地下矿山采矿方法范文

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中图分类号：TD43 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01

一、金属矿山地下采矿方法概况

地下采矿方法是自矿块内采出矿石所进行的采准、切割和回采工作的总称。采准工作掘进一系列巷道，为切割和回采工作创造条件；切割工作为回采工作形成自由面和落矿空间；回采工作自回采工作面采出矿石，包括落矿、出矿和地压管理三种作业。采矿方法是指如何安全、经济地采出矿块、矿房或矿柱内矿石的方法，包括矿块的采准切割、采空区处理、回采工作。

（一）空场采矿法

根据矿块或矿壁的结构不同与回采作业的特点，空场采矿法可分为房柱采矿法、阶段矿房采矿法、全面采矿法、留矿法等。空场采矿法特点：回采过程中，采空区始终是空着的，用主要暂留或永久残留的矿柱进行支撑，一般在矿石与围岩很稳固时采用。这种方法通常将矿块划分为矿房与矿柱，先采矿房，后采矿柱。采矿房时，形成的采空区一般先不做处理，这种采矿法要求围岩和矿石稳固。空场采矿法是属于结构简单的一种采矿方法，易于工人掌握，生产效率也较高，贫化小，成本低，实践技术也比较成熟，因而应用广泛。现阶段我国有色金属、黄金及化工矿山应用相当普遍。

（二）崩落采矿法

崩落围岩采矿方法的特点是随着矿石采出，采空区被有计划的用崩落矿体岩石来充填，采空区能够得到及时的控制和处理，在地表允许陷落、矿体围岩不稳固条件中使用较多。通过强制或自然崩落围岩充填采空区的方式来控制和管理地压，主要包括分层崩落法、分段崩落法、单层崩落法、阶段崩落法充填采矿法

（三）填充采矿法

矿石价值高、要求回收率高、充填料材方便、地表不允许陷落

和特殊复杂地质条件下的矿体，一般采用填充采矿法。在回采时，采空区依靠充填其内的充填料、支柱或充填料与支柱

相配合形成的人工支承体支承采空区。

二、金属矿山地下采矿方法选择系统的重要性

（一）地下采矿是人类获取地下资源的重要方式之一，采矿方法的选择又是地下采矿的核心，然而影响地下采矿方法选择的因素众多，不同的地质条件又有不同的要求，具有极大的模糊性和不确定性，不能够仅靠单一定量分析来确定。传统的采矿方法选择就是仅由单个影响因素或几个因素各自直观地评价而确定的，带有极大的经验成分，具有很大的局限性。

（二）地下采矿的发展趋势是不断简化采场结构，采用新的工艺技术和新设备，机械化开采，实现大型化、集约化生产，实现地下采矿的智能机器化开采，实现资源的最大回收利用。必须从系统研究的角度，将模糊数学、层次分析、神经网络和人工智能等方法相结合，设计出合理的采矿方法选择系统，选择出最佳的地下采矿方法，才能达到安全高效的目的，获得最好的效益。近年来计算机已成为实现矿山科学管理和工艺理论研究的重要手段，广泛用于模拟采矿生产工艺，优选采矿方法、工艺和设备，研究改进采场结构和控制出矿品位，以及监控采矿作业和进行计划管理、财务管理和材料管理等，为采矿方法的智能化选择提供了条件。计算机在矿山中的进一步开发应用必将导致采矿技术的更大发展。

采矿是一个极其复杂的系统问题，采矿设计和安全管理具有众多的不确定性、模糊性和知识不完备性。因此，用模糊数学、层次分析构建金属矿山地下采矿方法选择系统，对采矿工程进行定量分析与定性描述，基于系统工程的观点与方法进行采矿问题的研究是采矿科学的发展方向。对采矿方法选择系统分析的综合集成；并通过集成系统的计算机人机对话功能，动态地实现采矿方法设计与的系统分析，建立复杂采矿条件下采矿方法选择系统。

三、金属矿山地下采矿方法选择系统应用

首先，从系统的层次结构出发，根据目前金属矿山地下采矿方法的现状，建立其完善的采矿方法知识库。其次，根据模糊数学的原理建立了推理机，根据模糊数学的原理进行采矿方法选择，模糊数学法主要用于采矿方法选择和采矿方法的技术经济指标预测。模糊数学选择采矿方法时，主要是将与目标矿山的地质技术条件与候选采矿方法相比较，并且计算出与候选采矿方法所要求的地质技术条件之间的模糊相似程度，选择条件最近似的作为目标矿山上的采矿方法。运用模糊数学选择采矿方法时，综合考虑了各种因素，更加的客观科学。但是隶属函数的构造方法不同，权重矩阵就有一定的差距，初选采矿方法时，首先对各种影响采矿方法选择的指标进行模糊量化，并且建立出相应的模糊评判矩阵，选出较好的几种方案。对初选出的方案进行终选时，采用了模糊综合评判的方法，对每个方案的技术经济指标进行分析比较，在建立出评判矩阵和权重矩阵的基础上选出最优方案。最后，利用VB开发人机界面友好的金属地下采矿方法选择系统，降低了研发的难度，提高了研发效率，加快了数据的处理，提供了全面高效的辅助支持。将定性分析与定量分析相结合，运用了多学科知识对采矿方法进行选择，达到金属矿山地下采矿方法选择的智能化。对地下采矿的科技发展起到完善和积极推动作用。价值工程法在采矿方法选择中采用价值工程法主要考虑的是资金的时间价值，主要根据技术经济指标的对比进行方案选择。

四、结语

现代科技进步与采矿科学的发展相结合，是采矿业向前迈出的一大步。对于金属矿山地下开采方法的正确选择，是迅速提高矿山技术管理水平，实现矿山设计优化的关键环节。对采矿业安全快速发展有着重要的现实意义。

参考文献：

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中图分类号：F407.4

中图分类号：

随着矿山开采业技术的不断进步，国际与国内进行金属矿山地下开采的工艺技术也有着新的突破与发展，不断向着开采效率高、机械化程度高和回采率高的程度发展，在矿产开采现场的综合生产能力以及劳动生产率都出现了较大幅度的提升，贫化指标与损失指标都出现了较大幅度的减小，为了在金属矿山地下开采采矿中选择最为合适的采矿方法，制定出最为合适的工艺流程，本文中对近年来我国金属矿山地下开采采用的主要采矿方法进行了分析研究。

一、常见金属矿山地下开采采矿方法

采矿方法指的是如何通过安全、经济的手段把位于矿块、矿柱以及矿房内的矿石开采出来的方法，主要包括对矿块进行的采准切割、矿石的回采以及对采空区的处理等多个方面的工作。

依照在对矿石进行回采过程中对采场进行管理的方法的差异，金属与非金属矿山的地下开采方法基本有以下几种类型。

1. 空场采矿法。这种采矿方法的主要特点就是在进行回采的过程当中，对采空区采用暂时留存或者是永久留存的矿柱进行技术性的支撑加固，采空区始终处于一种空着的状态。根据矿壁与矿块表现出来的实际结构差异以及进行回采作业的工作特点，该采矿法又能够划分成全面采矿方法、阶段性矿房采矿方法以及房柱采矿方法。

2. 崩落采矿法。这种采矿方法是通过崩落围岩的办法来使地压管理得到实现的采矿方法，也就是在崩落矿石的过程中，通过强制或者是自然的方式把围岩崩落以用来填充采空区域，通过这种方法来实现对地压的管理与控制。该采矿方法的特点就是在矿石陆续采出之后，通过有计划、有步骤的方式利用崩落的矿体中存在的上下盘岩石以及覆盖岩层来对采空区进行合理的填充，通过这种方法及时地实现对采空区地压的控制，妥善地处理好采空区，通常情况下是在矿体围岩处于一种不稳定的状态、地表情况可以承受陷落的情况下采用该种采矿方法。具体的方法包括单层、分层、分段以及阶段性崩落法。

3. 留矿采矿法。这种采矿方法是把采下的很大一部分矿石暂时留存在矿房中，采矿工人以矿石堆为作业地点进行工作，主要的开采对象是矿石及其围岩都比较稳定的中厚与急倾斜薄矿体。该采矿方法的特点就是在进行回采的过程当中，在采空区的位置暂时放置一些开采出来的矿石，借助这些矿石配合采空区的矿柱对采空区形成支撑作用，通常是在矿石条件比较稳定，不容易出现氧化、自燃以及粘连现象，且矿体的围岩情况比较稳定的情况下采用。

4.充填采矿法。这种采矿方法是在回采工作面逐步进行推进的过程中，通过填充料对矿体采空区域进行填充的一种采矿方法。它的主要特点是进行回采的过程中，矿体采空区域依靠其内部填充的充填材料、支柱以及两者配合而出现的人工支撑体对采空区进行支撑。这种采矿方法通常应用于开发具有较高价值矿石、具有较高回收率要求的矿石、能够较方便的获取充填料、地表不能够出现陷落情况以及地质情况较为复杂特殊的矿体。

从具体的统计数据来看，目前铁矿山地下开采主要仍把崩落采矿法作为主要的采矿方法，有色金属与黄金矿体的地下开采则以充填采矿法以及空场采矿法作为主要方法。

二、对采矿方法以及技术产生影响的主要因素

对采矿方法的合理选择指的是能够根据实际的地质条件，提高对矿山开采工作进行安全管理的力度，尽量降低人员伤亡事故的出现。要根据实际情况合理的选择合适的采矿方法，制定出适合当前的工艺流程，要做到这些，必要依据当前开采矿体的具体规模、价值以及赋存的具体条件来进行详细的研究，从而系统的掌握矿山地下开采的具体技术条件。

1. 金属矿山工程地质条件以及矿石的物理力学特征

金属矿山工程地质条件以及矿石的物理力学特征能够较为完整的反映出矿石岩体整体的稳定性。它能够对采矿现场的构成要素以及地压管理中包含的重要元素产生直接的影响，对采矿方案的确定以及采矿工艺的确定发挥非常重要的作用。

具体的工程地质条件主要有矿山岩体的结构、具体的岩性分布情况、破碎带的位置、断层情况、节理情况、裂隙的分布情况以及地下水的情况等等。矿体的物理力学特征主要有容重情况、实际抗拉强度值、实际抗剪强度值、空隙程度、产生声波的实际传播速度、单轴与三轴的具体抗压强度以及强度条件等等。

2. 地应力状态

这里提到的地应力指的是导致地下采矿结构以及采矿岩体出现变形以及被破坏的最为根本的一种作用力。可以说，只要在掌握了金属矿山开采工程地区的具体地应力情况之后，才能够对矿山区域整体的分布有完整的认识，确定出适合当前工程条件的矿山开采方法，通过技术观测，确定出金属矿山采场以及巷道的最合理的断面形状与尺寸、矿体开挖的具体步骤、进行支护的具体形式、支护结构的具体参数以及形成支护时间等等，在确保围岩具有稳定性的前提下，极可能多的提高矿石的开采量，增加矿山开采的经济效益与收益。例如根据物理学上的弹性力学理论，矿山采场与巷道的最为理想的形状是由四周应力集中在一起形成的一种现象，最合理的断面形状呈现为椭圆，并且该椭圆形在位于垂直与水平两个方向上的两个半轴具有的长度的比值应该等同于断面水平方向的应力与垂直方向的应力的比值。在这种条件下，矿体的采场及巷道周边位置处于一种均匀等压力的状况之下，可以说这是最为稳定的一种受力状态。此外，在确定出矿体采场以及巷道具体的走向之后，同样要考虑地应力最好的走向应该同最大主应力所处的方向相平行。此外，在实际的采矿工作中，采场及巷道具体走向以及断面具体形状的选择仍要与工程需求相结合，并综合考虑经济性以及其他方面的条件。

3. 矿体的具体种类与质量

金属矿的种类主要有三种，第一种黑色金属矿，主要代表有铁矿等；第二种是有色金属矿，主要代表有铜、铅、锌、钨、钼、铝、镍等；第三种是贵金属矿（主要代表有金、银等）与铀矿。因为铁矿的价值相对比较低，通常情况下只能选择露天开采的方法，即便因为矿体埋藏过深需要进行地下开采，这时候也只能采取空场采矿法或崩落采矿法。如果通过胶结充填法进行铁矿的开采，那么所产生充填与回采成本可能比矿石自身的价值还要高，从经济角度来讲是不可行的。相反，在进行有色金属矿山以及贵重金属矿山的开采工作时，则很多采用了充填开采法，通过这种采矿方法才能尽可能的降低矿石的贫化率与损失率，这主要是因为有色金属矿与贵重金属矿自身所具备的价值已经远远超过了进行充填的成本。此外，还要看金属矿石的质量，不仅要看矿石品位的高低，还要看矿石杂质的数量。

4. 矿体赋存的环境与状况

这里所提到的矿体的赋存环境指的是矿体同围岩的具体接触情况、稳定情况与具体的埋藏深度。

金属矿体的埋藏深度同矿体具体的赋存条件有着非常巨大的关系，通常情况下，在矿体埋藏深度不断增加的情况下，矿体与围岩的破碎程度会越来越严重，同样，其具有的稳定性也会不断降低，再加上越深的位置地应力越大、温度越高，工作面以及通风条件都在不断的恶化，导致了开采困难程度出现了很大的提高。这些实际情况全部对处于较深位置开采设计的通风降温、减小生产的成本以及控制地压等各个方面提出了更为严峻的要求。

矿体的具体赋存情况有矿体的具体厚度与倾向。可以说，厚度和倾向不相同的矿体选择的开采方法以及布置的采场都是有差异的。例如针对厚底很小的矿脉，进行采矿方法选择时要尤其关注矿石方面的变化情况。而针对厚度中上的矿体，进行采矿方法的选择时要保证能够提升矿石开采的力度与矿厂的实际生产能力，并使机械化作业方便展开。金属矿体的厚度存在差别，进行采场布置方式的选择时同样存在差异，通常情况下，针对厚底较低的矿体，采场一般沿着矿体的走向方向进行布置，而针对厚度较大的矿体，进行采场布置时一般垂直走向方向进行布置，这是由于厚矿体的最大应力通常是一种垂直走向，所以采场进行垂直方向的布置，这样就保证了采场长轴所呈现的方向同最大应力所呈现的方向是相同的，这样有利于矿体采场的稳定。

5. 矿山地下开采的技术条件与经济指标

（1） 矿山地下开采的技术条件

首先，环境条件，例如地表能不能允许塌陷情况出现，如果允许塌陷，那么就可以采取崩落采矿法；如果不允许塌陷，那么就可以采取充填采矿法或空场采矿法。矿体开采的具体技术装备条件以及材料的供应情况会对采矿方法的整个过程产生直接的制约作用，进而对采矿工艺具体实施过程产生影响，影响矿石开采设计优化目标的顺利实现。所以金属矿山的开采设计当中需要根据具体的技术条件与材料实际供应状况做出最为合理的矿体采矿方案。最后，技术管理的具体水平条件。当前技术管理的实际水平能不能符合采矿方法规定的技术管理的具体水平对能不能达到矿体采矿方法中所列出的目标有着非常大的关系。例如针对规模中小型的矿山、地方性的矿山，进行开采方法的选择时应注重选择技术上简单，能方便工人掌握，以及方便管理的矿体开采方法。长时间的时间证明：要做好一个金属矿山，不但要靠技术，也要靠管理，两者都很重要，缺一不可。因此，努力提升当前矿山开采的技术管理水平，毫无疑问的已经成为了实现金属矿山进行设计优化的最为关键的一个环节。

（2）经济指标

矿山开采的经济指标主要有：采场的实际生产能力，金属矿石的贫化率与损失率，采矿工人及矿区机械设备的劳动生产率，材料的消耗以及矿石的具体成本。经济指标的差异将决定矿体开采方法与工艺的差异。

总结：

在矿山开采业技术不断进步的过程中，国际与国内进行金属矿山地下开采的工艺技术也有着新的突破与发展，不断向着开采效率高、机械化程度高和回采率高的程度发展，在矿产开采现场的综合生产能力以及劳动生产率都出现了较大幅度的提升，贫化指标与损失指标都出现了较大幅度的减小。本文介绍了四种我国金属矿山常用的地下采矿方法：空场采矿法、崩落采矿法、留矿采矿法、充填采矿法，并重点从金属矿体的整体规模、价值、赋存的具体条件与状况等几个方面来进行分析，希望对大家有所帮助。

参考文献：

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[2] 张成良；侯克鹏；李克钢；；硐室爆破法处理采空区的应用实践[J]；工程爆破；2008年04期

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目前，国内外地下矿山采矿技术的发展往往体现在该企业采用各种采矿方法的比重和回采工艺，从而使得采场生产能力和劳动生产率有了较大的提高，为企业带来了可观的经济效益。然而，随着地下矿山开采新技术、新方法的不断涌现，新的问题也日益突出，因为，开采技术往往都会存在某些不足或将要面临某些问题。因此，相关矿山企业必须深入探讨地下矿山开采技术，详细分析其所面临的问题，并找出相应的解决策略，为最终提高我国地下矿山开采技术水平提供可靠保障。

1.地下矿山开采技术分析

1.1地下矿山无废开采技术

地下矿山无废开采技术是近些年才发展起来的，但是很快就得到推广与应用，因为改技术符合国家产业政策和发展方向。此外。地下矿山无废开采技术不仅可以充分利用矿产资源，为企业创造更多的经济效益，而且可以避免废弃物对自然环境造成污染和危害，是今后矿山开采技术发展的首选。该技术主要包括：高浓度尾矿料的制备与输送技术、全尾矿充填技术等。目前，地下矿山无废开采技术在俄罗斯、美国、德国、印度、加拿大等国家得以广泛应用。

1.2崩落采矿技术

1.2.1自然崩落法

自然崩落法在地下矿山开采中应用较广泛，其优点在于采矿成本低、生产能力大、开采速度快等，尤其是对于那些矿化均匀、矿体厚大，并且容易于自然崩落的低品位矿床开采，特别适用。自然崩落法的应用原理是，在通过在地下矿山中破坏矿块内的应力平衡，使得矿块大面积拉底后，进而引起应力不均匀分布或应力集中，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，最终达到矿山开采的目的。

1.2.2无底柱分段崩落法

无底柱分段崩落法是近些年才在我国应用的，至于如何加大和优化结构参数的问题仍然是阻碍该方法在我国进一步推广的主要因素。其中，结构参数优化的目的就是为了增大进路间距，从而极大地减少采掘工程量。由于增大进路间距可操作性强，易于实现，目前在我国的桃冲、程潮、板石沟以及北铭河等矿山都应用了该技术，并呈现出诱人的应用前景。特别是那些低贫化放矿或无贫化放矿工序，为了保持矿石界面的完整性，正常情况下在放矿过程中当矿岩界面正常到达出矿口时便停止放出，从而最大程度地减少矿岩的混杂性，提高矿岩的纯度。随着无底柱分段崩落技术的应用，能够极大地减少岩石混入，降低贫化，并将为相关企业带来巨大的经济效益。

1.3承压开采技术

承压开采是在有效保护地下水环境前提下的开采技术，并且开采效率也比较高。随着矿井开采速度、开采深度、开采规模进一步加大，一些矿区来自底部的灰岩裂隙岩溶高承压水的威胁E1趋严重，对接下来矿区的开采造成一定的难度，底板岩层在采动的影响下的破坏程度也日趋加剧承压开采技术能够很好地克服以上问题。承压开采技术指的是在不疏降地下水位的情况下，回采工作面底板含水层有较高的承压水作用时，通过底板封堵、加固等手段来从而防止水害事故的发生，确保开采工作的顺利、有效进行。一般情况下，承压开采的三种途径：合理选择开采区域、当留设防水（砂）矿（岩）柱、取合理的采矿方法和工程措施。

2.地下矿山开采技术所面临的问题

2.1开采成本增加，开采难度增大

随着矿山开采项目的不断增多，我国矿产资源日益枯竭，后期剩余储量一般位于矿床的底部及边缘地带，开采难度不断加大，从而无形中使得相关矿山企业增加了开采成本。因为，深部矿床受地压影响大，同时，矿体埋藏较深，现有技术条件难以开采，矿石及围岩软弱破碎，提升运输环节较多，矿体分散，矿体倾角厚度变化大，矿床边缘的矿体夹层多，从而使得采矿工程位置不断下移。最终将会出现新采区不断开拓，而原有的老采区不能及时密闭的现象，使得整个地下采矿活动范围越来越大，通风越来越困难，采矿生产受到制约，矿井涌水量不断增加，采矿难度越来越大，开采成本不断增加。

2.2可开采资源储备不足

依照现有的开采速度，我国的地下矿产资源将会越来越少，并在未来数十年枯竭，使得矿山开采面临着一些列生产危机。随着我国经济社会的快速发展，对能源的需求也在El益增多，现有的资源储备难以满足其基本需求，进而转向国外进口，将会增加我国能源风险。

2.3开采量下降，开采人员富余

随着矿山开采行业的不断发展，以往的开采模式将会发生改变，矿体将会向着深部及边缘地带集中，使得矿山开采的范围不断缩小，矿体变小变薄，采矿作业点越来越集中，矿产资源年产量也会逐年降低。最终，矿山生产所需的相关技术人员量不断下降，使得以往的人员出现大量失业，人员闲置和人员过剩的现实，这样，将会带来一系列社会问题，不利于我国社会主义和谐社会的建设。

3.地下矿山采矿技术的发展趋势

3.1矿设备大型化、高效化、自动化

随着科学技术的不断发展，地下矿山采矿技术也在不断转型，其开采设备将会出现大型化、高效化和自动化发展。各国将会加大科研投入经费，研制高效率大孔穿爆设备、井巷钻进机械、振动出矿和连续采矿及与之配套的辅助机械、中深孔全液压凿岩机具以及铲运机为主体的装运设备等，逐步实现高效化、无轨化、半自动化和自动化，以便于更好地满足当今社会发展的需求。同时，还需要研制出可自动清除车厢内粘结物的高效连续式装载的采矿激光测位装置，实现微机控制的凿岩台车等。

3.2地下残留矿新工艺的发展

在地下矿山开采中，采矿工艺是提高开采效率和确保采矿质量的必要条件，对于矿山开采具有重要的作用。在今后的发展中，人们将围绕提高采矿生产能力这个主目标，重点研究地下残留矿新工艺技术。因为，随着民采企业和非常采矿现象不断增多，无序开采的情况相当严重，不仅抢占大量的国家矿产资源，还造成浪费严重，遗留了大量的残留矿体。然而，该类矿床在开采过程中存在采矿方法、地压灾害、巷道维护、岩层控制、采空区处理等技术问题，需要通过系统的研究加以解决，通过加大对地下残留矿新工艺的研究，充分回收有限的矿产资源，对我国地下矿山行业的良性发展具有重要意义。

【参考文献】

[1]李红零，吴仲雄.我国金属矿开采技术发展趋势[J].有色金属（矿山部分），2009（01）.

[2]刘春波，孙光华，李富平.我国地下矿山采矿技术发展及趋势[J].河北理工大学学报（自然科学版），2009（02）.

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1引言

采程是一个综合性的工程，其开境特别复杂，地下矿山深采表现的尤为突出。近几年来，伴随我济持续高定发展，能求旺盛，煤量大幅加。这使得矿采延度加快，开进一加大。伴随矿采深度的增加，直致矿山地的升高温高，同时难以避运提、排水、支风、充填等系统的带战。

2地下矿山深部开采带来的问题

（1）地下矿部开采过中，高力带来的动害问题主要表爆和巷稳变形破坏，其关术在于岩制问题。根据地分律及矿山地山深部开采时岩学性质试以看出：伴随开度的增加，原力的垂量的增大度的增大成比，同时矿度指标伴采深度的增加有下趋势，故而造成地下矿山深部开采过程中，巷形破坏现象加剧、矿稳现象增多、岩变性质增强。

岩动是最直接、最剧质动力灾害，是地下矿山深部开采时一个比出的灾问题，严肋、作员和设全，目前全球范围内有50多个国家和地区做爆活动录，其多发非和印山地下矿山深部开采中。记的第一次爆就发生在印尔金矿。在南矿的开程中，伴下矿山深部开采行，爆活度和频著增加，从十八世纪初的十起到十八世纪中期的近三百起，造成了百余人丧生和几千个工失。从各个国家和地区的统据看，岩生的强频度伴随地下矿山开采深度的增加而增加。

近年来，伴随开采深度的增加，岩度和强度明大，虽尚未造员伤亡，但其己成为矿山地下矿山深部开采的重全问题。统料可以看出：岩发生于强、厚度大、埋的完岩中，主要影响因层的地质结构和岩性，伴随地下矿山深部开采的进入，岩频度、强度及规呈升高势。

与浅采不同，地下矿山深部开采时不仅自力随深加而增大，而且深部岩构面一般较浅部育，导致构力的作用十著，致使巷岩应力过大，同烈的采矿扰致采动影围内的巷力近十倍于原力，由于以上因个或共同作用，造成巷护结构的大面形和破坏，严响了矿山生井巷开拓工行。

从钻孔实验的观测数据研究可以看出，正常的地温梯度一般大约为0.02-0.03℃/m。经在矿山实地调合分析发现，导致地下矿山深部开程中井下温度升素有许多，主要是由于岩内热水、矿化、机备、空气压人体等热热或散热造成。所以说地山深部开采条件下，井下作业常会出现高十度的高境。

深井高环境对人的生响很大，易使井下工意力分散，劳动生低下，进而导致工故升高，矿山生率大幅下降。长时间的高环境不仅恶矿的作业环境，而且易导致发生热挛、热疲射病等热业病。所以说，热业病威胁将是地下矿山深部开采面临的又一严重问题。从一些国内外的统料可以看出，当井度超过27 ℃以后，温升高1℃，工故发生率升高8-20%，劳产率下降9-15%，如对日本10个矿害事故的调查显示：工温度在30-37℃的事生率较30℃以度高10万倍倍；当井温超5℃时，将使工法工作，直接威人的生全。有研究者将高、水、火、瓦为矿井四大灾害。

伴随开度的增加，矿提、排水、充填、供水、通温、压风、通明等系统的复度随之升高，将会对深部矿山开采的生力产生较大的影响，一方面伴井的延伸，运率必然有低，其次各个系设运行以及管用升高，将对矿山的经济效生消极的影响。通水、供风、充高水压约，对工设所需的材料材质（各管压能力、钢的提升性能）有了更高的要求。

3地下矿山深部开采的安全措施

（1）统筹规划，合理开采

对地下矿山深部开采统划，合采，尽可能防止采柱应力叠成的应高。巷置在稳层内；巷向尽可能与本区最大力方向一致，减小力对巷道的作用；避免开的支承压烈作用，将巷置在已采的采下；采取上部煤层预采，跨巷回采等方法，避上部开留煤响，且与煤沿保持一距离；避免相之间的相互影响；合理开序以避免采邻的区段时进行等。研究快速有部高应压技术，对于防于局部应中而引起稳和动力灾害具有实际意义。

（2）充分了解，因地制宜

加强深质工作，充分了杂多变的煤岩征、瓦、水等灾布，断间结构、围定状态及与井程之间的相系，从而为采效方案或技径提础条件。

改进围制技术，限岩变坏。围岩支式分为被护和主护，被动支护是限岩的变形破护控制已经松动破石，主护是以围岩的，利用围撑能力控岩变形破坏。深部围进几小就有可能为碎裂体或松体，支象是破的剪胀变形围岩。试以看出，岩值强度和残度对围感，较小的围以较大地提岩的强度。所以说，在采用主动方式，提网索支统的强度和改善性，可能取得较护效果，地良地段复合支果可能会更好，应宜。

（3）加深研究，技术治理

加强深害治理技究，在进行通温和局下制冷技究与应时，开辟新的思究可行的技术途径，变热热能用，变利。另外，采科技成果，研济高效且环好的矿井降术材料，是保部采矿顺展的技术方法。对于深斯问题，今向必然是治发利用相结合，将煤发与煤层开发等重要的位究。对于地下矿山深部开采的动象，应进一究其发件、特律，建立符矿山深部开采实测预报理论以治措施。

4结论

煤矿地下矿山深部开临的一系题将是我前和今后煤全生产大问题，必须未缪，加大科新的力度，以期解技术难题，采术装备，降低和下矿山深部开采带险，实现深部煤全、高本开采。

参考文献

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智能化

一、前言

从世界范围来看，瑞典的基律纳铁矿和加拿大国际镍公司的矿山是两个依靠采矿装备进步来提高采矿效率和促进矿山稳步发展的典型代表。以基律纳铁矿为例，尽管长期开采使得该矿的开采条件逐渐变差，但其年生产能力一直维持在千万吨以上，其中虽有管理水平的因素，但装备和采矿技术的进步是最基本和最重要的因素。在1983年，基律纳铁矿分段崩落法的分段高度为12m，使用阿特拉斯-科普柯(Atllas Copco)公司钻孔直径57mm的Simba 323型风动凿岩台车钻孔、8t斗容的Cat980型柴油装载机装载。目前分段崩落高度己增加到30m，钻孔主要用重型液压凿岩机或潜孔液压钻机，钻孔直径115mm，85％的矿量采用斗容为15～25f的电动装载机装载，装载作业也由每周5个工作日改为7天，有些采区还采用夜班工作制。在我国，凡口铅锌矿和金川公司是两个依靠装备进步、改进采矿技术与工艺来提高生产效率的典型地下金属矿山。

近30年来，地下矿山依靠装备进步，使生产效率提高了3～5倍或更高。目前，人们又在努力研制和开发适合连续开采的采矿装备，以期进一步提高采矿效率。在露天矿，依靠装备进步改进生产工艺、提高经济效益、扩大开采边界的效果更为明显。

纵观采矿技术的发展，可以看到矿山机械的革新是源动力，因此大力发展矿山机械设备是目前国内矿山生产规模化发展的重要保障。本文从矿山机械设备发展趋势入手，重点分析矿山机械大型化和智能化的意义，对国内矿山机械发展进行探讨。

三、矿山机械大型化发展趋势

近20多年来，采矿设备大型化的趋势十分明显，特别是没有作业空间限制的露天矿设备，工作质量达数百上千吨、乃至数千吨的设备种类繁多。例如P&H 5700XPA型电铲的工作重量达1500多吨，最大电机功率近4000kW；RH400型液压挖掘机的工作重量达800吨，柴油机功率2500kW；L－1800轮式装载机的工作重量217吨，柴油机功率近1492kw；Cat797型矿用汽车的工作重量达558吨(满载)，功率2404kW：T282型矿用汽车的工作重量为528吨(满载)，功率2000kW；而小时生产能力为10000吨的大型可移动(或全移动)破碎站的重量达2000吨以上，配备动力2000多kW。

与此同时，地下矿采矿设备也悄然变得越来越大。例如，在20世纪80年代，常用铲运机的装载质量一般为6～10t，斗容0.4～1.0m3、装载质量1～2t的铲运机也在一些矿山得到应用；而现在大型地下矿常用铲运机的装载质量一般为15～20f，装载质量25f的Toro 2500型铲运机、Bison电动铲运机及更大的Toro2500E型铲运机也在矿山获得实际应用。常用井下运输汽车的基本吨位已从20～30t提高到50f，最近Tamrock公司又推出了Super系列井下运输汽车，其中的Super 0012H型载重可达100～120f。钻孔深度可达60m以上的Simba W469型凿岩台车，已使得基律纳铁矿分段崩落法的分段高度从12m提高到近30m。

矿山主要机械作为引领采矿技术革新的主要力量，其发展趋势分析具有重要意义：

1　钻孔设备

目前，由长沙矿山研究院与衡阳有色冶金机械总厂研制的YZ-55型牙轮钻机，其钻孔孔径为280～380mm，在结构参数和技术性能方面已经赶超美国60RⅢ型牙轮钻机。由宣化采掘机械厂和长沙矿山研究院研制的SC－165E型和CBH一10型潜孔钻机，已将气压提高到1.6～1.8Mpa，并实现自动作业、故障自诊断、误动作保护及远程监控管理。从矿山钻孔设备设计研发阶段来说，国内技术已经基本能够与国际先进水平接轨。

从国内矿山企业运用矿山机械设备的现状来看，大多数露天矿山已基本实现潜孔钻穿孔进行中深孔爆破和机械铲装等机械化采矿，但地下矿山特别是矿体赋存较薄的矿山仍主要采用手风钻进行浅孔留矿开采方式。无论从我国露天开采还是地下开采钻孔设备的现状来看，仍然和先进水平有所差距，这种差距更多的是来自于国内矿山未使用与之相匹配的更为先进的采矿方法。

可以说矿山钻孔设备的发展应该向着机械设备大型化、自动化和精度化的趋势逐步发展，并逐步使用与之相匹配的采矿方法。

2　装运设备

矿山装运设备包括铲装和运输设备，露天开采和地下开采的装运设备从发展对比来看，露天矿山装运设备的更新与发展取得了更为长足的进步，地下矿山主要是受限于地下运输巷道的尺寸大小和囤岩岩性等。

从大型露天矿装运设备研发看来，太重集团成功地研制出了WK-55型矿用机械正铲，斗容为55m3；由北方重汽公司研制的MT5500型电动轮矿用卡车，额定载重量为326t。但此类装运仅在国内特大型露天矿山有可能见到，中小型露天矿山仍采用4-10m3的电铲和20-50t的自卸矿车。

铲运机、井下自卸汽车和电机车(柴油机车)是地下开采主要的装运设备，目前国内许多地下矿山仍采用有轨运输，在一定程度上限制了运输效率。在采矿业发达的国家，如瑞典、加拿大、美国、德国、芬兰等，地下矿山已广泛推广应用无轨化采矿技术。这些国家使用铲运机、井下矿用自卸汽车等井下无轨运输设备的出矿量已占总出矿量的80％～85％。一般来说，日产1000～3000t的地下矿采用20～35t矿用汽车，日产15000～40000t则采用45～60t的汽车，20t以下的井下矿用自卸汽车则很少采用。

地下无轨运输方式的优势现已逐步吸引了绝大多数国内矿山企业(特别是大中型矿山企业)的目光，可以说无轨运输会逐步取代有轨运输成为国内地下矿山运输方式的主流，同时与之相适应的大型井下装运设备也呼之欲出。四、矿山机械设备智能化发展趋势

在“数字化”、“智能化”己成为知识经济重要标志的21世纪，在采矿设备向着大型化发展的同时，随着卫星无线通讯技术和微电子技术的飞速发展，采矿设备在开发和应用方面也逐步开始了自动化和智能化的进程。可以说，目前采矿设备的自动化和智能化已经取得了实质性的进步，无论在露天矿还是在地下矿，无人驾

驶程式化控制和集中控制的采矿设备，已经进入实际研发与应用阶段。在今后的20年里，完善的自动化和信息技术将会在采矿设备得到更广泛的应用，也将会在一定程度上改变采矿方法和提高采矿技术水平。

信息、定位、通讯和自动化技术的迅速发展和应用，深刻地影响和改变着传统的采矿工艺，无人工作面、遥控采矿甚至是无人矿井等已在瑞典、加拿大、美国、澳大利亚等矿业发达国成为现实。加拿大INCO公司通过地下通讯、地下定位与导航、信息快速处理及过程监控系统，实现了对地下开采装备乃至整个矿山开采系统的遥控操作。在当前自动化程度最高的加拿大国际镍公司斯托比矿，除固定设备已实现自动化外，铲运机、凿岩台车、井下汽车全部实现了无人驾驶，工人只需在地面遥控这些设备，就可以保证采矿工作顺利进行。我国也正在朝这方面发展，自动化调度系统、采矿设备的自动化控制、智能化全球定位系统等现代技术也已在一些矿山得到推广应用，并取得了很好效果。但总体水平同国外发达国家相比，差距还很大。

学习国外先进经验，努力实现我国采矿工艺与采矿设备智能化，提高矿山安全生产度和劳动效率。首先，加快建立矿山设备智能化体系，结合运用网络、相关软件、矿山数据和模型及调度优化和全球卫星定位系统(GPS)技术，构成了矿山生产智能化采矿系统；其次，逐步发展智能采矿机器人系统技术，使采矿机器人进行开采过程的联合作业，形成矿山开采作业完整体系。

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中图分类号：TD844+.9 文献标识码：A

矿山企业的外包运营模式是按不同的生产环节进行划分的，其中生产剥离、采矿和选矿是矿山企业生产的核心业务，本文就这三个生产环节的外包进行阐述。

1矿山开采前剥离性业务外包

矿山开采特别是露天开采的首要任务就是剥离一些非矿土层或没有开采价值的矿物表层，这一工作任务传统的做法就是矿山企业专门成立一支工作队伍进行剥离施工，现在大都由第三方承包完成。

2采矿业务外包

指的是金属矿石的开采不由本企业的人员具体操作，由外来的第三方或者是内部人员虚拟外包的方式，虚拟外包就是由企业内部人员承担矿石开采但报酬的计算与兑现和外部人员承包该工作一样。

3选矿业务外包

就是选矿操作环节企业不再具体参与，由企业以外的人员或施工队去承担，或者是虚拟外包。此外，矿山运营外包还涉及运输业务外包：指矿石、精矿的运输由专门的外部运输单位或企业负责，矿山企业不再拥有自己的专门运输队伍。矿山企业三类核心业务外包运营模式中，剥离性外包运营模式在国内大部分矿山开采企业得到普遍采用，各矿山企业不再拥有自己的剥离施工操作队伍和人员；采矿外包运营模式有不少的企业在尝试，但大型企业的在该运营模式上还有所保留，没有完全实行外包，而小的矿山开采企业基本上都是外包的运营模式；选矿外包运营模式除该矿业公司采用外，国内其他企业采用这一管理模式的较为少见。

4重视露天矿外包和地下矿外包的差异

（1）露天矿与地下矿承包资质的差异。矿山企业按照采矿方法可以分为露天矿山和地下矿山。与地下矿山相比露天矿的采矿管理较为简单、容易，而小型露天矿的开采更加简单，有些只是具有土石方施工能力的施丁队伍，这些来自于非矿山的施工队伍，合同单价较低。由于队伍人员素质、培训和装备水平参差不齐，安全和技术支持存在隐患，如对边坡的管理等方面。地下矿山的开采和管理比露天矿复杂很多，因此从事地下矿山建设和采矿承包的施工队伍要求更专业化，必须具备矿山总承包资质才能承接该类业务。

（2）露天矿与地下矿外包在设备、设施投资方式的差异。露天矿外包和地下矿外包在设备、设施的投资方式上可以进行如下划分，露天矿外包可以由承包方投入采矿、运输等主要设备、相关辅助设备和公辅设施等，但投入的设备必须符合矿山的要求，这种模式可以减少业主的建设投资。地下矿外包的固定设备投入由业主承担，固定设备包括：提升机、竖井装备、有轨运输设备、坑内破碎设备、水泵、变电设备、通风设备、压风设备、放矿设备等；移动设备由承包方投人，移动设备包括：手气动凿岩机、中深孔钻机、掘进凿岩台车、中深孑L台车、铲运机、装药车、辅助车辆等，这样可以防范双方合作出现问题带来的风险。固定设备的运行管理可以由业主负责，也可以委托给承包方负责。

5重点关注矿山安全管理

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2政策的要求

在2003年的《中国的矿产资源政策》白皮书中曾经谈到，“坚持科技进步与创新。实施科技兴国战略，加强矿产资源调查评价、勘查开发及综合利用、矿山环境污染防治等关键技术和成果的攻关和推广应用，加强新能源、新材料技术和海洋矿产资源开发等高新技术的研究与开发，加强新理论、新方法、新技术等基础研究。提高劳动者素质，培养一批掌握先进科学理论、有创新能力的矿产资源勘查开发科技队伍和人才，促进矿产资源勘查与开发由传统产业向现代产业、由劳动密集型向技术密集型、由粗放经营向集约经营的转变。”

3采矿方法的创新与实践

针对我国采矿工程的现状和特点，我们必须要对我国的采矿工程进行创新和改进，例如采掘设备的大型化、自动化和智能化、采矿工艺的连续或半连续化、矿山生产与管理的计算机技术普及化。但是最重要的是对采矿方法进行革新和普及。例如将空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法等已经在大规模采矿工程中使用的方法进行推广。另外在传统开采方法基础上进行的创新结果，如深井采矿技术、溶浸采矿技术、机械化连续采矿技术等先进技术。使采矿方法机械化程序越来越高,并逐步向智能化方向发展。

3.1空场采矿法

这种方法是我国开采史应用最早且技术较为成熟的采矿方法。有关这种方法有的文献指除留矿采矿法以外的自然支护采矿法中的各类方法，有的则指自然支护采矿法的全部；也有的仅指阶段矿房采矿法和横撑支柱采矿法，或仅指全面法采矿和房柱采矿法。这种方法主要靠围岩本身的稳固性和矿柱的支撑能力维护回采过程中形成的采空区，有的用支架或采下矿石作辅助或临时支护。这种采矿法要求围岩和矿石稳固。现阶段我国有色金属、黄金及化工矿山应用相当普遍。该法最显著的优点就是成本低、生产能力大、采准时间短。这种方法在应用过程中也进行了适当的革新，现在这种开采方法在一些矿岩破碎的矿体中也得到了应用。例如在云南鹤庆的锰矿，它属于缓倾斜中厚矿体并且采场顶板不稳固。但是为了提高该富锰矿体的矿石回采率，拉动该地区的经济发展，1989～1992年，许多科研专家经过缜密的研究和探讨在该矿进行了人工柱锚杆房柱法试验。

该方法采用片石砌筑人工矿柱代替矿石矿柱，回采中采用超快硬普通水泥卷锚杆加挂10#-20#铁丝网加固采场不稳固顶板，提高了采场顶板的稳固性，大大地改善了采场作业条件和安全条件，矿块回采率达到92.74%，使矿山经济效益大幅度增长，目前该矿已推广应用。由此可见，空场采矿法通过在实践中的创新。应经达到了支护手段日益完善，与充填法组合应用使用范围扩大。并且结构也越来越合理简单，生产效率也不断提高的良好效果

3.2深井采矿技术

由于对矿产资源的开采加剧，表层的资源已经开采殆尽，采矿工程不断向纵深发展。所以，对深井开采方法的创新和安全性探究是十分必要的。当前我国普遍的标准是，地下开采垂直深度超过800m以上时界定为深部开采。在南非、俄罗斯、加拿大、美国、澳大利亚、印度等国家深部开采甚至已经进行到地下1000米以下的深度。露采转入地采,地下转入深部开采的已经越来越明显。我国最早进入深部开采的是石嘴子铜矿（1969年闭矿),近年我国已有红透山铜矿、冬瓜山铜矿、弓长岭铁矿、夹皮沟金矿、湘西金矿等一批地下矿山进入深井开采。此外,还有寿王坟铜矿、凡口铅锌矿、金川镍矿、乳山金矿、高峰锡矿等许多矿山,预计将在本世纪上半叶进入深部开采。

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中图分类号：TD79 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0156-01

对于金属非金属安全评价要坚持“安全第一，预防为主，综合治理”的方针政策，提高金属非金属地下矿山的安全管理水平，排除隐藏在金属非金属矿山中的安全隐患，降低生产风险，预防重大事故的发生，保证金属非金属企业的财产安全，以及相关从业人员的人身安全。通过对金属非金属安全验收评价，确保项目生产的过程中拥有安全的生产条件，既有利于政府相关部门对金属非金属矿山的宏观控制，同时也有利于企业自身的安全管理水平，保证企业安全有序的生产。

1 金属非金属矿山建设项目安全验收评价的涵义

通常所说的金属非金属矿山建设项目安全验收评价，一般是指金属非金属地下矿山的建设项目已经完成并且调试运行可以正常生产，对建设项目的设备以及相关装置的实际运行情况以及企业的管理状况进行调查分析，找出该建设项目在实际投入生产中可能出现的危险或者隐患，确定其危险程度，并提出合理的安全对策以及整改意见。

2 金属非金属地下矿山安全验收评价

2.1 对金属非金属地下矿山安全验收的依据和目的

对于金属非金属地下矿山安全验收评价的依照有相关的法律法规、日常生产的标准规范、建设项目合法证明文件及建设项目技术资料等。对于金属非金属矿山进行安全验收评价的最终目的是评价项目安全设施是否符合规定的标准，设计专项的安全篇章以及企业的关于安全生产的规范性文件是否有效，依照相关管理条例和标准，检验该建设项目是否具备安全验收条件。该评价所涉及的范围具体包括安全管理系统、矿山生产系统以及生产环节和工艺。

2.2 建设项目的概况

建设概况方面的内容主要有建设项目现状、总图运输、开采范围、开拓系统及安全出口、采矿方法、提升运输、矿井通风防尘、矿山电气、防排水与防灭火、压风及供水系统、地下矿山安全避险“六大系统”、排土场、公用辅助设施及土建工程、主要设备、企业安全管理、设计变更等。

2.3 对于潜在隐患的分析

在矿山的生产过程中，存在许多安全隐患问题，对人们的生命财产造成威胁，如果处理不及时引发事故，将带来严重的损失。在同一场所可能出现多个安全隐患，有些隐患比较隐蔽，不易识别。对于金属非金属地下矿山安全验收评价一定要科学、系统，最重要的全面，不可有遗漏，每一个隐患都可能带来毁灭性的灾难。

2.4 安全验收评价方法的选择

对于金属非金属地下矿山的安全验收可以按单元划分，避免出现遗漏，保证验收的全面性。根据矿山的地质条件和生产特点，按照安全隐患的类型以及分布特点来具体划分，对于安全隐患逐个分析，并且提出相应的对策。对于一些可能造成重大事故的安全隐患可以作为独立单元，尤其重视，其对策一定要科学全面，避免发生事故。

2.5 安全对策

根据排查出来的有关安全隐患，提出整改方案，把危险降到最低，保证地下矿山在生产过程中的安全。对于提出的安全对策，一定要科学合理，具有可实施性，不可脱离实际，同时要符合相关的法律法规与行为规范。

综合分析，矿山的安全对策主要从一下几方面考虑：对于地下矿山来说，通风井尤为重要，所以要加强对于地质灾害的控制，保留好矿柱，保证井筒安全；在地下矿山工作中，不可避免的使用炸药等爆破技术，对于爆破技术的安全对策要特别重视；其次在运输、掘进、安全管理等方面，特别留意其安全对策。

2.6 安全验收评价结论

安全验收的评价应简洁明了，查找出所有的安全隐患，并且确定其危险程度，评价相关设备设施以及安全管理是否符合相关规定。明确说明最后的验收结论，是否符合验收标准。该验收评价要具备以下几方面的信息：

第一，该地下矿山在地质条件方面是否存在安全隐患，有哪些危害因素，是否会造成重大事故，确定其危害程度，是否在可控制范围内。

第二，该矿山是否相关标准，具备安全生产条件。

第三，在实际作业中，地下矿山是否有哪些危险因素，以及如何预防。

第四，该矿山是否符合规定，具备安全验收的条件。

3 结语

受地质条件的局限，地下矿山作业难度大，技术复杂，并且潜在的危险因素多，易发生事故，属于事故高发行业。因此，地下矿山在生产过程中是否安全尤为重要。对金属非金属地下矿山的安全评价，首先要有有效的相关生产文件，是否符合法律法规，其次在设备设施方面是有安全，最后，就是在生产作业的过程中，存在的安全隐患，及时排除，并且提出相关整改措施以及预防对策。如果地下矿山符合验收标准，那么其投入生产后的危险系数降到最低，最大限度的保障人民的生命财产安全和健康。所以，对于金属非金属地下矿山的安全验收问题要格外重视。

参考文献

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中图分类号：X703 文献标识码：A

引言：我国金属矿产资源丰富，地下金属矿山在我国矿山资源中占有重要地位。随着科学技术的发展，国内地下采矿技术发展很快，很多采矿新技术、新工艺在地下矿山得到了应用。国内一些矿山和一批先进的采矿工艺技术，己步入世界先进水平的行列。国内地下金属矿山采矿技术的发展，主要表现在采用各种采矿方法的比重和回采工艺技术有了很大的变化，均沿着高效率、高回采率和机械化、半自动化的方向发展，采场生产能力和劳动生产率有了较大的提高，损失、贫化指标大幅度降低。

1、地下金属矿山采矿工艺技术及应用

1.1 空场采矿法

空场采矿法将矿块划分为矿房和矿柱进行回采，顺序是先开采矿房后开采矿柱，在矿柱和围岩的支撑下对矿房进行回采，开采时，既不崩落围岩也不充填采空区，待矿房开采后及时对矿柱进行回采并对采空区进行处理。比较典型的为：（1）大直径深孔采矿法，20世纪80年代，大直径深孔采矿法首先在我国凡口铅锌矿实验成功。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、金厂峪金矿和狮子山铜矿等矿山得到推广应用。1980一1985年间，在凡口铅锌矿又试验成功了另一种具有代表性的大直径深孔采矿方案，即阶段深孔崩落采矿法。该采矿方法的实质是:将露天矿的台阶崩矿技术应用到地下采矿中，即在采矿的局部面积上，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，崩落的矿石由场下部的出矿系统运出。(2)地下金属矿山采矿连续化。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。即在开采过程中一步化；回采过程中落矿、出矿、矿石运搬工艺的连续作业化；井下矿石的转载、运输、提升等环节矿石的连续化；掘进、落矿、出矿、运搬、运输等全工艺过程的连续化。我国在狮子山铜矿、凤凰山铜矿、安庆铜矿地下金属矿山连续开采技术的研究中取得了一些成果。

1.2 崩落采矿法

崩落采矿法是我国金属矿山地下采矿常用的方法，崩落采矿法随回采工作面的推进，崩落围岩，在覆盖岩块下出矿，崩落采矿法在我国矿山应用很广，采出的矿石量占地下采出矿石总量的35%。崩落采矿法常用的方法有：（1）无底柱分段崩落法。无底柱分段崩落法于20世纪60年代末由瑞典引进，并在大庙铁矿实验成功。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，仅梅山铁矿将15mx巧m结构改为巧mx20m结构参数，将减少采掘工作量25%，同时增大了一次崩矿量，提高采矿强度，降低矿石成本，提高矿一山的经济效益。由于增大进路间距具有较强的可操作性，易于推广应用，目前程潮、桃冲、板石沟、北铭河等矿山都应用了该技术，具有重要的实践意义。（2）自然崩落法。自然崩落法是一种利用岩石自然应力落矿的方法，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，破坏了矿块内矿体的应力平衡，引起应力重新分布，必然形成新的自然平衡拱，拱内矿石因受重力作用而周期性脱落。铜矿峪矿自1993年应用此法获得成功后，在矿石含铜品位仅在0.67%的条件下，使矿山结束了长期亏损的局面，并于1999年达到400万口a的生产规模，是建矿以来的5-6倍。

1.3充填采矿法与支柱采矿法

充填采矿法是随着回采工作面的推进，逐步充填采空区的采矿方法，按矿块结构和工作面推进方向的不同，可分为单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充填采矿法和分采充填采矿法；根据充填料的来源!种类和充填方式等的不同，又可分为干式充填采矿法、水力充填采矿法、胶结充填采矿法、选别充填采矿法和支柱充填采矿法等；充填采矿法是地下开采中矿石损失与贫化最低的采矿方法，充填体能控制采场地压与围岩崩落，防止地表下沉，并为回采工作创造安全和方便的条件，有时还用来预防矿石的自燃，充填法主要应用于围岩不稳固或围岩与矿体均不稳固的有色金属富矿或贵金属、稀有金属矿床，随着无轨设备，高分层落矿及充填系统自动化等技术的应用，逐步降低采矿成本和提高生产能力，使充填采矿法具有了广阔的应用前景。我国先后采用干式、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等新工艺与新技术。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。其中1994年在金川镍矿建成了我国第1个膏体泵送充填系统，1999年又在铜绿山矿建成了第2个膏体泵送充填系统。

2、地下金属矿山采矿技术研究方向

2.1采用更大和更可靠的采矿设备提高生产率

在过去的30-40年间，采矿技术是遵循着进化而非改革的途径发展起来的。除此之外，在上个世纪60年代的后期，在地下矿山开始推行了无轨采矿技术，新近的趋势是发展了采矿设备的自动化和遥控技术。

2.2监控、自动化和遥控

当前采矿方法日益成熟，长壁法采矿的实例就在某种程度上很好的说明了在线设备监控的重要性，然而，这只是监控系统在矿业中应用的一例。在矿业中其它已得到广泛应用的监控系统有环境监控系统和地震监控系统，这些监控系统的应用己成为许多深部开采的矿山所具有的标准特点。迄今为止，采矿系统仍是以要求保证矿工在完成各种地下开挖工程中作业安全为基础，这种要求对采矿系统起着重要的制约作用。

2.3数字矿业化

数字矿业是数字地球在矿业中的应用。数字矿业一方面是矿山的信息化，它涉及到矿山信息化工作的方方面面;另一方面数字矿山是以空间信息为基础的矿山信息系统体系。矿山信息系统体系是指相互联系的大量矿山信息系统和空间信息系统，虚拟现实系统等的有机结合体。

2.4地下开采露天化

毫无疑问，露天开采的优势远大于地下开采。在进行露天开采矿山中，将原属于地下开采的部分转为露天开采，其意义不言而喻。欲实现之，不外乎是安全和经营成本，如采用可降低生产成本的运输方式，采用能实现安全生产的遥控设备。

2.5开采智能自动化

在目前我国金属矿山地下采矿技术的发展来看，要实现全面采矿的自动化，目前尚有较大的困难。但局部装备实现遥控系统，进行遥控开采，将是易事。遥控开采系统投资少、技术含量高。其实质即将以上设备的执行机构做一些改装，把原模拟量变为数字量，以便能用计算机进行控制。其次，每台设备上安装摄像头，能全方位地了解设备周围的生产环境，以便能使控制者在远距离的屏幕上进行操作控制。执行机构的数字化能保证用人的遥控操作来代替原作业者的手动操作，而可视化数据将使遥控操作者有身临其境的感觉。

结语

安全高效的地下采矿技术的重要性日显突出，金属矿开采技术的高低直接影响到我国国防安全，金属矿开采技术的迅速发展，将会大大促进国民经济的健康发展，推动我国全面小康社会的建设。

参考文献:

[1]周爱民.我国有色金属采矿技术回顾与展望[J].中国有色金属学报,1996.

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1 国内外矿山采矿装备发展趋势

目前世界地下矿山都在追求高效、安全，所以机械化水、自动化水平不断在提高，已有自动遥控铲运机、凿岩机，无人驾驶汽车和装载机器人在矩形巨型井下试运行，自控挖掘机系统也正在开发过程中，全球卫星定位系统（GPS）技术已用于钻机、挖掘机及矿用汽车等移动设备的定位、监控与运营。

根据对国内外矿山工业装备现状面临的形势及国内外发展趋势的分析，中国地下采矿装备逐步完成由劳动密集型向技术密集型转变；耗能型向节能型转变；单纯的技术设备引进向技术培训设备出口与转让的转变；设备维修由分散向专业化、社会化的转变；最终促进矿山企业的生产完成由经验型向科学型的转变和经济增长方式由粗放型向集约型转变。

仅以我国有色、黑色金属矿山为例，目前主要以地下开采为主，采矿作业的技术装备普遍比较低下，只有冬瓜山铜矿、德兴铜矿、金川钼矿、凡口铅锌矿、安庆铜矿、梅山铁矿等矿山的装备达到先进水平，这部分矿山在凿岩、铲装设备方面有些已经基本接近于或达到国际先进水平，如凡口铅锌矿从芬兰等国引进了ST-2D、ST-3.5、TORD30D、CTX5N等型号的铲运机数十台。

矿山发展需要装备技术支撑，21世纪地下矿山现代化首要的任务是提高装备水平。我国矿山发展缺少装备技术的支撑，致使矿山规模小，矿山建设周期长，采矿效率低，劳动生产率低。因此提高装备技术水平，是当前迫切的任务。

选择矿山机械设备是矿山企业生产和经营决策中的一个重要课题，既要使有限的投资获得最大的生产、经济效益，使矿山企业的装备处于最佳技术经济状态，充分发挥设备的效能、最大限度地实现矿山生产规模。设备的选型，应考虑以下因素：生产性、可靠性、维修性、耐用性、通用性、节能性、成套性、适用性、安全性、经济性、环保性、先进性。

2 采矿设备选型

根据国内外矿山装备发展趋势，现在以安徽草楼铁矿前期采矿设备选型配套为例，进行实例分析。

草楼铁矿赋矿岩层为新太古界霍邱群吴集组，为一沉积变质矿床。矿体埋深在地表172～194m以下，为隐伏矿体。根据草楼铁矿的详查地质报告等资料分析，如果采用崩落法回采，矿体上部第四系粘土层和流沙含水层将被破坏，地下水和粘土的混合物涌入坑内，不仅加大矿石的贫化损失指标，还将直接威胁到矿山生产安全。若用空场法回采并留永久矿柱支撑空区，只能在短时间内保证矿体上部第四系粘土层和流沙含水层不被破坏，不能彻底解决矿山因矿柱破坏产生冲击地压和地下水涌入造成的生产安全问题。

鉴于以上分析，初步确定矿山采矿需要充填。后经矿山采矿方案讨论，采矿方案聚焦到了阶段垂直深孔崩矿嗣后充填采矿法与分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法，后来又经设计院计算机模糊综合评价，阶段垂直深孔崩矿嗣后充填采矿法的相对选择率高，最终确定草楼铁矿首采区的采矿方法为阶段垂直深孔崩矿嗣后充填采矿法。

在该采矿方法施工中，凿岩需使用YGZ-90钻配TJ25台架拉低，后期使用Simba-261高风压潜孔钻机（或国产化的T-150钻机）回采矿房上部矿体，矿山前期出矿采用的出矿设备为：前期拉底使用ZL-30C型前端式装载机配农用车，矿房上部矿体回采时使用Toro400E型铲运机（或前端式转载机）。

设备配套中，前期凿岩能力、出矿、运输能力按60万t/a考虑，2007年100～120万t产量时，凿岩以大孔为主，主要用Simba-261高风压潜孔钻机（或国产化的T-150钻机），使用铲运机出矿，矿石经采区溜井从下一中段运出。

3 设备配套计算

3.1 凿岩设备

草楼铁矿前期-230m中段拉底采矿采用中深孔凿岩，凿岩设备采用YGZ-90钻配TJ25抬价，Φ65mm钎头，接杆凿岩。-230中段北区11-19线矿体长400m，平均水平厚度66.72m左右，矿体倾角40°～50°，拉底高15米，矿房长为矿体厚度，宽为15米，拉底爆破平均横断面积151.57m2。其凿岩平巷断面积原味12m2，后为13.2m2，采用矿房中间拉槽，往两边推进，每次爆2～3排炮孔，炮孔排拒1.4m，每排炮孔长124.6m，每次爆破步距2.8～4.2m，矿石体重3.4t/m2，单边每次爆破量151.57×2.8×3.4=1443（t）。

采用YGZ-90型凿岩钻机凿岩，每米炮孔崩矿量5.5t/m，2006年要完成60万t的出矿量，除开掘进副产，按产量均衡安排，上半年主要以拉底采矿为主，每天完成1818t/d出矿量。

每个采场保持2台钻同时作业，台班效率30m。

5 结束语

矿山采矿生产作业环节多，设备类型多、数量多、投资大，采、装、运各主要环节中的设备，不但要选型合理，而且必须实现配套。其一是采装运设备的规格，要适应矿山生产环境、工艺流程以及矿山生产能力的需要；其二是采装运各作业环节之间，要达到最佳配合与衔接；其三，井下矿山一般要求回采作业能力大于铲装能力，铲装能力大于运输能力，这样才能保证整个生产系统的可靠、高效运行。

本文通过实例分析，以及各作业生产环节生产能力的定量计算，提出了设备选型与配套的原则。根据采装运各个生产环节生产能力需要，对回采环节的凿岩机、铲装环节的装运机、运输环节的农用车进行了合理设备选型及数量配套，并在后来的实际生产中得到全面应用，为草楼铁矿仅用8个月实现达产提供了良好条件。

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一、绪论

美国于1895年成功试验了自然崩落法，经过百余年的不断发展，目前已在全世界20多个国家的50多座矿山中得到了应用。自然崩落法已经成为一种生产能力大、劳动生产率高、开采成本低廉、工艺简单、作业安全性好的地下采矿方法，在条件适宜的金属矿山普遍受到欢迎，它是目前唯一可与露天开采相媲美的一种地下采矿方法。

二、自然崩落法的实质及应用背景

（一）自然崩落法的概念

自然崩落法又称矿块崩落法，它是借助自然应力为主要荷载进行岩体崩落的。即在矿块的底部进行拉底形成足够大的空间后，将产生应力集中，当应力值超过矿体的抗拉、抗剪强度时，矿体沿节理、片理逐渐破裂开始崩落。

（二）自然崩落法崩落原理

在易于自然崩落的矿体中，利用矿体本身所固有的节理裂隙分布特征和低强度特性，在矿块底部进行一定面积的拉底形成矿石冒落的自由面，必要条件下辅以巷道、深孔割帮，削弱矿块与周围矿石及围岩的联系等诱导工程，改变矿体内应力的分布状态，促使矿石按要求逐渐产生破坏、失稳并借助矿体重力场的作用，自然崩落成适宜的矿石块度，达到最终落矿的目的。

三、应用自然崩落采矿法需要注意的方面

自然崩落法对矿岩物理性质要求较高，在应用时对矿体开采技术条件的要求相当严格，需要很高的生产管理水平，而且应用这种方法比使用其它方法更具风险性。一旦自然崩落法的工程布置完工，几乎没有更改的余地。直至目前，国内外采矿界对该采矿方法仍处于研究和探索之中。

（一）自然崩落法采矿的基本条件

①矿体必须厚大，具有足够大的开采规模；②矿化较均匀，矿体内夹石含量不宜多；③矿体必须是易于破碎的岩体；④地表允许塌陷。前两项是矿体地质条件，是应用自然崩落法的基本条件；后两项是岩体物理性质条件和环境开采条件，是应用自然崩落法的必要条件。

（二）采用自然崩落法的矿山需要确定的要素

矿体可崩性、块度分布，适应不同矿体类型的放矿模式、放矿点或放矿带间距、出矿系统设计、拉底顺序和支护设计。详细了解局部和区域地质构造、使用能描述岩体特性的公认的岩体分类方法，了解区域和扰动应力状态。

（三）自然崩落采矿法潜在的主要问题有以下几个方面

1、地质资料

地质数据的局限性和不准确性是导致自然崩落法采矿风险的因素之一。

2、矿岩体数据

地质勘探钻孔资料反映的是整个矿体的“线”信息，根据对有限个钻孔的“几孔之见”进行综合分析，建立反映整个矿床地质模型是采矿设计最关键的一步。

3、矿岩崩落的连续性

矿岩崩落的连续性主要取决于矿块拉底面积、拉底方向、拉底速率、矿岩体的稳定性、岩体结构特征以及放矿控制决策等多种因素。

4、崩落块度

矿石的块度决定放矿漏斗尺寸和放出体形态，直接关系到放矿间距、设备选型和生产能力。

5、底部放矿结构

放矿工作完成得好，矿石能顺利放出，矿山就能充分利用自然崩落法低成本的巨大优势，获得好的经济效益。

四、自然崩落法采矿方案的制定

一是要努力研究降低采矿成本的措施，尽量增加回采高度，向全面、连续崩落的技术高度发展；二是要根据不同用途和服务年限来确定底部结构工程支护与维护方法，完善底部结构工程的掘进、支护以及拉底装药爆破和出矿等设备的配套，以提高产量和生产效率；三是应进一步完善矿石可崩性评价方法和块度预测方法，研究采用现代数学方法与计算机技术相结合的手段建立准确、可靠、简单的矿石可崩性评价准则，研究采用现代声发射技术探测并计算沿节理面破碎的原始块度，在此基础上进一步研究二次应力作用和放矿过程中由于相互挤压摩擦而产生的附加破碎，从而确定最终崩落块度；四是应加强计算机放矿过程模拟和计算机放矿管理与放矿控制技术研究。

五、结语

自然崩落法自从美国Pewabie铁矿问世以来，迄今已有100多年的历史，国际采矿界积累了丰富经验。我国在20世纪60年代才开始酝酿运用自然崩落矿山的应用。铜矿峪矿应用自然崩落法进行高中段大面积覆盖岩下放矿管理，在国内尚属首次，唯一可借鉴的只有国外一些特大型矿山生产管理的经验，这种采矿方法在目前很大程度上还存在于经验的基点上。这就需要更多的人不断去探索，使之更趋于理性程序化，人们更容易去掌握它。自然崩落法的试验、生产在我国仅仅是刚刚开始，鉴于实践经验的不足和管理水平的落后，矿山不能盲目地选择应用自然崩落法，而要根据矿山的实际情况，慎重研究分析是否可用该法。

参考文献

[1] 吴少华，雷平喜.国内自然崩落法的应用和评价[J].化工矿山技术，1996（1）：12～15

[2] 张新华.自然崩落法研究及应用[J].新疆有色金属，2012（11）

[3] 王志勇，张杰对影响自然崩落法拉底效果的分析和认识[J].有色金属（矿山部分），2003（11）：5～16

[4] 袁海平，曹平.我国自然崩落法发展现状与应用展望[J] .金属矿山，2004（8）

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中图分类号：TN33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（a）-0107-02

1 铝土矿赋存的总体状况

我国山西省境内铝土矿赋存的主要特点为以下几点。

（1）矿体呈层状、似层状产出，矿体受下伏岩层侵蚀面的控制，矿体较薄，一般2～3 m左右。倾角平缓，大致在5°～15°（如表1）。

（2）铝土矿层本身稳固性较好，顶、底板岩石的稳固性较差（如表2）。

（3）铝土矿石品位中等。

铝土矿以中等品位（A/S 4-6）矿石为主，A/S大于7的富矿只占总资源储量的12.89%，矿石类型以一水硬铝石铝土矿为主（如表3）。

（4）开采技术条件较好。

矿区水文地质条件简单，无富水性强的含水层直接影响矿体的开采，大多可露天开采。也有因埋藏较深必须考虑采用地下开采。

2 铝土矿资源的总体利用情况

（1）资源利用水平低。

因为铝土矿目前在山西还没有大规模地下开采矿山，而地方民采小型矿山为了降低成本，追求利润，普遍存在采富弃贫，浪费资源的现象。

（2）对共伴生矿产的综合利用程度不高

铝土矿的共生矿产有耐火粘土、铁矾土、硫铁矿和山西式铁矿等，除对铁矿部分进行利用外，其它矿产的利用程度较低。

（3）可供开发的铝土矿基础储量不足。

铝土矿资源地质勘查程度偏低，大部分为332+333级别，331很少（如表4）。

（4）铝土矿区附近有村庄、道路等需要留矿柱予以保护，资源利用率大大降低（如表5）。

（5）矿山的贫化率和损失率较高。如山西孝义露天开采贫化率7.31%，损失率为10.96%。

3 铝土矿资源的总体开采情况

国家发改委于2007年10月29日制定了《铝行业准入条件》，强调“铝土矿采矿损失率地下开采不超过12%、露天开采不超过8%；采矿贫化率地下开采不超过10%、露天开采不超过8%。”

由于目前山西铝土矿开采主要以露天开采为主，采矿损失率、贫化率均可以控制在7%左右。但随着露天开采的剥采比越来越大，矿山采用露天开采排出的废石占地问题成为露天开采最为头痛的事情，露天开采的审批程序也越来越严格，越来越困难。在这种情况下，铝土矿地下开采逐步提上议事日程。而我国铝土矿地下开采矿山不多，尚处于试验阶段，设计的采矿方法各不相同，陕西保德铝土矿采用房柱法和长壁式崩落法，贵州猫场采用长壁式崩落法，河南段村、山西贺家圪台和奥家湾均采用房柱法。铝土矿地下开采的真正适用哪一种采矿方法，回采的实际指标如何，还有待于生产实际的验证。

4 铝土矿地下开采的采矿方法选择

在铝土矿地下开采的采矿方法选择上，有如下几个问题需要考虑。

（1）铁铝岩作为直接顶底板，一般条件下整体性好，但在构造部位稳定性变差，遇水后有使岩体整体性随埋深的不同产生不同程度的破坏的可能。因此需要对顶板进行处理，在矿体回采时要留一定厚度的护顶矿，一是降低贫化，二是便于采场维护。再根据矿岩具体条件对采场顶板采用锚杆、锚网、锚喷网等支护措施确保安全。

（2）矿石价值不高，且是缓倾斜近似水平矿体，不可能用充填法开采。

（3）铝土矿的围岩混入会使A/S比大大降低，无法满足氧化铝厂的生产使用，因此不建议采用崩落法，推荐采用空场法对矿石进行回采，特别是经过近期对铝土矿进行设计的基础上推荐采用比较成熟的采矿工艺，如房柱采矿法等，但是采矿回收率和贫化率的控制是采矿方法中应予以重点考虑的事情。

5 山西吕梁地区某铝土矿采矿方法分析

山西吕梁地区某铝土矿体产状平缓，倾角一般5°～10°左右，个别地段可达15°。矿层平均厚度3.38 m，平均埋深67.05 m。经过综合比较，推荐采用地下开采方式，采矿方法以房柱采矿法（厚度≥2 m）为主，以削壁采矿法（厚度

（1）采矿方法参数。

中段高20 m，沿矿体走向每隔50 m布置一个采场。采场之间留连续间柱，宽3 m，采场内矿房宽度为10 m。沿矿体倾向布置凿岩上山，间隔矿柱3 m×3 m。采场沿倾向长77～180 m，根据长度确定是否布置上、下两个采场，采场中间留3 m宽连续矿柱，中段之间留连续分段矿柱，宽各3 m。矿厚大于3m的地段矿体顶板下留0.3～0.4 m厚的护顶矿层。生产中尽量少切顶板，以便降低贫化。

（2）采切工程。

采切工程主要包括：沿脉运输平巷、通风上山、人行联巷、人行材料井、联络巷、聚矿巷、放矿漏斗、溜井；切割工程主要为切割平巷和切割井。

中段沿脉运输巷沿矿体走向布置，沿矿体底板脉外施工沿脉运输巷，根据矿体倾角大小确定是否需要施工第二沿脉运输巷。采准施工时每个盘区离矿体底板较近矿块每隔10 m施工一个放矿漏斗，第二沿脉运输巷按顺序施工放矿溜井、聚矿巷及放矿漏斗。同时每隔50 m掘人行材料井。靠矿体底板施工人行联巷、切割平巷和凿岩上山。

（3）回采工艺。

回采工作从下部切割平巷开始，自下而上推进，回采工作面采用浅孔凿岩，浅孔落矿。落矿和运搬交替进行，若矿厚在2 m以下，一次全厚开采；矿厚大于2 m时，实行分层回采。矿厚大于3 m的地段矿体顶板下留0.3 m～0.4 m厚的护顶矿层。矿厚大于5m时，采用留矿堆的办法进行凿岩。浅孔落矿，先采下部2 m，然后采剩余部分。炮孔交错布置，孔深2.4 m，排距0.8～1.0 m，孔间距0.8～1 m，采用电耙出矿。

（4）采矿方法主要技术经济指标。

（5）矿柱回采。

对所留矿柱结合采矿方法采用混凝土或片石砌筑人工矿柱置换永久矿柱，尽量减少资源损失。经过计算，置换这些矿柱可以增加回收率4.72%，即矿块总的损失率降为13.73%。

（6）主要技术经济指标（如表6）。

6 结语

篇13

中图分类号：D922文献标识码： A

随着矿业资源开发的需求，充填采矿技术在实践中不断的革新和完善逐渐成为一种高效安全的采矿方法。尾砂胶结充填是充填采矿方法中重要的类型之一，意在降低开采成本并形成一个持久的有足够强度的充填体。充填开采技术在控制采空区地压、维护采场稳定、防止地表沉陷、保护生态环境等方面具有十分重要的作用[1]。近年来，充填开采技术在国内外金属矿山得到了广泛的应用，南非几乎所有深井矿山都采用充填技术，在我国有色、黑色和黄金矿山采用充填技术的比例也逐年增加。充填采场控制采空区的地压行为属于人工支护的范畴，类似于采用锚杆、喷射混凝土等人工措施支护采场巷道，其目的在于维护采场围岩的自身强度和支护结构的承载能力，防止采场或巷道围岩的整体失稳或局部跨冒[2]，对充填材料以及充填体对采场安全的影响进行研究非常有必要。

1常用充填材料

充填材料包括胶结剂、骨料、化学添加剂等，水泥全尾砂作为充填胶结材料应用于井下充填在许多矿山得到推广应用。矿山所用的充填骨料已从传统的河砂、棒磨砂、细石等砂石向以选矿尾砂、粉煤灰、炉渣、煤矸石、建筑垃圾等工业废料过渡。

2充填体作用机理

地下矿体的采出的过程就是原岩的平衡应力场破坏的一个过程。因此，应力必然进行传递和调整，以达到新的平衡。使用充填采矿法的矿山就是利用充填体填充采场与围岩共同受力充填体作用机理以及深井矿山充填体的作用效果是深井采矿方法设计和采矿方案决策的基础。充填体的作用机理体现在以下几个方面：

2.1 充填体的支护作用

国外早就有学者对充填体的支护作用进行研究[3]：

1)表面支护作用

通过对采场边界关键块体的位移施加运动约束，充填体可以防止在低应力条件下开挖空间周边岩体时空间上的渐进破坏。

2）局部支护作用

由邻近的采矿活动引起的采场帮壁岩体的准连续性刚移，使得充填体发挥被动抗体的作用。作用在充填体与岩体交界面上的支护压力允许在采场周边产生很高的局部应力梯度。实践证明即使小的表面荷载对摩擦型介质中的屈服区范围也可能产生重大的影响。

3)总体支护作用

如果充填体受到适当的约束，它在矿山结构中可以起到一种总体支护构件的作用。即，在岩体与充填体交界面上采矿所诱导的位移将引起充填体的变形，而这类变形又导致了整个矿山近场区域中应力状态的降低。

2.2 充填体与围岩的共同受力作用

北科大于学馥教授针对金川矿区所采用的充填材料与充填工艺进行研究，提出充填体三种作用机理[4]：

1)应力转移与吸收

充填体以流体的形式进入空区，最初是不受力的。随着充填体强度的提高，具备了吸收应力和转移应力的能力，参与地层的自组织系统和活动。

2)应力隔离机理

充填体对围岩稳定的应力隔离作用有两种情况：一种是隔离水平应力；另一种是隔离垂直应力。

3)系统的共同作用

充填体充入地下采场后，由于充填体、围岩、地应力、开挖等共同作用，特别是开挖系统的自组织机能，使围岩变形得到控制，围岩能量耗散速度得以减缓，从而可以有效控制矿山结构和围岩破坏的发展，防止发生无阻挡的自由破坏塌落。

2.3 充填体的充填作用

国外学者Kirsten,H.A.D.和stacey,T.R.认为充填在维护采场稳定的作用方式是多种形式的，支护机理不是靠充填体压缩所产生的作用来决定工作中充填体的稳定效果。尽管任何一种支护机理的单独作用是极小的，但其积累起的作用可大大的影响采场覆岩的稳定性，充填体的充填功能主要包括：

1)保持顶板岩层的完整性

由于采场形成的临空面，使得某些结构体具有滑移或冒落的可能。充填体的重要作用之一就是在拱顶石和采场之间提供一种连接，延缓并最终阻止拱顶石移动的任何趋势，从而提高顶板围岩的自身承载能力。

2)减轻地震波的危害

在没有充填物的情况下，岩爆引起的压缩冲击波将在顶板和底板岩石表面处反射，产生拉应力并将孤立的顶、底板切断。充填体的存在使得与岩石的接触让冲击波仅在岩石与充填体界面处部分反射，降低了切断作用。

3)作为节理与裂隙中的填充物

充填后细料将进入上下盘围岩中的裂隙和节理中，起到粘结作用。此外，充填料与岩石之间的接触还能防止在工作面推进时岩层遭受曲率逆转期间节理中出现的任何原生细料跑出，促使节理和裂隙闭合，限制拱顶石的松动，提高顶板围岩的稳定性。

2.4 充填体的综合作用机理

2.4.1充填体力学作用机理

充填体充入采场，改变了采场帮壁的应力状态，使其单轴或双轴应力状态变为双轴或三轴应力状态，大大提高了围岩强度，增强了围岩的自支撑能力。充填体起到支撑作用，提高了围岩自身强度和自支撑能力。

2.4.2充填体结构作用机理

采场充填后，尽管充填体的强度不高、承载时变形大，但是它可以起到维护原岩体结构的作用，使围岩维持稳定，避免围岩结构系统的突变失稳。

2.4.3充填体让压作用机理

由于充填体变形远大于原岩体，故充填体能够在维护围岩系统结构体系的情况下，缓慢让压，使其围岩地压能够缓慢释放；同时，充填体施压于围岩，对围岩起到一种柔性支护的作用。

总而言之，采场充填体的作用一般来说取决于两个方面：一是围岩与充填体所构成的组合结构的形式；二是充填体与围岩的力学与变形特性之比。对于不同的矿体组合形态、围岩体结构类型以及采矿顺序，这两方面影响程度不同。因此，充填体作用机理的研究应针对具体矿山的实际情况，并借鉴己有的工程经验进行综合分析。

3胶结充填体的破坏

充填体的破坏不仅与充填料浆的胶结性能有关，而且受充填体自身完整性的制约。作为人工顶板且呈层状结构的充填体，极易以层状形式片冒。各层充填体内次生应力场分布一般采用梁理论来进行分析。充填体作为一种细集料和硬化水泥浆体组成的复合材料，其强度应当是水泥(或水泥代用品)强度、集料强度以及组分之间相互作用的函数。

充填体在受到外力作用时，充填体内原始损伤(因干缩引起的界面粘结裂纹及大量的孔隙等)部位必将产生应力集中现象，这种局部的应力集中会导致内部微缺陷的闭合或扩张。分析充填体加载实验的宏观力学行为，首先是随外载荷产生的变形，然后是微裂纹的产生、扩展直至材料产生破坏。

4小结

随着科技的发展，矿山开采的机械化程度越来越高，地下矿山开采强度越来越大，对充填的要求也越来越高。笔者通过对充填体在采场安全中的重要作用进行研究，总结了充填体和采场围岩的作用机理以及充填体的破坏形式。本研究对矿山行业充填技术的发展有着一定的积极作用。

参考文献：

[1]RANKINE R，PACHECO M，SIVAKUGAN N．Underground mining with backfills[J]．Soils and Rocks，2007，30(02)：93-101．

[2]王新民．基于深井开采的充填材料与管输系统的研究[D]．长沙，中南大学，2006.