国外露天和地下联合采矿法的分类.pdf

第 2 5 眷 第 1 期 l 9 9 8 有色叠属设计 N咖盯ERR 删 S M日 晌 vd ．2 5№ ． 1 1 9 9 8 一 ＼ l 国外露天和地下联合采矿法的分类 ㈨有蒜⋯ 军 缎 ，斫晰 c 中 醣 画瓣一l 摘’要综述了国外霉天和地下联合采矿法的实践和发展，提出了4个类别合 计 1 2个组别采矿法的适 用奈件厦应采用的采矿方法。 关键词 国外霉天和地下联合采矿法 ，分类 当前， 在俄罗斯等 国家的采矿实践中， 出瑰了露天与地下联合开采扩大采矿规模的 趋势。虽肆天粜场大多处于有 开采的条 件，但已着手考虑转人地下开采的准备，一 方面是为_『 增大采矿量 ，另一方面是严蝗的 生态环境要求也限制着露关采矿深度的增 加，使开采征用土地面积减少，地面环境得 到保护。 联合开采的实戗促进着理论的发展，引 起_了不少科学家和专家 诸如 K ．H ，特鲁 别茨，丑．p．拊普鲁诺夫，C ．Ⅱ．约菲， B ． A．谢加诺夫等投人了大量的科学研 究工作。 现今，联合开采在一般的概念中只被理 解为在同一矿床上采用露天与地下两种方式 进行联合开采的方法，但这是不全面的。因 为在若干个大的矿田的条件下．一般系由几 个矿山企业实施开采作业， 其中有的企业是 采用露天开采， 有的-则是采用地下并采。倒 如黑宾斯克磷灰石霞石 和克里沃罗格铁 矿等。 上述联合开采的定义，应作一些补充才 比较合理。即所谓 “ 联合开采 ，就是对同 一 矿床采用露天和地下两种方法开采， 但不 -收藕日 期 l 9 昕册 m 需考虑其相互影 响的时间因素。如果不同的 矿山企业开采同一矿床时，其相互之间并不 发生任何工艺上的联系 如运输、通风、排 水等 ，那么，这样的开采就应认为是单独 的开采 ，其使用的采矿方法 即可按露天和地 下一般采用的采矿方法分类选取 。 在各种著名的采矿方法分类中，一般都 采用露天和地下开采的顺序，作为分类的特 征。因此．一切金属矿床的联合开采分为以 下 3类采矿法 ’ 先露天开采 ，后地下开采 的采矿法； 先地下开采 ，后露天开采 的采矿法； 露天与地下联合共同开采的采矿法。 前两类采矿法 ，在采矿实践 中已广为人 知。而第三类联合采矿法的划分，由于具有 很大的复杂性．在著名的露天和地下联合开 采的采矿方法分类 中 ，一般又划分为 以下 3 个 子类 采矿工程在垂宣面上完全重合的联合采 矿法； 采矿工程在垂直面上局部重合的联合采 矿法； 采矿工程在水平面上重合的联合采矿 法。 这样 ，露天和地下采矿 工程相对在空间 的分布，便成为了这类方法分类的特征。然 维普资讯 第 1 期 王洒代国外露天和地下联合采矿法的分类 9 而，这种分类法在设计时，不可能对采用联 合法的所有矿床 或矿体进行整个开采系 统和方案的选择。 需要指出的是 ，目前矿 山企业 的开采设 计 ， 一般是采甩两段设计。即初{ 9 i 是完成露 天开采或地下开采的首采矿段设计，而后才 转入第二段开采设计。这种分段设计的弊 病常常导致矿山基本建设费和开采费用的 增加。 为了能够实行综合设计，提高生产效率 和评价、比较、选择联合法开采中的地下开 采方法，俄罗斯矿山科学研究部门经过大量 科研工作 提出7露天和地下结合的新的联 合采矿方法分类 见附表 ，并已在金属矿 床的开采实践中应用。 这种分类法的特征 ，是以露天和地下开 采形成回采空间的分割方法，作为基础的。 在使用联合法进行露天和地下同时开采的条 件下；不可避免地要形成一个分割露天开采 和地下开采的隔离段 或叫 “ 过渡区” 。地下 采矿方{ 盎 的选择，是取决于露天和地下开采 的回采空间的分害 j 方法；而不取决于垂直面 上或水平面上重合的采矿工程。 规将这种新的联合采矿法分类综述如 下 、 第一类采矿法，即预留岩石分割柱的采 矿法。此类采矿法用于露天和地下同时进行 回采时，拟定同时回采的时问要足够长，而 开采矿体的倾角与厚度不恨，其分割柱可以 是矿柱 ， 也可以是岩柱。这类采矿法根据预 留分割柱是否 进行 回采 的 要求，又分 为两 种 - 。 一 种遘预留矿柱 随后不回采的采矿 甚。此法适用于矿石穗嗣但价值较低的倾斜 与缓倾斜矿体的开采。预留矿柱的厚度要尽 可能小，但应保证地下开采的安全。开采地 应力高度集中的矿体时，应 用此法需加 以限 制，因为要预留较大的分割矿柱，才可减少 露囊空场的地应力对地下坑道的影响。在联 合开采的过程 中，露天可采用梯段法、地下 可采甩房柱法同时进行回采。开采中等价值 的矿石时，地下和露天开采可同时进行 ，但 地下使用的采矿方法为下向分层充填法。该 法回采作韭是从分割柱的底板边界开始，采 用永平分层葳惯斜分攫竞填圃采。若回采教 夹石分割而形成不规脚的矿体 或单独矿 体及露天采鳙的侧翼矿体时，在回采空间 可能留下岩石分割柱 另一种方法是预留矿柱 随后回采的 采矿法。此法适用 于价值中等、矿石穗固的 急倾斜矿体的开采。开采赶程中，露天采用 梯段法 、地下第一分层采用房柱法 同时进行 回来。当露天采场底部下降到分奢 j 柱顶板边 界时，露天开采即告停止。此时分割柱可与 地下中段的房 间矿柱同时进行 回采。坑内以 后各中段的开采，则可采用分段崩落法或阶 段崩落法。若预留岩石分軎 j 柱时，在合理开 采地下储量的条件下，同样可使用崩落法回 采。 第二类采矿法，即建立人工分割柱的采 矿法。此类采矿法适用于急倾斜与倾斜厚大 矿体或上部是缓倾斜的厚大矿体开采，矿石 价值昂贵或中等。开采过程中，露天采矿可 与人工分割柱下的地下采矿 同时进行。 露天与地下 隔离段 过渡 区的矿量 ， 采用矿房式采矿法和分层采矿法回采。若开 采矿石稳固、价值中等韵矿体时，可使甩矿 房式采矿法。其回采作业是从矿房顶柱上掘 天井爱露天采场。矿房回采结柬后，通过此 天井由露天采场下放充填料充l填矿房 充填 料可利用选厂尾矿或露天的剥离废右 充填 料中可掺人粘土质均料与其他细碎物料，但 不可使用引发有燃的榜料。充填过程中，放 人胶结溶液，当下部充骧分层凝固后，可继 续从露天采场下放充填料进行充填。矿房充 填结束后，采用分层崩落法回采房问矿柱， 采用露天方法回采矿房顶柱。若开采厚度不 大、矿石和圈岩中辞稳固韵倾斜矿体时，矿 维普资讯 1 O 有色金属设计 第 笱 眷 房充填可采用传统的地下充填方法。 当开采价值中等、昂贵的隔离段 过渡 区时 ，应使用胶结辩充填的水平分层或倾 斜分层充填法，以建立需要 的人工分割柱， 才可在露天采用梯段法、地下采用分层充填 法同时进行回采。在地下开采第一分层时， 露天采场底部的应力状态必须消除，以免造 成地压对地下开采的影响。分割柱若具有保 证需要的厚度时，可使用矿房充填法和水平 分层、倾斜分层充填法回来。露天采矿工程 可继续进行到底部，但不能达到分割矿柱 。 第三类采矿法，即统一回采空间并 露 天、地下分层开采 。 过渡区 的采矿方法。 此类采矿法适用于厚大矿体或上部厚太的急 倾斜 、撅斟 和缓 倾斜矿体的 开采，并 且矿 石、匿岩穗周，矿岩接触线明显。 这类采矿法依据 充填的方式 分为两组 一 组是应用于急倾斜矿体的开采 ，并以剥离 废石充填崩落区的采矿法；另一组是应用于 开采倾斜、缓倾斜矿体而不使用剥离废石充 填崩落医的采矿法，对所形成的露天空场， 采用警落露天采辆的侧帮圄岩充填。该采矿 法巳由俄罗斯科学院院士 M．N．阿皋什可 夫锾导下的矿 山科学研究所与乌克兰科学院 克里沃罗格分院详细拟定。 此类采矿法是露天开采和地下头一个中 段的开采同时进行 ，并形成一个统一的回采 空间。地下回采采用组合深孔爆破崩矿。组 合深孔一部分是 由露天采场底部向下钻凿． 面另一部分是在地下的分段巷道中钻骛。放 矿是在地下集 中出矿中段。 第四类采矿法，即在露天采坜底部构成 人工陌离层的采矿法。此娄采矿法适用于急 颤斜、倾斜辱大矿体和上部属厚大矿体的开 采，而矿石和圄岩属稳固或中等稳固 ，矿石 价值中等。矿体走向长而惯角大时，则露天 和地下可同时回采。当露天采矿下降到矿体 一 个翻翼的底部时，其下部的矿量即可采用 地下方法开采 当整个露天开采过渡到采垢 底部，则地下开采 的情况就变得十分复杂。 因为上部露天空场形成的特殊地压 ，会影响 到地下上部各中段采矿工艺的选择。 这里需要指出的是 ，大多数情况下，对 于厚大矿体的开采，一般是采用大量崩矿的 采矿法 分段崩落法与阶段崩落法进行回 采 ，因此．常常形成宽阔的回采空间，并产 生直接通地表的出 口，这在北方气候寒冷条 件下 ，将导致崩落矿石的冻结 ，造成采下矿 石的大量损失。因为在这种条件下放矿，其 放矿的几何形状构成筒状，放矿范围小于一 般放矿影响直径的 1 ． 52倍。此外，由于 采蛹通有地表出口，在长期恶劣的严寒案件 下 ，也会产生地下坑道和供风 、供水管路的 冻结。因此 ，在露天采场下部开采急倾斜矿 体时 ，若采用自然崩落、强1 茸崩落围岩充填 采空场是不可能的。 为了预防这种情况 ．一般在露天采橱底 部建立内部废石 场，在岩石 垫层 的掩护下 ， 进行地下开采 。 然而，地下开采崩矿，一般是在缺乏补 偿空间的条件下进行的，崩落矿石的挤压密 度，大大高于垫层中剥离松散的废石密度。 当被挤压的矿石放出时，矿石流很快绷选废 石边界 由于边界废石的流动性大 ．加速向 放矿 口流动．致使矿石提前贫化和增大损失 约 5 0 ％ 。 为了隔绝严寒空气侵入坑道和防止细碎 废石混入采坜 ，放矿过程中应形成隔离层 ， 以阻止废石参人矿石。隔离层的形成应符合 以下要求 、 第一 。必须具有足够的 “ 柔性 。随着 矿石的放出，隔离层要强紧随下降； 第二．毖保证隔离层下降的长期性和连 续性 ； 第三，隔离层的材料沉降于矿石中，不 影响后一步的采矿和选矿。 矿山生产实践中，采用不同的隔离层结 构，其材料有木材、警材 混蠢土 、金属罔 维普资讯 第 1 拼 王鲴代目外●天和地下联音采矿j 击的丹类 等。这些隔离层，一般耗费的材料极大，构 筑费用很高，但废旧物料的隔离层 如废旧 汽车轮胎和废旧电耙钢丝绳等 ，不仅可减 少构筑费用，还具有较好的柔性 ，适合于倾 斜、急倾斜厚大矿体的开采。当露天开采结 束后，在底部分区铺设废旧汽车轮胎并相互 申联起来 最好是两层 ，再在上面铺盖剥 离废石。地下开采时 ，其 回采的上部边 界， 即是露天采场铺设隔离层的底板线，也是地 下采场放矿的起始线。随着地下采场崩落矿 石的放出， 该隔离层紧跟下降，阻止剥离废 石混入矿石。 使用冰雪混合物构成的柔性隔离层，可 用于北方寒冷的矿山，开采矿石和围岩中等 稳固、价值中等的厚大矿体。这种隔离层铺 设的方法是在露天采场底部先铺一层厚度 大于 5 m的积雪层，在积雪层上面，再回填 厚度为 3 0～7 0 m的废石层。这种被压 实的 旅雪层 ，通过物理机械性质分析和物理模拟 试验证明 ，隔离层是可行的、合理的。 最后要指出的是 ， 本文推荐提出的金属 矿床联合开采的采矿方法分类，可实现合理 地选择地下采矿方法 ，完成整个金属矿床的 总体开采设甘。本文提出的金属矿床联合开 采的采矿方法分类表见附表。 附表金一矿床联合开采的采矿方法分类裹 类捌 粪别名薯 j 组捌 组别名称 适用条件及应用的采矿方法 开采疆倾斜矿体．矿石穗同、价值较低和中辱。采 l 磺留分割矿柱 随后不固采采矿法 矿应用房柱法和水平饭辩分屠充填法。 开采急馕辨和馕辨耳丈矿体，矿石穗同，价值中辱 矗 留 砉 2 叠霹分割矿柱 奠后回采采矿法 和较赫 ，矿柱 回采曹．应用房柱法，r柱 目采后 ， 石 丹 * 应用分段崩善法和阶段囊善法。 I 桂 的 采 r方法 璜留岩柱 奠后不回采采矿法 矿体形志不规整．有夹石分割。矿石●圈、竹值较 3 高和中瞢。直用房拄法开采。 开采急啊辨、慑辨耳大r体．矿石中辱●圈与● 4 璜留岩柱 1 l 后回采采矿法 田．价值中辱。应用分童和罾 r 爱崩藩磕开采。 地下开采分屉自■夭采墙充填矿房采 任何埋藏条件、厚度的矿体．矿石价 值中辱、较 l 矿法 高．矿石中辱●圈和穗圈。 t 立 人 2 地下开采分层 自 坑内充填矿房采矿法 矿房下膏 芦 应用膻培充填击．其案都毋越用废岩充填 工 分 翻 法a Ⅱ 拄 的 采 地下开采分燕使用腔靖充填抖的水平 埋藏羹素不●定的任何厚度的矿体。矿石中辱●田 矿方磕 3 分屡充壤采r酱 和不●田 矿石价值中辱和较高。 j I 下开采分晨使用瞳靖充填抖的馕辩 4 水平分屡或慑辩分屡腔靖充填法和充填冉拄法 。 丹晨克壤采r法 境 一 回 t 不崩善■麦采辅■帮岩石、使用舅育废 开采急慎辩耳大r体和上都厚大的r体．r石 l ll l 栗 空 尚 石充填囊善匠采矿法 岩●田．r石价值中辱。使用冒矿磕、1分童囊瞢法 和羹曩崩善法开采 Ⅲ 的 采 r 开采慑辨、曩慑辨厚丈r 件瓤上都卑太盼r体 ．矿 方法 囊善■夭采辅■帮者石充填崩善区的采 2 石、一岩●田．矿石价值中辱。应用分童囊善法和 矿莹 阶爱崩善法开采 ■ 夭 采 利用舅膏废石与废旧舶抖构成的秉性■ 应用于北方严寒条件下开采急慑辨和慑辨中耳r 辅 鹿 都 1 育蜃充填■夭空墙采r法 体、耳大r体．矿石、圈岩中等●届和●再。应甩 形 成 人 分童囊善法和阶段崩善法开采。 Ⅳ 工 ■ 开采童馕辩和馕辨耳丈矿体 上都卑大矿体．矿石 晨 的 采 2 利用舅青废石与球、巍音韵抖构成的 和圈岩中辱●圈 ．矿石竹僵 中辱。应用分童崩善法 矿方击 秉性■育晨壳搬天空麓采矿法 开采。 维普资讯