金屬非金屬井工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(jī)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(shí)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(gè)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(jié)束時(shí)，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(yùn)機(jī)，裝載機(jī)或電耙運(yùn)出，要么通過脈內(nèi)溜井運(yùn)出。無論裝礦橫巷還是溜井都要緊湊配置以實(shí)現(xiàn)放礦。風(fēng)動電耙在采場可以用來平整場地。

留礦法在機(jī)械化開采和水利充填采礦出現(xiàn)之前是一種廣泛應(yīng)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(yīng)用于南美，非洲，亞洲和澳大利亞境內(nèi)的少數(shù)機(jī)械化程度較低的礦山。

1.1留礦法缺點(diǎn)

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

這種方法生產(chǎn)能力相對較低，且礦石在采場存留時(shí)間過長。這將對礦山的初期生產(chǎn)帶來較大影響—為了達(dá)產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)，這將導(dǎo)致鑿巖困難，不得不架設(shè)木支架作業(yè)平臺。這樣既浪費(fèi)時(shí)間，降低生產(chǎn)能力，也增加了成本。

1.2留礦法優(yōu)點(diǎn)

然而，留礦法因其在設(shè)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(jié)塊性，自燃性）

6 礦體寬度為1—12米

7 巖石應(yīng)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?yàn)閮A角較小的礦體會出現(xiàn)以下問題：

1 放礦不均勻或者放礦困難

2 大量出礦時(shí)不完全

3  上盤圍巖不穩(wěn)固破壞，導(dǎo)致貧化

2.2 礦體質(zhì)量

接下來的巖體質(zhì)量估計(jì)主要是靠工程經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)錨支護(hù)。任何鋼筋網(wǎng)或者大范圍的錨桿支護(hù)都可能降低生產(chǎn)能力，也可能導(dǎo)致出礦困難，或者產(chǎn)生浮石。

礦體必須足夠穩(wěn)固以保證工人在沒有鋼筋網(wǎng)或者較多錨桿支護(hù)的情況下可以安全作業(yè)。崩下礦石中的鋼筋網(wǎng)或者錨桿對出礦會產(chǎn)生不利影響。僅僅是這一個(gè)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(jìn)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(zhì)量

上下盤圍巖的巖石質(zhì)量最小是中等（Q＞4）。破碎的圍巖在放礦時(shí)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(jié)束，大量放礦時(shí)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(nèi)不宜采用鉆鑿安裝長錨索鉆孔的大型設(shè)備，內(nèi)部支護(hù)經(jīng)常是短錨桿，由氣腿鑿巖機(jī)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將這種影響降至最低。

2.4 礦體幾何尺寸

因?yàn)閺牟蓤隹諈^(qū)內(nèi)均勻放礦的要求，安裝加固設(shè)施難度較大，要不要留礦柱這些因素要求礦體有一個(gè)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(guān)。礦柱經(jīng)常作為支護(hù)方式的主要選擇，因?yàn)樵谟邢薜淖鳂I(yè)空間內(nèi)安設(shè)錨桿或者錨索比較困難。

2.5 礦石貧化

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

含高硫成分或者部分風(fēng)化的礦體必須做實(shí)驗(yàn)以檢測其自燃或者結(jié)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(jié)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(shè)備的要求，礦體寬度較大時(shí)，可以用礦柱來穩(wěn)固上下盤圍巖。寬度大于12米時(shí)，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(yīng)力

留礦法只適用于低應(yīng)力或中等應(yīng)力礦體，高應(yīng)力會導(dǎo)致頂板發(fā)生應(yīng)力破壞，這會需要更多支護(hù)，降低生產(chǎn)能力，增加了使用鋼筋網(wǎng)或錨桿加固礦體引發(fā)懸拱的風(fēng)險(xiǎn)。高應(yīng)力采場回采結(jié)束放礦時(shí)會導(dǎo)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(nèi)有軌列車出礦法（即標(biāo)準(zhǔn)留礦法），另一種是在裝礦橫巷用鏟運(yùn)機(jī)或裝巖機(jī)出礦。

人員，材料，設(shè)備，通風(fēng)除了在已采采場在開采之上之外通常是從低水平運(yùn)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(jìn)路。在采場任意一側(cè)掘進(jìn)的天井常常用木頭支護(hù)，當(dāng)崩下礦石承受壓力或在放礦時(shí)，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(zhǔn)切割工藝包括：

u沿礦體底板掘進(jìn)脈內(nèi)運(yùn)輸平巷

u自采場兩端向上掘進(jìn)人形通風(fēng)天井

u自階段運(yùn)輸平巷以上5m掘進(jìn)切割拉底平巷

u自階段運(yùn)輸平巷向切割拉底平巷每隔幾米掘進(jìn)斗穿

u對斗穿擴(kuò)漏以形成漏斗

u修筑溜槽

u人行天井的木支護(hù)

u鑿巖準(zhǔn)備工作

3.2 裝礦橫巷配鏟運(yùn)機(jī)等無軌設(shè)備出礦法

這種方法為采用鏟運(yùn)機(jī)或裝巖機(jī)等無軌設(shè)備在裝礦進(jìn)路出礦，其開拓采準(zhǔn)切割工藝包括：

u掘進(jìn)階段運(yùn)輸平巷

u到達(dá)預(yù)定采場一端的裝礦進(jìn)路

u采場底部結(jié)構(gòu)的形成

u在采場底部掘進(jìn)的裝礦橫巷

u自兩端裝礦橫巷向上掘進(jìn)的兩條用于人行和通風(fēng)的兩條天井

u爆破準(zhǔn)備工作

裝礦橫巷配鏟運(yùn)機(jī)等無軌設(shè)備出礦法的一大優(yōu)勢就是采場內(nèi)的采準(zhǔn)切割工程較少，沒有漏斗，斗穿和拉底巷道，也不用預(yù)留礦柱。缺點(diǎn)是運(yùn)輸巷道布置在脈外，不能起到探礦的目的，且沒有副產(chǎn)礦石。

四、生產(chǎn)效率

留礦法的鑿巖和崩礦工作和空場法類似。采場內(nèi)不進(jìn)行機(jī)械化支護(hù)，用不規(guī)則的支柱代替。標(biāo)準(zhǔn)方案是采用氣腿式鑿巖機(jī)和伸縮式鑿巖機(jī)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(chǎn)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(yù)期產(chǎn)量為每班（2臺鑿巖機(jī)，2個(gè)作業(yè)人員，1個(gè)輔助人員）40～70噸。

在各水平都有生產(chǎn)的穩(wěn)定礦體，影響生產(chǎn)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(shí)，影響生產(chǎn)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(shè)備

留礦法的主要優(yōu)點(diǎn)之一就是其設(shè)備需要量較小，氣腿和其他設(shè)備用來鑿巖，運(yùn)輸設(shè)備在階段運(yùn)輸平巷內(nèi)托運(yùn)礦石（最小是手推式側(cè)卸礦車）。

深孔留礦可以采用深孔鑿巖設(shè)備，在裝礦橫巷用鏟運(yùn)機(jī)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(jī)或者鏟運(yùn)機(jī)與放礦點(diǎn)裝載系統(tǒng)聯(lián)系起來效率更高，能使生產(chǎn)能力大大提高。

其他選擇有在放礦點(diǎn)、長溜井或溜槽用扒礦機(jī)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(yùn)輸平巷中的礦石中。設(shè)計(jì)礦量、使用時(shí)間，二次破碎的頻率決定了溜井的規(guī)格和修筑，鋼支護(hù)比木支護(hù)更能夠抵抗爆破震動。鋼支護(hù)溜井通過的礦量更大且使用時(shí)間更長，但比木支護(hù)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(jīng)驗(yàn)，技術(shù)熟練。

6.2 放礦點(diǎn)出礦

這種方式主要采用有軌裝巖機(jī)或鏟運(yùn)機(jī)出礦，比起采用溜井，有軌列車出礦有更大的生產(chǎn)能力。懸臂式裝巖機(jī)一般直接將礦石裝進(jìn)有軌列車，而鏟運(yùn)機(jī)可以裝進(jìn)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?qū)崿F(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(yán)格控制從采場底部放出礦石的多少。這就需要控制:

u生產(chǎn)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(diǎn)決定采場爆破作業(yè)面得區(qū)域

u放礦點(diǎn)的數(shù)量

u每個(gè)放礦點(diǎn)放出的礦量

放礦的多少主要取決于工程經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)可以決定了出礦方式。以往工程的經(jīng)驗(yàn)對決定采場內(nèi)哪個(gè)裝礦點(diǎn)可以用來崩礦。

留礦法放礦時(shí)在礦石內(nèi)部可能會出現(xiàn)浮石或者空區(qū)，這在放礦點(diǎn)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(hù)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(yīng)力支護(hù)措施。

7.1 采場頂板支護(hù)

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

7.2 上下盤圍巖支護(hù)

上下盤的支護(hù)主要是使各錨桿共同作用以保證在放礦時(shí)能有效控制片幫和貧化。根據(jù)出礦時(shí)圍巖質(zhì)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(jī)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?yàn)樯羁阻弾r設(shè)備很難進(jìn)入采場，所以留礦法一般不采用長錨索支護(hù)。如果必須使用，則可以人工搬運(yùn)風(fēng)動深孔鑿巖設(shè)備進(jìn)入采場，或者用風(fēng)動絞車拖動，但這回造成較大的生產(chǎn)延期。

八、留礦法的不同形式

留礦法應(yīng)用起來比較靈活，其基本設(shè)計(jì)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(jìn)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(nèi)存留的礦量最小，礦石隨后被從一側(cè)向另一側(cè)滾動放出。也可以隨之向采場充入廢石。

這種方法的關(guān)鍵是頂部天井，因?yàn)樘炀�的間距決定了采場頂部鑿巖的推進(jìn)長度。

8.2 設(shè)木支架的留礦法

留礦法與其他采礦方法相比經(jīng)濟(jì)上最大的不足就是60%—70%的礦石在回采結(jié)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(dāng)充填料缺乏時(shí)，可以用留礦法暫時(shí)繼續(xù)采礦。只有到達(dá)足夠的高度時(shí)，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(dá)預(yù)定水平。此時(shí)，礦石在裝礦橫巷用鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)出。大量放礦時(shí)，上下盤的暴露面積較大，可能會引起破壞，進(jìn)而導(dǎo)致礦石貧化。因而采用此方法時(shí)，為避免圍巖破壞，礦石貧化，應(yīng)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(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)的氣腿式開采留礦法可以大大提高生產(chǎn)能力，但炮孔偏斜或者爆破時(shí)間控制不好會導(dǎo)致上盤破壞，這增加了貧化的風(fēng)險(xiǎn)。

8.5 阿里馬克留礦法

這種方法主要應(yīng)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。