地下矿山采矿方法设计思维.pdf

2020年 4月下 世界有色金属37 采矿工程 Mining engineering 地下矿山采矿方法设计思维 尹丽冰 （巴彦淖尔西部铜业有限公司， 内蒙古 巴彦淖尔 0 1 5 0 0 0 ） 摘 要 为了提高地下矿山采矿效率、 保证采矿质量以及开采工作的安全性， 地下矿山采矿方法需要随着经济发展和 技术进步而创新。 对于地下矿山采矿工作人员而言， 创新地下矿山采矿方法的基本前提是需要具有地下矿山采矿方法 设计思维， 以提出更高效、 更安全、 适用性更强的新型采矿方法。 关键词 地下矿山 ； 采矿方法 ； 设计思维 中图分类号 T D 8 0 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 2 0 ） 0 8 - 0 0 3 7 - 2 Design thinking of mining in underground mine YIN Li-bing B a y a n n u r We s t C o p p e r C o . , L t d . , B a y a n n u r 0 1 5 0 0 0 , C h i n a Abstract I n o r d e r t o i mp r o v e t h e mi n i n g e f f i c i e n c y , e n s u r e t h e mi n i n g q u a l i t y a n d t h e s a f e t y o f mi n i n g w o r k , t h e mi n i n g me t h o d s o f u n d e r g r o u n d mi n e s n e e d t o b e i n n o v a t e d w i t h t h e e c o n o mi c d e v e l o p me n t a n d t e c h n o l o g i c a l p r o g r e s s . F o r u n d e r g r o u n d mi n i n g w o r k e r s , t h e b a s i c p r e mi s e o f i n n o v a t i o n o f u n d e r g r o u n d mi n i n g me t h o d s i s t o h a v e t h e d e s i g n t h i n k i n g o f u n d e r g r o u n d mi n i n g me t h o d s , i n o r d e r t o p u t f o r w a r d n e w mi n i n g me t h o d s t h a t a r e mo r e e f f i c i e n t , s a f e r a n d mo r e a p p l i c a b l e . Keywords u n d e r g r o u n d mi n e ; mi n i n g me t h o d ; d e s i g n t h i n k i n g 随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步， 矿业 也随之有了根本性变革 [1]。 地下矿山采矿方法比较具有代表 性的是充填采矿法 [2]，目前，也正朝着更高效、更安全、适 用性更强的方向发展。 对于地下矿山采矿工作人员而言， 需 要跟随矿业发展趋势， 努力创新地下矿山采矿方法， 创新的 基本前提是需要具有地下矿山采矿方法设计思维， 需要具备 专业的基础知识， 比如地质学、 水力学和物理学等学科知识， 以及较为丰富的工作实践经验， 继而创新出更科学的地下矿 山采矿方法。 本文首先介绍了当前我国地下矿山采矿行业现 状、 地下矿山采矿方法的使用情况， 随后， 介绍地下矿山采 矿方法的未来发展趋势， 以及地下矿山采矿方法工作人员如 何结合自身的知识和实践经验， 培养地下矿山采矿方法设计 思维， 提高工作效率。 1 我国地下矿山采矿行业现状 近年来， 随着工业的发展和人民生活水平的提高， 各行 各业对矿业产品的需求量不断增加。 数据表明， 我国对于矿 业产品的开采量增长迅速， 尤其是铁矿石开采量， 每年具有 很明显的上升趋势，其次是锌、铅、铜和铝等有色金属，开 采量也逐年增多。 一方面， 相关企业不断创新地下矿山采矿 方法、 引进先进的地下矿山采矿技术， 力求提高矿业产品开 采量，创造社会效益，同时提高企业经济效益 ；另一方面， 在矿业产品开采量不断增加的同时， 不可避免地出现了一些 环境污染问题、 资源浪费问题， 随着我国越来越重视生态文 明建设， 地下矿山采矿工作给环境带来的负面影响已经引起 国家有关部门的高度重视。 未来地下矿山采矿工作的努力方 向是持续创新， 提出既高效、 又环保， 还具有安全性和适用 性的地下矿山采矿新方法，以促进地下矿山采矿行业的发 展， 推动国家生态文明建设工作的顺利进行。 2 现行的地下矿山采矿方法 2.1 地下矿山崩落采矿方法 崩落采矿方法主要包括两个具体的方法， 分别是自然崩 落采矿方法和无底柱分段崩落采矿方法。 自然崩落采矿方法 已在行业内得到了较为普遍的推广、 使用， 这种方法主要借 助矿石受力的物理作用，自然崩落采矿方法的基本流程如 下 使用专门的采矿工具， 破坏地下矿山矿石之间的受力平 衡， 使其内部因受力不均而自然崩落 ； 自然崩落采矿方法的 主要优点如下 采矿成本较低， 借助采矿器具即可完成， 且 采矿器具可以重复使用 ；自然崩落采矿方法的使用场景如 下 当矿石体积较大、 厚度较大， 品位较低， 且内部矿化较 均匀， 容易在力的作用下发生崩落， 此时即可选择自然崩落 采矿方法进行地下矿山的开采工作。 与自然崩落采矿方法相 比， 无底柱分段崩落采矿方法具有更高的安全性和适用性， 在行业内得到了更为广泛的推广、 使用， 我国大部门采矿单 位都使用这种方法进行地下矿山的采矿工作。 其中， 高端壁 无底柱分段崩落采矿方法比传统的无底柱分段崩落采矿方 法更为先进， 能进一步提高矿业单位的生产效率、 增强生产 能力， 同时， 进一步节约地下矿山采矿成本， 减少不必要的 损失， 此外， 因高端壁无底柱分段崩落采矿方法自身的优越 性， 使其在环境恶劣、 地址地质条件差的地方也能正常使用， 极大地方便了地下矿山采矿工作的开展。 2.2 地下矿山空场采矿方法 地下矿山空场采矿方法的主要操作流程如下 首先， 将 矿块按照行业标准， 分为矿房和矿柱两部分， 后续对它们进 行分别开采， 一般先开采矿房， 开采后需要注意保持矿房的 稳定，并及时处理采空区，然后，再开采矿柱，开采后使用 与上述步骤类似地技术处理， 对矿柱进行回采处理。 地下矿 山空场采矿方法的适用场景 该方法适用性较强， 适用于各 种金属矿山和非金属矿山， 要求矿体和周围的岩体具有较为 稳定的结构， 避免发生采矿危险。 2.3 地下矿山地下无废开采方法 在采矿行业， 地下矿山地下无废开采法适用性很强， 已 收稿日期 2 0 2 0 - 0 4 作者简介 尹丽冰， 男， 生于1 9 8 6 年， 汉族， 山西太原人， 硕士研究生， 采矿中级， 研究方向 采矿方法、 岩土爆破、 充填技术。 世界有色金属 2020年 4月下38 采矿工程 Mining engineering 经成为我国矿业行业内开采地下矿山的首选方法，不仅如 此， 在很多发达国家的矿业开采工作中， 也到了非常普遍的 推广、使用。这种方法能够使矿产资源得到非常充分的利 用， 确保矿业企业经济效益的最大化， 同时， 符合生态文明 建设的要求， 环境污染少、 资源利用率高。 地下矿山地下无 废开采法主要包括高浓度尾矿料的制备、 输送流程以及全尾 矿充填流程。 2.4 地下矿山充填采矿方法 地下矿山充填采矿法在我国的适用性同样很强， 尤其对 于有色金属矿石、 稀有金属矿石以及金矿石的开采来说， 普遍 使用。 地下矿山充填采矿法主要包括以下几种形式 上向进 路充填采矿法、 上向水平分层充填采矿法以及向下进路充填 采矿法， 这三种具体的采矿方法分别在不同的场景得到了很 好的应用， 比如， 使用上向进路充填采矿法开采金矿石， 能够 明显提高矿石开采效率， 同时， 降低矿石的贫化率， 保证矿石 的高质量。 类似地， 后两种方法也经过了实践考验， 确保矿业 企业经济效益的最大化， 同时， 符合生态文明建设的要求， 环 境污染少、 资源利用率高。 地下矿山充填采矿法的基本作业流 程如下 整个采矿流程分为两步， 涉及到两次回采， 在回采工 作面推进的同时， 使用充填材料对采空区进行填充， 目的是控 制岩体的崩落， 防止地面塌陷， 确保回采工作的安全。 通过上述介绍可知，目前，行业内普通推广、使用的地 下矿山采矿方法有地下矿山崩落采矿方法、 空场采矿方法、 地下无废开采方法以及充填采矿方法， 不同的方法有各自的 适用场景。 地下矿山采矿方法的设计， 从大类上可分为采场 结构和回采工艺两部分， 需要考虑采矿施工周围地面的承重 力， 这直接决定着采矿工作是否安全， 可以通过完善施工场 地布置、 做好防护工作等措施着手。 3 地下矿山采矿方法设计思维 3.1 地质条件设计思维 地下矿山采矿思维强调在地下矿山采矿工作中， 重点考 虑施工地的地质条件， 根据地质条件设计合适的地下矿山采 矿方法。具体而言，主要考虑以下几个方面 第一，考虑矿 石的品位和开采价值， 采用不同的地下矿山采矿方法； 第二， 考虑矿山和周围岩体的牢固性， 因为很多地下矿山采矿方法 要求矿山和周围岩体必须牢固， 因此， 这一点需要重点考虑； 第三， 观察、 分析矿体的物力特质， 如倾角、 质地以及形状等。 3.2 技术经济条件设计思维 技术经济条件设计思维强调经济效益的最大化， 综合考 虑各种地下矿山采矿方法的经济成本、采矿单位的经济实 力、 装备水平以及管理策略等， 从而选出最合适本单位的地 下矿山采矿方法。 一般而言， 先考虑采矿施工地的周围地面 是否允许矿体崩落 ； 随后， 考虑采矿单位对于矿石的质量要 求、 采矿工作的技术要求以及工作效率要求等 ； 最后， 考虑 采矿单位的经济实力、 装备水平以及管理策略等， 根据单位 的工作目标， 采取最合适的地下矿山采矿方法， 力求保证采 矿工作的经济效益最大化。 3.3 机械化轻重设计思维 机械化轻重设计思维强调根据实际情况， 选用合适的采 矿设备。 对于厚度较小的矿体， 可以使用轻型采矿设备， 而 对于厚度较大的矿体， 可以使用重型采矿设备 ； 对于需要进 行多次回采工作的矿体， 可以使用轻型采矿设备， 而对于不 需要进行多次回采工作的矿体， 可以使用重型采矿设备 ； 对 于采矿工作人员需要在场地来回作业的， 为了确保工作人员 的安全， 可以使用轻型采矿设备， 而对于不需要采矿工作人 员在场地来回作业的，为保证工作效率和经济效益的最大 化， 可以使用重型采矿设备。 3.4 分层与分条设计思维 分层与分条设计思维主要是针对难以开采的矿体提出 的， 对于难以开采的矿体而言， 需要确保采矿施工场地周围 的地面较为稳固、 允许矿体自然崩落， 且地面没有自然矿床， 以防对其造成损坏， 为了做到上述几点， 一方面， 对于水平 矿体和倾斜度较小的矿体，可以采用分条方法布置回采平 岗 ； 另一方面， 对于倾斜度较大甚至很大的矿体， 可以采用 分层方法布置回采平岗。 3.5 开创空间设计思维 开创空间设计思维强调在采矿施工场地的设计和布置 中， 需要充分考虑施工人员的工作空间， 为其留出方便作业 和爆破落矿的空间。 在机械化轻重设计思维曾提到， 对于采 矿工作人员需要在场地来回作业的， 为了确保工作人员的安 全， 可以使用轻型采矿设备。 这样做的目的是， 一方面， 保证 采矿工作人员的安全， 防止在矿岩不牢固或者矿体厚度过大 时， 砸伤工作人员， 工作人员应当首选在矿房内作业， 并尽量 减少在场地内来回走动， 以降低自身的危险系数 ； 另一方面， 为矿石的开采提供补偿空间， 保证开采的高质量、 高效率。 3.6 临时与永久设计思维 临时与永久设计思维强调将采矿工艺分为临时的和永久 的。 一方面， 矿床里的矿柱有临时性的矿柱和永久性的矿柱， 需要根据不同的使用条件加以判断， 找出适宜使用的矿柱形 式 ； 另一方面， 井岗工程可以分为临时性工程和永久性工程， 需要根据不同的使用条件加以判断， 找出适宜使用的工程形 式 ； 此外， 京港工程的支护形式也可以分为临时性的和永久 性的， 需要根据不同的使用条件加以判断， 找出适宜使用的支 护方式， 保证开采的高质量、 高效率， 并尽量提高工作效率。 3.7 及时与暂缓设计思维 及时与暂缓设计思维强调应当分清工作的轻重缓急， 采 取最有效的工作方式， 达到有效施工的目的。 一方面， 避免 受力过猛导致井岗遭到破坏， 需要在关键部件之间留出一定 的间隙 ； 另一方面， 在井岗掘进的过程中， 需要根据不同的 使用条件加以判断， 找出适宜使用的支护方式， 比如考虑事 先支护还是事后支护。 4 结语 目前， 行业内普通推广、 使用的地下矿山采矿方法有地 下矿山崩落采矿方法、 空场采矿方法、 地下无废开采方法以 及充填采矿方法 ；地下矿山采矿方法设计思维如地质条件 设计思维、技术经济条件设计思维、机械化轻重设计思维、 分层与分条设计思维、 开创空间设计思维、 临时与永久设计 思维和及时与暂缓设计思维等。 [1] 金家聪,陈庆发.协同采矿方法的创新思维与创新技法[J].黄金科学技 术,2019,275. [2] 王纪东,于仲才,张鑫.某复杂地质矿区采矿方案设计研究[J].采矿技 术,201861-3.