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矿山阶段矿房采矿技术 一、方法特点 阶段矿房法是把矿块规则地划分为矿房和矿柱，第一步回采矿房，第二步回采矿柱的空场采矿法。按落矿方法，阶段矿房法可分为水平深孔阶段矿房法和垂直深孔阶段矿房法。水平深孔阶段矿房法要求在矿房底部进行拉底，形成拉底空间；垂直深孔阶段矿房法除拉底外，还需要在矿房全高开切割槽。大直径深孔凿岩和球状药包爆破后退式采矿法（即VCR法）是属垂直深孔阶段矿房法的一种方案，由于向下分层落矿，而不需开切割槽。 二、使用条件 阶段矿房法主要适用于开采矿石和围岩稳固的倾斜和急倾斜厚和极厚矿体，以及极厚的水平和缓倾斜矿体。矿体的几何形状应该较规则，否则会引起很大的矿石损失和贫化。由于是采用深孔落矿，矿石的损失贫化较大，且难以选别回采和剔除夹石，因此，最好是矿石品位较低、价格不高，矿体中不含有夹石。 国内外部分矿山应用阶段矿房法的开采技术条件，列于表1。 表1 部分国内外阶段矿房法开采技术条件 矿石名称 矿床体赋存条件 围岩条件 矿床特征 矿体厚度m 矿体倾角 矿体种类 矿石坚固性系数 上盘 下盘 种类 坚固性系数 种类 坚固性系数 大吉山钨矿 浸染脉状矿床 0.3～0.6 65～85 石英脉黑钨矿 10～12 砂板岩、闪长岩、花岗岩 8～12 砂板岩、闪长岩、花岗岩 8～12 寿王坟铜矿 扁豆状矿床 10～30 60～90 磁铁铜矿 8～12 石英岩 8～10 花岗岩 8～10 红透山铜矿 不规则的脉状矿床 平均8～12 72～83 黄铜矿 1012 黑云母片麻岩 12～14 黑云母片麻岩 12～14 锦屏磷矿 似层状或透镜状矿床 15～30 40～75 磷块岩 6～10 大理岩 8～12 大理岩 8～12 四川石棉矿 中长纤维石棉脉状矿床 10～20 82 石棉脉矿 6～8 块状蛇纹岩 6～8 9～13 块状蛇纹岩 6～8 9～13 弓长岭铁矿 层状矿体 10～25 70～85 磁铁矿 6～8 绿泥片岩 3～4 绿泥片岩 3～4 杨家杖子钼矿 膨缩型矿体 0.4～40 20～60 钼矿 8～10 灰岩 12～14 灰岩页岩 8～10 金岭铁矿 接触变质 磁铁矿床 5～90 50～60 磁铁矿 6～12 灰岩 8～12 闪长岩 10～14 辉铜山铜矿 平均8～10 80～90 铜矿 10～12 大理岩 10～12 大理岩 10～12 李家沟铅锌矿 似层状矿体 6～8 70～85 铅锌矿 6～8 石灰岩 6～8 石英片岩 8～10 苏联高山铁矿 层状磁铁矿体 20～60 55～65 磁铁矿 8～12 12～14 12～14 三、矿块结构参数 阶段矿房法的矿块结构参数取决于矿岩的稳固性，矿体特征、深孔钻机类型，出矿设备类型以及阶段矿房法的不同方案。 当采用水平深孔阶段矿房法时，矿块结构参数为阶段高度60～80m；岩走向布置的矿房长度为20～50m；垂直走向布置的矿房宽度为10～30m；间柱宽度10～15m，顶柱厚度一般为6～8m；底柱高度漏斗底部结构为8～13m，平底结构为5～8m。 当采用垂直深孔阶段凿岩阶段矿房法时，阶段高度50～60m；矿房沿走向布置，长50～70m，宽15～20m；矿房垂直走向布置，宽15～20m，长25～40m；底部多为平底结构，底柱高度6～8m；顶柱厚6～8m；间柱宽8～12m。 当采用垂直深孔分段凿岩阶段矿房法时，阶段高度50～60m；分段高度10～12～15m；矿房长度30～50m；间柱宽8～12m；顶柱高厚5～6m；底柱高10～13m。 当采用大直径垂直深孔阶段矿房法时，阶段高度60～70m；有的80～110m；矿房长度30～60m；宽度18～25m；顶柱厚10～15m；底柱一般为平底结构。 阶段矿房法矿房的允许暴露面积，可以用经验数据，见表2。 表2 国内金属矿山阶段矿房法矿岩允许暴露面积（m2） 岩体暴露位置 矿岩稳定程度 矿岩均稳固 矿石很稳固 岩石稳固 矿岩均很稳固 上盘岩石 矿石顶板 1500～2000 ＞800 2000～2500 800～1000 2500～5000 1500～1800 四、采准切割工作 当采用如图1的水平深孔落矿的阶段矿房时，阶段运输巷道一般布置在脉外，构成环形运输系统。在运输水平上部4～6m处设电耙巷道和专用回风巷道。凿岩天井的布置既要减少采准工作量，又要使深孔布置合理，一般布置在矿房的角上比布置在矿房中央好，可以较好地控制矿房边界，防止残留炮根，缩小矿房尺寸。凿岩天井的布置距离，使用中深孔时不超过10～12m，使用深孔则不超过20m。切割工作主要包括开掘拉底空间和扩漏。浅孔拉底和扩漏方法与浅孔留矿法的相类似。深孔拉底形成平底结构，可先在矿房两侧或一侧用浅孔留矿法采出切割槽，然后在凿岩巷道中，钻凿上向扇形深孔，爆破后形成拉底空间，如图2所示，也可根据底部结构选用其他深孔拉底施工方法。 图1 水平深孔阶段矿房法 1-凿岩硐室；2-阶段穿脉运输巷道；3-阶段沿脉运输巷道； 4-顶柱；5-水平深孔；6-间柱；7-电耙巷道；8-凿岩天井 图2 深孔拉底方法 1-放矿溜井；2-电耙巷道；3-人行天井；4-切割槽； 5-切割槽通风天井；6-切割槽顺路天井；7-深孔凿岩巷道；8-水平深孔 当采用垂直深孔分段凿岩或阶段凿岩阶段矿房法时，采准巷道布置如图3，切割工作包括开掘切割槽，形成拉底空间和扩漏三项工作。 图3 垂直深孔阶段矿房法 1-穿脉巷道；2-回风巷道；3-电耙巷道；4-凿岩巷道；5-拉底巷道 当采用大直径垂直深孔阶段矿房法时，采准工程只需在矿块上部掘进凿岩巷道或硐室，在矿块下部掘进出矿巷道；切割工程需在矿块下部拉底和在矿房的一端或中间形成矿房全高的切割槽。如图4。 图4 大直径垂直深孔阶段矿房法 1-运输巷道；2、3-堑沟拉底巷道；4-装矿巷道；5-切割天井； 6-切割槽；7-凿岩巷道；8-间柱；9-放矿溜井；10-垂直走向间柱 国内外部分矿山应用阶段矿房法的结构参数列于表3中。 表3 部分国内外阶段矿房法矿块结构参数 矿山名称 采矿方法方案 结构参数 阶段高度m 分段高度m 矿房长度m 矿房宽度m 间柱宽度m 底柱高度m 顶柱厚度m 大吉山钨矿 水平扇形深孔阶段矿房法 50～58 20～35 20～45 12～20 12～20 9～14 9～14 6～9 6～9 6～8 6～8 河北寿王坟铜矿 水平或垂直深孔阶段矿房法 60 60 15 30～40 15～20 ＜20～25 ＞20～25 6～8 8～10 13～16 13～16 13～16 13～16 红透山铜矿 水平深孔阶段矿房法 60 34 15～17 6～10 6～12 6～8 锦屏磷矿 水平深孔留矿法 60 50 28 12 8～12 6 四川石棉矿 水平深孔4阶段矿房法 56 54 10～20 6～8 10 6 弓长岭铁矿 深孔留矿法,阶段矿房法 40～60 40～60 22 14 10～15 20～25 6 8 19 19 19 19 杨家杖子钼矿 阶段矿房法,深孔留矿法 30～40 70 12 10～15 10～12 10～20 ＞20 10～15 8～10 7 7 6 6 金岭铁矿 分段凿岩阶段矿房法 60～70 12～13 30～40 16 ＜30 ＞30 6～10 69 8 8 5～8 6 辉铜山铜矿 分段凿岩阶段矿房法 60 9～11 37～42 8～10 8 11 6 李家沟铅锌矿 分段凿岩阶段矿房法 50 10～12 50 6～8 8 10 5 苏联高山铁矿 阶段凿岩阶段矿房法 60～70 40～60 10～12 8～10 8 加拿大克赖NO3镍矿 大直径潜孔阶段矿房法 75 60 24 18 堑沟 加拿大基德克里铜矿 大直径牙轮孔阶段矿房法 60～70 30 18 18 美国希思斯蒂尔铜矿 大直径潜孔阶段矿房法 85 42 ＞30 18 15 15 澳大利亚芒特艾萨铜矿 大直径牙轮孔阶段矿房法 60 40 40 美国切罗基铜矿 大直径牙轮孔阶段矿房法 120 45 30 27 21 9 美国皮里奇铁矿 大直径潜孔阶段矿房法 45～60 45 12～18 赞比亚穆富利纳铜矿 大直径潜孔连续式矿房法 75 41 16 12 15 五、回采工作 当采用水平深孔落矿的阶段矿房法时，若使用中深孔落矿，则凿岩爆破工作在凿岩天井中的平台和吊盘上进行。最小抵抗线为1.6～2m，为了避免二次破碎污浊风流影响凿岩工作，一般情况下，一个矿房中的炮孔全部钻凿完后，再分次进行爆破。若使用YQ-100型钻机钻凿深孔，则凿岩爆破工作是在房间矿柱的天井内的凿岩硐室中进行，最小抵抗线为2.5～3.5m。硐室直径为3.5～4m，钻凿一排深孔时，硐室高度为2～2.2m，两排时，高2.8m。上下凿岩硐室错开布置，深孔可用人工装药或装药器装药，用微差电雷管和导爆索系统起爆或用非电导爆管系统起爆。第一次爆破，由于拉底空间不大和需要保护底柱的稳固性，一般先爆1～2排深孔。以后逐渐增加爆破排数。每次爆破崩下的矿石可全部放出，亦可暂留于矿房中起调节出矿作用。一般采用电耙出矿，绞车能力为28～55kw，耙斗容积为0.3～0.5m3，也可采用装运机（或铲运机）或振动出矿机出矿。 当采用分段凿岩阶段矿房法时，回采方式与分段矿房法十分类似，不同之处在于分段凿岩阶段矿房法崩落的矿石是直接由阶段水平出矿，而分段矿房法各分段都有独立的出矿系统；矿岩的稳固性要求比分段矿房法更高；矿体倾角必须是急倾斜的。 当采用阶段凿岩阶段矿房法时，在矿房顶部向下钻凿ф110～130mm深孔或在矿房底部向上钻凿深孔，在阶段全高上崩落矿石可显著地减少采准工作量，凿岩巷道布置较简单，集中在一个水平上作业，因而架设、移动深孔钻机均较方便，装药爆破工作也较省力，垂直深孔爆破对底柱的破坏力较小，有利于底柱的维护。但是，普通深孔钻机不够完善，钻凿的深孔偏斜率大，爆破效果不佳，大块率高，影响出矿效率。国外（苏联），为了改善该法的出矿效率，试验和推广应用垂直深孔配合振动出矿机出矿，垂直深孔配合平底结构自行设备出矿，均取得了较好的技术经济效果。70年代到80年代，美国和加拿大等国，把露天矿应用的大直径潜孔钻机改为地下矿应用的窄矮结构的自行式潜孔钻机，如ROC-306,CMM-1,CMM-2等。这些钻机是用来钻凿下向深孔的。孔径为150～165mm，孔深可以达到60～90，甚至110m。由于采用较先进的稳杆器导向和用增压器提高管路风压到1.1～1.8MPa，并用气水混合流体或除尘器除尘，因而可以控制大直径深孔的偏斜率小于1，保证了钻孔的准确性，并提高了凿岩速度和效率，劳动条件也得到改善。 六、阶段矿房法的评价 阶段矿房法，特别是大直径下向深孔阶段矿房法，是一种很有发展前途的采矿法。它的主要优点是采矿成本低，通风条件好，作业安全；可以采用ROC-306、CMM-1、CMM-2等钻机凿岩，炮孔深度大，偏斜率小，质量好，从而落矿效率高，块度较均匀；可以采用大型电耙、装运机、铲运机、振动出矿机等高效率出矿设备出矿，出矿效率高，矿房生产能力大。机械化程度高，工人劳动强度低，劳动生产率高。它的主要缺点是矿柱矿量所占的比重大，回采矿柱时损失贫化大；深孔不易控制矿体边界；且不能分采和剔除夹石。 阶段矿房法的发展方向是寻求高效率、低成本与可靠的岩层加固技术，以扩大矿房尺寸，减少矿柱矿量所占的比重；优化凿岩爆破参数，以提高落矿效率和落矿质量；研究大直径深孔的堵孔和装药新技术，简化装药程序，提高装药效率。 部分国内外阶段矿房法技术经济指标，列于表4中。 表4 部分国内外阶段矿房法技术经济指标 矿山名称 矿房生产能力t/d 采切比m/kt 凿岩效率 出矿效率 设备 台数吨/班 设备 吨/班 大吉山钨矿 240～320 7.60 BA-100潜孔钻机 169.7 电耙绞车 ZCZ-2装运机 河北寿王坟铜矿 300～400 5.2 YQ-100潜孔钻机 155～200 55kW电耙铲运机 红透山铜矿 300～400 YQ-100潜孔钻机 30～50kW电耙 130～150 锦屏磷矿 360～500 4.56.5 YQ-100潜孔钻机 2521 ZDPJ-30电耙铲车 四川石棉矿 260 YQ-100A型潜孔钻机 弓长岭铁矿 250～300 YQ-100潜孔钻机 杨家杖子钼矿 200～400 140～200 5.6 YQ-100钻机 211～28 130.2 30或55kW 电耙绞车 300～400 金岭铁矿 273 11.4 BBC-120F型钻机 31.76米/台班 T4G装运机 91.15 辉铜山铜矿 300～370 YG-80型钻机 振动放矿机 李家沟铅锌矿 YG-80型钻机 ZFS型振动放矿机 600～8000 苏联高山铁矿 11000～15500t/月 4.3～4.9 BA-100型钻机 152 加拿大克赖顿NO3镍矿 JOY-RIR潜孔钻机 1100 6m3铲运机 加拿大基德克里铜矿 Robins11D或11ND牙轮钻机 铲运机 美国希思斯蒂尔铜矿 高风压潜孔钻机 低风压潜孔钻机 39米/台班 19.2米/台班 铲运机 澳大利亚芒特艾萨铜矿 Robins11MD牙轮钻机 铲运机 美国切罗基铜矿 履带式牙轮钻机 25米/台班 铲运机 美国皮里奇铁矿 Mission潜孔钻机 544 铲运机 赞比亚穆富利纳铜矿 Atlas ROC306潜孔钻 铲运机 （续）表4 矿山名称 每米孔崩矿量t 损失率 贫化率 主要材料消耗 采矿工人劳动生产率吨/工班 成本元/吨 炸药kg/t 雷管个/吨 木材m3/kt 大吉山钨矿 12～20 13～24 86.7 0.268 0.142 0.06 6.5～12 61.7 2.79 河北寿王坟铜矿 20～25 6.8～199 12.2 19.1 0.26 0.47～0.69 0.372 5.26～24.6 51～83 1.87～2.45 红透山铜矿 15～20 25 18～20 0.25～0.35 0.42～0.8 0.4～3.5 50～68 1.54～2.17 锦屏磷矿 26.36 12.9～18 9.02～12 0.30 0.47 3～3.5 22.5 1.21～1.59 四川石棉矿 20 10 0.26 10 弓长岭铁矿 24～32 9～11 0.45～0.70 0.4～0.6 13～24 8～11 杨家杖子钼矿 0～35 26.5 9.97 14.5 15 10.8 金岭铁矿 5～6 29.28 47.55 24.51 0.547 19.78 21.31 辉铜山铜矿 4.5～5.0 7～10.5 3～8 16～35 4.41 李家沟铅锌矿 苏联高山铁矿 1～2 8～12 0.286 53 加拿大克赖顿NO3镍矿 0.362 9.8全员 加拿大基德克里铜矿 74 0.34 美国希思斯蒂尔铜矿 65 0.272 澳大利亚芒特艾萨铜矿 75～88 美国切罗基铜矿 68.9 40全员 美国皮里奇铁矿 10 0.52 0.045 赞比亚穆富利纳铜矿 55 0.26