铀矿开采.pdf

第三章 铀矿开采 铀矿开采是生产铀的第一步，它是在地质勘探确定了铀矿床的基础上进行的，它的任 务是把工业品位的铀矿石从铀矿床中开采出来。 3.1 铀矿开采的一般原则 铀矿开采与其它有色金属矿的开采一样，主要分为三个步骤 （1）开拓 开拓是通过从地面到矿床开掘的一系列巷道（井筒、平硐等） ，使矿床与地面之间形成 完整的提升、运输、通风、排水、供水、供风、供电等必要的系统，以便在矿床内进行采 准和回采工作。 矿山开拓的方法可以分为平硐开拓、斜井开拓、竖井开拓和采用两种以上方法的联 合开拓。 我国 237 座矿山所采用的开拓方法列于表 3-1 [3.1]，其中平硐开拓占 28 ，斜井开拓 占 11 ，竖井开拓占 38 ，联合开拓占 23 。 由表 3-1 可见，在我国 20 座铀矿所采用的开拓方法中，平硐开拓占 15 ，斜井开拓 占 45 ，竖井开拓占 40 。 表 3-1 我国矿山采用的开拓方法 开 拓 方 法 矿 种 平 硐 斜 井 竖 井 联 合 铁 矿 17 9 17 7 黄金矿 6 1 11 7 有色矿 24 1 41 34 铀 矿 3 9 8 0 化学矿 11 1 3 5 建材矿 4 5 11 2 合 计 65 26 91 55 百分比 / 28 11 38 23 矿床开拓的投资占采矿总投资的 40 60 ， 因此选择经济合理的开拓方案是十分重 要的。 38 （2）采准和切割 采准是回采的前期准备工作，它的任务是在开拓好的矿床中，根据矿体和围岩的特点 选择合适的采矿方法后，按照采矿方法的要求和具体情况，沿矿体和在矿体内开掘一系列 运输、通风、人行井巷，把矿体划分成采场，为回采建立必要的工作环境。 切割工作是在采准完毕的矿块中为大规模回采矿石开辟自由面和补偿空间，例如拉 底巷道、切割天井（或切割上山）等。 （3）回采 回采是在已做好采准工作的采区里，从矿床中大量开采出矿石的所有过程，包括崩 矿、搬运、支护和采空区处理等。 所谓的采矿方法也就是采准、切割和回采工作的总称。 我国的大多数铀矿床的矿体小而薄，矿体厚度 1 m 3 m 的占总数的 68 ，埋藏浅的 矿床较少。因此，地下开采占总产量的 80 85 ，露天开采只占 15 20 。采矿方 法以充填采矿法为主，其产量占总产量的 60 [3.2]。 3.1.1 开采过程中的品位控制 铀矿石中铀的质量百分数称为铀的品位。通常用最低工业品位确定铀矿石是否具有开 采价值，最低工业品位是由矿石开采、加工的经济合理性决定的，它与铀矿加工工艺的技 术水平和矿床的铀储量有关。 在铀矿开采各个阶段的工业品位中，最重要的是回采时的边界品位。矿床内所有达到 边界品位的最小开采单元储量（包括金属量和矿石量）的总和就是矿床的总储量，总金 属量除以总矿石量就是矿床的平均品位。在开采过程中可以用边界品位作为区分铀矿石和 废石的标准。 但是，边界品位是一个技术经济指标，它需要从矿山实际情况出发，根据矿床的开采 技术条件，矿石的加工特性和考虑铀资源的充分利用，通过对所开采铀矿的利润总额、净 现值、内部收益率和投资回收期等经济指标的分析，按照盈利的原则，才能确定铀矿的最 佳边界品位。 确定的边界品位过高，铀资源得不到充分利用；确定的边界品位过低，则降低了供矿 品位，提高了铀矿加工成本，造成亏损。因此，对于加工性能不同的铀矿和采用不同加工 技术的铀矿，应当采用不同的最佳边界品位。 由于铀矿地质条件复杂，矿床开采时不可避免地会有一定数量的矿石损失，同时也会 混入一定数量的废石。在开采过程中损失的矿石数量称为损失量，损失量占矿石开采量的 百分比称为损失率。在开采过程中混入矿石中的废石数量称为废石混入量，废石混入量占 矿石开采量的百分比称为贫化率。 损失率和贫化率是考核矿产资源开采利用程度和采出矿石质量的重要指标，降低矿石 的损失率是为了最大限度地利用铀资源，降低矿石的贫化率是为了提高供矿品位，降低铀 矿加工成本。 由此可见，作为铀资源，需要由地质勘探确定铀矿床，在开采时需要按照由盈利原则 确定的边界品位来圈定矿石。在矿石开采过程中，需要控制矿石的损失率和贫化率，确保 较高的供矿品位。 39 各种采矿方法的矿石损失率和贫化率见表 3-2 [3.3]。 表 3-2 各种采矿方法的矿石损失率和贫化率 充 填 采 矿 法 空 场 采 矿 法 崩 落 采 矿 法 指 标 水平分层 倾斜分层留矿法 全面法 壁式法 分层法 矿床类型 花岗岩 火山岩 碳硅泥岩 含铀煤 花岗岩 火山岩 碳硅泥岩 碳酸盐 砂岩 碳硅泥岩 方法采用率 / 51 53 3 6 5 12 7 12 15 16 8 10 矿石损失率 / 0.3 8 3.5 33 1.7 30.64.4 31.71.4 5 3.8 20.5 矿石贫化率 / 5.8 65 22 45 6.4 37.818 23.718.8 45 7.8 22.8 由表 3-2 可见，损失率和贫化率的最大值和最小值之间差距很大。这表明在开采过程 中控制损失率和贫化率是一项极为重要的任务。 在铀矿开采过程中，补充勘探十分重要。补充勘探包括通过开拓、采准和切割，确 定铀矿体的实际形态、矿石的平均品位和真实储量；在矿体的延伸部分和地质资料提供的 II 级估增资源（EAR-II）地区，通过坑探和钻探进一步扩大铀资源。 3.1.2 开采过程中的放射性控制 由于铀矿中存在 238U、235U、226Ra、232Th 等天然放射性元素，它们在衰变过程中还会 产生一系列子体核素，放出α、β、γ射线。因此，铀矿床具有较高的放射性。 在铀矿床的勘探、开采、运输、加工等过程中，都必须考虑辐射防护、通风和环保方 面的要求。在铀矿开采过程中除了要考虑噪音、振动、塌方、水患、自燃等危害以外，还 必须考虑放射性的危害，这也是铀矿开采的特点。 3.1.2.1 铀矿开采过程中的放射性危害 3.1.2.1.1 直接辐射 铀矿中铀、钍、镭及其子体所放出的β、γ射线，对矿工形成全身外照射。尤其当矿 石品位超过 1 时，γ射线成为对矿工形成直接辐射的主要原因。其中，88 的能量来 自 214Bi，12 的能量来自214Pb，它们都是222Rn 的短寿命子体。一般情况下，在品位为 0.1 的铀矿体的水平巷道中央，剂量率约为 5μGy / h；当品位超过 0.5 时，矿工就会 受到超过 50 mSv 的年允许剂量的危害 [3.4]。 3.1.2.1.2 氡气 氡是镭衰变产生的惰性气体，它无色、无味、无臭、透明，可溶于水和油（尤其是脂 肪）中，能被硅胶和活性炭吸附。 氡能在矿岩空隙中移动，并进入矿井的空气中。氡是短寿命（半衰期 3.82 d）的α粒 子放射源，吸入氡气本身是无危害的，因为它不会滞留在肺中。但是，222Rn 衰变产生的子 体（218Pb、214Pb、214Bi）都是放射性的固体微粒，它们一旦与矿尘相结合形成放射性气溶 胶，就可能沉积在肺中。因此，矿工一旦吸入氡气后，氡子体对肺造成的剂量比氡本身要 大 20 倍。 铀矿开采过程中，氡主要来自含铀岩石的暴露表面、地下堆积的铀矿石、采空区或崩 40 落体、充填料和矿井水。几个铀矿山的实测数据见表 3-3 [3.5]。 表 3-3 矿井中氡的析出量和来源 铀矿山 宁乡铀矿 郴州铀矿 衢州铀矿 大浦铀矿 南雄铀矿 氡的来源 氡析 出量 /kBq s-1 氡析 出量 /kBq s-1 氡析 出量 /kBq s-1 氡析 出量 /kBq s-1 氡析 出量 /kBq s-1 总排氡量 619.5100 985.3100 793.6100 345 100 603.8 100 采空区和 崩落体 545.488 351.535.7232.329.3 150 43.5240 39.7 顺路井和 充填体 222 22.5168 21.2 130 21.5 矿石表面 64.810.5 334.634 358 45.1 181 52.5187.2 31.1 爆落矿堆 70.5 7.2 35 4.4 14 4.0 48.6 7.7 矿井水 0.8 0.13 6.7 0.67 其 他 8.5 1.4 采矿方法 分层崩落法 充填采矿法 充填采矿法 进路短壁法 充填采矿法 通风方式 对角两翼 抽出式 对角单翼 抽出式 对角两翼 抽出式 对角两翼 压入式 对角单翼 压入式 注1980 年1985 年的数据 3.1.2.1.3 粉尘 铀矿开采过程会产生大量的矿石粉尘，这些粉尘颗粒含有许多长寿命的α放射源，包 括238U、230Th、226Ra、210Po 等。 虽然吸入人体的放射性粉尘，其中所含的大多数放射性核素，在它们衰变并释放完能 量前，就能被人体排出体外。但是，由于回采工作面上的粉尘量非常大，因此采矿过程中 粉尘的危害也是非常大的。采矿工人必须佩带防护面具或其它防护用品，以减少粉尘的吸 入量。 3.1.2.2 铀矿开采过程中的放射性监测 为了防护和减少放射性的危害，应当对个人在工作期间所接受的辐射强度，在每种工 作岗位所接受辐射的平均强度和不同工作地点放射性核素的平均含量，经常性进行放射性 监测。 按照国际辐射防护委员会推荐的标准以及有关剂量的限值，要求直接辐射、氡气和放 射性粉尘三种危害的累积影响应当符合以下公式 [3.4] （3-1） Hp 0.05 Sv IPMU 1.7103 Bq JR222Rn 0.02 J ＜ 1 式中Hp 为外部辐射的最大年等效剂量， （Sv） IPMU 为一年内吸入的铀矿石粉尘中α粒子的放射性强度， （Bq） JR222Rn 为一年内吸入的 222Rn 子体产物中α粒子的势能， （J） 当开采过程中 220Rn 的危害显著时， （3-1）式左边应增加一项JR220Rn / 0.06 J 。开 采钍矿时， （3-1）式左边还应增加一项IPMTh / 300 Bq 。 41 3.1.2.3 铀矿开采过程的通风方式 铀矿开采过程中为了降低氡气的危害，必须采用良好的通风系统。一个完善的排氡通 风系统应当满足以下要求 [3.5] （1）入风的风质好。 入风口的氡浓度不应超过表 3-4 所列的指标。 表 3-4 入风口的氡浓度指标 入风口 总入风口 工作面入风口 最末入风口 氡浓度 / kBqm-3 0.12 1.2 1.8 2.5 （2）通风体积小。 通风体积小可以减少氡的析出量， 缩短换气时间， 降低氡和氡子体的α潜能平衡比 K。 K 0.181 Ea / C （3-2） 式中Ea为氡子体的α潜能， （μJ/m3） C 为氡浓度， （kBq/m3） 实测的换气时间与 K 值的关系见表 3-5。 表 3-5 实测的换气时间与 K 值的关系 铀矿山 换气时间 / min 工作面氡浓度 C / kBqm-3 氡子体的α潜能 Ea / μ J m-3 氡和氡子体的α 潜能平衡比 K 郴州铀矿 22 2.92 2.56 0.159 大浦铀矿 20.36 3.26 1.57 0.087 南雄铀矿 6.8 3.18 0.56 0.032 赣州铀矿 13 2.04 1.63 0.14 宁乡铀矿 11.9 3.81 5.57 0.264* * 系统调整后的数据 （3）压力分布有利于控制氡的渗流析出和防止入风污染，不受自然风压的干扰。 在裂隙发育地带或采空区附近应保持正压，使渗流指向采空区。在自然风压干扰的情 况下，应尽量保持矿岩体氡的渗流方向不变。因此，抽压联合通风中零压点和负压区的选 择，单一压入或抽出通风中压差的调整，对控制氡的渗流和排氡极为重要。 （4）通风效率高，漏风少。 在多路进风条件下，风量分配要合理，尽量减少角联，减少独头通风和死角。 （5）控制氡的析出量和析出率为最小。 压入式通风，井下空气处于正压状态，氡的渗流方向指向井外，有利于控制氡的析出 量，入风风质好；但漏风率大，工作面供风不足，难于管理。一般来说，压入式通风适用 于矿岩裂隙发育，采空区多，容易造成污染的矿山。 抽出式通风，井下空气处于负压状态，氡的渗流方向指向井下，会促使氡的析出量增 加；但漏风率小，管理简单。一般来说，抽出式通风适用于矿岩致密，渗透性小，能建立 42 良好的回风水平，采空区的氡不会污染新鲜风流的矿山。 抽-压混合式通风，兼有上述两种通风方式的优点，适用于通风线路长，阻力大，自然 风压干扰较大的矿山。 一个完善的排氡通风系统不可能是一劳永逸的。随着采矿工作的进展或其他条件的变 化，通风网络结构、压力分布、风量分配、氡的析出量和析出率在不断变化，必须适时进 行调整消除循环风，控制氡的污染，防止漏风，保证压力和风量的合理分布。调整的原 则是安全、有效、经济、合理。 如果井田范围较大，通风效果差，采用分区通风和必要的密闭是有效的。 3.1.2.4 铀矿石品位的放射性监测 由于铀矿石具有放射性，因此开采过程的品位控制可以用放射性监测的方法实现。 物探跟班取样是铀矿开采过程中的主要工序之一，是指导生产正常进行，降低矿石损 失率和贫化率的关键。 在爆破作业开始前，可以利用放射性物探的方法确定品位，按照开采的边界品位圈定 矿体，指导采矿工人进行采矿工作。在爆破作业以后，可以利用放射性物探的方法把爆破 下来的矿石和废石分开，提高供矿品位。 对运输车辆所运矿石进行放射性强度测量，可以计算矿山或采场的矿石产量，确定供 矿品位，满足矿石加工的需要。 3.1.3 铀矿开采的技术特点 3.1.3.1 开拓和采准的原则 铀矿开采过程中，开拓和采准应当遵循以下原则 （1）开拓巷道一般布置在脉外，必须穿过矿体的巷道数量应当尽可能少。 （2）采用后退式回采顺序，使采空区尽量保持在回风系统一侧，避免采空区释放的氡 及其子体污染新鲜风流。 （3）井田范围不宜过大，有良好的通风系统。 （4）主要的行人和运输巷道、提升机房、机修室、矿石检查站、炸药库等应布置于新 鲜风流中。地下储矿仓和水仓应有单独的回风道。 （5）坚持采探结合，并尽可能以钻探代替坑探，减少氡析出量。 我国铀矿开采的采掘比见表 3-6 [3.5]。 表 3-6 我国铀矿开采的采掘比 矿床类型 砂岩型 碳硅泥岩型花岗岩型火山岩型脉状火山岩型块状 采掘比 / m kt -1 60 80 25 42 37 43 78 17 3.1.3.2 对采矿方法的要求 选择开采铀矿的方法除了考虑矿石和围岩的稳固性、矿体的厚度和倾角以外，还应当 考虑所选择的方法能保证氡的析出量最小，开采的矿石损失率和贫化率小，回采中有利于 辐射取样和围壁探矿，并考虑铀矿床的形态。 充填采矿法最适合上述要求，但是从表 3-3 可见，从采场顺路井和充填体析出的氡约 占矿井总析出氡量的 20 ，可见从充填料中析出的氡不容忽视。 43 留矿法由于有大量爆破后的矿石在采场储存，所以氡的析出量大。郴州铀矿的实测表 明，留矿法采场平均氡浓度为 33.3 kBq / m3，是国家标准的 8 倍。采用下行通风后可以降 低工作面的氡浓度，但应注意下行排风对新鲜风流的污染。 采用崩落法，如果通风系统不合理，崩落体析出的大量氡会造成严重污染。宁乡铀矿 的数据表明，从崩落体析出的氡占矿井总析出氡量的 88 ，井下实测的平均氡浓度达到 22 kBq / m3 。 3.2 铀矿开采的方法 根据铀矿石的埋藏深度和当地的环境条件，可以选择露天开采或地下开采的回采方法 开采铀矿。 由于露天采矿的生产率高，矿石回收率高，排水容易，采矿也比较安全。因此，在条 件允许的情况下，尽可能采用露天采矿。但是，露天采矿的粉尘污染很严重，对环境的影 响比地下采矿要大。随矿体埋藏深度的增加，露天采矿的剥离工作量必然会大量增加，成 本提高，从而降低了露天采矿的优势。对于埋藏深度距地表（含山坡表面）超过 200 m 的 矿床，应当采用地下采矿。 3.2.1 露天开采 五十年代末期，我国在建设第一批铀矿的时候就采用了露天开采的技术，到七十年代 初，又建设了一批露天开采的铀矿。我国露天铀矿的矿石产量占国内铀矿总产量的 20 左 右。在露天开采的铀矿中，85 属于山坡露天，15 属于深凹露天。一般来说，露天采 矿的规模为年产矿石 8104 t 12104 t， 开采深度为 100 m 150 m， 梯段高度为 5 m 10 m，边坡角度为 40 50 [3.6]。 3.2.1.1 露天开采境界的确定 露天开采需要首先剥离围岩，暴露矿体，才能把铀矿石开采出来。因此，剥采比是露 天开采经济性的主要指标。 露天开采境界是由露天采场的底面和坡面所限定的可采空间的边界。露天开采境界的 合理确定是露天开采中的重要课题之一，它是影响露天开采方案取舍和扩大开采比重的关 键。露天开采境界一般采用境界剥采比小于或等于经济合理剥采比来确定。可以用平均剥 采比小于或等于经济合理剥采比，或生产剥采比小于或等于经济合理剥采比，来校核所选 择的露天开采境界。 露天铀矿一般采用原矿成本比较法来计算经济合理剥采比，也就是根据露天开采的原 矿成本与地下开采的原矿成本相等的原则来确定经济合理剥采比（即经济上允许的最大 剥采比） 。经济合理剥采比可以由下式确定 ne c－a / b （3-3） 式中ne为经济合理剥采比， （m3/t） a 为露天开采的纯采矿成本（不包括剥离） ， （元/t） b 为露天开采的剥离成本， （元/m3） c 为地下开采的采矿成本， （元/t） 我国铀矿山曾采用的最大经济合理剥采比为 10 m3/t，铀矿山实际采用的露天开采境界 44 见表 3-7 [3.7]。 表 3-7 铀矿山的露天开采境界 平均剥采比 / m3t-1经济合理剥采比 / m3t-1 铀矿山 境界剥采比 / m3t-1 设计 实际 设计 实际 采场 深度 / m 矿石年 产量 /104 t 宁乡铀矿 6.87 5.02 2.43 7.00 5.50 92 2 抚州铀矿 8.00 5.06 2.03 9.75 7.50 108 6 大新铀矿 3.30 2.32 3.40 160 10 赣州铀矿 4.95 3.34 8.00 130 12 3.2.1.2 露天开采的损失率和贫化率 露天开采的回收率较高，除探明的矿体外，还能回收露天开采境界内的盲矿体，开采 损失主要是矿石散落在剥离废石之中造成的。一般情况下，露天铀矿在生产过程中铀矿石 的损失率只有 1 6 （见表 3-8） [3.8]。但是由于废石的混入，矿石的贫化率可高达 35 （见表 3-9） [3.8]。贫化率高必然增加矿石的运输费和水冶加工费，因此降低贫化率是露天 开采的重要任务。 表 3-8 露天铀矿的矿石损失率 矿石损失率 / 铀矿山 矿体形态 矿体平均厚度 / m 爆破孔径 / mm 平均值 最好值 抚州铀矿 群脉型 1 4 150 200 6.63 5 大新铀矿 单脉型 10 30 150 4.42 2.4 上饶铀矿 单脉型 中厚 150 2.31 0.6 南雄铀矿 单脉型 15 150 1.4 0.97 修水铀矿 单脉型 4 12 50 65 5.94 2.75 表 3-9 露天铀矿的矿石贫化率 矿石贫化率 / 铀矿山 矿体形态 矿体平均厚度 / m 爆破孔径 / mm 平均值 最好值 抚州铀矿 群脉型 1 4 150 200 34.22 大新铀矿 单脉型 10 30 150 15.27 11.24 上饶铀矿 单脉型 中厚 150 23.19 14.6 南雄铀矿 单脉型 15 150 10.01 8.8 修水铀矿 单脉型 4 12 50 65 16.41 10.12 降低露天开采的矿石贫化率，可以采用以下措施 （1）对矿石和围岩进行分爆分采，分装分运。 45 在开采过程中，对矿石和围岩夹石分别打眼，并对无矿孔和有矿孔以及有矿孔中的矿 石和围岩部分分别进行爆破。 矿体厚度在 3 m 以上时， 采用中深孔爆破； 矿体厚度小于 3 m 时，采用在坡面底部打眼崩矿；对于密集多变的群脉型矿床，采用松动爆破的方法。爆破 下来的矿石用电铲倒堆，剔出废石，分别堆放和分别运走。 （2）适当降低梯段高度。 梯段高度是根据电铲安全高度、矿岩节理发育情况、爆破矿岩是否沿层面滑落和坡面 底部爆破圆锥体大小等确定的。梯段越高，露天生产能力越大。但是，对于埋藏条件比较 复杂的铀矿床，梯段高会使选别回采困难，增加贫化率。因此，适当降低梯段高度对降低 贫化率是有利的。对于采用铲斗容积为 0.2 m3 0.5 m3小型电铲装运矿石和岩石的露天铀 矿，梯段高度可以采用 5 m 8 m；对于采用手持式凿岩机打眼和电耙装运矿石和岩石的露 天铀矿，梯段高度可以采用 3 m 5 m 。 （3）手选废石。 在剥离的围岩和低品位矿石运往堆放场之前，再次进行物探分级。把品位稍高的矿石 和接近边界品位的矿石分开堆存，用人工对这些矿石堆采用分层手选的方法剔除废石，提 高矿石堆的铀品位。 （4）实行质量管理。 在生产过程中，通过物探监测手段，严密监视各生产环节的矿石贫化率，发现问题及 时解决。 3.2.1.3 露天开采的生产安全 露天开采在生产过程中除了考虑放射性危害和爆破安全外，保持边坡稳定是保证露天 开采顺利进行的重要条件。影响边坡稳定的因素很多，主要是岩石的物理机械性能和地质 构造。合理选择边坡角和平台宽度是保持边坡稳定的主要措施。 安全的平台宽度是阶段高度的 1/10，但不小于 1 m 。对于较深的露天矿，采场内每隔 2 3 个阶段必须设置一个宽度不小于 6 m 的清扫平台， 清扫平台的宽度也可以根据所选择 的清扫设备确定。 露天矿的边坡角是根据地质构造、岩石的物理机械性能、开采深度、开拓方法等确定 的。露天矿剥离台阶推进到最终境界时便形成最终边坡，最下一个台阶的坡脚线和最上一 个台阶的坡顶线的连线与水平面的夹角称为最终边坡角。最终边坡角一般在 35 50之 间，需要慎重进行选择。减小最终边坡角，虽然可以增加边坡的稳定性，但是也增加了岩 石的剥离量；如果为了减少剥离量，增大最终边坡角，则滑坡的危险性加大。 露天铀矿的梯段坡面角是由岩石（矿石）的普氏硬度 f（即岩石的坚固系数）决定 的，可以按表 3-10 选定 [3.6]。 表 3-10 露天铀矿的梯段坡面角 岩石的普氏硬度* / f 15 20 8 14 3 7 1 2 梯段坡面角 / 度 75 80 70 75 60 65 40 60 * 岩石的普氏硬度 f R/100， 其中R 为岩石的抗压强度kg/cm2 为了保持边坡稳定，必须注意穿爆工作对边坡的影响。接近边坡的炮眼一般都排在距 46 边坡 2 m 4 m 以内，孔距也适当加大，装药量减少到正常装药量的 60 70 ，并积极 推广预裂爆破技术。 对于遭到破坏的边坡，一般采取清坡和人工加固的方法进行处理。为了防止由于雨水 或洪水的危害影响边坡稳定，在采场上部边界线以外的地方需要挖排洪沟，在梯段平台上 需要挖排水沟。 露天开采时，要严格控制粉尘污染。露天开采的采场、堆矿场、废石场都是放射性污 染源，搞好环境保护是十分重要的任务。铀矿体的上部覆盖层和大部分围岩的比放射性强 度低于 3.7103 Bq/kg，属于无毒无害废石，它们可以用来做建筑材料或造田。一部分围 岩和矿体夹层废石或表外矿石，需要单独堆放和严格管理，在开采工作结束后进行覆盖和 植被处理。 3.2.2 地下开采 地下开采是通过井巷工程从地下采出矿石的开采方法。目前主要采用的地下采矿方法 见表 3-11 [3.9]。 我国 237 座矿山的开拓深度见表 3-12 [3.1]， 其中 小于 300 m 的占 59 ， 300 m 600 m 的占 35 （两者合计为 94 ） ，600 m 900 m 的占 5 ，1000 m 左右的只占 1 。 由表 3-12 可见，我国 20 座铀矿的开拓深度都小于 600 m，从地下采矿的开拓深度考 虑，属于浅部开采。 地下开采的采矿方法以采空区存在状态和维护方法为依据可以分为三大类空场采矿 法（自然支撑采矿法） 、充填采矿法（人工支撑采矿法）和崩落采矿法。 我国铀矿床的埋藏条件和矿岩的稳定性比较复杂，大多数铀矿体零星分散，厚度比较 薄，埋藏较深。因此，为了适应不同铀矿的实际情况，我国铀矿的采矿方法种类繁多。我 国铀矿的开采方法中按所采矿石量计， 1966年 1980年充填采矿法占55 60 ， 到1986 年充填采矿法达到 76 ，崩落采矿法占 13 ，留矿法只占 7 [3.5]。 我国铀矿地下开采以矿石计的全员劳动生产率见表 3-13 [3.10]。地下采矿的矿石损失率 和贫化率见表 3-14 [3.10]。地下开采的平均采掘比见表 3-15[3.10]。 3.2.2.1 空场采矿法 空场采矿法也称为自然支撑采矿法，这种方法把矿块划分为矿房和矿柱，分两步进行 回采，先采矿房，后采矿柱（或不采矿柱） 。回采矿房时，采空区依靠矿石和围岩自身的稳 固性和矿柱来维护。矿房回采后，有计划地回采矿柱和处理采空区。因此，采用空场采矿 法的基本条件是矿石和围岩稳固。 空场采矿法的优点是成本低，生产能力大，劳动生产率高，基建时间比较短，比较 容易达产。缺点主要是留下大量矿柱和采空区，需要进行第二步回采和处理；由于地压 随开采深度的增加而增加，因此在深部开采时，空场采矿法的应用受到限制。 在铀矿开采中，空场采矿法以全面采矿法为主。空场采矿法主要用于开采厚或中厚的 缓倾斜矿体，当矿体厚度超过 4 m 以上时，需要用已开采的矿石作为工人继续开采的操作 平台，这就是所谓留矿采矿法。但是，由于铀矿石的放射性，因此在铀矿开采中留矿采矿 法很少应用。 当采空区（顶板）的暴露面积超过地压允许的面积时，需要采用留岩柱、留低品位矿 47 柱或浇铸人工混凝土柱等三种方法支撑顶板，也可以用长锚索、锚杆或注浆等技术加固围 岩，保证生产安全。 表 3-11 主要的采矿方法 地压控制 采矿方法分类 采矿方法分组采矿方法名称 主 要 方 法 普通全面法 全面采矿法 留矿全面法 浅孔落矿房柱法 房柱采矿法 中深孔落矿房柱法 极薄矿脉留矿法 分层（单层） 空场法 留矿采矿法 浅孔落矿留矿法 分段采矿法 分段空场法 爆力运矿采矿法 有底柱分段采矿法 连续退采分段采矿法 水平深孔阶段矿房法 自然支撑 空场采矿法 阶段空场法 阶段矿房法 垂直深孔阶段矿房法（VCR 法） 上向分层充填法 上向分层充填法 上向进路充填法 上向进路充填法 点柱分层充填法 点柱分层充填法 下向分层充填法 下向分层充填法 分层（单层） 充填法 壁式充填法 壁式充填法 分段充填法 分段充填法 分段充填法 分段空场事后充填法分段空场事后充填法 阶段空场事后充填法阶段空场事后充填法 VCR 事后充填法 VCR 事后充填法 留矿采矿事后充填法留矿采矿事后充填法 充填采矿法 阶段充填法 房柱采矿事后充填法房柱采矿事后充填法 方框支柱法 方框支架充填法 方框支架充填法 人工支撑 支柱采矿法 横撑支柱法 横撑支架充填法 横撑支架充填法 长壁崩落法 短壁崩落法 壁式崩落法 进路崩落法 进路回采分层崩落法 分层（单层） 崩落法 分层崩落法 长工作面回采分层崩落法 无底柱分段崩落法 分段崩落法 有底柱分段崩落法 典型方案 高端壁无底柱分段崩落法 阶段强制崩落法 围岩崩落 崩落采矿法 阶段崩落法 阶段自然崩落法 典型方案 分段留矿崩落法 48 表 3-12 我国矿山的开拓深度 开 拓 深 度 / m 矿 种 ＜300 300 600 600 900 1000 左右 铁 矿 39 8 3 0 黄金矿 14 11 0 0 有色矿 33 56 9 2 铀 矿 16 4 0 0 化学矿 20 0 0 0 建材矿 19 3 0 0 合 计 141 82 12 2 百分比 / 59 35 5 1 表 3-13 地下开采的全员劳动生产率 全员劳动生产率 / t人-1d-1 铀矿山 矿山 规模 开拓方式 采矿方法 平均值 最好值 郴州铀矿 大 平硐、竖井 充填采矿法 0.170 0.240 大浦铀矿 大 斜井、竖井 进路采矿法 0.235 0.350 衢州铀矿 大 平硐、斜井、竖井充填法、全面法0.212 0.280 翁源铀矿 中 平硐、斜井、竖井充填法、留矿法0.198 0.310 宁乡铀矿 小 平硐、斜井 分层崩落法 0.115 0.230 仁化铀矿 小 平硐、斜井 空场采矿法 0.261 0.380 临沧铀矿 小 斜井 进路采矿法 0.158 0.250 注截至 1986 年的统计资料 3.2.2.2 充填采矿法 充填采矿法的主要特征是充填工序作为回采工作的必要步骤，充填体起着控制采场地 压，支撑围岩，延缓和阻止采空区围岩被破坏和移动的作用。充填采矿法可以采用两步回 采，在第一步回采时，随回采工作面的推进，充填采空区以防止围岩崩落；也可以一步或 连续回采，回采和充填交替进行。 充填采矿法一般应用于围岩不稳固，或围岩和矿石都不稳固的矿床。 近年来，由于无轨采矿、高分层落矿和充填系统自动化等技术，使充填采矿法的成本 下降，采场生产能力和劳动生产率提高，在一些矿石和围岩都稳固的矿床也开始使用充填 采矿法。 充填采矿法有利于开采深部矿床，开采水下、建筑物下和构筑物（铁路、桥梁）下的 矿床，以及开采有自燃倾向的矿床。充填采矿法的矿石回收率高，贫化率低，采选综合经 济效益好。采用尾砂充填可以减少地面尾矿库面积，改善矿山环境。 49 表 3-14 地下采矿的矿石损失率和贫化率 矿石损失率 / 矿石贫化率 / 铀矿山 矿体厚度 / m 采矿方法 平均值最好值 平均值 最好值 郴州铀矿 20 30 充填采矿法 4.51 1.3 16.66 8.0 抚州铀矿 极薄至中厚 充填法、留矿法 5.13 1.0 33.36 27.6 翁源铀矿 2 8 充填法、留矿法 2.7 1.4 23.94 18.4 南雄铀矿 0.5 3 充填法、留矿法 2.7 1.4 58.3 39.6 仁化铀矿 2.1 3.8 充填采矿法 3.3 1.7 29.71 23.6 衢州铀矿 1 20 充填法、全面法 2.8 1.1 11.62 5.9 贵阳铀矿 0.7 3 空场采矿法 9.93 3.6 21.44 17.5 大浦铀矿 0.12 4.7 进路采矿法 10.09 1.0 25.7 7.8 安化铀矿 0.7 4 分层崩落法 8.87 4.4 13.45 9.5 宁乡铀矿 2 5 分层崩落法 6.9 0.9 13.09 5.8 伊宁铀矿 0.14 4.65 短壁法倾斜分层充填法13 2.5 28.26 10.6 表 3-15 地下开采的平均采掘比 铀矿山 采矿方法 矿体厚度 / m 平均采掘比 / mkt-1 郴州铀矿 充填采矿法 20 30 27.162 翁源铀矿 充填采矿法 2 8 27.963 仁化铀矿 充填采矿法 2.1 3.8 19.085 南雄铀矿 充填采矿法 0.5 3 49.215 衢州铀矿 充填采矿法 1 20 24.413 抚州铀矿 充填采矿法 极薄至中厚 79.626 大浦铀矿 进路采矿法 0.12 4.7 82.595 安化铀矿 分层崩落法 0.7 4 27.741 伊宁铀矿 短壁法倾斜分层充填法0.14 4.65 69.114 兴城铀矿 空场采矿法 2 19.085 贵阳铀矿 空场采矿法 0.7 3 94.118 注截至 1986 年的统计资料 充填材料分为干式、水砂和胶结充填材料三类 （1）干式充填材料。 干式充填材料应是惰性材料，不含挥发性有害气体，含硫不超过 5 8 ，以防产生高 温和二氧化硫。一般可以利用井下巷道掘进时产生的废石，但来源有限，因此还需要开辟 专用采场开采废石，满足充填的需要。 （2）水砂充填材料。 常见的水砂充填材料包括尾砂、河砂、山砂、破碎砂和水淬炉渣等。 50 水砂充填材料除了要求化学性质稳定和颗粒本身具有一定的强度以外，还要求具有较 好的渗透性能，保证及时脱水以便进行回采作业。一般认为，水砂充填材料在 10℃ 时的 渗透系数应不低于 5 cm/h 7 cm/h，因此用尾砂作为充填材料时，0.02 mm 以下细粒级的 含量不能超过 10 15 。 （3）胶结充填材料。 胶结充填材料主要是水泥，也可以用粉煤灰、高炉炉渣、细砂等部分取代水泥。炉渣 需要磨碎，磨碎后的炉渣粒度小于 0.074 mm 必须占 40 50 以上。 支柱采矿法是用方框（或横撑）支架配合充填来维护采空区，控制顶板和围岩，防止 由于顶板和围岩的崩落而造成地表下沉，为回采工作创造安全作业条件，保证地表建筑物 不被破坏。 支柱采矿法适用于矿石和围岩极不稳固，矿床产状极其复杂，顶板不许崩落，矿石品 位较高的矿床。但是这种方法劳动强度大、工序复杂、采矿成本高、劳动生产率低，因此 目前已很少采用。 郴州铀矿为后生热液铀-钼型沉积变质矿床， 矿体赋存于由黑灰色石英岩和微石英岩组 成的硅质带中，矿体形态复杂，呈不规则透镜体或巢状，与围岩界线不明显。矿体大小不 一，走向长度 20 m 200 m，倾角 70 90。矿石坚硬稳固，含矿不均匀，铀品位变化 大。采矿方法采用水平分层胶结充填法，阶段高度 40 m 50 m，每个分层回采后，用废石 充填，每充填 0.6 m 就用水泥砂浆固结充填料一次。充填料取自地面采石场，部分取自表 外矿堆浸后的尾矿 [3.5]。 衢州铀矿是我国铀矿首例水砂充填工程，于 1992 年 7 月建成，1993 年 5 月通过验收 正式投产，从此结束了我国铀矿只依靠干式充填的历史。充填料通过两段破碎闭路系统破 碎成为合格砂，在合格砂与水混合以后，利用自然压头通过注砂管把充填料输送至采场充 填，井下废水循环使用。平均充填能力 70 m3/h，最大 83 m3/h，充填 1 个 1000 m3的采空 区，只需要 15 h，而干式充填需要 200 h 300 h [3.11]。 3.2.2.3 崩落采矿法 崩落采矿法主要用于开采矿体和围岩都不稳固的矿床。它是一步回采的采矿方法，以 崩落围岩的方法实现采场的地压管理。它的特点是随回