地下矿山采矿方法设计思维

张雪峰

摘要：长期以来，大多数矿山在采矿方法设计时，仍惯用或套用一些典型而单一的采矿方案，结果在开采难采矿体时，出现资源回收率低，作业不安全，经济效益差等现象。为了改变在采矿方法设计中常使用选择套用的设计思维，笔者在对各种地下采矿方法专著进行详细研读的基础上，对各类采矿方法的结构特点和设计思维进行整理、分析和总结归纳出近38种采矿方法设计思维。

关键词：地下矿山；采矿方法；设计思维

如今地下矿山采矿方法发展仍不完善，易出现采易丢难等问题，为提高地下采矿水平，需不断完善采矿方法设计思维。采矿工作者只要全面理解和熟练掌握这些采矿方法设计思维，在设计时就能够做到有新思路、新方法、新方案，能够不断创新发明“安全高效、低成本、低贫损”各类新型采矿方法，从而实现采矿方法设计的科学化。

一、矿山采矿方法原理

对于地下矿山采矿方法的划分，是依据回采时地压管理方法的差别来进行的，以此可将其分为三类方法，即崩落采矿方法、充填采矿方法、空场采矿方法。下面对三类采矿方法的特点进行具体介绍：

（一）崩落采矿方法

崩落采矿法以一步骤实施回采，用崩落围岩来实际地压管理方式进行，也就是用自然或强制方法促进矿石崩落对采空区进行充填，以便对地压实施调控，崩落采矿方法以此为特点。使用崩落采矿法要具备一定的条件，即地面适合进行崩落，矿床自然性缺乏，围岩也可缺乏稳定性等条件。

（二）充填采矿方法

充填采矿方法通过两步实施回采，在回采工作进行过程中，需对采空区填充相应材料。其方法原理为借用充填体对地压进行调控，有效应对地表沉陷、围岩崩落等问题，保障回采活动顺利开展。使用充填采矿法时可在施工现场选择矿石，可用充填体替代矿柱。使用条件为金属矿山，金属特点为稀有、贵重、有色。对矿岩稳定性要求不高。

（三）空场采矿方法

空场采矿方法分为两步骤进行回采即将矿块分为矿房、矿柱两部分，对其分别进行回采，矿柱也可不采。对矿房实施回采时采空区的稳固性要依赖矿石、围岩、矿柱等结构稳定性。回采完矿房后，在回采矿柱及对采空区进行处理时要制定相应的计划，开采金属非金属矿山时可采用此方法，但要注意围岩和矿体的稳定性。

二、采矿方法设计原则、要素和方案设计方法

（一）采矿方法设计的基本原则

采矿设计方案要符合“安全高效、低成本、低贫损”要求。具体内容主要有以下五个方面：

1、安全和良好的工作条件

保证工人在开采过程中安全生产和良好的作业条件，防止井下和地表的建筑物、主要设施和各种设备遭到破坏，防止地下水灾，自然火灾，及其他重大灾害的发生。

2、合理开采地下矿产资源

对于富矿、稀缺矿床开采，要设计回收率高的采矿方法。在分期开采矿床时，要设计使后期开采的矿岩条件不遭破坏的采矿方法，有效地保护矿产资源。

3、生产能力大，劳动生产率高

要尽可能设计生产能力大和劳动生产率高的采矿方法，减少多阶段作业，以利于生产管理和实施强化集中开采。

4、生产成本低、经济效益高

设计采矿方法时，不仅要考虑矿石回采成本，还要考虑矿石加工成本，使采选成本低，综合经济效益好。

5、矿山实际技术装备与管理水平

设计采矿方法时，要充分考虑矿山实际技术装备与管理水平。

（二）采矿方法设计要素

采准工程设计要素，可将采准巷道分为多种，包括电耙道、穿棉运输巷道、采场充填井等。切割工程设计要素，对回采工作面、补偿空间进行施工，主要通过掘进方法实施，比如拉底巷道、切割天井等。回采顺序设计要素，可依据地压要求选择回采顺序，回采顺序有后退、梯次、前进等。凿岩爆破设计要素，凿岩爆破方法常用于金属非金属矿山，凿孔方法有深孔、浅孔。炮孔布置方法有垂直孔、扇形孔等。地压管理设计要素，主要包括矿房、采切工程管理，在对地压管理方法上，可通过崩落顶板、布置支护结构、调整回采顺序等方法进行管理。

（三）采矿方案设计方法

1、选择性设计

依据矿床地质条件和开采技术经济条件，直接在3大类采矿方法典型方案中选择。选择性方法只适用于易采矿体的采矿方法的设计。

2、创造性设计

首先分析和评价现行一般采矿方法，继而作深入研究，改进或革新现行采矿方法，它与国内外长期惯用的“以法套矿”的观点和体系截然相反，是根据矿山实际“因矿生法、因矿创法”。创造性设计方法多用于难采矿体采矿方法的设计。

三、地下矿山采矿方法设计思维方法

（一）经济技术思维方式

选择采矿方法时要综合考虑施工单位的财政力量、施工机械设备水平、施工技术状况以及管理组织能力等因素。要对地表陷落情况进行明确，要了解施工过程所需要的技术，要做好施工材料、设备等的准备工作，并要提高施工管理效率。

（二）地质环境思维

在设计采矿方法时施工人员要充分利用现有资源对矿床地质环境进行全面勘察，要确定围岩、矿山等的力学特点，从倾角、厚度等方面对矿体产状进行查看，检查矿石的价值和围岩、矿体中有用矿物的分布情况，了解围岩、矿石的自燃等性能和矿体赋存深度，从多种角度进行设计。

（三）分别与合并设计思维

遇到平行、相邻、极薄等矿脉情况，会出现分别与合并开采的差别，这时就要用到分别与合并设计思维，面对极薄矿脉开采活动情况时，需要使用分别设计思维对其进行设计。

（四）逆势与顺势设计思维方法

对矿房顶板进行设计时有逆势与顺势两种方法。一要使用填充材料对采空区进行填充，避免矿岩出现冒落情况，这属于逆势设计思维方法，常用的就是充填采矿方法。二是根据矿岩稳定性差的特性，在矿石崩落情况下对采空区进行填充，能够对地压进行有效调控，这属于顺势设计思维方法，常用的有崩落采矿方法。三要根据矿岩稳固的特性，对矿房进行回采时要对采矿，要对采空区进行维护，维护时要根据矿岩稳定性特征以及矿柱的支撑作用进行施工，这种做法属于综合性思维的设计方法，也就是先采用顺势思维，再采用逆势思维进行设计，空场采矿方法属于这种思维设计方法。

（五）机械化轻重设计思维方法

开采设备有轻型和重型机械设备，都在相应的条件下进行使用。一是遇到大型采矿工程时，要用到重型机械设备。二是面对薄矿体要选择轻型设备，面对厚矿体要选择重型机械。三是采矿施工人员在矿房内作业环境中实施回采施工环节时，要选择轻型机械，在矿房外作业环境中则要选择重型机械等。进行有效控制，需要施工人员在支护、爆破施工环节做出相应措施。

（六）监测和经验试验设计思维方法

施工人员在设计采矿方法时，获取技术参数的渠道也有多种，如工程类比、试验室试验等。一是通过监测地压活动的情况，参考矿岩应力压区及承载区，对矿房回采顺序、巷道进行设计；二是选择安全跨度数值和暴露面积的最大值，并对顶柱厚度进行明确，通常采取经验设计思维方法和实验室试验方法进行设计。

结语

采矿工作者在详细了解和掌握每一种采矿方法的基本原理，并全面理解和熟练掌握上述各种采矿方法的设计思维，基本上就具备了创造性设计的基本素质，在此基础上再有创新意识，进一步研究、试验和寻求更佳的新型采矿方法，在设计时就应做到有新思路、新方法、新方案，能够依据各类难采矿体复杂多变性，不断创新发明“安全高效、低成本、低贫损”的各类新型采矿方法，从而实现采矿方法设计的科学化。

参考文献

[1]杨世明.地下矿山采矿方法设计思维[J].采矿技术,2015,02:1-5+40.

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