什么是地下采礦

地下采礦是指礦床開拓后的回采，回采主要生產(chǎn)工藝有落礦、礦石搬運(yùn)與地壓管理。尤其是地下采礦設(shè)備技術(shù)的大力發(fā)展，地下礦藏的開采也更加便利、高效和安全。以煤礦和軟巖礦開采為例，通過綜采掘進(jìn)機(jī)先行進(jìn)行巷道建設(shè)，然后以采礦機(jī)械進(jìn)行礦石的采掘然后在通過礦用皮帶輸送機(jī)將礦石連續(xù)高效的輸送到地面。

地下采礦掘進(jìn)機(jī)

地下采礦的方法

1.充填采礦法

我國先后采用干式充填、分級尾砂膠結(jié)、全尾砂膠結(jié)、碎石水泥漿膠結(jié)等工藝與技術(shù)。最近，我國成功地試驗了一批具有世界先進(jìn)技術(shù)水平的充填采礦工藝，具有代表性的是：高水全尾砂速凝固化膠結(jié)充填新工藝、高濃度全尾砂自流輸送及泵壓輸送充填新工藝、粗粒級水砂充填新工藝、膏體泵送充填工藝與技術(shù)等。高水固結(jié)充填技術(shù)于1970年代在英國開始出現(xiàn)，1990年代在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展，其研究雖已取得了令人矚目的進(jìn)展，但其在材料穩(wěn)定性和價格上存在問題，制約了該項技術(shù)的應(yīng)用。近年來，充填技術(shù)正向全尾砂高濃度充填方向發(fā)展，其目的是減少膠結(jié)材料用量，降低充填成本，提高充填體質(zhì)量，改善井下環(huán)境，減少和避免礦山生產(chǎn)對環(huán)境的破壞和污染。膏體泵送充填工藝技術(shù)最為先進(jìn)，1994年金川鎳礦建成了我國第1個膏體泵送充填系統(tǒng)，l999年銅綠山礦建成了第2個系統(tǒng)，目前處于試驗研究階段。充填采礦法發(fā)展的特點是各工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化和設(shè)備大型化，主要表現(xiàn)在落礦、支護(hù)和出礦等方面。膠結(jié)充填技術(shù)從分級尾砂膠結(jié)充填、全尾砂高濃度膠結(jié)充填發(fā)展到不脫水、不濃縮的全尾砂膠結(jié)充填。在回采工藝上，從提高分層(分段)高度發(fā)展到大孔落礦，階段全高回采嗣后充填；改進(jìn)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)盤區(qū)機(jī)械化開采。充填系統(tǒng)實現(xiàn)了微機(jī)控制的半自動化、自動化。

2.空場采礦法

(1)VCR法

1980年代，VCR法(大直徑深孔球狀藥包后退式崩落采礦法)首先在我國凡口鉛鋅礦試驗成功。隨后，這一高效率的采礦方法先后在金川有色金屬公司、安慶銅礦、獅子山銅礦和金廠峪金礦等礦山得到推廣應(yīng)用。1980～1985年間，在凡口鉛鋅礦又試驗成功了階段深孔臺階崩落采礦法。該采礦方法將露天礦的臺階崩礦技術(shù)應(yīng)用到地下開采中，即在采場的局部面積上，先形成切割槽，然后以這一切割槽為自由面和補(bǔ)償空間，采用大直徑深孔裝藥進(jìn)行全階段高或臺階狀崩礦，崩落的礦石由采場下部的出礦系統(tǒng)運(yùn)出。

(2)連續(xù)開采技術(shù)

地下金屬礦山連續(xù)開采主要包括礦房的連續(xù)回采、礦體(床)的連續(xù)開采、礦石的連續(xù)運(yùn)送及全工藝過程的連續(xù)化。我國從“六五”至“九五”期間，連續(xù)開采技術(shù)始終被列為國家重點科技攻關(guān)項目，投入了大量的人力、物力和財力進(jìn)行理論研究和科學(xué)試驗，并在一些銅礦等地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)的研究中取得了一些成果。

3.崩落采礦法

(1)無底柱分段崩落法

我國無底柱分段崩落法面臨著一個如何加大和優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的問題。結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的主要方向是增大進(jìn)路間距。增大進(jìn)路間距將大幅度地減少采掘工程量。增大進(jìn)路間距具有較強(qiáng)的可操作性，易于推廣應(yīng)用，目前我省的許多礦山都應(yīng)用了該技術(shù)，并取得了較好的效果。低貧化放礦或無貧化放礦是指在放礦過程中當(dāng)?shù)V巖界面正常到達(dá)出礦口時便停止放出，以保持礦石界面的完整性，最大程度地減少礦巖的混雜性。低貧化放礦首先在鏡鐵山鐵礦試驗和應(yīng)用成功。該技術(shù)具有簡單、靈活、易于操作和無需對原采礦方法作重大改革等優(yōu)點，且可降低貧化、減少巖石混入，經(jīng)濟(jì)效益巨大，因此，應(yīng)用前景廣闊。目前，低貧化放礦在程潮、桃沖、弓長嶺等礦山得到了應(yīng)用。

(2)自然崩落法

自然崩落法，具有生產(chǎn)能力大、采礦成本低的優(yōu)點，特別適用于礦體厚大、礦化均勻易于自然崩落的低品位礦床開采。其應(yīng)用原理是在礦塊大面積拉底后，破壞礦塊內(nèi)的應(yīng)力平衡，引起應(yīng)力重新分布，形成新的自然平衡拱，拱內(nèi)礦石因受重力作用而周期性冒落。

地下采礦的技術(shù)

1.采礦設(shè)備高效化、大型化、自動化

高效化、大型化、和自動化無軌設(shè)備是礦山設(shè)備的發(fā)展趨勢。研制高效率大孔穿爆設(shè)備，中深孔全液壓鑿巖機(jī)具，井巷鉆進(jìn)機(jī)械，以及鏟運(yùn)機(jī)為主體的裝運(yùn)設(shè)備，振動出礦和連續(xù)采礦及與之配套的輔助機(jī)械等系列設(shè)備，要求盡可能實現(xiàn)無軌化、高效化和半自動化、自動化。采礦激光測位裝置，實現(xiàn)微機(jī)控制的鑿巖臺車，可自動清除車廂內(nèi)粘結(jié)物的高效連續(xù)式裝載和自卸式運(yùn)輸列車及由微機(jī)控制的鏟運(yùn)機(jī)等將得到發(fā)展和應(yīng)用。大型礦山將采用全盤機(jī)械化、高效率的大型設(shè)備，并實現(xiàn)遙控及自動化。

2.礦山開采深井化

深井采礦，技術(shù)界尚無明確的、統(tǒng)一的概念，一般認(rèn)為由于礦床埋藏較深而使生產(chǎn)過程出現(xiàn)一些在一般礦床開采時不曾遇到的技術(shù)難題的礦山生產(chǎn)，即為深井采礦。目前我國通常將深度超過lO00m的礦山稱為深井采礦。我國現(xiàn)階段非煤礦山的開采深度一般都不超過700～800m，但近年已有一些埋藏深度達(dá)1000m左右的礦床正在開挖，冬瓜山銅礦床、金川二礦區(qū)850m水平就屬其中。伴隨礦山開采深度增加，地壓增大，巖溫增高，礦山的提升、排水、支護(hù)、通風(fēng)等諸多方面的困難也隨之增大，因而要求采礦工藝技術(shù)和機(jī)械設(shè)備能適應(yīng)這種變化。但是，隨著礦山開采的延深，采掘技術(shù)和礦山機(jī)械設(shè)備性能的提高，開采深礦床的礦山將會越來越多。

3.礦山環(huán)?；?、綜合治理化

在國外尤其是發(fā)達(dá)國家，對礦山環(huán)境都采用綜合治理的措施，對礦山排出的廢水、廢氣、廢渣及粉塵、噪音等均有嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，許多低品位的礦山，因環(huán)保治理費用太大，而無法建設(shè)和投產(chǎn)。尤其是固體廢料的治理，對廢棄的尾礦壩、廢石場一般都采用覆蓋的方式，上部再種上植物，進(jìn)行綠化、復(fù)墾。目前國外還強(qiáng)調(diào)建立無廢料礦山和潔凈礦山，我國南京棲霞山鋅鉬礦業(yè)有限公司和蘇州吳縣銅礦等也都基本上是無廢料礦山。

此外，應(yīng)用尾砂充填工藝進(jìn)行礦床回采或空區(qū)處理可達(dá)到既廢物利用，又治理環(huán)境的雙重目的，這也是治理尾砂造成的環(huán)境污染問題的總的趨勢。

4.礦山數(shù)字化、智能化

數(shù)字礦山(DM)是對真實礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識與數(shù)字化再現(xiàn)，是數(shù)字礦區(qū)和數(shù)字中國的一個重要組成部分。其最終表現(xiàn)為高度信息化、自動化、高效率，以至實現(xiàn)無人采礦和智能采礦。數(shù)字礦山以高速企業(yè)網(wǎng)為核心，以礦山各個應(yīng)用技術(shù)軟件為工具，以高效、自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為手段，實現(xiàn)礦山產(chǎn)業(yè)的信息化、自動化和產(chǎn)業(yè)化。其建設(shè)涉及到礦山的各個技術(shù)領(lǐng)域和生產(chǎn)、組織部門，是一項十分龐大而復(fù)雜工程，數(shù)字礦山的實現(xiàn)還有相當(dāng)長的時間，我國礦山企業(yè)應(yīng)迎難而進(jìn)，抓住機(jī)遇，有計劃、有步驟地實現(xiàn)數(shù)字礦山的建設(shè)，使我國礦山產(chǎn)業(yè)走上一條可持續(xù)發(fā)展之路。

地下采礦工程的設(shè)備

庫橋機(jī)器可以提供地下綜合采掘巷道掘進(jìn)機(jī)設(shè)備、80帶式裝載機(jī)、礦用伸縮式皮帶輸送機(jī)、礦井垂直提升大傾角皮帶輸送機(jī)等。

地下采礦工程性質(zhì)及對工程的危害

礦井在建設(shè)和生產(chǎn)過程中，防治水措施不到位而導(dǎo)致地表水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區(qū)等各種通道無控制地涌入礦井工作面，造成作1 作人員傷亡或礦井財產(chǎn)損失的水災(zāi)事故，通常稱之為透水事故。透水事故最直接的原因是地下水，水理性質(zhì)是地下水相互作用顯示性質(zhì)，而地下水在巖上中有不同的賦存方式，不同形式的地下水對巖土水理性質(zhì)的影響程度有所不同，而且影響程度義與巖上類型有關(guān)。因此研究地下水與巖石的性質(zhì)對安全防范透水必要。

地下水住巖土中的存在形式可分為巖溶水、裂隙水和孔隙水大類。微觀上地下水按其在巖上中的賦存形式可分為結(jié)合水、毛細(xì)管水和重力水三種，其中結(jié)合水又可分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。其存在形式常因自然界的相關(guān)變化而異。這兩種形式的水主要特點有：

(1)強(qiáng)結(jié)合水(又稱吸濕水)，吸濕水被分子力吸附在巖十顆粒周圍形成極薄的水膜，是緊附于顆粒表面結(jié)合最牢固的一層水，其吸附力高達(dá)1OMPa，在強(qiáng)壓下，其密度接近普通水的兩倍，具有極大粘滯性和彈性，可以抗剪切，但不受重力作用，也不能傳遞靜水壓力。

(2)弱結(jié)合水(又稱弱薄膜水，它處于吸著水之外，厚度大于吸著水。弱結(jié)合水所受的吸附力小于強(qiáng)結(jié)合水，可以在顆粒水膜之間作緩慢的移動，薄膜水在外界壓力下可以變形，但同樣不受重力影響，且不能傳遞靜水壓力。地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的，在浮壓力或場壓力的作用下，往往會引起一些嚴(yán)重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。在般情況下，結(jié)合水為無法利用的水力資源，但卻能夠問接影響巖土體的物理性質(zhì)，自由水體成為關(guān)注的重點。

地下水對抗壓強(qiáng)度的影響，由于水的滲入，單軸抗壓強(qiáng)度會大大降低，它與浸水時間有很大關(guān)系，將浸水時間轉(zhuǎn)化成含水率，可得出軟化系數(shù)與含水率的關(guān)系，二者基本呈線性分布。國內(nèi)外眾多實驗證明，巖土中含水量越大，巖石強(qiáng)度越低。如，正長巖在飽和之后，強(qiáng)度減小到94％ ，若浸沒在水下進(jìn)行試驗，則進(jìn)一步減少到85％，用塊狀閃長巖和片狀閃長巖的樣品進(jìn)行抗壓試驗，其強(qiáng)度分別為抗壓強(qiáng)度的82～87％；含水能夠使砂巖強(qiáng)度減少41％，頁巖減少61％，在控制含水量的情況下進(jìn)行周密實驗，石英質(zhì)頁巖和石英質(zhì)砂巖在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度是干燥狀態(tài)下的49.6％ 。

地下水位變化包括地下水位上升、地下水位下降、地下水化頻繁升降二個方面。地下水位變化可由天然因素或人為 素引起，當(dāng)?shù)叵滤坏淖兓_(dá)到一定程度時，將對巖土工程造成危害。