我國金屬礦山開采工藝技術(shù)研究

　　我國金屬礦開采歷史悠久，3000年前就開始鑿井開采銅礦，2000多年前己有較規(guī)范的開采技術(shù)。但近代，我國金屬礦開采技術(shù)長期處于停滯落后狀態(tài)，礦山生產(chǎn)基本是靠手工作業(yè)，直到20世紀50年代以后金屬礦采礦技術(shù)才得以迅速發(fā)展。特別是近幾十年來，我國全面地開展了各種現(xiàn)代化采礦工藝和技術(shù)的科技攻關(guān)研究，在露天陡幫開采、間斷—連續(xù)開采、階段大直徑深孔采礦、分段中深孔采礦、機械化分層采礦、自然崩落采礦、溶浸采礦、高效率礦山充填、巖體支護與加固、礦山防治水、露天成套采礦裝備和井下成套采礦裝備等方面均取得了重大成就因而使我國金屬礦采礦技術(shù)水平迅速提高，有力地促進了金屬礦開采工業(yè)的發(fā)展。

　　1 露天開采

　　從敞露地表的采礦場采出有用礦物的過程，又稱露天采礦。當?shù)V體埋藏較淺或地表有露頭時應(yīng)用露天開采最為優(yōu)越。與地下開采相比優(yōu)點是資源利用充分、回采率高、貧化率低、適于用大型機械施工、建礦快、產(chǎn)量大、勞動生產(chǎn)率高、成本低、勞動條件好、生產(chǎn)安全。但需要剝離巖土排棄大量的巖石，尤其較深的露天礦往往占用較多的農(nóng)田設(shè)備，購置費用較高，故初期投資較大。此外露天開采受氣候影響較大，對設(shè)備效率及勞動生產(chǎn)率都有一定影響。隨著開采技術(shù)的發(fā)展，適于露天采礦的范圍越來越大，可用于開采低品位礦床和某些地下開采過的殘礦。對平緩礦床(一般礦層傾角小于12°)采用倒堆、橫運或縱運采礦法。對于傾斜礦床采用組合臺階、橫采掘帶或分區(qū)分期開采的方法。

　　露天開采作業(yè)主要包括穿孔爆破、采裝、運輸和排土。這四項工作的好壞及它們之間的配合如何是露天采礦的關(guān)鍵。穿孔爆破是在露天采場礦巖內(nèi)鉆鑿一定直徑和深度的定向爆破孔，以炸藥爆破對礦巖進行破碎和松動。穿孔設(shè)備主要有沖擊式鉆機、潛孔鉆機和牙輪鉆機等多用銨油炸藥、漿狀抗水炸藥和乳化炸藥及粒狀乳化炸藥采裝工作是用人工或機械將礦巖裝入運輸設(shè)備或直接卸到指定地點的作業(yè)。常用的設(shè)備是挖掘機(有多斗和單斗兩類)、輪斗鏟和前端式裝載機廣泛采用的為單斗挖掘機。運輸工作是將露天采場的礦、巖分別運送到卸載點(或選礦廠)和排土場同時把生產(chǎn)人員、設(shè)備和材料運送到采礦場。主要運輸方式有鐵路、公路、輸送機、提升機還有水力運輸和用于崎嶇山區(qū)的索道運輸。選擇運輸方式必須綜合考慮地形、地質(zhì)、氣候條件露天礦生產(chǎn)能力開采深度礦石和圍巖的物理力學性質(zhì)等經(jīng)過全面技術(shù)經(jīng)濟比較后確定合理的運輸方式。排土工作系指從露天采場將剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的大量表土和巖石運送到專門設(shè)置的場地(如排土場或廢石場)進行排棄的作業(yè)。排土方法依其排土設(shè)備的不同分為推土犁推土、推土機排土、前裝機排土和拖拉鏟運機或索斗鏟排土等。推土場應(yīng)選擇在盡量靠近采礦場少占農(nóng)田的位置有條件的應(yīng)放置在山谷、洼地處注意環(huán)境保護和造田、還田。

　　2 地下開采

　　從地下礦床的礦塊里采出礦石的過程。它是通過礦塊的采準、切割和回采三個步驟實現(xiàn)的。采準工作是掘進一系列巷道為切割和回采工作創(chuàng)造條件;切割工作為回采礦石開辟自由面和落礦空間;回采是從礦塊里采出礦石的過程，是采礦的核心，包括落礦(將礦石以合適的塊度從礦體上采落下來的作業(yè))、出礦(將采下的礦石從落礦工作面運到階段運輸水平的作業(yè))和地壓管理(包括用礦柱、充填體和各種支架維護采空區(qū))三種作業(yè)。

　　地下開采在我國金屬礦山的開采中占有很重要的地位，特別是在有色和黃金系統(tǒng)為主要的開采方式，90%以上礦山均采用地下開采。我國金屬礦山的地下采礦方法在20世紀50年代初僅有淺孔留礦和干式充填法等少數(shù)幾種淺孔采礦方法。自70年代開始結(jié)合礦山開展了各種采礦方法的試驗研究相繼在空場采礦法、崩落采礦法、充填采礦法等采礦方法方面取得了顯著成就。目前在我國金屬礦山應(yīng)用了各種類型的采礦方法。

　　2.1空場采礦法

　　這種方法通常將礦塊劃分為礦房與礦柱逐步回采，先采礦房再采礦柱。在回采礦房時采場以敞空形式存在，依靠礦柱和圍巖本身的強度來維護。礦房采完后要及時回采礦柱和處理采空區(qū)。在一般情況下回采礦柱和處理采空區(qū)同時進行;有時為了改善礦柱的回采條件用充填料將礦房充填后再用其他采礦法回采礦柱。

　　應(yīng)用空場采礦法的基本條件是礦石和圍巖穩(wěn)固，采空區(qū)在一定時間內(nèi)允許有較大的暴露面積。這類采礦方法在我國應(yīng)用最早、最廣泛，在技術(shù)上也最成熟;在世界其他國家也被廣泛應(yīng)用。

　　形成的采空區(qū)一般先不做處理，這種采礦法要求圍巖和礦石穩(wěn)固?？請霾傻V法是屬于結(jié)構(gòu)簡單的一種采礦方法，易于工人掌握，生產(chǎn)效率也較高，貧化小、成本低、實貴技術(shù)也比較成熟，因而應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)階段我國有色金屬、黃金及化工礦山應(yīng)用相當普遍。

　　2.2崩落采礦法

　　崩落采礦法是以崩落圍巖來實現(xiàn)地壓管理的采礦方法，即隨著崩落礦石強制(或自然)本來圍巖充填采礦區(qū)以控制和管理地壓。

　　隨回采工作面的推進有計劃地崩落圍巖填充采空區(qū)以管理地壓的采礦方法。基本特征是崩落圍巖回采部分礦房礦柱。適用于圍巖容易崩落、地表允許塌陷的礦體。崩落采礦法按回采方式分為：壁式崩落法、分層崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法。

　　2.3充填采礦法

　　隨著回采工作面的推進逐步用充填料充填采空區(qū)的采礦方法叫充填采礦法。有時還用支架與充填料相配合以維護采空區(qū)。充填采空區(qū)的目的主要是利用所形成的充填體進行地壓管理以控制圍巖崩落和地表下沉并為回采創(chuàng)造安全和便利的條件。有時還用來預(yù)防有自燃礦石的內(nèi)因火災(zāi)。按礦塊結(jié)構(gòu)和回采工作面推進方向充填采礦法又可分為單層充填采礦法、上向分層充填采礦法、下向分層充填采礦法和分采充填采礦法。按采用的充填料和輸出方式不同又可分為干式充填采礦法、水力充填采礦法、膠結(jié)充填采礦法。

　　2.4溶浸采礦

　　溶浸采礦又稱化學采礦，它是根據(jù)某些礦物的物理和化學特性將溶浸液注入礦層或礦堆，通過化學反應(yīng)有選擇性地浸出礦石中的有用成分，使有用成分從固態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)，再進行回收，從而達到開采礦石目的的一種新型采礦方法。通過選擇不同的溶浸液使溶浸技術(shù)幾乎適合于所有金屬的開采。根據(jù)浸出方式、浸出地點的不同，溶浸采礦通?？煞譃榈乇矶呀?、原地浸出和原地破碎浸出等多種具體方法。

　　3 發(fā)展前瞻

　　盡管我國金屬礦山開采技術(shù)工藝己取得顯著成就，但總體水平仍然較低，與國際先進水平相比存在一定的差距。突出表現(xiàn)在多數(shù)礦山裝備落后、開采規(guī)模小、勞動生產(chǎn)率低、礦山效益差和礦產(chǎn)資源利用率低。因此在未來的一定時期內(nèi)我國金屬礦山開采技術(shù)工藝主要發(fā)展方向是：機械化大規(guī)模采礦、深井采礦、溶浸采礦和充填采礦等新工藝和新技術(shù)。