行扩帮工程。总之，露天矿多是由单一水平向多水平发展，逐步形成全矿的开拓运输系统。图8-3是凹陷露天矿全貌。凹陷露天矿是从地表开始向下逐层开采的，使用铁路运输时，运输干线也由浅而深，随矿山工程的发展逐步铺设，当露天矿开采终了时，运输干线才最终形成。 图8-2 露天矿发展顺序 1-出入沟；2-开段沟 在开采过程中和终了时形成的露天矿场是由以下要素组成图（8-4）：

四 工作帮AD—是由正在进行采掘工作的台阶组成； 工作帮坡线KG—工作帮最上一个台阶和最下台阶坡底线连接的直线； 工作帮坡角ф—工作帮坡线与水平线的夹角； 工作平盘—工作帮上各台阶的水平部分，即工作台阶的平盘，在平盘上布臵穿孔，采装和运输等主要设备。 露天矿场非工作帮CD及AB—即露天矿场内由已结束工作的非工作台阶组成的边帮或其一部分。 在采矿场内，位于矿体下盘岩石的边坡叫做底帮，位于矿体上盘岩石的边坡叫顶帮，位于采矿场两端的边坡叫端帮；

五 最终边坡线BE和CF—最上一个非工作台阶坡顶线与最下一个非工作台阶坡底线的连线；为了保证露天矿具有正常生产的工作条件，各开采水平的工作平盘的宽度应保证不小于最小平盘宽度。其大小是根据爆堆宽度，运输设备规格和通行条件确定。图8-5是最小工作平盘宽度组成要素。 B最小=B+C+T+Z米 B最小—最小工作平盘宽度，米 C—爆堆坡底线至运输设备边缘间距离，米； T—车辆运行所需宽度，米； z一为防止岩体滑动的安全距离，米。 一般爆堆宽度随台阶高度h和岩石硬度变化，若用 冲击式穿孔机进行穿孔，单排

六

孔爆破时的台阶宽度变化范围见表8-1: 表8-`1爆 堆 宽 度 最小工作平盘宽度可根据下表所列数据选取。用铁路运输时最小平盘宽度可取上限，汽车运输时可取下限，如用双轨（线）运输时应加线路中心线间距离。 表8—2 最小工作平盘宽度 以上叙述了有关露天开采的基本概念，我国是个地大物博，矿产资源十分丰富的国家，地下埋藏各种类型的矿体，应该具备什么条件才能用露天开采呢？ 由于露天开采在采出矿石的同时，必须剥离一定数量的岩石。而且，剥离岩石量的多少直接影响采出矿石的成本和单位投资额，并且随着矿山开采深度变化往往剥离岩石的数量也是变化的。因此，确定合理的露天开采范围的实质即是确定合理的露天开采深度问题，其次，是确定露天采矿场在地表的开采范围。 为了确定合理的露天开采的深度，首先要了解剥采比的概念。因为露天矿剥离岩石量

七 直接影响矿石成本和单位投资，必须计算开采单位矿石所需剥离的岩石量，这一比值称为剥采比。其单位可用吨/吨或米3/米3表示。剥采比有多种表示形式，确定露天矿境界常用的有以下几种：平均剥采比n平：如图8一6所示，即露夭矿境界范围内总的岩石量与矿石量的比值 境界剥采比：如旧8-7所示，即露天矿增加某一深度时（一般为一个台阶高度），所必须采出的岩石量与矿石量的比值。 式中b1，b2—露天矿增加某一深度所必须采出的岩石量，米3（吨）；a—增加某一深度所采出的矿石量，米3（吨）。

八 (3)经济合理剥采比n经：即采用露天开采时经济上允许的最大剥采比。其确定方法有二： 1）根据露天和地下开采成本比较结果确定， 式中 c—用地下采矿法开采一吨矿石成本，元∕吨； 用露天开采一吨矿石成本，元∕吨3 ； 露天开采一吨岩石成本，元∕吨。 以上数据可按类似条件的矿山选取。 2）根据矿石批发价格确定，矿石批发价格是由国家或省经济部门规定的。 n经=(C0-a)/b 式中c0—该种矿石批发价格，元/吨。a，b与上式相同。 一般情况下，经济合理剥采比应不超过表8-3所规定的数值。 经济合理剥采比（米3/米3） 表8-3 矿床类型 大型 中型 小型 铁、锰、菱铁、铜、铅、锌 8~10 ≤6~8 ≤5~6 石灰石、白云石、硅石 1.5 ≤1.5 ≤1.0 铝土矿、粘土矿 13~16 13~16 13~16

九 确定露天矿最终境界时，可根据不同深度h列出方案，如图8-8所示，并按各个深度的境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则，用比较法求出合理的最终开采深度H，如8-9所示。 图8-8 露天矿不同深度的境界剥采比 有些矿山，资源较少或是矿体埋藏比较复杂，可以应用平均剥采比不大于经济合理剥采比的原则来确定。 当露天矿合理的开采深度确定后，再确定矿体深部和地面开采范围，才能正确确定矿体的开拓系统和开拓沟道位臵，以及合理的选择选矿场，排土场及工业广场位臵，并计算露天采矿场内可采出的矿石储量及剥离总量。 总之，埋藏很深的矿床必须用地下方法开采。凡是能够用露天开采的矿床，应首先考虑用露天方法进行开采，因为露天开采具有一定的优越性： （1）露天采矿机械化程度高，可以采用高效率的大型机械设备，如牙轮钻，挖掘机等，能使矿山达到很高的矿石生产能力。 (2）建设速度快，建一个年产500万吨到1000万吨矿石的露天矿，可在2-一3年内建成，而建设相同规模的地下矿山需4-6年。

十 （3)劳动生产率高，露天开采的全员劳动生产率约为地下开采的3-5倍或更高，从历史最高水平看，我国大型露天矿全员劳动生产率为7371吨／人〃年（大孤山铁矿为9328吨/人〃年），小露天矿为872吨／人〃年。而大型地下矿山为400-664吨／人〃年，中小型地下矿山为200-300吨／人〃年。 (4）生产成本低，露天开采一吨矿石的成本约为地下开采成本的一半或更少，近几年，黑色和有色金属露天开采的矿石成本为3-5元／吨，地下开采为8～9元／吨。 （5）工人劳动条件好，工作比较安全。 （6)矿石贫化，损失小，可以充分回收地下资源。 露天开采主要缺点是： （1)剥离时需要排弃大量岩石，即使尽量利用山沟和荒地建立排土场，但往往仍需占用较多的农田。 (2)在雨季、酷热和严寒的天气时，对设备效率的发挥和生产工人的劳动生产率都有一定的影响。 以上缺点，只要采取积极措施，正确处理，这些问题是可以得到克服和改善的。 第二节：露天矿生产工艺 在金属露天矿生产过程中，矿山生产工艺由穿孔爆破、采装、运输和排土工作组成。 一、穿孔爆破工作 金属矿山的矿石和岩石一般比较坚硬，必须在矿石，岩石上进行穿孔，以便用炸药进行爆破，达到疏松和破碎岩石的目的，为采装、运输工作创造良好条件。

十一 1．穿孔工作 以前国内矿山主要使用冲击式穿孔机（俗称磕头钻）进行穿孔。由于设备落后，穿孔效率不高，使穿孔工作成为露天开采过程中的薄弱环节，从而严重的影响其他生产工作的进行。近年来，各矿山采用了牙轮钻、潜孔钻等先进的穿孔机械设备，使矿山的穿孔工作改变了被动局面。国外大、中型金属矿山多用牙轮钻，穿孔效率最高。中、小型矿山多用潜孔钻。火钻适用于极坚硬岩石，但穿孔成本很高。 （1）牙轮钻机 牙轮钻机是一种回转式钻机。穿孔时利用回转机构带动钻机回转，钻机的推压机构，向钻具施加很大的轴压力，孔底岩石在这种动压和静压的作用下破碎。在回转破碎岩石过程中，用压缩空气（或将压缩空气和水混合）把钻孔中岩渣吹出，从而形成钻孔。 目前国内生产和使用比较普遍的是顶部回转连续加压的牙轮钻机，如图8一10是HYZ一250型牙轮钻机。其特点是回转机构布臵在加压小车上，小车可沿立架上下滑动，连续加压，故称滑架式，其加压方式多为封闭链—齿条式。此种钻机的机械化程度高，操作方便，辅助时间少，作业率高，钻孔效率高，与冲击式钻机比较，可以减轻劳动强度，并使穿孔效率提高4～5倍。牙轮钻机使用三牙轮合金柱钻头。 国外在硬岩和极硬矿岩中使用的牙轮钻机轴压多为30～40吨，最大为60吨，在软岩和中硬矿岩中为20～30吨。钻头直径为310-380毫米，最大达444毫米。国外矿山使用60-R Ⅲ塑牙轮钻机每台年穿爆量可达600-1000万吨，每月可穿孔7000-10000米。为了适应露天矿大型装运设备的发展，并能在极硬岩石中穿孔取得较好的技术经济指标，国外牙轮钻机的发展趋势是：加大轴压和孔径；增加回转功率和扭矩，采用了高钻架，

十二 钻孔过程中不需要接钻杆。另外，在提高钻头使用寿命和钻机自动化方面，做了许多研究和改进。但是，我国使用牙轮钻机的时间较短，在穿孔机台班效率、作业率，部件的可靠性及备品、备件、钻头寿命等方面有待进一步改进。 （2）潜孔钻机 潜孔钻机是一种冲击回转式钻机，凿岩时把产生冲击作用的气动装臵—冲击器和钻头潜入孔底，随着孔深的增加，冲击器和钻头随之向孔底进行冲击并推进，同时钻杆在上部回转机构的带动下进行回转，使钻头对孔底产生剪切作用形成钻孔。这种钻机既可钻垂直孔，又能钻倾斜孔。图8-11是开山KY100潜孔钻。 由于潜孔钻机具有结构简单，穿孔速度较快，机械化程度高，可以打倾斜孔，制造费用低等优点，在金属露天矿得到广泛的应用，特别是中、小型矿山和需要分采的矿山使用潜孔钻较多。此种钻机穿孔速度虽快，但因受孔径限制，使每米炮孔长度爆破量减少，因此，其台年效率不如牙轮钻和火钻。图8-12为各种型式潜孔钻头。 国内露天矿应用的潜孔钻，按其自重和钻孔直径可分为重型，中型，小型潜孔钻，重型潜孔钻可钻直径200—250毫米炮孔，适用于大，中型露天矿硬岩和极硬岩石，其余可用于中，小型矿山。