防水之家讯:我国金属矿开采历史悠久,3000年前就开始凿井开采铜矿,2000多年前己有较规范的开采技术。但近代,我国金属矿开采技术长期处于停滞落后状态,矿山生产基本是靠手工作业,直到20世纪50年代以后金属矿采矿技术才得以迅速发展。特别是近几十年来,我国全面地开展了各种现代化采矿工艺和技术的科技攻关研究,在露天陡帮开采、间断—连续开采、阶段大直径深孔采矿、分段中深孔采矿、机械化分层采矿、自然崩落采矿、溶浸采矿、高效率矿山充填、岩体支护与加固、矿山防治水、露天成套采矿装备和井下成套采矿装备等方面均取得了重大成就因而使我国金属矿采矿技术水平迅速提高,有力地促进了金属矿开采工业的发展。
1 露天开采
从敞露地表的采矿场采出有用矿物的过程,又称露天采矿。当矿体埋藏较浅或地表有露头时应用露天开采最为优越。与地下开采相比优点是资源利用充分、回采率高、贫化率低、适于用大型机械施工、建矿快、产量大、劳动生产率高、成本低、劳动条件好、生产安全。但需要剥离岩土排弃大量的岩石,尤其较深的露天矿往往占用较多的农田设备,购置费用较高,故初期投资较大。此外露天开采受气候影响较大,对设备效率及劳动生产率都有一定影响。随着开采技术的发展,适于露天采矿的范围越来越大,可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。对平缓矿床(一般矿层倾角小于12°)采用倒堆、横运或纵运采矿法。对于倾斜矿床采用组合台阶、横采掘带或分区分期开采的方法。
露天开采作业主要包括穿孔爆破、采装、运输和排土。这四项工作的好坏及它们之间的配合如何是露天采矿的关键。穿孔爆破是在露天采场矿岩内钻凿一定直径和深度的定向爆破孔,以炸药爆破对矿岩进行破碎和松动。穿孔设备主要有冲击式钻机、潜孔钻机和牙轮钻机等多用铵油炸药、浆状抗水炸药和乳化炸药及粒状乳化炸药采装工作是用人工或机械将矿岩装入运输设备或直接卸到指定地点的作业。常用的设备是挖掘机(有多斗和单斗两类)、轮斗铲和前端式装载机广泛采用的为单斗挖掘机。运输工作是将露天采场的矿、岩分别运送到卸载点(或选矿厂)和排土场同时把生产人员、设备和材料运送到采矿场。主要运输方式有铁路、公路、输送机、提升机还有水力运输和用于崎岖山区的索道运输。选择运输方式必须综合考虑地形、地质、气候条件露天矿生产能力开采深度矿石和围岩的物理力学性质等经过全面技术经济比较后确定合理的运输方式。排土工作系指从露天采场将剥离覆盖在矿床上部及其周围的大量表土和岩石运送到专门设置的场地(如排土场或废石场)进行排弃的作业。排土方法依其排土设备的不同分为推土犁推土、推土机排土、前装机排土和拖拉铲运机或索斗铲排土等。推土场应选择在尽量靠近采矿场少占农田的位置有条件的应放置在山谷、洼地处注意环境保护和造田、还田。
2 地下开采
从地下矿床的矿块里采出矿石的过程。它是通过矿块的采准、切割和回采三个步骤实现的。采准工作是掘进一系列巷道为切割和回采工作创造条件;切割工作为回采矿石开辟自由面和落矿空间;回采是从矿块里采出矿石的过程,是采矿的核心,包括落矿(将矿石以合适的块度从矿体上采落下来的作业)、出矿(将采下的矿石从落矿工作面运到阶段运输水平的作业)和地压管理(包括用矿柱、充填体和各种支架维护采空区)三种作业。
地下开采在我国金属矿山的开采中占有很重要的地位,特别是在有色和黄金系统为主要的开采方式,90%以上矿山均采用地下开采。我国金属矿山的地下采矿方法在20世纪50年代初仅有浅孔留矿和干式充填法等少数几种浅孔采矿方法。自70年代开始结合矿山开展了各种采矿方法的试验研究相继在空场采矿法、崩落采矿法、充填采矿法等采矿方法方面取得了显着成就。目前在我国金属矿山应用了各种类型的采矿方法。
2.1空场采矿法
这种方法通常将矿块划分为矿房与矿柱逐步回采,先采矿房再采矿柱。在回采矿房时采场以敞空形式存在,依靠矿柱和围岩本身的强度来维护。矿房采完后要及时回采矿柱和处理采空区。在一般情况下回采矿柱和处理采空区同时进行;有时为了改善矿柱的回采条件用充填料将矿房充填后再用其他采矿法回采矿柱。
应用空场采矿法的基本条件是矿石和围岩稳固,采空区在一定时间内允许有较大的暴露面积。这类采矿方法在我国应用最早、最广泛,在技术上也最成熟;在世界其他国家也被广泛应用。
形成的采空区一般先不做处理,这种采矿法要求围岩和矿石稳固。空场采矿法是属于结构简单的一种采矿方法,易于工人掌握,生产效率也较高,贫化小、成本低、实贵技术也比较成熟,因而应用广泛。现阶段我国有色金属、黄金及化工矿山应用相当普遍。
2.2崩落采矿法
崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法,即随着崩落矿石强制(或自然)本来围岩充填采矿区以控制和管理地压。
随回采工作面的推进有计划地崩落围岩填充采空区以管理地压的采矿方法。基本特征是崩落围岩回采部分矿房矿柱。适用于围岩容易崩落、地表允许塌陷的矿体。崩落采矿法按回采方式分为:壁式崩落法、分层崩落法、无底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和阶段崩落法。
2.3充填采矿法
随着回采工作面的推进逐步用充填料充填采空区的采矿方法叫充填采矿法。有时还用支架与充填料相配合以维护采空区。充填采空区的目的主要是利用所形成的充填体进行地压管理以控制围岩崩落和地表下沉并为回采创造安全和便利的条件。有时还用来预防有自燃矿石的内因火灾。按矿块结构和回采工作面推进方向充填采矿法又可分为单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充填采矿法和分采充填采矿法。按采用的充填料和输出方式不同又可分为干式充填采矿法、水力充填采矿法、胶结充填采矿法。
2.4溶浸采矿
溶浸采矿又称化学采矿,它是根据某些矿物的物理和化学特性将溶浸液注入矿层或矿堆,通过化学反应有选择性地浸出矿石中的有用成分,使有用成分从固态转化成液态,再进行回收,从而达到开采矿石目的的一种新型采矿方法。通过选择不同的溶浸液使溶浸技术几乎适合于所有金属的开采。根据浸出方式、浸出地点的不同,溶浸采矿通常可分为地表堆浸、原地浸出和原地破碎浸出等多种具体方法。
3 发展前瞻
尽管我国金属矿山开采技术工艺己取得显着成就,但总体水平仍然较低,与国际先进水平相比存在一定的差距。突出表现在多数矿山装备落后、开采规模小、劳动生产率低、矿山效益差和矿产资源利用率低。因此在未来的一定时期内我国金属矿山开采技术工艺主要发展方向是:机械化大规模采矿、深井采矿、溶浸采矿和充填采矿等新工艺和新技术。
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