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【關鍵詞】：地下礦山；開采技術；空場采礦；崩落法；發展
中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00
1引言
隨著科學技術的不斷進步和社會經濟的飛速發展，我國地下礦山開采技術也在飛速發展，礦山開采技術的提高主要是提高礦山開采的效率以及礦山開采的質量，提升礦山的生產能力從而提升企業的經濟效益。本文主要對當下常用的開采技術進行了一系列的分析，希望本文的分析可以為開采技術的提升提供一定的幫助。
2礦山開采技術
2.1空場采礦法
20世紀80年代， VCR采礦方法在鉛鋅礦試驗成功，之后我國便將這一方法成功運用到銅礦、金礦等礦山的開采，由于該種采礦方法開采效率較高，所以依次在我國的安慶銅礦、金長峪金礦以及獅子山銅礦等礦山公司得到了廣泛應用。
1980年到1985年之間，我國又進行了階段臺階采礦方法的試驗，該方法主要是將露天礦的采礦技術運用到了地下礦山的開采之中。具體開采的方法是：1）在礦山開采區的表面進行割槽，之后將這一割槽作為補償空間和自由面；2）利用大直徑深孔的爆破技術進行全階段或臺階崩落；3）最后在采礦場的下部將崩落的礦石運出即可。
提高礦山開采產量的一大關鍵因素就是實現地下礦山的連續開采。地下礦山的連續開采指的是所有的礦山開采工藝都能實現連續化，主要的連續化開采工藝包括三個方面，一是做到礦床的不間斷開采，二是實現礦石的不間斷運輸，三是礦房可進行連續回采。為此，我國在“六五”和“八五”期間就對連續開采工藝方面做了大量的技術研究，并針對研究的連續開采工藝作了大量的現場試驗，并將這些開采工藝成功運用到了我國許多礦山中，且這些運用都取得較好的結果，開采產量都得到了不同程度的增長。
2.2崩落采礦技術
2.2.1無底柱崩落采礦法
無底柱崩落采礦法在近幾年才開始在我國流行運用起來。目前，無底柱崩落采礦法的推廣應用面臨著兩大主要問題，一是怎么加大斷面的問題，二是怎么優化結構布置參數的問題。優化結構參數就是為了使進路間距增加，以此來使采掘工程量極大的降低，優化結構參數來加大進路間距的操作性較強，易于實現。當前，在我國的許多礦山中都運用了優化結構參數技術，如：桃沖、程潮、板石溝以及北銘河等礦山，該技術的使用使得這些地區的礦山開采環境得到了極大的改善。尤其是針對一些低貧化放礦或無貧化放礦工序，通常為了保證礦巖的純度以及維系礦石截面的完整性，一般的操作工序是：在放礦過程中一旦礦巖界面正常到達出礦口時就停止操作，這樣可以在極大程度上提高礦巖的純度，減少礦巖的混雜性。目前，伴隨無底柱分段崩落技術的推廣和運用，不僅極大地減少巖石混入，降低貧化，還提高了有關企業的經濟利益。
2.2.2自然崩落法
自然崩落法與無底柱崩落采礦法技術不同。自然崩落法已在我國地下礦山采礦中得到了廣泛的運用。自然崩落法的應用原理主要是：破壞地下礦山的礦塊內的應力平衡，導致礦塊大面積拉低，從而會造成應力集中或應力分布不均勻，最后起到礦山開采的作用。自然崩落法的優點是運作成本降低，開采速度快、采礦產量大等。這種方法主要適合于一些礦體厚大、礦化均勻且易于自然崩落的低品位的礦床。
2.3充填采礦法
運用充填采礦法的兩大要素是機械設備的大型化以及機械化。在我國曾一次運用過水泥碎石膠結充填、干式膠結充填、分級膠結充填、尾礦膠結充填等充填技術和工藝。目前，我國又研究出了更為先進的充填開采工藝，如：粗粒級水砂充填新工藝、高水全尾砂速凝固化膠結充填新工藝、膏體泵送充填工藝、高濃度全尾砂自流輸送及泵壓輸送充填新工藝等，這些工藝在世界都具有領先地位。在充填技術方面，最具有領先地位的就是膠結性充填，從開始運用的尾砂膠結充填工藝發展到了高濃度膠結物充填技術以及目前比較流行的不收縮、不脫水的沙膠充填技術。同時，礦石的回采工藝以及階段全高開采工藝也得到了很大的進步，從開始的分層開采、分段開采，已經發展大了如今的了大孔落礦開采，改良采場的布置參數，通過對充填系統實行自動化控制來對采區進行機械化充填開采。特別是最新研究的泵送膠結膏體充填工藝，不僅開采的工作效率得到了大幅度的提升，同時充填開采工藝也實現了高效開采。
2.4地下無廢開采法
地下無廢開采法在推出不久就得到了各大礦山的廣泛的應用。地下無廢開采技術可以充分的運用礦產資源，從而為企業贏得最高的經濟效益，并能有效的防止對自然環境造成破壞和污染，這正是目前我國礦山產業的發展方向，同時這也成為是我國礦山開采首選的技術方法。地下無廢開采法主要包含：全尾礦充填技術以及高濃度尾礦料的制備與輸送等，這些技術目前已經在美國、德國、俄羅斯等發達國家已經得到了廣泛的推廣和應用。
3地下礦山開采的趨勢
3.1礦山設備的機械化、自動化、高效化
隨著科學技術的不斷進步以及能源需求的不斷增加，礦山開采技術也在進行不斷的進步和發展。目前來看，礦山設備的機械化、自動化、高效化、智能化將是未來礦山開采技術發展的大趨勢。當前對于井巷鉆進機械、大孔穿爆設備、連續采礦、振動出礦及與之相配的輔助機械、中深孔全液壓鑿巖機具以及鏟運機為主體的裝運設備等的研究也在積極進行著。
3.2礦山開采深井化
隨著礦山開采力度的不斷增加，礦山開采的深度也在逐漸增加。通常深度超過千米的礦井稱為深井礦，在這些深井礦中進行礦石開采，難度較大，經常會出現技術難題。隨著開采深度的增加，巖層溫度與巖層地壓也在不斷的升高和增加，礦山的支護與排水也遇到了較大的困難，這些現象和難題都要求我們要不斷改進地下礦山開采設備與開采工藝。
3.3礦山的環境治理
礦山開采技術的高速發展，也給我們帶來了很多環境方面的問題。礦山開采帶來的廢水、粉塵、矸石等都會對自然環境造成很大的危害，所以在礦山進行開采后一定要進行綠化處理，如：針對廢石山、尾礦要進行覆蓋，在覆蓋層上面再種植綠色植物。在外來發展中要爭取做到無廢物礦山和無矸石礦山，并對一些品位差、治理成本過高的礦山進行標準管理。
3.4地下殘留礦工藝
地下礦山開采中，采礦效率和采礦質量是提升采礦工藝的兩大要素。隨著采礦行業的不斷發展，無序開采的現象在不斷的增加，不僅占用了國家資源也造成了很大程度的資源浪費。所以在以后的發展中，將著重研究地下殘留礦體工藝，來提高礦產開采效率，充分回收有限的礦產資源對日后的礦山開采行業具有重要的意義。
4結束語
隨著科學技術水平和國民經濟水平的不斷提升，人們對能源需求在不斷的增加，同時也使得礦山開采行不斷的發展和壯大，其中地下礦山開采技術得到了飛速發展。礦山開采技術的提升主要是為了提升礦山開采效率、礦山開采的質量以及提升礦山開采的生產能力。本文主要介紹了近幾年來的礦山開采技術的現狀，并且對未來礦山開采的趨勢進行了一系列的探討，希望本文的研究可以為礦山開采行業的發展提供一定的幫助。
參考文獻：
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關鍵詞 地下；采礦；工業；技術；條件；方案；設計；
中圖分類號：X753文獻標識碼： A 文章編號：
Abstract: with the development and progress of society, pay attention to underground metal mine non-pillar continuous mining method for real life has important significance. This paper mainly introduces the underground metal mine non-pillar continuous mining method study of the relevant content.
Key word:Underground; mining; industry; technology; conditions; design scheme;
引言
隨著地下礦山開采規模的不斷擴大、開采深度的不斷增加，會帶來一系列的技術難題。連續開采技術工藝是解決這些難題的有效途徑之一。它可以改善井下工人的作業環境和工作條件;可以實現礦山機械化連續作業，提高采場的綜合生產能力;可以縮短采場的回采周期，有利于深部低壓的控制和管理;可以實現大規模、高強度的集中強化開采，降低礦石的開采成本，提高開采的經濟效益等。因此，自20世紀80年代以來，國際礦業界對實現連續強化開采問題予以極大關注，把它視為發展礦山生產，提高經濟效益最直接有效的途徑。隨著高效率采、裝、運設備的出現和大量落礦采礦技術的發展，井下生產正趨向于大型化、連續化，采礦方法向高階段和一步驟回采的方向發展。因此，連續開采技術對實現21世紀礦山向開采縱深化、規模大型化、設備機械化、操作自動化、生產連續化、管理現代化發展具有重大意義。
一、地下礦山連續開采的概念
隨著采礦技術的發展，地下礦山連續開采的概念逐漸清晰。由于礦巖軟硬程度的不同，出現了兩種形式的連續開采方式。一是采掘工藝全過程(含切割、落礦、裝載、運搬)同時平行連續進行，如綜合機械化采煤工藝。這種連續開采方式主要是適用于開采礦巖硬度不大的礦體，如煤礦、鉀鹽礦等;另一種是指采裝運機組與一步驟回采配套的連續采礦，這是基于爆破破巖的一種廣義連續采礦概念。它是一步驟回采的采礦方法和高效率的采、裝、運設備組成的采礦系統。它不追求嚴格意義上的連續并行作業，而是以規模化采礦為目標，通過創新采礦方法、工藝和設備，將各采礦工序和設備有機組合起來，成為廣義的連續采礦系統。這種連續開采方式主要適用于礦巖硬度較大的礦山。
二、試驗礦段采礦技術條件與回采方案設計
本研究課題從提高礦床開采強度,降低礦石損失、貧化指標,改善井下工人勞動條件,提高勞動生產能力和降低生產成本為目標,對研究提出的具有中國特色的地下金屬礦無間柱連續采礦法及其工藝技術進行了全面的研究。
2.1連續采礦工藝系統
連續采礦工藝系統的建立，使不少孤立的出礦和運輸的設備配置，達到了采用連續采礦工藝的調劑及經濟上的合理。每個礦山企業都有其具體的開采條件，因此就可能有各種不同的實施方案，形成的作業系統可能是全面連續作業或間斷一連續作業。其基本模式可用框圖1表示。
圖1連續采礦系統甚本模式框圈
由圖1可以看出，采場工作面的出礦設備由振動出礦機、連續裝載機和鏟運機三種，可以分別與振動運輸機、特殊膠帶運輸機配套，或將礦石直接卸人溜井，再在后面組成各種連續或間斷一連續的采礦系統間。
2.2試驗礦段的采礦技術條件
某礦井下開采正延伸至-360m水平,中段設計產量為800t/d。本次工業試驗在-360m中段的Ⅱ號礦體進行。Ⅱ號礦體沿走向為彎曲的透鏡似板狀,長500~650m,厚5~60m,平均厚度為20~25m,礦體傾角75°~85°。-360m水平37線有一破碎帶切割破壞礦體,礦體在-240m水平有分枝復合現象。礦石堅硬穩固,但水平節理較發育,局部礦段比較破碎,穩固性有所降低。礦體上盤為花崗閃長巖,易風化,屬中等穩固,下盤為灰巖,較穩固。
2.3無間柱連續采礦法試驗方案
2.3.1無間柱連續采礦的總體技術思路。
實現無間柱連續采礦的總體技術思路是:將礦體劃分階段,再將階段劃分一個個礦段;以礦段為回采單元,礦段間不留間柱;采切、回采、充填三大工序,分別在相鄰三個礦段中平行進行;礦段回采采用采場連續工藝,礦段回采結束后,隨即轉入快速充填;三大礦段的作業互相銜接,階段采礦工作連續推進,故稱之“連續采礦”。由于連續采礦是以礦段為回采單元,礦段間不留礦柱為主要特征,故又稱“無間柱連續采礦”。第一礦段回采結束,即可轉入第二礦段回采。
2.3.2試驗礦段回采方案。根據上述技術思路,結合現場原有礦塊劃分及已有工程的布置情況,設計無間柱連續采礦方案。試驗礦段沿走向長45m,高48m,寬為礦體厚度,平均為14m,礦體傾角75°以上,礦石體重3.6t/m3,松散系數1. 6。設計采礦量為11.5萬t。
試驗礦段在回采工藝上分為兩個寬度不等的作業區,均采用大直徑(165mm)深孔崩礦。第一分區(15m)設計采用漏斗式底部結構,T4G出礦,一分區崩礦出礦完成后,采用自行研制成功的復合型高水速凝材料與尾砂膠凝跟隨快速充填;第二分區(30m)設計采用振動出礦的平底式底部結構,用改進完善的振動連續作業機組出礦。為降低充填成本,二分區采后用全尾砂充填。根據鳳礦井下已形成的開拓系統,試驗采場鑿巖硐室布置在-300m,出礦巷道布置在-348m,試驗采場一分區由2號溜井出礦;二分區由1號溜井出礦,采場作業人員由設在一分區一側的人行天井上下。從試驗采場結構可見,突出的特點表現在以下三方面：
(1)在試驗礦段內實行分區回采。其優點是:可以適當加大試驗礦段長度,減少回采作業循環,加快回采速度;第一分區采后隨即進行充填,這就為試驗礦段回采結束后盡快轉入第二礦段作業創造了必要條件;可根據礦體產狀的變化,靈活布置采切工程。
(2)在分區之間預留臨時礦壁。所謂“臨時礦壁”是在分區之間暫留打好孔的5m左右寬的礦壁,它要待二分區崩礦、出礦結束前,最后一次崩落放出。這種預留臨時礦壁的主要作用是隔離一分區內的充填體,并使充填體免受二分區大量崩礦的沖擊破壞。也就是說,在二分區大量崩礦出礦過程中,一分區充填體能保持自立不垮落,為二分區創造了安全作業條件,并為降低回采過程的礦石損失、貧化指標創造了有利條件。
(3)采用結構簡單的底部結構。作為對比,試驗采場二分區設計采用振動出礦的平底式底部結構形式,這種底部結構簡單,工程量小,開掘容易,采切比只有常用的漏斗底部結構的1/2。并且底柱高度低,礦石損失少,沒有專用二次破碎巷道,工作面都有貫通風流,作業安全,勞動條件好。
關鍵詞：充填采礦技術；煤礦；應用
1 充填采礦法的發展趨向
在可以預見的將來一段時期內，地下采礦方法變革的總趨向是：把礦房、礦柱回采和采空區處理作為一個整體予以考慮，有步驟地全面回來，既減少礦石的損失貧化，又消除采空區隱患。同時，改革采礦方法結構，實現機械化的強化開采，降低開采成本并提高勞動生產率。因此，充填采礦法是21世紀的最主要的采礦方法之一。可以認為，對于我國大中型地下礦山來說，充填采礦法的發展趨向在目前主要集中在下述幾個方面。在中段上實現無間柱連續采礦，被認為是礦床地下開采技術的一個重大進展。
1.1 大規模的機械化盤區開采
傳統的上向水平分層充填采礦法的主要缺點之-是采場生產能力低以及工人勞動生產率低。采礦作業全部使用大型自行設備：鑿巖作業為芬蘭生產的MonoMATICHSI05X型上向自動接桿鑿巖臺車，裝藥作業為芬蘭生產的NT30/NBBl50型井下裝藥車，采場裝運為美國生產的ST-31/2型3m3鏟運機和德國的LF-4.1型2m3鏟運機，采場頂板處理為瑞典Brokk300型撬毛車，井下破碎大塊為長沙礦山研究院制造的SYG-2.5型井下自行式碎石機，坑內材料運送及采場頂板和幫壁的安全檢查為南昌通用機械廠生產的井下服務車等。由6名工人組成采礦作業隊操作所有種類的機械設備，經7個采場16個分層共生產約15萬t礦石的工業試驗。
1.2 充填采礦法與空場采礦法或崩落采礦法聯合開采
為充分發揮充填采礦法和空場法或崩落法各自的優點，國內外很多礦山都設計使用了這種聯合開采方案。如澳大利亞的芒特?艾薩礦1100號巨型礦體的開采，在平面上劃分成40m×40m的棋盤式采場，在垂直方向上不劃分中段，礦體全高90-260m為采場高度，使用分段空場法開采，然后用膠結塊石充填。
1.3 全尾砂膏體膠結充填技術
鑒于傳統的分級尾砂充填的一些缺點，20世紀70年代末德國和蘇聯等國家開展了全民砂膏體充填泵送技術研究。所謂“膏體”，是指料漿濃度很高，在管道排料口以牙膏狀被擠出。全尾砂膏體充填技術的主要優點有： （1）層砂利用率高。膏體膠結充填可以使用全尾砂；膏體非膠結充填尾砂利用率-般為90%-95%，個別情況下可達到99%，取決于脫水設備和脫水技術；而水力充填分級尾砂的利用率一般只有50%-60%，致使充填材料數量不足，許多煤礦只好采集地表天然砂或將塊石磨碎成砂用作充填料。（2）減少尾砂庫經營和維護費用。全尾砂膏體充填的溢流水在滿足環保要求的排放標準時，礦山可不建層礦庫或只建小型的尾礦庫。（3）充填料漿濃度高，大大減少了水泥用量，降低了充填成本。據德國格隆德礦的統計資料，當設計的充填體強度相同時，全尾砂膏體膠結充填料的充填成本比分級尾砂膠結充填料的充填成本降低23.6%。（4）全尾砂膏體充填料在采場一般無滲流水排出，改善了井下作業環境，節省了井下排水及清理污泥等方面的費用。
全尾砂膏體充填技術的主要缺點是一次性投資較大，充填系統設備多、結構復雜，系統的可靠性較低。全尾砂膏體充填的技術關鍵，據認為主要是下列幾點：（1）尾砂脫水濃縮技術。按照全尾砂膏體充填的技術要求，尾砂脫水后的重量濃度應達到75%-80%以上。因此，需采用大型脫水設備，有的還需進行二級濃縮脫水；選廠送來的尾砂先經濃縮機脫水后，再送至過濾機脫水。（2）膏體的泵壓輸送技術。全尾砂膏體充填料需用高濃度砂漿泵或混凝土泵輸送。目前，國內使用的輸送泵主要有德國生產的PM雙缸活塞泵以及沈陽工程機械廠生產的混凝土泵。PM泵為普茨邁斯特機械有限公司（簡稱PM公司）的產品，電動液壓裝置為HAl32型，電動機132kw，轉速1500r/min，380v，50Hz。設備只需平放在平整的混凝土地面上即可。由電動機帶動液壓油泵，油壓隨泵的出口壓力而自動升降，達到250×105Pa后，流量會自動降低。油壓升到300×105Pa時，不會再升高。KOS4170泵的結構簡單，泵的主要環節安全保護系統完善，采用了嚴密密封的s轉向管來分配雙缸的給排料，能適應大流量長時間連續工作的膏體充填作業，其有關技術性能見表1。（3）膏體管道輸送系統的監控技術。全尾砂膏體充填的濃度要求高。因此，需準確控制充填料各組分的給料量并監測管道輸送過程中的有關參數。整個充填系統應組成閉路循環控制系統，自動協調和處理作業過程中某個環節出現的問題，諸如壓力過高或過低以及管道堵塞等，并應裝備遙控和遙測儀表。
2 充填采礦的優勢
2.1 降排功能
充填采礦的意義和作用早已經不是簡單地礦山開采。世界各地都有無廢料排棄的礦山。比方說，德國格隆德鉛鋅礦利用浮選后的全尾砂和重選碎石制備膏體填料回填下向充填進路，已經不存在尾礦排棄到尾礦庫；有的礦區是在自然保護區或風景名勝區采礦，比如奧地利的布萊堡鉛鋅礦及南京棲霞山鉛鋅銀礦等等。這些礦山開采的首先條件就是對生態環境的保護，也就是能否將大量的工業廢物回填到地下。如何處理好工業固體廢物是礦山設計首先要考慮的因素之一，也是解決礦區環境污染的辦法之一。
2.2 消除地表變形及下沉功能
充填采空區可以利用充填技術，對阻止圍巖變形及支撐圍巖都起著很重要的作用；充填可以使采空區形成新的工作面，利用以后的煤礦作業，提高煤礦綜合生成能力；充填技術對阻止巖層大規模移動也有很大的效用，以達到建筑物下或水體下采礦的實現，對保護地表不被破壞，改善生態環境起直接的作用。
2.3 低貧損開采功能和遠景資源保護功能
緩傾斜礦體和水平礦體也可以應用充填技術，對于厚大礦體，能大幅度提高礦柱回收率及出礦品位；充填技術采礦可以對某些需要優先開采下部或底盤富礦的礦山實現“采富保貧”，能更好的保護礦產資源，減少破壞和損失；三廢中（尾礦、廢渣、廢石）仍舊有一些有用物質，只是當前的技術水平不能夠被回收，放在地表面上不容易被保存，不能看出，充填就是一種非常可靠安全的保護方式。
3 結論
隨著科學技術的進步，充填法已逐漸被大家所接受，并成為高效安全的采礦方法之一，其對地表生態環境破壞程度小且回采率高等優點。另外它的大量工藝已被自動化和機械化，操作起來也很簡單。在既能夠保護環境又能利用資源的同時對地下礦山進行挖掘，充填采礦技術必將得到優先發展。
參考文獻
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Abstract： The non-pillar sublevel caving is a way of the underground mining methods in China's underground mines. By the drawing theoretical analysis， there are the best results in the form of drawing， which are the high sublevel form and the large space form. On the base of China's mining equipment status， the large space parameter form is the orientation of non-pillar caving development. By the analysis of the structure parameters' impact， determining the structure parameters， some factors must be considered， such as the formation of orebody， the rock-drilling equipment and digging equipment，and ground pressure， etc.， which may make the structure parameters become optimization and ensure the mine safe and efficient production.
關鍵詞： 大間距；無底柱分段崩落法；采場地壓；放礦理論
Key words： large spacing；non-pillar sublevel caving；ground pressure；drawing theory
中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）33-0324-03
0 引言
20世紀60世紀初，我國從瑞典引進了無底柱分段崩落法，目前，80%以上的鐵礦石都是用無底柱分段崩落法開采出來的，采用此法開采有色金屬礦也占了很大的比重。此外，一些礦山采用露天-地下聯合開采的方式以適應大中型露天礦山轉為地下開采以及實現快速開采的需要。在這些礦山中，采用無底柱分段崩落法進行開采占了很大比重。該采礦方法的核心內容之一就是確定采場結構的參數，要想獲得良好的開采效果，必須具備合理的采場結構參數。
1 無底柱分段崩落法采場結構參數的演變
從20世紀80年代起，國外就開始加大了該采礦法先進技術礦山的結構參數應用，如：瑞典基魯納鐵礦的分段高度×進路間距由10m×10m12m×11m12m×16.5m20m×22.5m27m×25m，直到目前的30m×30m。采用全液壓鑿巖臺車和重型液壓鑿巖機，出礦采用斗容大鏟運機（6m3鏟運機）。自從采用大參數和綜合技術措施以后，不僅大幅度的減少了采準工程量并提高了采礦強度，更有效的降低了采礦成本，具有十分顯著的經濟效益。
上個世紀60年代以來，引進了該采礦法，其結構參數經過數十年的發展，已經由起初的10m×10m逐步加大到目前國內采用的最大參數20m×20m。如：北銘河鐵礦已經加大到了15m×18m、梅山鐵礦為15m×20m、程潮鐵礦在深部開采采用17.5m×15m、大紅山鐵礦設計采用20m×20m等。
目前，無底柱分段崩落法主要向大型結構參數發展，即高分段、大間距、大放框布局、大型巷道斷面以及大孔徑深孔和采用大型采礦設備等。而提高礦山勞動生產力、降低采礦成本以及提高礦山的整體經濟效益是其最根本目的[1]。
2 結構參數的確定
在覆巖下放礦的過程中，當崩落礦巖爆破堆體形態與放出體形態具有較高的吻合度時，得到的技術經濟指標就會比較好，二者的吻合程度不僅是采礦結構參數的優化問題，也是放礦學的核心問題[2]。傳統的放礦理論由于著重研究單個放出體形態，而忽視了各放出體之間的互相影響，從而導致空間排列的放出體有重疊的部分而違背了純礦石放出體相切的基本原則。出礦石放出體的具體空間排列如圖1，2所示，排列形式主要為高分段和大間距。
所謂高分段結構指多個橢球體的平面空間排列中，橢球體五點相切，其分段高度H與進路間距L之比為：
H/L=■×■ （1）
式中：a——放出體長半軸長；b——放出體短半軸長。
當分段高度H與進路間距L之比為：
H/L=■×■ （2）
該結構參數形式即為大間距結構形式。大間距作為一種新的結構形式，其中“大”字的含義是橢球體無量綱化的間距比分段大。無論間距尺寸和分段高具體尺寸為多少，凡是符合上述這種形式的即為大間距結構[3]。
當放出橢球體長半軸a即分段高度小于25m左右時，H/L值小于1，分段高度則小于大間距結構參數中的進路間距，則理論上和實際上的大間距完全一致；當放出橢球體長半軸a大于25m時，H/L值大于1，理論上的大間距在實際表現中，分段高度大于進路間距。我國目前采用的分段高度離25m還很遠，基本屬于小型的，大間距參數的理論意義和實際形式能高度統一。這兩種排列方式在理論上都是最優的，根據高分段公式H/L=■×■計算，保持15m的進路間距才能達到30m以上分段高度取得的大間距效果；大間距公式H/L=■×■表明，分段高度保持15m不變，進路間距增至18～20m即可。
通過對我國鑿巖機鑿巖深度進行分析后可知，對于炮孔深度30m以上的很難保證質量，但是20m深的炮孔還是能夠實現的。由于大間距結構具有鑿巖深度短、容易保證炮孔質量以及裝藥容易等優點，因此，對于我國當前無底柱礦山的生產力來講，大間距結構參數更符合其發展水平。
3 采場結構參數的影響因素
礦體產狀、礦山裝備水平的限制以及采場地壓[4]是影響無底柱分段崩落法采場結構參數大小的主要因素。
3.1 礦體產狀對采場結構參數的影響 對于厚大或礦體傾角大于60°的礦體來說，結構參數基本不受傾角的影響，而采用的采掘設備決定了其采場參數的大小。對于厚度和傾角都不大的礦體而言，采礦回收效果會受到采場結構參數的影響，此時礦山采用的結構參數一般都較小。
3.2 礦山裝備水平對采場結構參數的影響 對于無底柱分段崩落法礦山而言，出礦設備的配置能夠影響出場結構的參數，一般而言，小結構參數配置小型設備，而大結構參數則配置大型設備。在參數與出礦設備的組合上，當采用YGZ-90和YG-80鑿巖機時，采場的結構參數一般不大于12.5m×12.5m，此結構參數下的合理崩礦步距為2.0-2.4m，每次崩礦量為900-1000t，其出礦設備只能采用2m3鏟運機出礦。此外，引進國外先進鑿巖和出礦設備的礦山的參數已經加大到了15m以上。必須保證掘進、鑿巖以及出礦等主體采掘設備能力與采場結構參數相匹配并與礦山生產能力相適應，才能充分發揮采場結構參數與主體采掘設備的整體優勢[5]。
3.3 采場結構參數與采場地壓的關系
3.3.1 地壓規律分析 在無底柱分段崩落法采礦的過程中不可忽視地壓問題。此法相對于空場法等采礦法而言，由于各分段的鑿巖、崩礦、出礦和采切工作均在巷道中進行，因此，礦石具有較低的穩固性即可滿足要求，但是當地壓較大以及礦石穩定性較差的條件下應用此法也是比較困難的。隨著開采水平的不斷下降，很多礦山已經出現了不同程度的地壓問題，這不僅影響采掘計劃的完成，甚至造成采掘失調、加劇礦石損失貧化以及加大生產成本。因此，對于地質條件復雜、礦山壓力嚴重的礦山，采礦工程面臨最嚴重的課題就是如何保證無底柱分段崩落采礦法的順利實施。回采巷道的穩定性除了影響采礦安全外，還會影響礦塊的生產能力和經濟效益。
圖3為無底柱分段崩落法回采進路周圍掩體中的理論應力分布圖。巷道的兩幫呈現較大的壓應力，周邊最大，往深部發展則逐漸恢復到原巖應力狀態。當進路間距大于相鄰兩進路的應力集中區L1+L2時，應力不產生疊加，采場應力分布與單一進路采場應力分布相同，如圖3（a）所示；而當進路間距小于L1+L2時，則發生應力集中的疊加，如圖3（b）所示，對巷道穩定極為不利。
3.3.2 中小型礦山結構參數優化問題 由于大型地下礦山的生產能力較大，因此，可以通過采用先進的采礦技術和設備改善作業環境以提高礦山的綜合經濟效益。但是如果中小型地下礦山在同樣的工程地質條件下回采也采用大結構參數，則隨著采掘設備的加大，不但要加大相應井巷工程斷面，更要增加必要的通道和硐室，從而加大了新增投資在礦山總投資中的比重，不是所有的中小型地下礦山能夠承擔得起。因此，對于礦體規模較小、礦體產狀比較復雜的無底柱礦上，在采用國內采掘設備的基礎上，為了緩解地壓并提高經濟效益，應當進一步優化參數。如果采用10m×10m小結構參數的礦山，而鑿巖機仍舊采用型號YGZ-90或YG-80，則15-16m是該鑿巖機的最大鑿巖深度。結構參數為10m×10m時，最大鑿巖深度約為13.5m，當加大到12.5m×12.5m或12.5m×10m時，其最大鑿巖深度分布為16.5m和15.5m。利用此設備進行鑿巖時，雖然千噸采切比下降了35%和25%，但是一次崩礦量卻提高了73%和39%，此外，還有效的緩解了地壓并保證了生產的安全性。由此可見，該方法采場地壓問題是結構參數的優化須考慮的重要問題之一。即結合礦區的礦體產狀、礦山設備水平，運用放礦理論確定采場結構參數時，應考慮礦山開采過程中地壓的變化規律問題，以利于礦山正常生產的進行。而非在生產中因地壓問題影響礦山正常運行，造成不必要的損失。
4 結論
①無底柱分段崩落法根據橢球體放礦理論優化和確定采場結構參數的實質就是放出體的空間排列問題，因此，為了降低采切工程量，可以在無底柱分段崩落法設計采場結構參數時采用大間距布置形式。②加大結構參數是我國無底柱分段崩落法的發展趨勢，結構參數的加大要與礦山鑿巖、出礦等相關機械設備相配套，確保礦山生產最優化。③結構參數的確定應考慮礦體的賦存狀況，使之減少對采礦回收效果的影響。④回采過程中，注意采場結構參數的優化，避免采場地壓的影響，減少回采過程中進路嚴重變形、片幫、冒落等現象的發生。
參考文獻：
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[3]董振民.大間距與大參數的區別[J].礦業快報，2002，10（20）.
[4]安紅，胡杏保.無底柱分段崩落法應用現狀[J].礦業快報，2005.9.
關鍵詞：露天；采礦機；工0藝理論；應用
中圖分類號： D922 文獻標識碼： A
目前，國內露天礦開采技術的發展主要表現在以下以下幾個方面：大量的使用各種采礦方法、應用回采技術、機械化的程度加快、回采率提高、采場生產能力大大提高、勞動生產率的飛速猛進，損失以及貧化指標的大幅度降低。筆者在下文中主要對露天礦開采技術及發展方向進行分析和介紹。
露天采礦的新工藝技術方法
目前，國內露天采礦的新工藝技術方法主要表現在以下以下幾個方面：大量的使用各種采礦方法、應用回采技術、機械化的程度加快、回采率提高、采場生產能力大大提高、勞動生產率的飛速猛進，損失以及貧化指標的大幅度降低。
而崩落采礦法、充填采礦法以及空場采礦法使用的頻率則比較高。其中，充填法獲得了很大的改進，其使用范圍也在不斷的擴大，這主要是因為新技術和新工藝的引進，加上新設備的適應。
我國的鈦礦開采使用的方法主要是崩落采礦法，而空場采礦法以及充填采礦法則是有色礦山以及黃金礦山使用的主要方法。最近這些年，充填采礦法以及充填工藝技術在金屬礦山中的發展越來越迅速，這兩項技術也在不斷的改進和發展。
空場采礦法，該方法主要有：（1）大直徑深孔采礦法。（2）地下金屬礦山采礦連續化。
崩落采礦法，該方法包括：無底柱分段崩落法以及自然崩落法。
充填采礦法以及原地溶浸采礦法。原地溶浸采礦法是一種直接從地下提取金屬的方法，其技術將采、冶以及選有機的融合到一塊。
關于深部開采工藝。礦產資源的開采在不斷的加劇，因此表層的資源已經面臨枯竭的狀況，因此只能向縱深發展。我國在深部開采工藝方面也進行了一系列的探索，已經有許多金屬礦山進入深部開采的階段，也就是說垂直開采的深度大于600米。
2、露天采礦機的工藝系統設計理論與應用研究
目前，我國的許多煤礦已經開始使用露天采礦機。有的煤礦甚至將這種方法作為主要的設備來并進行開采。下面，筆者對露天采礦機的工藝系統設計理論以及應用進行介紹。
2.1露天采礦機的作業方式、特點以及挖掘的方法
關于開采方式。我們可以以推進的方向以及開采的臺階為依據來進行劃分，主要有以下幾種開采方式，可以在表1中看到。
表1 采礦機的開采方式
2.2露天采礦機的特征
露天采礦機的特征主要有以下幾個方面：（1）傳統的單斗挖掘機和輪斗的挖掘機的工作能力比較弱，采掘量比較低，而露天采礦機則彌補了這個空白，讓挖掘的能力大大提升，因此挖掘設備的隊伍得到了充實和壯大。這樣，當遇到不同種類的礦石時，也能進行高效的開采。（2）在應用的范圍上。露天采礦機可以在石灰石、石膏、鋁土、磷以以及其他的中硬礦石中進行開采。（3）作業方式上，使用的是一層一層進行刨采的方法，因此選采性能好，礦石貧化率低。（4）作業簡單，這是因為露天采礦機對多項的工序進行了整合。該機器可以對礦物進行采掘后，使用其尾部的膠帶機，因此礦物可以直接被運輸到卡車上去，有的則被運輸懂啊指定的地方。在這個過程中，采集到的礦物不會落到地面上。使用露天采礦機可以讓采集過程不間斷，而且是隨采隨破。因此，運營的成本就會降低，經濟效益自然就提高了。（5）生產的能力強，因此時間的利用率就會得到提高。
2.3 露天采礦機的采礦方法
一般在露天采礦機中使用到的采礦方法是分層銑削。該方法按照平行逐幅度的方法，當第一層開采完之后會進入到第二層，對煤以及巖體依次進行開采。物料在被開采出后，會被堆積到工作平盤上，之后會進行集中的處理。
3、露天礦開采技術的發展方向
煤炭作為一種重要的能源在經濟的發展中發揮著重要的作用。目前，我國的煤炭工業得到了迅速的發展，一些新的技術也被運用在其中，比如：機電一體化技術。各級的煤礦企業領導對機電一體化技術都非常的重視，因此這項技術得到了廣泛的應用和推廣。機電一體化是一種新的技術，這項技術融各種高科技技術于一體，包括：機械技術、微電子技術、自動控制技術、信息技術以及軟件編程技術等。在這些技術的支持下，機電一體化技術得到了迅速的發展。我國在上個世紀80年代組建了機電一體化的科技研究團隊，此外該技術也被列入“863”計劃項目中。目前，機電一體化正在朝著智能化、數字化、網絡化、集成化以及微型化的方向發展。由于該技術，我國煤炭系統的發展面臨著巨大的沖擊，可以說這項技術深刻的改變了煤炭行業的發展進程。使用機電一體化的產品不僅可以降低能耗，提高煤礦安全生產的系數，也可以將工人的勞動強度大大的降低。此外，工人的作業環境也會得到很大程度的改善。
露天煤礦綠色開采技術。露天煤礦在開采的過程中會遇到許多的環境問題，這些問題 不僅復雜、多變而且敏感。有關數據顯示，我國露天開采每年破壞的土地面積約為3.3萬畝，而這個速度也在不斷的增加之中。到了2020年，露天開采會造成228.9萬畝土地的破壞。因此，露天煤礦綠色開采技術是一個重要的趨勢，比如：三廢處理、復墾造田以及滑坡防治等。使用這些技術可以讓礦產資源得到合理的運用。而露天煤礦綠色開采技術體系則包括以下幾個方面：采礦和生態重建一體化、露天煤礦邊坡研究一起節能減排技術等。
結束語：
筆者露天礦開采技術進行了分析和介紹，在此基礎上探討了開采技術的發展趨勢，希望這些分析和見解對大家有一定的借鑒作用。
參考文獻：
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[關鍵詞]充填采礦；資源利用；環境保護
中圖分類號：TD853.34 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0067-01
1 我國充填采礦技術應用現狀
我國的充填采礦技術經歷了廢石干式充填、分級尾砂水力充填、碎石水力充填、混凝土膠結充填、磨砂膠結充填、分級尾砂或天然砂充填、廢石膠結充填、全尾砂膠結充填、赤泥膠結充填和膏體充填的發展過程。但中國礦山數量多，開發與應用的充填工藝與技術類型多，尤其是近十余年來，在新的充填技術的研究開發和推廣應用方面均取得了長足的進步。綜合起來，中國的充填采礦技術發展大體分以下幾個階段。
第一階段是20世紀50年代、60年代，均是以處理廢棄物為目的的廢石干式充填工藝。但廢石干式充填因其效率低、生產能力小和勞動強度大，滿足不了采礦工業的發展，國內干式充填采礦所占比重逐年下降，幾乎處于被淘汰的地位。
第二階段是2O世紀70年代、80年代，開始應用尾砂膠結充填技術，由于非膠結充填體無自立能力，難以滿足采礦工藝高回采率和低貧化率的需要。所以在水砂充填工藝得以發展并推廣應用后，開始采用膠結充填技術。這一時期的細砂膠結充填料主要以尾砂、天然砂和棒磨砂等作為充填集料，膠結劑為水泥。
第三階段是20世紀90年代以來，隨著采礦工業的迅速發展，原充填工藝已不能滿足回采工藝的要求和進一步降低采礦成本或環境保護的需要。因而發展了高濃度充填、膏體充填、廢石膠結充填和全尾砂膠結充填等技術新。
2 國外充填采礦法的使用概況
2.1 加拿大充填采礦技術的發展
加拿大地下礦山充填技術從20世紀30年代開始，普遍采用沖擊砂作為充填料，到40年代末廣泛采用選廠沖積尾砂進行充填。50年代中期到末期，用尾砂膠結充填澆面作為扒礦底板，采用分層水砂充填代替勞動強度大且靈活性差的方框支架采礦法。1985～1991年，加拿大在充填材料、充填工藝方面的研究取得了很大的成就。加拿大礦山相繼采用塊石膠結充填、高濃度管道輸送充填、膏體充填等，不僅提高了礦山的綜合生產能力，降低了充填成本，而且改善了井下的生產環境。
2.2 德國充填采礦技術
德國在過去的幾年間，發展了不同的膠結充填采礦系統。其中比較典型的有：拉梅爾斯貝格鉛鋅礦，采用了下向分層膠結充填采礦法結合風力充填，回采了高品位的鉛鋅銅礦，采用碎石和高爐爐渣水泥的混合物作充填料。梅根鉛鋅礦，根據礦體各部位的情況不同，采用了不同的采礦方法，主要是分層充填法和巷道充填法回采脈狀鉛鋅礦，用帶式拋擲充填車輸送和拋放含水泥和飛灰的漿液塊石充填料。格隆德鉛鋅礦，在20世紀60年代至70年代初，該礦采用無底柱分段崩落法采礦，由于礦巖不穩固，采礦條件差，礦石損失和貧化大，故改用分段充填采礦法。
3 充填采礦的優勢
3.1 減排功能
充填采礦技術的作用和意義已遠遠超出了礦山開采的范疇。在世界上已經出現了少數典型的無廢料排棄的礦山。例如，德國格隆德鉛鋅礦利用浮選后的全尾砂和重選碎石制備膏體充填料回填下向充填進路，不再有尾礦排棄到尾礦庫。勿庸置疑，這類礦山開采的首先條件是能否將大量工業固體廢物回填到地下。大量處理工業固體廢料將是礦山今后設計優先考慮的重要任務，是解決礦區環境污染問題的最好方法。
3.2 消除地表變形及下沉功能
利用充填技術快速、有效地充填采空區，可以及時支撐采空區頂部巖層，阻止和抵抗圍巖進一步變形，防止大幅度的位移發生。通過充填可以快速形成新的工作面，為后續作業創造條件，縮短采充循環周期，提高采礦綜合生產能力。充填采礦技術可以有效地阻止巖層發生大規模移動，實現水體下、建筑物下采礦，同時保護了地表不遭破壞，維持原有的生態環境。
4 充填采礦發展存在的問題及改進措施
從上面的原因可以看出，充填采礦法從某些方面代表了國內外礦山發展的趨勢，但是充填采礦的技術研究和應用方面還存在著某些問題，下面筆者對充填采礦發展提出一些粗淺的改進觀點，供研討。
4.1 創造新型采礦工藝，保證充填質量
充填采礦技術要結合礦山特點，礦床開采技術條件，發明或創造一些與其他采礦技術相結合的新型采礦法。對于緩傾斜極薄礦脈開采，可用礦巖分掘，廢石拋擲充填空區，即削壁充填和爆力運礦相結合的采礦法。對于厚大而礦巖較穩固的礦體，可用淺孔和中深孔空場采礦法開采，采后空區采用尾砂膠結、塊石膠結或高水材料充填，即階段連續回采快速充填工藝，既降低成本，又提高效率，也做到對采空區的合理處理。
4.2 開發研制低成本、高強度的新型充填固化材料
充填料的物理特性包含：孔隙率、濕度、容重、粒度、固體含量及其級配、滲水度、抗壓、抗剪力學強度、可壓縮性等。充填體的物理力學特征與許多因素有關，主要取決于骨料的成分及其結構，膠結材料的成分及其組成方式等，它直接影響充填體的強度和采場的穩定性，這是充填采空區必不可少的材料基本性能研究，因此各國都對此進行了深入研究。
4.3 研制高效礦山充填設備和提高礦山充填自動控制化
礦山充填系統的自動化程度的高低直接影響和制約礦山充填采礦技術的發展，但是由于國產的相關設備技術性能穩定性差，遏止了礦山充填技術的發展。所以必須加強研制高效濃密設備（如：高效濃密機、陶瓷過濾機、真空過濾機、盤式過濾機等），為高濃度全尾礦漿的制造提供有效保證，同時研究減少或消除充填設備磨損和腐蝕的方法。更重要的是要研制高濃度輸送設備，采用壓排設備輸送調節各段輸送壓力，防止輸送堵管現象。對于充填系統卸料濃度和物料流量的自動控制技術正常化，最為關鍵的是要研制和引進適合于礦山應用的自動化設備和儀表，建立真正意義上的自動控制系統，從而調節充填系統的全尾礦卸料、充填固化材料和清水等物流量來自動調節充填濃度。
5 結束語
為保證我國礦產資源的正常需求，必須發展綠色采礦模式，無廢料采礦技術已納入我國中長期科技發展規劃，而礦山固體廢料充填采礦工藝是綠色采礦的主體支撐技術，無廢、少廢采礦工藝技術的創新及其技術的工程化集成配套，將成為我國礦山技術的主要發展方向。
參考文獻
關鍵詞:自然崩落法;采礦技術;應用
中圖分類號：O741+.2 文獻標識碼：A 文章編號：
引言
自然崩落法包括礦塊崩落法、盤區崩落法、傾斜出礦崩落法和前端崩落法,是一種大規模和低成本的采礦方法。在不少國家,該采礦方法的工藝已趨于成熟,被廣泛地應用于厚大礦體的開采。采用這種方法開采,可以獲得比較好的經濟效益。
與其它采礦方法不同,該法無法進行分層鑿巖和分步驟的爆破使礦體崩落,僅依靠采場底部的拉底空間使礦體自然崩落,它的主要缺點是,投產之前要進行大量的采準切割工作,準備時間較長,基建投資較多,還需大量的前期可行性研究工作,否則,一旦失敗,該采礦方法具有的不靈活性將給資源開采帶來嚴重的后果。
1、自然崩落采礦法實質及應用背景
自然崩落法采礦,其原理就是利用地球內部的應力,上覆巖石的重力、地質構造運動產生的殘余應力和礦山井巷工程所引起的應力集中和分散,同時也利用巖體中裂隙,在礦房底部進行較大的水平面積拉底,并且沿礦塊四周用一些垂直的和水平的巷道,削弱其與四周的聯系,破壞礦石整體的應力平衡,使采區內的礦石在階段的整個高度上自然崩落,并通過合適的底部結構放出、運走,保證崩礦的連續進行,自然崩落法的采礦模型見圖1。在這一動力學過程中,原巖應力及各種采礦工程(拉底、割幫等)所產生的次生應力場的大小及作用方式是礦體發生破壞的先決條件,而礦體中不連續面的存在,特別是它們的數量、分布規律、空間結合的特點,是確定礦體崩落難易程度、崩落塊度大小和形狀的決定性影響因素。
圖1自然崩落法采礦模型
自然崩落法是一種技術含量高、低成本、高效率的地下采礦方法,生產工藝先進,具有一定規模效益,但同時又是一種優缺點非常明顯的采礦方法。自然崩落法對礦巖物理性質要求較高,在應用時對礦體開采技術條件的要求相當嚴格,需要很高的生產管理水平,而且應用這種方法比使用其它方法更具風險性。所以,自然崩落法的應用有其特有的應用條件:
(1) 裂隙、節理或構造發育的大型塊狀礦床或厚度很大的傾斜或急傾斜礦體;
(2) 礦化較均勻,礦體內夾石含量不宜多;
(3) 礦體必須是易于破碎的巖體;
(4) 礦石無結塊和自燃的危險;
(5) 覆蓋層要能隨礦石一道崩落,否則會因空頂過高而突然冒落,引起強烈沖擊波的危害;
(6) 覆蓋巖石最好能破碎成較大的塊度,而礦石破碎的塊度較小;
(7) 地表允許塌陷。
自然崩落法的典型應用
自1895年自然崩落法在美國試驗成功以來,經過100余年的不斷發展,目前已在美國、加拿大、智利、印尼、南非、菲律賓等20多個國家的50多座礦山得到了應用,國內外應用自然崩落法采礦的主要礦山見表1。最大生產能力為智利特尼恩特礦的日產11.2萬t。我國中條山有色金屬公司銅礦峪礦年產量為400萬t,目前已基本完成年產600萬t二期擴建工程,是我國地下金屬礦山規模最大的礦山。
銅礦峪銅礦
銅礦峪礦系大型斑巖銅礦床,礦體賦存于中條山北段下元古界降縣群銅礦峪變質火山巖的中上部,為火山- 氣液成因的沉積變質銅礦床。礦區圍巖為絹云母石英片巖、絹云母石英巖、石英綠泥石片巖及含礦巖石非含礦部分。含礦巖石為變質花崗閃長斑巖和基入體。礦體和圍巖產狀大致一致,走向北東傾向北西,傾角40°～50°,呈似層狀或透鏡狀產出。銅礦峪礦床儲量較大,經勘探提交礦石量為8億多t,金屬量200多萬t,銅金屬元素單一。銅礦峪礦1958年2月開始建設, 1975年正式投產。原采用有底部結構分段強制崩落采礦法,年
生產能力只有80萬t,采礦成本高,虧損嚴重。1984年銅礦峪礦采用自然崩落法對銅礦峪礦進行技術改造,初步設計的開采范圍是5#礦體810～930 m中段的中西部,最大開采境界走向長600 m,水平厚80～240 m,采高40～120 m。地質儲量2604萬t,平均地質含銅品位0. 639% ,設計日產量為13100 t,其中自然崩落法部分為11100 t,邊部礦體2000 t,邊部礦體繼續采用有底部結構分段崩落法開采,出礦方式采用電耙出礦。2000 年礦山實際生產能力已達設計產量400萬t/ a,做到了扭虧為盈。銅礦峪礦自然崩落法首采區的拉底工作于1989年10月份開始,為確保初始崩落和持續崩落,拉底嚴格遵循了由NE向SW 推進原則,拉底“開刀”的部位選在礦體東部地質構造密集的四類巖區及部分三類巖體中進行,以后逐步擴展(見圖2) 。底部結構見圖3,中段運輸水平以上3 m為耙礦水平,耙道底板以上7. 5 m布置拉底巷道。運輸水平以下10 m為主進、回風水平。底部結構主要設計參數:沿走向交錯布置的電耙道間距為20 m,對稱漏斗平面布置網度為10 m ×10 m,指狀漏斗直徑為3 m,斗穿出礦口規格寬×高為2.5 m ×1.37 m,拉底高度為6.5 m。
圖2810采區回采順序
圖3底部結構
3、自然崩落采礦法存在的主要問題
采礦工程實踐表明,自然崩落法是具有較大風險的一種采礦方法。直至目前,國內外采礦界對該采礦方法仍處于研究和探索之中。隨著高價值、高品位的富礦開采日趨減少,人們必將面臨更多的開采條件差、礦石品位低的貧礦資源開發。因此,適用于低品位礦產資源開發的自然崩落法也就越來越受到人們的關注。自然崩落采礦法潛在的主要問題有以下幾個方面。
(1) 地質資料。準確、合理的崩落法采礦設計與風險預測需要建立在充分、準確的地質資料基礎之上。因為圍巖和礦體穩定性(或可崩性)準確評價,礦體形態、規模和大小以及礦石品位的空間分布是進行合理采礦設計的前提。而采礦設計和分析是依據有限的地質勘探資料。因此,地質數據的局限性和不準確性是導致自然崩落法采礦風險的重要因素之一。
(2) 礦巖崩落的連續性。礦巖崩落的連續性主要取決于礦塊拉底面積、拉底方向、拉底速率、礦巖體的穩定性、巖體結構特征以及放礦控制決策等多種因素。由此可歸結為兩個方面:一是圍巖和礦體的自穩性,礦區斷裂構造、節理裂隙、巖石性質、原巖應力和地下水等工程地質條件和水文條件是影響圍巖和礦體穩定的主要因素,因此,需要對影響礦巖體穩定性因素進行詳細調查、詳細分析與合理性評價,由此對礦巖體的自穩性或可崩性進行準確預測,為誘導和控制礦巖自然崩落的工程設計提供依據;二是采礦誘導應力,通過適當的采礦拉底、切槽等采礦工程,足以使礦巖產生張拉、壓剪破壞的采動誘發應力是自然崩落法采礦設計可控制的主動因素。
(3) 崩落塊度。礦塊崩落的塊度是影響自然崩落法的又一重要因素。礦石的塊度決定放礦漏斗尺寸和放出體形態,直接關系到放礦間距、設備選型和生產能力。例如,當出現過多的大塊,不僅處理懸頂潛藏安全隱患,而且還導致放礦點二次頻繁爆破,影響底部結構的穩定性、采礦生產的連續性以及采礦生產規模。
4、應用展望
自然崩落法自從1895 年在美國Pewabic鐵礦問世以來,迄今已有100多年的歷史,國際采礦界積累了豐富經驗。
我國在20世紀60年代才開始醞釀運用自然崩落礦山的應用。銅礦峪礦應用自然崩落法進行高中段大面積覆蓋巖下放礦管理,在國內尚屬首次,唯一可借鑒的只有國外一些特大型礦山生產管理的經驗,這種采礦方法在目前很大程度上還存在于經驗的基點上。這就需要更多的人不斷去探索,使之更趨于理性程序化,人們更容易去掌握它。自然崩落法的試驗、生產在我國僅僅是剛剛開始,鑒于實踐經驗的不足和管理水平的落后,礦山不能盲目地選擇應用自然崩落法,而要根據礦山的實際情況,慎重研究分析是否可用該法。
參考文獻
關鍵詞：充填技術 高效采礦 展望 采礦方法 安全采礦
1.引言
在礦房或礦塊中，隨著回采工作面的推進，向采空區送入充填材料，以進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，并在形成的充填體上（上向分層）或在其保護下（下向分層）進行回采的采礦方法稱之為充填采礦法。本法適用于開采圍巖不穩固的高品位、稀缺、貴重礦石的礦體或地表不允許陷落，開采條件復雜，如水體、鐵路干線、主要建筑物下面的礦體和有自燃火災危險的礦體等。充填采法也是深部開采時控制地壓的有效措施。充填法的優點是適應性強，礦石回采率高，貧化率低，作業較安全，能利用工業廢料，保護地表等。近年來隨著輸送技術和充填材料研究的發展，充填技術得到突飛猛進的發展，為充填采礦提供了技術保障。
2.安全環保要求對采礦方法選擇的影響
采礦所形成的采空區的危害、尾礦堆積危害越來越受到社會關注，采礦的安全環保要求越來越嚴格，這給充填采礦的發展帶來了又一個動力。我國很多資源型城市都面臨著嚴重的地質災害影響，尾礦庫潰壩、排土場滑坡、采空區陷落等等時有發生，而且近年來發生的頻率越來越高。人類采礦活動為自身發展提供資源的同時也埋下了深深的隱患，像一顆定時炸彈時刻威脅著人類生命安全。這些事故的發生給人類敲響了警鐘，開始注重采礦方法的安全環保，采礦技術向著建設綠色礦山和無廢開采方向發展。高效充填采礦技術正是能夠滿足人類的這種安全、環保、綠色的要求的一種采礦方法，因此，近年來受到了專家、學者、科研機構、政府部門的高度關注。
3.開采技術條件對采礦方法選擇的影響
貴重金屬的回采往往采用充填法來提高礦體的回收率和降低貧損率。金屬礦產資源開采深度的加大采礦面臨深部巖爆、沖擊地壓等地質災害活動影響，因此充填采礦也被應用于深部開采礦山。充填采礦從技術上來講適合任何開采技術條件的礦體。
4.充填采礦的發展
隨著礦產資源需求的不斷增加和資源價值的日益珍貴，采礦業從老大笨開始了新一輪的發展。近年來充填技術也得到了較為實質性的進步。充填采礦法的發展經歷了一下幾個階段：
4.1干式充填
1950年以后，在建設社會主義熱潮的鼓舞下，我國的采礦事業開始發展。在該段時期，有色地下礦山采用充填法的占38%左右。但由于干式充填勞動效率低、設備落后、工藝相對復雜，干式充填工藝逐步被其它采礦方法取代。
4.2水砂充填
水砂充填是將固體顆粒物與水結合，將充填料通過泵送或自流至需要充填的區域，脫水后具備一定充脹能力。該方法上向分層充填效果較好，下向則不適用。如選礦尾砂、冶煉爐渣、碎石砂石等均可作為充填料。我國70～80年代分級尾砂充填工藝得到發展和廣泛應用。水砂充填的缺點是脫水工序較為麻煩、增加井下排水、應用范圍小。
4.3膠結充填
膠結充填是水砂充填的進一步發展，可采用尾砂、碎石、沙石作為骨料，水泥、石灰等材料作為膠結材料。如分級（全）尾砂膠結充填、塊石沙石膠結充填，均得到現代礦山廣泛應用。該方法較水砂充填的優點是井下充填工藝簡單、充填強度高、適應性廣、充填速度快等。高濃度全尾砂充填技術可以提高尾礦利用減少分級工藝及尾礦堆積危害，或將有毒害礦物返回原來地下賦存狀態減少對地表污染，有著很強的競爭力，必將是我國充填技術的重要發展方向之一。
4.4膏體充填
膏體充填是一種新型充填技術，技術含量高。與一般膠結充填相比，膏體材料同時具有可塑性和流動性，采用一定技術手段后可達到即充即凝的效果。我國自90年代開始用膏體泵輸送充填，輸送泵主要為進口泵，國產泵較為少見。膏體充填物料有：粗物料+細物料+超細物料、細物料+超細物料兩種配合方式。膏體充填技術隨著技術的不斷進步，制備膏體的工藝必將實現簡單化，膏體充填以其快速、穩定、速凝等特點成為關注的焦點。
4.5高效充填
近年來出現的高效充填采礦新方法有：機械化盤區下向進路充填采礦法、機械化盤區上向分層充填采礦法、機械化盤區上向進路充填采礦法、上向分層點柱式充填采礦法、分段充填采礦法、階段深孔充填采礦法等。
5.新材料、新設備
5.1新材料、化學藥劑的應用
采礦對新型材料的要求是：1.新型充填膠結材料降低充成本；2.拓展全尾礦的適應范圍；3.提高充填效率和充填質量，來提高采礦速度，以量增效，減少時間成本。骨料多數為就近可取的廉價甚至不用費用的物料，膠結材料一般采用水泥，少數礦山就地因地制宜取材，如礦渣、赤泥、粉煤灰、火山灰。
赤泥膠結料是利用赤泥的潛在活性，通過添加激活劑開發出來的一種膠結料。在赤泥中添加激化劑后，溶解于水中的活化劑離子Ca2+可穿透赤泥顆粒表面的無定形沉積層，激化赤泥的活性；赤泥的水化鋁酸鈣等在活化劑作用下生成早期強度較高的鈣礬石及其它水化物，使赤泥中原存在的自由水轉變為結晶水、膠凝水，最終使赤泥凝結硬化。普通赤泥膠結料7天、28天和90天的單軸抗壓強度分配為5.61、7.76和9.21MPa，初凝45min，終凝160min。高效赤泥膠結料：7天和28天單軸抗壓強度達15～20和20～30MPa，初凝65min，終凝120min。赤泥膠結料特點：赤泥膠結劑與全尾砂混合后的性能明顯優于水泥；7天強度高出1倍，28天高出1.7倍，赤泥膠結料破壞后微裂隙能自行愈合而重新獲得強度。
鐵渣膠結劑是利用鐵渣中的硅酸鈣和鋁酸鈣等組分，添加活性激化劑加工而成的可以完全取代水泥礦用膠結材料，膠結效果優于水泥膠結劑，按1:8與全尾礦配合的試塊單軸抗壓強度可達2MPa以上，生產成本僅為水泥成本的40～60％。
高水固化膠結充填料是高鋁水泥、石灰、石膏、速凝劑、解凝劑、懸浮劑等料份組成的膠結材料。高水固化材料具有固水能力強、單漿懸浮性好、流動性好、凝固速度快等特點，可以將高比例的水迅速凝固成具有一定承載能力的固體。
許多化學藥劑也在膠結充填中得到應用，如速凝劑絮凝劑、速凝劑、減水劑、減阻劑、固化劑等。絮凝劑用來加速骨料沉降如尾砂，速凝劑用來縮短充填料凝固時間，減阻劑用來減少管道阻力，減水劑用來改善易和性和提高強度等。
5.2新設備應用
5.2.1采礦設備
無軌機械化連續回采是采礦發展的趨勢，現代技術的發展已將充填采礦發展成為高效率的環保型采礦。阿特拉斯、山特維克等國外知名采礦設備廠商已將采礦的鑿巖、裝藥爆破、鏟運等工序打造成無軌機械化連續作業的綜合動作，甚至出現了無人遙控鑿巖、鏟運設備。采場其它環節的高效率，必然要求一個匹配的采礦方法與之適應。如安慶銅礦，引進的設備是瑞典Simba-251型潛孔鉆機，鑿巖直徑165mm，鏟運設備采用美國ST-SC3.8m?，采場日綜合出礦能力達到700噸，與這些大型設備匹配的采礦方法是高階段大孔徑崩礦嗣后一次全尾砂充填采礦法。[1]
5.2.2充填設施、機械、監測儀表
砂倉結構的改進，攪拌機、砂漿泵技術進步及先進監測儀表、自動化的應用，充填料的制備速度顯著加快，制造能力顯著提升，充填料濃度顯著提高，給高效充填技術帶來了很大的發展。
6.高效充填技術是未來高效采礦的重要選擇
我國疆域遼闊，成礦地質條件優越，礦產資源豐富礦種齊全配套。隨著我國社會的不斷進步，科學發展、無廢開采、綠色礦山等理念將逐步成為礦山開采的主導理念，加之大中型礦山多為國有，在選擇采礦方法時應盡量考慮生態因素，既服務于當今社會發展，又不給子孫后代留下隱患。
采場高效鏟運設備、鑿巖設備等機械化的應用提高了采礦效率，同時由于充填技術的進步，充填管路化、自動化、連續化、材料制備速度高效化使得充填工藝能夠與高效的機械化采礦設備相匹配。因此，高效充填技術必將得到快速發展和應用推廣，是未來高效采礦的重要選擇。
關鍵詞：金屬礦床；開采；運輸方案；技術性
Abstract: the scheme demonstration and strive to reflect the modern ultra deep metal deposit mining and transportation science and technology, focusing on deep mining theory, technology and transportation scheme and improve the innovation. To realize the deep mineral resource is efficient use, in deep and high stress, high temperature, Takai Fuka's special environment, combining deep well under high stress condition of hard rock fracturing theory and technology, thermal environment control, filling system and transportation technology and other aspects of professional theory and technology, put forward deep metal ore mining and to develop transportation technical scheme demonstration, for academic and production practice of.
Key words: metal deposit; mining; transport; technical
中圖分類號：P578.4+4文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
一、國內外深部礦床開采現狀及研究概況
中國工程院院士古德生教授在現代金屬礦床開采科學技術上有過深入細致的闡述和分析：
1、國內深部礦床開采現狀
目前，我國金屬礦山面臨的形勢是進入淺部礦產逐漸枯竭，開采條件大大惡化，大中型露天礦逐年減少，不少礦山已開采到臨界深度，面臨關閉或轉向地下開采的情況，大規模開發深部礦床刻不容緩。針對深部開采環境的特殊性和復雜性，業內普遍認同的深部開采界定深度大于800-1000m時，既為深部開采。
2、國外深部礦床開采現狀
國外開采規模超千米的金屬礦山將近100座，其中最多的是南非，南非西部深水平金礦開采深度達到3800m，常用的深部采礦方法有充填法、空場法和崩落法。遵循自上而下的開采順序，先中間后兩翼，連續回采，連續作業或提高作業面推進速度的設計原則。
3、深部開采的研究概況
由于深部開采的特殊環境，深部開采存在的開采困難大，成本高，安全條件差等客觀問題，目前國內還未取得特別突出的成果，技術專家只能結合實踐逐步創新和探討。
二、方案論證項目簡要說明
D鐵礦是世界上目前發現埋藏最深的特大型鐵礦床，探明儲量為35億噸，平均品位TFe 31.56%，見礦深度達1000m左右。對于這種超深特大型鐵礦床的地下開采設計，國內目前尚無先例，中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位集中了采、選等各專業設計技術骨干，組織多名教授級專家結合南京XX鐵礦（400萬t/a）、酒鋼XX鐵礦（500萬t/a）的設計實踐經驗，并多次組織技術團隊赴世界開采規模最大的地下鐵礦山——瑞典基律納鐵礦（3000萬t/a）實地考察，將收集整理的第一手技術資料作為此項目深部開采及開拓運輸方案的技術基礎。
依據項目開發方提供的礦床普查報告，中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位該項目的綜合開發利用方案進行了深入細致的研究，并編制出了《D鐵礦地下開采開拓方案技術經濟論證報告》，在項目論證會上，項目開發方主要負責人、東北大學XXX教授、冶金界國內著名專家XXX教授、膠帶運輸專家XXX教授等專家聽取了中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位關于《D鐵礦地下開采開拓方案技術經濟論證報告》的匯報，與會專家對中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位提出的深部開采及膠帶斜井開拓運輸方案給予了高度評價和充分肯定，經過更深層次的技術研討和創新，最終編制完成了《D鐵礦預可行性研究報告》。
三、方案論證項目開發建設及生產的最新設計理念
1、堅持大礦大開的原則，以大規模提高經濟效益；
2、采用大運量、低能耗的新型開拓運輸方案；
3、采用國內外最為先進的采、選技術和大型設備；
4、分期開采，自上而下強化采礦；
5、采用先進的高強度、低成本、高效率的采礦方法；
6、生產工藝由全面機械化向功能自動化過渡；
7、機修設施大中修外包，備品備件外購，礦山僅設維修設施；
8、采礦、選礦工程協調有序進行建設，以降低初期投資；
9、礦山規模采取滾動發展的方針，利用企業收益進行擴大再生產，力爭不斷的提高經濟效益。
上述新的設計理念，將對D鐵礦項目未來的建設和生產帶來不可
估量的經濟效益。
四、方案論證項目建設及生產的創新開拓方案
1、開拓運輸方案的選擇與確定
近20年來，膠帶輸送機在國內外發展較快。在地下礦山，由于高強度膠帶輸送機的研制成功，以及新型驅動裝置和整機監測控制系統的投入使用，國內外采用新型高強度膠帶輸送機斜井開拓的礦山日益增多。采用膠帶輸送機斜井提升礦石至地面選礦廠，具有生產能力大、連續化、自動化、生產工藝系統簡單等特殊優越性。
2、中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位在膠帶運輸方面的優勢
中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位早在九十年代開始就對膠帶運輸進行了深入研究，熟知國內外金屬礦膠帶運輸的應用與發展情況，并掌握大量國內外膠帶運輸的實例、各種使用條件和參數，并出版過多篇學術論文，掌握國內最先進的膠帶運輸計算微機軟件，多位膠帶運輸專家如大孤山鐵礦及齊大山鐵礦膠帶輸送機的設計者，高級工程師、膠帶專家XXX參與設計，使中國冶金礦業鞍山冶金設計研究單位在膠帶運輸設計能力方面具備國內其它設計單位不能比擬的優勢。
3、國內、外膠帶運輸應用實例及參數