6第六章--崩落采矿法

1第六章崩落采矿第一节概述一、崩落采矿法的概念崩落采矿法——以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法。即在崩落矿石的同时强制或自然崩落围岩，充填采空区，用以控制和管理地压。2二、崩落采矿法特点(1)崩落法不再把矿块划分为矿房和矿柱，而是以整个矿块作为一个回采单元，按一定的回采顺序，连续进行单步骤回采，矿块生产能力大、效率高。(2)在回采过程中，围岩要自然或强制崩落，矿石是在覆盖岩石的直接接触下放矿，故矿石损失，贫化大(矿石损失率和贫化率分别比其他采矿方法大5％～l0％)。对放矿进行科学管理。(3)崩落法的开采是在一个阶段内从上而下进行的。与空场采矿法不同。允许覆岩破坏和地表塌陷是使用该法的基本条件。3三、崩落采矿法分类4崩落采矿法是三大类采矿方法中应用最为广泛的一类采矿方法。在我国黑色、有色、化工、建材和核工业矿山中都有应用，其中，以在地下铁矿的应用最为广泛，占90%以上。在崩落采矿法的各种典型方法中：单层长壁式崩落法主要用于建材矿山，开采粘土矿床；有底柱分段崩落法主要用于有色金属矿山，开采铜矿床；无底柱分段崩落法主要用于黑色金属矿山，开采铁矿床；阶段崩落法在我国用得不多，见于有色金属矿山和建材矿山;崩落采矿法的上述应用情况主要是由矿床地质条件决定的。例如，粘土矿床多为沉积层状矿床，倾角平缓，厚度不大，顶板稳固性差，适合于用单层长壁式崩落法开采。5尽管崩落采矿法地压(矿压)管理方法与全部垮落采煤法相同，但除单层长壁式崩落法以外，它们的采场(矿块)结构却完全不同。这是由非煤矿床的矿体赋存特征和矿岩物理力学性质决定的。本章主要介绍崩落采矿法中目前较常用的典型方法：(1)单层(长壁式)崩落采矿法；(2)有底柱分段崩落采矿法；(3)无底柱分段崩落采矿法；(4)阶段崩落采矿法；6第二节单层崩落采矿法单层长壁式崩落法用于开采顶板不稳固的缓倾斜层状薄矿体，典型方案如下图所示。基本特征是：将阶段划分为矿块，沿阶段倾斜全长布置工作面，沿走向推进，一次采全厚，随工作面推进，有计划地回柱放顶，崩落顶板充填采空区。图6-1长壁式崩落法1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—切割上山；4—矿石溜井；5—切割平巷；6—安全通道；7—电耙绞车；8—回柱绞车；9—已封闭的矿石溜井7单层长壁式崩落法除了沿倾斜布置工作面以外，也可以沿走向布置工作面，沿倾斜推进。1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—盘区轨道上山；4—盘区通风上山；5—分段运输巷；6—分段回风巷；7—甩车道图6-2博山铝土矿长壁式崩落采矿法8一、矿块结构参数长壁式崩落法的矿块结构参数包括矿块走向长度和倾斜长度。矿块倾斜长度等于阶段斜长，取决于允许的工作面长度。一般工作面长度根据运搬设备的有效运距和顶板稳固性确定。国内长壁式崩落法采场广泛采用电耙运搬，工作面长度一般为30～60m。不受地质条件限制(如无倾斜断层)时，矿块走向长度应按满足矿井产量要求的阶段内同时生产的矿块数确定。一般，矿块走向长度为70～150m，少数达200～300m。9二、采准工作图6-1长壁式崩落法1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—切割上山；4—矿石溜井；5—切割平巷；6—安全通道；7—电耙绞车；8—回柱绞车；9—已封闭的矿石溜井从阶段运输巷1每隔5～6m掘进一个矿石溜井4通达矿体，并从阶段回风巷2每隔一定距离掘进一条安全通道6与采场相通。矿石溜井除了用于贮存矿石外，工作面前方暂时不用的溜井还作为行人、进风通道。安全通道用于行人、运料和通风，其间距应保证采场上部始终有一个安全出口。显然，如果只从采准巷道布置及系统组成看，图6-1所示的长壁式崩落法与设区段集中平巷的走向长壁采煤法极其相似，此处的阶段运输巷、阶段回风巷、矿石溜井和安全通道分别相当于煤矿的区段运输集中平巷、回风集中平巷、溜煤眼和回风石门。10三、切割工作1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—切割上山；4—矿石溜井；5—切割平巷；6—安全通道；7—电耙绞车；8—回柱绞车；9—已封闭的矿石溜井图6-1长壁式崩落法切割工作包括掘进切割上山3和切割平巷5。切割上山相当于煤矿的“开切眼”，作为起始回采的自由面。它一般位于矿块一侧，与矿块下部的矿石溜井和上部的安全通道相连。切割平巷作为崩矿的自由面，并兼作通风、行人通道，安放电耙绞车或刮板输送机。切割平巷位于采场下部，与矿石溜井相通。11四、回采工作1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—切割上山；4—矿石溜井；5—切割平巷；6—安全通道；7—电耙绞车；8—回柱绞车；9—已封闭的矿石溜井图6-1长壁式崩落法回采工作主要有落矿、矿石运搬和采场顶板管理。（1）工作面形式直线式：采场顶板管理较简单、不能平行作业，矿块生产能力较小(普通长壁工作面)；梯段式：不利于顶板管理、能平行作业(倒台阶工作面)；阶梯状工作面一般布置三个梯段，梯段超前距离为一次推进距，约1.5m。（2）落矿一般采用凿岩爆破法，浅孔落矿，孔深1.2～1.8m。也有用风镐、滚筒采矿(煤)机落矿。回采工作面的形式(a)直线式(b)阶梯式12四、回采工作1—阶段运输巷；2—阶段回风巷；3—切割上山；4—矿石溜井；5—切割平巷；6—安全通道；7—电耙绞车；8—回柱绞车；9—已封闭的矿石溜井图6-1长壁式崩落法（3）矿石运搬一般采用电耙运搬，也有用刮板输送机运搬。（4）采场顶板管理一般采用木支护。视压力大小和顶板稳固性不同，采用带帽点柱、一梁二柱或一梁三柱棚子支护。排距与工作面一次推进距一致，为0.8～1.6m，柱距为0.8～1.0m。像煤矿一样，当工作面从切割上山(“开切眼”)开始推进一定距离时，要进行初次放顶；此后，随工作面推进，也要有计划地进行回采放顶。13四、回采工作（4）采场顶板管理工作面压力分布图a—应力降低区；b—应力升高区；c—应力稳定区回柱工作由设在安全通道的绞车完成，回柱应遵循与煤矿相同的原则。放顶工作示意图顶板管理参数也有最大控顶距、最小控顶距和放顶步距，在此处，分别叫悬顶距、控顶距和放顶距。每次放顶的距离称为放顶距。放顶距应以能确保切顶为前提，视顶板稳固性不同，一般为2-3排支柱的距离。放顶后保留的能维持采矿作业的最小宽度称为控顶距，为排距的1.1-1.2倍。顶板暴露的宽度称为悬顶距，放顶时悬顶距为最大悬顶距，等于放顶距与控顶距之和，最小悬顶距等于控顶距。14四、回采工作（4）采场顶板管理放顶工作示意图生产实践中采用的控顶参数为：悬顶距4.3-11.2m；放顶距1.2-6.4m；控顶距1.2-6.4m。与煤矿相比，由于非煤矿床的上盘围岩（直接顶）一般比较稳固，且木支柱阻力小，切顶能力差，故通常采用有排柱（单排或双排密集支柱）放顶，但也有留切顶矿柱放顶的。初次放顶以及顶板稳固不易自然崩落时，需要采用爆破法强制放顶。15四、回采工作（4）采场顶板管理除木支柱以外，有的非煤矿山也采用金属摩擦支柱、液压自移支架管理顶板，前者如应城石膏矿，后者如明水粘土矿。1617四、回采工作（4）采场顶板管理右图6-3为明水粘土矿液压自移支架长壁式崩落法工作面布置示意图。该矿开采硬质粘土，矿体平均厚1.7m，倾角5-7°，矿块走向长180m,倾斜长42m，工作面中部安装了16架SZ1-1320八柱组合迈步节式液压自移支架（端头仍为木支架），获得了较好的技术经济效果。1—液压自移支架；2—木支架；3—金属网；4—矿石溜井；5—矿柱；6—已封闭的矿石溜井18五、评价与适用条件优点：（1）矿块结构比较简单；（2）矿石损失与贫化较小；（3）通风条件好；（4）矿块生产能力大效率高；（5）作业安全。缺点：（1）顶板管理复杂；（2）支护工作劳动强度大；（3）坑木消耗大。适用条件：适用于直接顶不稳固、倾角小于30度、厚度小于3m的层状矿体，前提是地表允许塌陷。19第三节有底柱分段崩落法20第三节有底柱分段崩落法基本特征：将矿块沿倾斜方向划分成分段，每个分段下部都设出矿底部结构(有底柱)，采下的矿石自崩落废石层下从分段底部结构放出，废石随矿石放出而充填采空区。垂直深孔落矿有底柱分段崩落法如图所示。垂直深孔落矿有底柱分段崩落法除了具有有底柱分段崩落法的基本特征以外，采用了垂直深孔小补偿空间或向崩落矿岩侧向挤压爆破落矿。21图6-5垂直深孔落矿有底柱分段崩落法1-阶段沿脉运输巷；2-阶段穿脉运输巷；3-矿石溜井；4-行人通风天井；5-分段联络道；6-电耙道；7-堑沟巷道；8-斗颈；9－切割横巷；10-切割天井；11-分段凿岩巷道；12-回风联络道。第三节有底柱分段崩落法22如图6－5，将阶段沿倾斜划分为四个分段，分段下部设堑沟式底部结构出矿，电耙道6经矿石溜井3与环形运输系统相通。回采工作就是在分段凿岩巷道11中钻凿垂直深孔，爆破后在电耙道出矿。该图表示的开采状态为上两个分段已经采完，正在回采第三阶段。采准巷道布置特点：下盘脉外采准布置，即出矿、行人、通风和运料等采准工程都布置于下盘脉外。下两个分段采用独立垂直放矿溜井，上两个分段采用倾斜分枝放矿溜井。图6-5垂直深孔落矿有底柱分段崩落法（立体图）第三节有底柱分段崩落法23行人路线：（1）阶段沿脉运输巷1→穿脉运输巷2→行人通风天井4→分段联络道5→电耙道6耙矿（2）阶段沿脉运输巷l穿脉运输巷2→行人通风天井4→分段联络道5→电耙道6→8→7→切割天井10→凿岩巷道11凿岩。通风系统：新鲜风流自阶段沿脉运输巷1→穿脉运输巷2→行人通风天井4→分段联络道5→电耙道6→污风经回风联络道12→矿块高溜井3和上阶段脉外运输巷(图中未绘出)回风。1-阶段沿脉运输巷；2-阶段穿脉运输巷；3-矿石溜井；4-行人通风天井；5-分段联络道；6-电耙道；7-堑沟巷道；8-斗颈；9－切割横巷；10-切割天井；11-分段凿岩巷道；12-回风联络道图6-5垂直深孔落矿有底柱分段崩落法第三节有底柱分段崩落法24一、矿块结构参数(1)阶段高度—50～60m。(2)分段高度—10～25m（根据凿岩设备能力确定）(3)分段底柱高度—6～8m(漏斗式底部结构)或10～11m（堑沟式底部结构）。(4)矿块长度—25～30m（等于穿脉间距）（沿走向布置）(5)矿块平面尺寸，当矿体厚度小于15m时，沿走向布置电耙道，矿块走向长度按耙运距离确定，为30—50m，矿体厚度大于15m时，垂直走向布置电耙道，通常以电耙道为单元划分矿块，长25—30m，宽10—15m。第三节有底柱分段崩落法25二、采准工作(1)本方法采准巷道布置的特点它是下盘脉外采准布置。即矿石运输、人行、通风、材料等采准工程都布置在下盘脉外。阶段运输为穿脉装车的环形运输系统。如果这些巷道开在脉内时，主要运输巷道将随着矿块回采而被破坏，这样难以保证风流畅通。(2)溜井布置：上两个分段采用了倾斜分枝溜井。下两个分段采用了独立垂直放矿溜井。(3)电耙巷道：本方法的电耙道也布置下盘脉外，使用单侧堑沟式漏斗。第三节有底柱分段崩落法26二、采准工作(4)人行通风天井：它不是每一个矿块都设一个，而是每2～3个矿块设置一个通风人行井，用联络道与各分段电耙道贯通，以作为人行，进风道材料的天井，并在天井中敷设管线等。（一般是每一个采区布置一套）(5)倾斜分枝溜井：倾斜分枝溜井都和上阶段脉外运输巷道相通，并且以联络道与各分段电耙巷道相通，作为各分段电耙道的回风天井。（图中未联结起来，实际上是可连通的。也可以不连通）第三节有底柱分段崩落法27二、采准工作矿块采准工作包括掘进穿脉运输巷2，与阶段沿脉运输巷1构成环形运输系统，每2-3个矿块自穿脉运输巷2掘行人通风天井4，用分段联络道5与电耙道6相通，自穿脉运输巷2掘上两个分段的倾斜分枝矿石榴井和下两个分段的矿石溜井3与电耙道6相通。此外，还要掘进斗颈8、凿岩巷道11和堑沟巷道7等。矿块高溜井（指上两个分段的倾斜分枝矿石溜井）兼作相邻矿块的回风天井，因而应与上阶段脉外运输巷相通，并用回风联络道12与各分段电耙道相连。第三节有底柱分段崩落法28三、切割工作主要包括：掘进堑沟巷道、切割横巷、切割天井以及形成堑沟，开凿切割立槽等工作。(1)形成堑沟掘进堑沟巷道，在堑沟巷道7内钻凿垂直上向扇形