崩落采礦法

隨回采工作面的推進，有計劃地崩落圍巖填充采空區(qū)以管理地壓的采礦方法。基本特征是崩落圍巖，回采部分礦房礦柱。適用于圍巖容易崩落、地表允許塌陷的礦體。崩落采礦法按回采方式分為：壁式崩落法、分層崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法。

分層崩落法應(yīng)用最早。帶假頂?shù)牡头侄蔚姆侄伪缆浞ㄓ?9世紀90年代首先用于美國上湖區(qū)的一些礦山。由于這兩種方法成本高,木材消耗量大,現(xiàn)已很少使用。壁式崩落法是借鑒壁式采煤法的經(jīng)驗逐步發(fā)展起來的。瑞典在20世紀50年代應(yīng)用了端部出礦的低分段無底柱分段崩落法。隨著大型自行無軌設(shè)備的出現(xiàn)和覆巖下端部放礦理論的發(fā)展，60年代初開始推廣使用菱形布置的現(xiàn)代無底柱分段崩落法。此法在中國、加拿大、贊比亞、美國和蘇聯(lián)等國迅速得到推廣。美國首先成功地使用階段自然崩落法。蘇聯(lián)于40年代開始應(yīng)用深孔落礦的有底柱分段崩落法。隨著深孔鑿巖設(shè)備、爆破技術(shù)的不斷改進和覆巖下放礦理論的不斷完善，分段不斷增高，一次崩礦面積不斷擴大，逐步形成了現(xiàn)代有底柱分段崩落法的一些主要方案。與此同時，還成功地使用了階段強制崩落法。中國于60年代初期開始試驗深孔落礦的有底柱分段崩落法和階段強制崩落法。1978年，有色金屬地下礦山用這兩種方法采出的礦量占總量的27.3％；60年代后期開始試驗無底柱分段崩落法，目前用此法采出的鐵礦石，占地下鐵礦生產(chǎn)總量的80％以上。

分段崩落法和階段崩落法的共同特點是在崩落圍巖覆蓋下放出礦石。崩落覆蓋巖層的作用是控制地壓，形成緩沖墊層和良好的放礦和擠壓爆破條件。圍巖能自然崩落，形成覆蓋巖層，最為理想；如圍巖穩(wěn)固，則需強制崩落，形成一定厚度的覆蓋巖層。覆巖下放礦時，因崩落廢石混入，礦石的損失、貧化都很高，適于開采礦石價值不高的礦體。如圍巖礦化和礦石可選性好，采用本法有利。根據(jù)放礦理論，合理選擇采礦法參數(shù)和放礦制度,嚴格管理放礦工作,可降低礦石的損失和貧化（見放礦）。覆巖下放礦的回收和貧化指標是相關(guān)聯(lián)的。在正常條件下，礦石損失和貧化的大小，取決于截止放礦時的放出礦石品位。截止品位降低，回采率將增高，但貧化率也隨之增高。因此，根據(jù)各礦的具體條件，在大量統(tǒng)計和優(yōu)化的基礎(chǔ)上，確定一個合理的截止品位，是提高經(jīng)濟效益的重要途徑。

為了容納分段崩落法和階段崩落法在礦石崩落后脹大的體積，落礦前都須在礦塊中形成補償空間。切割槽，拉底空間，某些采準切割巷道，或崩落礦巖的松散間隙，都可作為補償空間。補償空間體積與崩落礦石實體體積的比值叫補償比，其值為10～30％。

壁式崩落采礦法 適用于開采頂板不夠穩(wěn)固，厚度不大的緩傾斜層狀礦床。它的特點是一次開采礦體全厚。根據(jù)工作面的布置形式，壁式崩落法分為：長壁崩落法、短壁崩落法和進路崩落法。①長壁崩落法工作面，布置與壁式采煤法近似。因礦石堅硬，多用鑿巖爆破法落礦、電扒出礦。工作面長度一般不超過50～60m。近年在中硬以下礦體中，開始試驗使用液壓支架和采礦機的綜合機械化長壁采礦法。②短壁崩落法，頂板穩(wěn)固性差時將長壁面劃分為短壁面以利頂板管理。③進路崩落法，頂板穩(wěn)定性很差且礦體賦存不規(guī)則時,用寬2～2.5m的進路回采礦石，根據(jù)地壓大小，每采1～2條進路崩落一次頂板。長壁崩落法采準和工作面布置簡單，在緩傾斜薄礦層回采中是一種生產(chǎn)能力較大、效率較高、通風條件較好的采礦法。短壁和進路崩落法的工作面短小,靈活性大,適用于開采地壓較大、賦存條件復(fù)雜的礦層。中國龍煙鐵礦應(yīng)用長壁崩落法。大部分粘土礦和錳礦應(yīng)用短壁崩落法和進路崩落法。

分層崩落法 將礦塊在垂直方向劃分為小于3m的分層，自上而下逐層回采。回采工作在假頂保護下進行。本法的缺點是：木材消耗量大，工序復(fù)雜，勞動生產(chǎn)率低，成本高，通風條件差；優(yōu)點是貧化率低(約3～5％)，回收率高（可達90～95％）。過去曾廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已逐步由其他高效采礦方法取代，應(yīng)用比例很小。

分層可用壁式工作面或進路回采。采用淺眼落礦，崩落的礦石用電耙運至溜井，下放到階段運輸平巷（見礦山井巷）。隨著工作面的推進，及時支護進路或壁式工作面。根據(jù)地壓情況，每采完1～2個進路，或壁式工作面推進一定距離，放頂一次，將支架回收使頂板冒落。放頂前，在放頂區(qū)底板鋪設(shè)假頂，作為下分層回采時的頂板。假頂用木材、金屬網(wǎng)、竹笆、鋼筋混凝土等材料鋪設(shè)?；夭傻谝浑A段上部幾個分層時，在假頂上部由廢舊坑木逐漸形成厚度大于一個分層的隔離層，以防廢石沖入。隔離層上部應(yīng)有5～10m以上的巖石墊層，以緩沖圍巖崩落時所造成的沖擊力，確保安全生產(chǎn)。

有底柱分段崩落法 特點是分段落礦，通過底部結(jié)構(gòu)放出崩落的礦石。底部結(jié)構(gòu)簡稱底柱，位于礦塊或礦房底部，其中布置出礦巷道、斗穿、斗頸、漏斗或塹溝和溜井，根據(jù)出礦方法分為電耙、格篩和裝載機械三種底部結(jié)構(gòu)。中國礦山多采用電耙出礦的底部結(jié)構(gòu)（圖1）。電耙出礦的主要缺點是計量困難，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，回收底柱時損失、貧化大，隨著高效率無軌自行裝運設(shè)備的出現(xiàn)，目前已逐漸改用裝載機械出礦的平底結(jié)構(gòu)。

有底柱分段崩落法有水平分層和垂直分層兩種落礦方案。中國礦山廣泛采用后一方案。垂直分層落礦方案的優(yōu)點是爆破對底柱的破壞小，使用擠壓爆破技術(shù)的落礦質(zhì)量好，礦塊結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)鑿巖機械化，工作安全，但人工裝藥的勞動強度大。擠壓爆破時，利用切割井巷或利用相鄰已采礦塊的崩落礦巖間隙做補償空間，補償比較小,約為15～20％。圖1是向相鄰崩落礦巖擠壓爆破的方案。在分段下部形成底部結(jié)構(gòu),上部掘進鑿巖巷道和通風行人天井后,鉆上向扇形深孔，向相鄰崩落礦巖方向擠壓爆破落礦。爆破落礦前，相鄰礦塊必須進行松動放礦，以提供補償空間。一次擠壓爆破層厚度通常為 10～20m。這種方案的切割工作量低，爆破質(zhì)量較好，但使用條件嚴格。回采礦塊不和已采的崩落礦塊相鄰，或崩落礦巖的補償空間不足時，可用切割井巷做補償空間，進行擠壓爆破。

有底柱分段崩落法有許多回采方案，適用于各種穩(wěn)固程度的中厚以上的傾斜、急傾斜礦體和緩傾斜厚礦體。主要優(yōu)點是適應(yīng)性強;用電耙出礦,操作、維修簡單；通風條件好。主要缺點是采準切割工程最大；巷道施工不易實現(xiàn)機械化，勞動條件差；礦石損失、貧化大。

無底柱分段崩落法 特點是鑿巖、崩礦和出礦在同一個分段回采巷道內(nèi)順序進行，以較小的崩礦步距向崩落區(qū)進行擠壓爆破，不設(shè)底部結(jié)構(gòu)，崩落的礦石自回采巷道端部直接放出，用裝載設(shè)備裝運至溜井。本法的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，有利于使用大型機械化無軌自行設(shè)備；各工序都在水平巷道內(nèi)進行,工作安全;能分采和剔出夾石。缺點是通風差，礦石損失、貧化高。適于開采圍巖易崩落、礦石穩(wěn)固的急傾斜厚礦體。若礦石不穩(wěn)固，回采巷道維護困難；傾角小和礦體薄，礦石損失、貧化將增大。

采礦方法布置見圖2。在分段水平掘進稱為進路的回采巷道和聯(lián)絡(luò)巷道?；夭上锏蓝瞬?，掘進切割巷道和切割天井。 在回采巷道和切割巷道中鑿上向扇形深孔?；夭汕跋仍诨夭上锏蓝瞬坷懈畈?，然后分步距爆破進行回采?；夭煞侄紊喜繎?yīng)保持大于1.5～2個分段高度的崩落覆蓋巖層。沿走向每隔一定距離布置設(shè)備井或斜坡道，向分段運送設(shè)備、材料和人員。

分段高度、進路間距、崩礦步距三個參數(shù)要合理配合，符合覆巖下放礦的礦巖流動規(guī)律。分段高度主要受鑿巖設(shè)備的限制,過大將影響鑿巖效率和爆破質(zhì)量,過小則增大采準工作量。常用的高度為10m左右。上下分段的回采巷道應(yīng)嚴格按菱形布置，以便將上分段回采巷道兩側(cè)的脊部殘留礦石，在下分段出礦時盡量回收出來。同一分段內(nèi)的回采巷道應(yīng)互相平行。常用的回采巷道間距是8～10m。采準工作完成后，崩礦步距是惟一能調(diào)節(jié)的參數(shù)。常用的崩礦步距是 1.8～2.5m。如果參數(shù)選擇合理，生產(chǎn)正常，在貧化率15～20％的條件下，回收率可達85％以上。

鑿巖主要使用單機、雙機或三機自行臺車。個別礦山也有用圓環(huán)雪橇式臺架的。臺車和臺架均配重型鑿巖機。出礦主要采用裝運機和鏟運機，運距較長時用裝載機械配自卸卡車或自行礦車。

階段崩落法 特點是在階段全高上借助鑿巖爆破或重力崩落礦石，并在崩落覆蓋巖層下通過礦塊的底部結(jié)構(gòu)放出礦石。階段崩落法分階段強制崩落法和階段自然崩落法。

階段強制崩落法 主要利用鑿巖爆破落礦。礦塊布置和回采工藝大體與有底柱分段崩落法相似。本法的主要特點是整個階段高度一次落礦，不劃分分段。階段強制崩落法也分水平深孔落礦方案和垂直深孔落礦方案。水平深孔落礦方案須形成與落礦范圍相適應(yīng)的水平補償空間，掘進鑿巖天井和鑿巖硐室。在鑿巖天井或硐室中鉆水平深孔需搬運鑿巖設(shè)備，作業(yè)條件差。本法適用于開采礦石比較穩(wěn)固，無自燃和粘結(jié)性而形狀又比較規(guī)則的厚大礦體。主要優(yōu)點是礦塊生產(chǎn)能力大，采準工作量小，勞動生產(chǎn)率高，成本低，存窿礦石多，有利于調(diào)節(jié)生產(chǎn)。主要缺點是落礦高度大，放礦管理要求嚴格，出礦時間長，礦巖不夠穩(wěn)固時底柱維護困難。

階段自然崩落法 主要靠礦石自重落礦，在礦體回采單元（礦塊或盤區(qū)）下部進行較大水平面積拉底，在側(cè)部用巷道和深孔爆破切幫后，礦石在階段的整個高度上隨放礦而逐漸自然崩落(圖3)。控制放礦速度和調(diào)節(jié)切幫工程，可保證礦石破碎質(zhì)量和正常連續(xù)崩落。本法將礦體劃分成礦塊、盤區(qū)或全礦體連續(xù)崩落。礦塊或盤區(qū)的水平尺寸主要取決于礦石的崩落難易程度、要求的崩落速度和底柱的穩(wěn)固性。合理礦塊尺寸應(yīng)保證礦石按要求連續(xù)自然崩落，出礦巷道不發(fā)生破壞。

應(yīng)用階段自然崩落法的主要條件是在拉底、切幫后，礦石能自然崩落成合格的塊度。適用于礦石節(jié)理裂隙發(fā)育，礦體與圍巖界線明顯，易于分離，圍巖較礦石滯后崩落的厚大礦體。本法生產(chǎn)能力大，是成本最低的地下采礦法，在有些條件下接近露天開采，主要缺點是采準時間長，一次投資大，使用條件嚴格。此法在美國應(yīng)用較多。