金属采矿学

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第一章概论

第一节地下金属矿床分类

一、按矿体形状分类

层状矿床脉状矿床块状矿床

二、按矿体倾角分类

1．水平和微倾斜矿床，倾角小于5°。 2．缓倾斜矿床，倾角为5°～30°。

3．倾斜矿床，倾角为30°～55°。 4．急倾斜矿床，倾角大于55°。

三、按矿体厚度分类

1．极薄矿体，厚度小于0.8m。 2．薄矿体，厚度为0.8～4m。

3．中厚矿体，厚度为4～10－15m之间。 4．厚矿体，厚度为10－15～40m之间。

5．极厚矿体，厚度大于40m。

四、按赋存深度分类

1．浅埋矿体，一般小于500～600m 2．深埋矿体，一般大于500m

第二节矿石和围岩的物理力学性质

矿石和围岩的物理力学性质，影响到对矿床的开采和生产安全。主要的物理力学性质包括坚固性、稳固性、结块性、氧化性和自燃性、含水性、碎胀性等。

矿田和井田:划归一个矿山企业开采的全部矿床或其一部分叫矿田，在一个矿山企业中划归一个矿井（坑口）开采的全部矿床或一部分叫井田。矿田有时等于井田，有时包括数个井田阶段在井田中，在垂直方向上每隔一定的距离，掘进一条或几条与矿体走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为矿段，这样的矿段叫阶段。两相邻阶段间的高度称为阶段高度。

矿块在阶段中沿矿体走向每隔一定距离，将阶段矿体划分为独立的回采单元，称为矿块。盘区在开采水平或微倾斜矿床时，若矿体的厚度不超过允许的阶段高度时，在井田内不再划分阶段。为采矿工作的方便，将井田用盘区运输巷道划分成方形的矿段，此矿段称为盘区。根据开拓、采准和回采工作的不同，盘区又分为开拓盘区、采准盘区和回采盘区。

采区在盘区中沿走向每隔一定距离，掘进采区巷道连通相邻两个盘区运输巷道，将盘区再划分成独立的回采单元，这个单元称为采区。

四、矿床开采顺序

1．阶段开采顺序井田中阶段开采顺序可分为上向开采和下向开采两类。

2．矿块开采顺序阶段中矿块开采顺序包括前进式开采、后退式开采和混合式开采。阶段相邻矿体开采顺序：

1. 矿体倾角小于或等于围岩移动角时，从上盘向下盘开采。

2. 矿体倾角大于围岩移动角时，具体根据矿体间夹石厚度和选用采矿方法而定，一般从上盘向下盘开采

六、矿床开采步骤

金属矿床地下开采可分为开拓、采准、切割和回采四个步骤。

1．矿床开拓从地表开始，向地下掘进一系列巷道通达矿体，形成提升、运输、通风、排水以及动力供应等完整系统，称为开拓。为此目的而掘进的巷道，称为开拓巷道。

2．矿块采准在形成开拓系统的矿床中，掘进采准巷道，将阶段划分为矿块作为回采的独立单元，并在矿块内形成行人、凿岩、放矿、通风等条件，此项工作就称为采准。

3．切割在完成采准工作后的矿块内，为回采开辟自由面和自由空间，就称为切割。

4．回采完成切割工作后，进行采矿的过程就是回采，包括落矿、运搬和地压管理三项主要工作。

第二章矿床开拓

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第一节矿床开拓方法

综合国内外金属矿山采用的开拓方法，可概括为单一开拓方法和联合开拓方法两大类。凡用一种主要开拓井巷开拓矿床，就叫单一开拓；由两种主要开拓井巷组合开拓矿床，就叫联合开拓。

1. 平硐开拓当矿床处于山坡地形时，在采用平硐开拓较为有利时采用平硐开拓。根据矿脉倾向与山体倾向的不同，又可分为下盘平硐开拓和上盘平硐开拓

2．斜井开拓斜井开拓是当矿体倾角在150～450之间，矿体沿倾斜起伏不大时采用，斜井开拓包括脉内斜井开拓和下盘脉外斜井开拓。

3．竖井开拓当矿体赋存在地平线以下，倾角大于450，或150而埋藏较深的矿体时，常采用竖井开拓法。按竖井与矿体的相对位置分，有下盘竖井开拓法、上盘竖井开拓法和侧翼竖井开拓法三种方式。竖井开拓方式是大中型矿山应用中使用最多的，其中的下盘竖井开拓方式应用最广，上盘开拓方式是在不适合下盘开拓方式时才采用，在矿体比较集中而又不适合上、下盘竖井开拓时就采用侧翼竖井开拓。

4．斜坡道开拓在开采大型矿山、大量使用高度机械化的无轨设备时采用斜坡道开拓法，按照斜坡道的类型分为螺旋式斜坡道开拓和折返式斜坡道开拓，斜坡道一般布置在下盘的岩层中

5．联合开拓根据地形和矿体赋存条件，有时需要将平硐、竖井、斜井或斜坡道中的两种或以上的主要开拓井巷组合起来开拓一个或几个矿体，就称为联合开拓法，例如平硐与盲竖井联合开拓、明竖井与与盲竖井联合开拓等。

斜坡道开拓在开采大型矿山、大量使用高度机械化的无轨设备时采用斜坡道开拓法，按照斜坡道的类型分为：

1.直线式斜坡道开拓 2.螺旋式斜坡道开拓 3.回（折）返式斜坡道开拓斜坡道的优点：

1.矿体开拓快投产早 2.斜坡道可代替主井或副井 3.节省大量钢材 4.产量大，效率高斜坡道的缺点：

1.同样开采深度下，基建工程相对较大，坡度受限制，

2.无轨设备易污染井内空气，独头掘进通风困难，增加通风费。

3.设备初期投资大，维修工作量大，技术要求高

第二节主要开拓巷道的位置

在地表出现裂缝的范围内称为崩落带，崩落带的外围到出现变形的地点为止，称为移动带。从地表崩落带的边界至开采最低边界的连线和水平面所构成的倾角，称为崩落角；从地表移动带边界至开采最低边界的连线和水平面所构成的倾角，称为移动角。

保安矿柱在受客观条件限制时，一些井筒或建（构）筑物必须布置在地表移动带以内时，为保证这些设施的安全，必须留足够的矿柱来加以保护，此矿柱称为保安矿柱。

第三节通风井的位置与通风方式

风井的位置通风井的位置一般在矿体的下盘或矿体的两端，通风井由承担人员、材料和设备通道的副井与专用风井组成。

矿井的通风方式：中央并列式中央对角式侧翼对角式

竖井井底车场形式：尽头式折返式环形式混合式

溜井布置形式：垂直式倾斜式分段式阶梯式

第三章采矿方法

第一节采矿方法分类

采矿方法就是矿块的采准、切割和回采三项主要工作的总和。目前，国内对金属矿山采矿方法的分类主要是依据回采过程中的地压管理，主要分为空场采矿方法、充填采矿方法和崩

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落采矿方法三大类，

第二节空场采矿法

利用矿岩自身的稳固性或留矿柱进行地压管理。采场进行两步骤回采，分为矿房和矿柱，先采矿房后采矿柱，矿房回采过程中形成的采空区靠矿岩自身稳固性和矿柱维护，采场一般不需支护。

全面采矿法

1．实用条件和特点薄和中厚矿体（小于5～7m），矿石和围岩稳固，缓倾斜（小于300）。其特点是只以夹石和贫矿体作为不规则的矿柱，以维护采场顶板的稳定，进行全面的回采。

2．采切：包括阶段运输平巷，采场溜井，绞车硐室，联络道，拉底平巷，切割上山等。

3．回采：工作面沿走向，倾向推进。浅孔落矿，电耙出矿。矿柱或人工支护采场。回采结束后集中处理采空区。

4．优缺点评述：对矿体形状倾角适应性较强，采切工作，回采工艺简单，工程量小，通风条件好。但是采空区顶板暴露面积大，不够安全

房柱采矿法

1．实用条件和特点薄、中厚和极厚矿体，矿石和围岩稳固，缓倾斜和水平矿体，实用范围比全面法要广泛。其特点是在采场内留下规则的连续或间断的矿柱，以维护采场顶板的稳定。

2．采切：阶段运输平巷，采场溜井，绞车硐室，切割上山，联络平巷，切割平巷等

3．浅孔房柱法：矿体厚度小于3米时，整层回采；厚度3~5米时，分两层回采；厚度5~8米时，先采下层，然后挑顶采上层。电耙出矿。留规则矿柱支护顶板，回采结束后回采矿柱并处理采空区。

4．深孔房柱法：采空区8~20米。浅孔开凿切割天井，切顶平巷，切顶预留房间矿柱并超前回采5~7米。然后运用凿岩台车深孔落矿，无轨设备出矿

6．优缺点评述：采准工作量小，回采工艺简单，通风条件好，便于实现机械化，生产率高，采场生产能力大。矿柱矿石损失大，顶板安全性不高。

留矿法

1．实用条件和特点薄和中厚以下的矿体，矿石和围岩稳固，急倾斜，矿石无自燃、结块等现象，该方法应用范围很广。其特点是在矿房回采过程中人员在采下的矿石堆上作业，自下而上分层采矿，每次采下的矿石靠自重放下三分之一左右，其余的留在矿房中作为上采的工作平台，矿房回采完后，进行大量放矿。

2．采切：阶段运输巷道，先进天井，联络道，采场漏斗，拉底巷道。

3．回采：浅孔水平或垂直炮孔落矿，平场，撬顶，二次破碎，最终放矿

4．优缺点评述：结构和生产工艺简单，管理方便，利用矿石自重放矿，采准工作量小。但是矿石损失贫化较大，安全性差，平整采场工作繁重，难于实现机械化，积压大量矿石，影响资金周转。

分段矿房采矿法

1.适用条件及特点：用于倾斜厚及中厚矿体。将矿块沿倾斜方向划分成分段，在分段内在划分矿房和矿柱，布置分段运输平巷，形成分段凿岩

落矿，分段出矿的独立回采单元。先采矿房后采矿柱，并同时处理采空区。分段高度小，回采速度快，对围岩稳定性要求不高。

2.采切：阶段运输平巷，溜井，分段运输平巷，堑沟平巷，装运横行，矿房凿岩平巷，矿柱凿岩平巷，切割立槽，堑沟。

3.回采：两步骤回采，先采矿房后采矿柱。

4.优缺点评述：生产能力较大，效率较高，安全性好，底部结构简单。但是采准工程量较大。

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阶段矿房采矿法

1.适用条件及特点：急倾斜厚及极厚矿体，沿阶段全高划分矿房，只在阶段下部设底部结构出矿。根据凿岩方式不同分为分段凿岩阶段矿房法，阶段凿岩阶段矿房法。

2.采切：阶段运输平巷，人行天井，分段凿岩巷道，溜井，电耙道，切割巷道，切井和斗颈等。拉底，扩漏和开槽。

3.回采：分段凿岩巷道中打上向扇形中深孔落矿，电耙出矿。

4.优缺点评述：生产能力大，效率高，采矿成本低，坑木消耗少，作业安全。但是矿柱损失贫化大，采切工作量大

垂直深孔球状药包阶段凿岩阶段矿房法

1.特点：沿矿房全高钻凿大直径深孔，球状药包爆破，自下而上分层落矿，大型无轨设备出矿。

2.采切：阶段运输平巷，穿脉装运横巷，出矿巷道，凿岩硐室。

3.回采：深孔全部钻凿后，单分层或多分层落矿，大型无轨设备出矿。

4.优缺点评述：生产能力大，生产率高，采切工程量小，崩矿质量好，大块率低，采矿成本低。但是凿岩技术要求高，爆破成本高施工复杂，矿体形态变化大时，矿石损失贫化大。

第二节崩落采矿法

崩落采矿法：通过崩落围岩进行地压管理。采场一步骤回采，回采过程中强制或自然崩落围岩充填采空区。根据采场结构和矿岩稳固性不同选择支护方式

崩落采矿法包括单层崩落法、分层崩落法、分段崩落法和阶段崩落法等。

单层崩落法

主要用来开采顶板岩石不稳固，厚度一般不大于3m的矿层。其特点是在回采工作面推进一定距离后，除保留下一步回采所需的空间外，有计划地回收支柱并崩落采空区的顶板岩石并用以充填采空区，借以控制顶板压力。根据顶板岩石的稳固性和允许暴露面积的不同，可将单层崩落法分为长壁式崩落法、短壁式崩落法和进路式崩落法。

长壁式崩落法在三种方法中，当矿层顶板的稳固性相对较好时，采用长壁式采矿法。整层回采，工作面沿阶段倾斜全长布置。

1．采切：阶段运输巷，采场溜井，安全道，切割平巷，切割上山。

2．回采：浅孔落矿，电耙出矿，人工支护顶板，随工作面推进留最小控顶距放顶

短壁式崩落法当矿层的顶板围岩稳固性相对较差时，采用长壁式采矿法不易控制顶板地压，此时可采用该方法。在上下阶段巷道之间，沿矿层的走向掘进分段巷道，用分段巷道划分工作面，将工作面长度缩小形成短壁，以利于顶板管理。整层回采，将阶段沿倾斜划分为分段，在分段内布置短工作面（20~30米）回采。上部短工作面超前下部，上部采下矿石经分段巷道，上山耙到溜井，由运输巷道运走。

优缺点评述：长壁式采切和采场结构简单，生产能力和生产率较高，通风条件好。但坑木消耗多，支护顶板管理复杂。短壁式工作面短小，回采灵活性大，对弱顶板适应性好，但生产率和生产能力相对较小。

进路式崩落法当矿层顶板稳定性更差时，则采用进路式崩落法开采。其特点是将矿块用分段巷道或上山划分成沿走向的小分段或沿倾斜的条带，从分段巷道或上山向两侧（或一侧）用进路进行回采（进路宽度可为2～2.5m的窄进路、5～7m的宽进路）。

分层崩落法

1.适用条件及特点：矿石有用成分高，价值大。矿石松软破碎，上盘和矿体覆岩稳固性差，以自然崩落。倾斜或缓倾斜矿体，厚度5~6米，急倾斜厚度不小于2米，地表围岩允许塌陷。矿块划为分层，自上而下回采矿石，上分层回采结束后，铺设假底并放顶处理采空区。下分层回采时在假定回采空间作业。

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2.采切：阶段运输巷道，天井，溜井，第一分层平巷，第一分层切割横巷。

3.回采：单翼或双翼推进，相邻分层回采超前距离大于10米。浅孔落矿，电耙出矿。铺设木垫层假底。

4.优缺点评述：矿石损失率贫化率低，能适应矿体形态变化。但生产能力低，木材消耗多，劳动强度大，采场通风差，易发生火灾。

有底柱分段崩落法

1.适用条件及特点：地表允许塌陷，急倾斜矿体厚度不小于5米，倾斜矿体厚度不小于10米，厚度20米以上不限倾角，矿石和下盘围岩中稳以上，矿石价值不高，无自燃结块性，矿体中无较大夹石。矿块沿倾斜方向划分为分段，每个分段下部设出矿底部结构（底柱），采下的矿石自崩落废石层下从分段底部结构放出，废石虽矿石放出充填采空区。

2.采切：阶段运输巷道，穿脉运输巷道，天井，分段联络道，电耙道，溜井，堑沟和切割立槽。

3.回采：采用中深孔或深孔挤压落矿，电耙出矿。

4.优缺点评述：矿块生产能力大，效率高，通风条件好，适应面广，矿石破碎质量好。但是结构复杂，采准工作量大，损失与贫化大。

无底柱分段崩落法

1.适用条件及特点：地表允许塌陷，急倾斜厚矿体或倾斜极厚矿体，矿石和下盘围岩中稳以上，矿石价值不高，围岩含有品位。无自燃结块性，矿体中无较大夹石。无底柱分段崩落法的特点是各分段的底部没有专用出矿的底部结构，分段凿岩、崩矿和出矿等的工作都在回采巷道中进行；以崩落矿体上覆围岩充填采空区，进行采空区地压管理。该方法的安全性好，采矿方法结构简单，回采工艺简单，适应于高效率的大型无轨设备，机械化程度高。

2.回采：中深孔挤压落矿，铲运机装运机出矿，局扇通风。

3.优缺点评述：矿块结构简单，机械化程度高，生产能力大，效率高，安全性好，分采分运便于剔除夹石。但是工作面独头掘进，通风困难，矿石损失贫化大。

4.地压管理无底柱分段崩落法以崩落上覆岩层作为形成崩落法正常回采条件，达到对地压控制的目的。

阶段强制崩落法

1.适用条件及特点：地表允许塌陷，急倾斜厚矿体或倾斜极厚矿体，矿石和下盘围岩中稳以上，矿石价值不高，围岩含有品位。无自燃结块性，矿体中无较大夹石。不划分为分段，沿阶段全高落矿，崩落围岩管理地压。

2.采切：穿脉运输巷，行人通风小井，溜井，天井，凿岩硐室，联络道，电耙道，回风巷道，回风天井，补偿空间，漏斗。

3.回采：深孔或中深孔自由空间爆破落矿，电耙出矿

4.优缺点评述：采准量小，生产能力大，效率高，成本低。但是损失贫化大，大块产出率高，适应面小

阶段自然崩落法

1.适用条件及特点：地表允许塌陷，急倾斜厚矿体或倾斜极厚矿体，矿石和下盘围岩中稳以上，矿石价值不高，围岩含有品位。无自燃结块性，矿体中无较大夹石。矿石大面积拉底后自然崩落。

2.采切：运输平巷，横巷，溜井，二次破碎巷道，斗颈，行人天井，回风巷道，联络道，观察天井，水平观察巷道，切帮拉底。

3.回采：矿石自然崩落，底部出矿，每次放出三分之一左右矿石，待矿块全部崩落后大量放矿。

4.优缺点评述：经济效果好，生产能力较大。但是使用条件要求严格，采准量大，初期投资

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高。

崩落法的地压管理：无论是哪一种崩落法，都是以崩落上覆岩层和围岩来实现地压管理，即随着崩落矿石，强制（或自然）崩落围岩充填矿区，以控制和管理地压，这是崩落法共有的基本特征。

充填采矿法

利用充填材料充填采空区进行地压管理。一般采场分两步骤回采，划分矿房和矿柱，矿房回采过程中，随矿石的采出，不断用充填材料充填采空区

上向分层充填法

1.适用条件及特点：矿石价值高，中稳以上，地表需保护的倾斜和急倾斜矿体。矿块划分为矿房矿柱，两步骤回采，矿房划分水平分层，自下而上逐层回采，同时向上逐层充填采空区。

2.采切：阶段运输巷，穿脉巷道，行人滤水井，溜井，拉底巷道。

3.回采：自拉底水平向上逐层进行。浅孔落矿，电耙出矿，胶结充填。

4.优缺点评述：回采方案多，灵活性强，对矿体形态变化适应性强，结构简单，采切工作量小，矿石损失小，贫化率低，机械化程度高，生产能力大。但是回采和充填工艺复杂，采矿和充填成本高。

单层充填采矿法该方法适用于缓倾斜薄矿体中采矿，用矿块倾斜全长的壁式回采面沿走向方向一次按矿体全厚回采，并随工作面的推进有计划地用水力或胶结充填采空区，以控制顶板崩落。

上向水平分成充填采矿法该方法一般将矿块划分为矿房和矿柱，矿房和矿柱分两步骤回采，第一步回采矿房，第二步回采矿柱。矿房回采时，自下向上水平分层进行，逐层充填采空区，并留出继续上采的工作空间。充填体作为维护采场两侧的围岩，起到控制采场地压的作用；充填体还是向上回采的工作平台。在矿房回采完最后一个分层后，将采场充填接顶，完成矿房的回采工作。以同样的方式回采矿柱。

适用条件矿体和上下盘围岩均较稳固，矿石品位高和稀有金属矿床。

下向分层充填采矿法这种采矿方法与上向分层充填采矿法相反，在中段矿块中，从上往下逐层回采和充填，每一分层的回采工作，在上一分层人工假顶的保护下进行。充填体主要起控制采场地压的作用

适用条件矿石和围岩很不稳固，矿石品位好或价值高的有色金属和稀有金属。分采充填采矿法

1.适用条件及特点：极薄（0.3~0.4米以下）高品位和贵重矿体，矿石和围岩分别回采，采下矿石运出后，开掘围岩充填采空区，并为继续作业的平台。

2.采切：脉内阶段运输巷道，天井，溜井，拉底巷道，漏斗。

3.回采：自下而上水平分层回采，松动爆破，电耙出矿，崩落围岩，充填，铺设地板垫层和溜井。

4.优缺点评述：贫化率低，便于在采场内进行手选矿石和地压管理，适应性广。但是生产能力低，回采工艺复杂，采矿成本高，不易实现机械化

按金属种类分：贵重金属矿石有色金属矿石黑色金属矿石稀有金属矿石放射性金属矿石

按金属矿物性质组成化学成分分为：自然金属矿石氧化矿石硫化矿石混合矿石按金属成分数目分：单一金属矿石多金属矿石

矿体：矿石的集合体。

矿体的产状：矿体的形态、大小及其与围岩的接触关系。

夹石：矿体中矿石品位达不到工业要求而无开采价值或尚无开采价值的岩石。围岩和夹石统