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礦山技術人員必備知識—地下礦山開采方法之留礦法

一、地下礦山開采方法之留礦法

在留礦法中，礦體多是水平分層，自下而上，沿逆傾斜方向開采的。崩下礦石可以用來穩(wěn)固上下盤圍巖，也可以作為氣腿機械作業(yè)的平臺。隨著崩礦作業(yè)，多余的礦石在采場底部放出，以提供足夠的作業(yè)空間。

留礦法適用于急傾斜礦體開采，而且要求礦體足夠穩(wěn)固，以保證工人在暴漏的頂板下安全作業(yè)，上下盤圍巖足夠穩(wěn)固以實現(xiàn)自支承。
 

巖石爆破之后會發(fā)生松散，體積會增加

30%—40%，因此，為了在崩下礦石上形成一個合適的作業(yè)空間， 每次崩礦之后必須放出大約30%—40%的崩落礦石。礦房回采結束時，存留采場的60%的礦石將被一起放出。

崩下礦石要么通過低水平的裝礦橫巷用鏟運機，裝載機或電耙運出，要么通過脈內溜井運出。無論裝礦橫巷還是溜井都要緊湊配置以實現(xiàn)放礦。風動電耙在采場可以用來平整場地。

留礦法在機械化開采和水利充填采礦出現(xiàn)之前是一種廣泛應用的采礦方法，在澳大利亞，歐洲，加拿大，留礦法已大致被分段空場法，充填法，無底柱分段崩落法所取代。留礦法目前仍然應用于南美，非洲，亞洲和澳大利亞境內的少數(shù)機械化程度較低的礦山。

1.1留礦法缺點

留礦法需要勞動量較大，而且需要有相關工程的經驗，工作條件比較惡劣，由于是把崩下礦石當做工作平臺，且礦石每天都要放出，會帶來一些風險。礦石內的空隙，不均勻放礦，浮石都可能引發(fā)問題。

這種方法生產能力相對較低，且礦石在采場存留時間過長。這將對礦山的初期生產帶來較大影響—為了達產崩下礦石比放出礦石要多三倍。該方法也存在放礦過多的風險，這將導致鑿巖困難，不得不架設木支架作業(yè)平臺。這樣既浪費時間，降低生產能力，也增加了成本。

1.2留礦法優(yōu)點

然而，留礦法因其在設備和充填方面的單位投資很少仍然被采用。該方法資金投入最少而且需要的員工較少。
 

二、適用條件

1 傾斜礦體

2 礦體穩(wěn)固（保證工人在頂板下安全作業(yè)）

3 相對穩(wěn)固的上下盤圍巖

4 規(guī)則的礦體邊界

5 礦石不因留在采場受到影響（不存在氧化性，結塊性，自燃性）

6 礦體寬度為1—12米

7 巖石應力較小或者中等

2.1 礦體傾角

該方法適用于急傾斜礦體，傾角一般在70°以上，且一定要大于自然休止角（例如大于45°）。這是因為傾角較小的礦體會出現(xiàn)以下問題；

—放礦不均勻或者放礦困難

—大量出礦時不完全

—上盤圍巖不穩(wěn)固破壞，導致貧化

2.2 礦體質量

接下來的巖體質量估計主要是靠工程經驗，大多數(shù)留礦法作業(yè)都是在巖體分類方法之前開始的。

留礦法適用于巖石條件較好的礦體（Q＞10），通常只需要點錨支護。任何鋼筋網或者大范圍的錨桿支護都可能降低生產能力，也可能導致出礦困難，或者產生浮石。

礦體必須足夠穩(wěn)固以保證工人在沒有鋼筋網或者較多錨桿支護的情況下可以安全作業(yè)。崩下礦石中的鋼筋網或者錨桿對出礦會產生不利影響。僅僅是這一個要求就使澳大利亞西部礦山在沒有每日對巖石穩(wěn)定性進行評估的情況下采用留礦法變得很困難。

2.3 上下盤圍巖質量

上下盤圍巖的巖石質量最小是中等（Q＞4）。破碎的圍巖在放礦時很可能解體。

在大部分留礦法開采中，上下盤圍巖只靠崩下礦石來支承，這種支承作用是微小的，且一旦開采結束，大量放礦時圍巖將失去所有支承。因此，礦體圍巖要有足夠的穩(wěn)定性。在采場內不宜采用鉆鑿安裝長錨索鉆孔的大型設備，內部支護經常是短錨桿，由氣腿鑿巖機鑿巖，人工安裝。在留礦法中可以留有礦柱，但礦柱會對出礦造成不利的影響，因此設計時應將這種影響降至最低。
 

2.4 礦體幾何尺寸

因為從采場空區(qū)內均勻放礦的要求，安裝加固設施難度較大，要不要留礦柱這些因素要求礦體有一個規(guī)則的邊界和寬度。

采場的穩(wěn)定性跟變化的采場寬度和開采方向有關。礦柱經常作為支護方式的主要選擇，因為在有限的作業(yè)空間內安設錨桿或者錨索比較困難。

2.5 礦石貧化

礦體在爆破之后應該保持穩(wěn)固，沒有氧化性，或其他物理化學性貧化，或可能導致礦石自燃或者結塊的變化。

含高硫成分或者部分風化的礦體必須做實驗以檢測其自燃或者結塊的可能性。破碎帶的粘土成分對礦石的放出也有不利的影響。

礦石的結塊將會給礦石的放出帶來很大的困難。特別是礦柱上的礦石（溜井之間，或裝礦橫巷之間）

2.6 礦體寬度

留礦法一般適用于寬度為1米到12米的礦體。

采場的最小寬度僅僅取決于鑿巖設備的要求，礦體寬度較大時，可以用礦柱來穩(wěn)固上下盤圍巖。

寬度大于12米時，礦塊多垂直走向，橫向布置。這樣的話，相鄰采場之間必須要留有礦柱。

2.7 地應力

留礦法只適用于低應力或中等應力礦體，高應力會導致頂板發(fā)生應力破壞，這會需要更多支護，降低生產能力，增加了使用鋼筋網或錨桿加固礦體引發(fā)懸拱的風險。高應力采場回采結束放礦時會導致崩下礦石發(fā)生擠死，其后的放礦將會很困難。

三、留礦法開拓方式

留礦法目前主要有兩種方式，一是采用溜井配脈內有軌列車出礦法（即標準留礦法），另一種是在裝礦橫巷用鏟運機或裝巖機出礦。

人員，材料，設備，通風除了在已采采場在開采之上之外通常是從低水平運送的。留礦法的一大優(yōu)勢就是可以自下向上開采而不需要上面的進路。在采場任意一側掘進的天井常常用木頭支護，當崩下礦石承受壓力或在放礦時，木支架可以承受中等或較大的變形。

3.1 溜井配有軌列車出礦法

溜井配有軌列車出礦法的開拓采準切割工藝包括：

u沿礦體底板掘進脈內運輸平巷

u自采場兩端向上掘進人形通風天井

u自階段運輸平巷以上5m掘進切割拉底平巷

u自階段運輸平巷向切割拉底平巷每隔幾米掘進斗穿

u對斗穿擴漏以形成漏斗

u修筑溜槽

u人行天井的木支護

u鑿巖準備工作
 

3.2 裝礦橫巷配鏟運機等無軌設備出礦法

這種方法為采用鏟運機或裝巖機等無軌設備在裝礦進路出礦，其開拓采準切割工藝包括：

u掘進階段運輸平巷

u到達預定采場一端的裝礦進路

u采場底部結構的形成

u在采場底部掘進的裝礦橫巷

u自兩端裝礦橫巷向上掘進的兩條用于人行和通風的兩條天井

u爆破準備工作

裝礦橫巷配鏟運機等無軌設備出礦法的一大優(yōu)勢就是采場內的采準切割工程較少，沒有漏斗，斗穿和拉底巷道，也不用預留礦柱。缺點是運輸巷道布置在脈外，不能起到探礦的目的，且沒有副產礦石。

四、生產效率

留礦法的鑿巖和崩礦工作和空場法類似。采場內不進行機械化支護，用不規(guī)則的支柱代替。標準方案是采用氣腿式鑿巖機和伸縮式鑿巖機鑿巖，孔深1.8m～2.4m，炮孔直徑為32mm，炮眼傾角為向上70°。

因此除了alimak和長壁式留礦法之外，采場的生產能力是由鑿巖和崩礦的能力決定的。

每班崩下礦石量為115噸～200噸，采場的預期產量為每班（2臺鑿巖機，2個作業(yè)人員，1個輔助人員）40～70噸。

在各水平都有生產的穩(wěn)定礦體，影響生產能力的主要因素就是崩下礦石的多少。但對采場剛開始回采，還沒有大量放礦時，影響生產能力的只有可供放礦量，放礦量只有崩礦量的35%。這對到選場的礦量有之間的影響，且會影響早期資金回收。

五、采礦設備

留礦法的主要優(yōu)點之一就是其設備需要量較小，氣腿和其他設備用來鑿巖，運輸設備在階段運輸平巷內托運礦石（最小是手推式側卸礦車）。

深孔留礦可以采用深孔鑿巖設備，在裝礦橫巷用鏟運機出礦。

六、出礦

留礦法中傳統(tǒng)的出礦系統(tǒng)是將礦石直接從溜井下的溜道中泄到有軌卡車。裝載機或者鏟運機與放礦點裝載系統(tǒng)聯(lián)系起來效率更高，能使生產能力大大提高。

其他選擇有在放礦點、長溜井或溜槽用扒礦機耙至布置在下盤圍巖中的礦車。

6.1 溜井配有軌列車出礦

傳統(tǒng)的留礦法是通過長溜井或漏斗將礦石卸到階段運輸平巷中的礦石中。設計礦量、使用時間，二次破碎的頻率決定了溜井的規(guī)格和修筑，鋼支護比木支護更能夠抵抗爆破震動。鋼支護溜井通過的礦量更大且使用時間更長，但比木支護成本更高。各種溜井的修筑起來都要消耗大量勞動力，且要求工人有經驗，技術熟練。

6.2 放礦點出礦

這種方式主要采用有軌裝巖機或鏟運機出礦，比起采用溜井，有軌列車出礦有更大的生產能力。懸臂式裝巖機一般直接將礦石裝進有軌列車，而鏟運機可以裝進卡車，列車和礦石溜井。這種方法更適合于圍巖片幫或比較破碎的礦體。

6.3 操作指南

留礦法能夠實現(xiàn)的一大原因就是一崩下礦石為工作平臺，以夠得著頂板鑿巖。因此必須嚴格控制從采場底部放出礦石的多少。這就需要控制:

u生產炮孔的數(shù)量（包括長度，直徑和類型）

u采場爆破礦石的多少

u由出礦點決定采場爆破作業(yè)面得區(qū)域

u放礦點的數(shù)量

u每個放礦點放出的礦量

放礦的多少主要取決于工程經驗。經驗可以決定了出礦方式。以往工程的經驗對決定采場內哪個裝礦點可以用來崩礦。

留礦法放礦時在礦石內部可能會出現(xiàn)浮石或者空區(qū)，這在放礦點或者采場工作面都很難發(fā)現(xiàn)。因此在礦石上作業(yè)的工人必須佩帶安全繩。安全繩與錨桿上的長鎖鏈或鋼絲繩相連，錨桿可以在上盤，也可以在下盤，后者兩者都有。
 

七、支護與加固措施

留礦法一般適用于巖體受力情況較好的礦體，一般不會采用大規(guī)模的地應力支護措施。

7.1 采場頂板支護

只有在局部破碎的頂板處才會采用支護。這些支護包含可以馬上發(fā)揮作用的錨桿，如漲管式錨桿和機械式錨桿。如若采用鋼筋網，則鋼筋網的規(guī)格應較低，使其僅能夠支承該處松散礦石。且質量足夠輕以利于人工搬運，鋼筋網應該有隨礦石變形的能力。

7.2 上下盤圍巖支護

上下盤的支護主要是使各錨桿共同作用以保證在放礦時能有效控制片幫和貧化。根據出礦時圍巖質量和井口附近的巖石是否會松散破壞，可以采用漲管式錨桿，機械式錨桿和注漿錨桿。上下盤巖石中的錨桿一般與工作作業(yè)的安全繩緊密相連。

因為深孔鑿巖設備很難進入采場，所以留礦法一般不采用長錨索支護。如果必須使用，則可以人工搬運風動深孔鑿巖設備進入采場，或者用風動絞車拖動，但這回造成較大的生產延期。

八、留礦法的不同形式

留礦法應用起來比較靈活，其基本設計有多種形式。

8.1 臺階留礦法

臺階留礦法的工作面是以倒臺階形式推進的，其角度大約等于礦石的自然安息角。工人以崩下礦石為工作平臺鉆鑿炮孔，為使采場內存留的礦量最小，礦石隨后被從一側向另一側滾動放出。也可以隨之向采場充入廢石。

這種方法的關鍵是頂部天井，因為天井的間距決定了采場頂部鑿巖的推進長度。

8.2 設木支架的留礦法

留礦法與其他采礦方法相比經濟上最大的不足就是60%—70%的礦石在回采結束大量放礦前都要留在采場里。在采場頂部間隔安裝木支架或者隔墻能將這一值減少至30%左右。隔墻能將崩下礦石放出，最上面的隔墻可以托住礦石以形成工作平臺。這種方法一般只適用于寬度小于2米的采場。

8.3 充填留礦法

在充填采礦法中，當充填料缺乏時，可以用留礦法暫時繼續(xù)采礦。只有到達足夠的高度時，礦石才被放出，然后場地。礦石不斷積累升高，直到充填料充足或者采場到達預定水平。此時，礦石在裝礦橫巷用鏟運機運出。大量放礦時，上下盤的暴露面積較大，可能會引起破壞，進而導致礦石貧化。因而采用此方法時，為避免圍巖破壞，礦石貧化，應該用錨索加固圍巖。

8.4 深孔留礦法

深孔留礦法集合了階段空場法和留礦法的特點。崩下礦石不是作為工作平臺，而是留在采場用來支承上下盤圍巖。這種方法比起標準的氣腿式開采留礦法可以大大提高生產能力，但炮孔偏斜或者爆破時間控制不好會導致上盤破壞，這增加了貧化的風險。

8.5 阿里馬克留礦法

這種方法主要應用于加拿大一些特定礦山里。在不同階段之間鉆鑿天井和用于鉆鑿水平深孔的工作平臺。同樣，崩下礦石不是作為工作平臺，而是為上下盤圍巖提供有限的支承。

8.6 橫向布置留礦法

此方法可以用來開采厚度較大的礦體（就像橫向充填法一樣）。采場垂直礦體走向布置，采場之間留有礦柱。這些礦柱要么是永久性的，要么在充填了空區(qū)之后用深孔爆破的方法或者下向充填回采。