收藏词条 编辑词条 自然支护采矿法
创建时间：2008-08-02
亦称空场采矿法。主要靠围岩本身的稳固性和矿柱的支撑能力维护回采过程中形成的采空区，有的方法用其他支架或采下矿石作辅助或临时支护。通常将矿体划分为矿房和矿柱回采。矿房回采后，无论矿柱回采与否，都须注意及时处理采空区。本法回采工艺简单，容易实现机械化，劳动生产率高，采矿成本低，适于开采矿石和围岩均稳固的矿体，在地下矿山广泛应用。但用本法开采中厚以上矿体，需留大量矿柱、矿石回采率低，因此本法采高价矿床时用得较少。1978年中国有色金属矿山用本法采出的矿石占总量的55.7％。
本法是最早使用的一种地下采矿方法。早期使用人工落矿和浅眼落矿的回采工艺。20世纪40年代起，随着深孔凿岩爆破技术的发展和自行采掘设备的使用，出现了各种深孔高效率的空场采矿法。根据采矿方法结构和回采工艺特点，自然支护采矿法，分为下列5组。
房柱采矿法 矿房和矿柱交互布置，矿柱为圆形、矩形或条带形，排列规则。通常矿房宽6～12m，矿柱宽3～6m。顶板稳固性稍差，矿石价值低或开采结束后采空区作地下建筑物用时，采用条带形连续矿柱。矿柱一般不再回采，常占矿量的15～40％。本法优点是采准工作量小，采矿强度大，劳动生产率高，采矿成本低，矿石贫化率小，缺点是矿石损失大，适用于开采围岩和矿石都稳固的水平或缓倾斜矿床。本法在美国应用最多，产量占大中型非煤矿山开采总量的60％。中国一些汞矿、磷矿、锑矿和粘土矿等采用本法。近年来应用锚喷支护和各类高效率自行回采设备，提高了采矿强度，改善了安全条件，降低了对围岩稳固性的要求，开采厚度个别可超过30m。开采较贵重矿床时，回采部分矿柱或用混凝土柱代替矿柱，以降低矿石损失。
阶段运输巷道多布置在底板岩石中，通常矿房沿倾斜方向布置，矿房下端布置矿石溜井与运输巷道连通(见矿山井巷)。回采工作面沿矿房长轴逆倾斜向上推进。回采前先沿矿房长轴掘进切割上山，贯通上下阶段运输巷道，然后在矿房下端开切割槽。薄矿体用浅眼落矿，中厚以上矿体用浅眼分层或垂直深孔落矿。矿房中落下的矿石用电耙、装运设备或爆破力运至溜井。在水平和微倾斜矿体中可用自行设备直接运出。采用上向分层回采顺序时，先采最下分层，进行矿房拉底，然后依次回采上部各分层。采用下向分层回采顺序时，上部分层超前，形成下向台阶工作面，用下向垂直或倾斜深孔落矿。
开采盐、钾盐、碱等较软的矿床时，可以实现综合机械化。用连续采矿机破碎矿石，由伸缩式输送机向带式输送机或自行矿车给矿。开采石材时，用机械锯割料石（见石材锯切开采）。当用连续工作面沿走向推进开采矿体或矿块时，称全面采矿法，可留不规则矿柱，采准和回采工艺与房柱采矿法类似。
阶段矿房采矿法 矿房以全阶段或划分分段回采，用水平或垂直分层落矿，崩落的矿石利用自重从底柱中的出矿巷道运出。矿房采完后，用不同方法回采间柱、顶柱和上阶段的底柱，同时处理采空区。本法适用于开采矿岩稳固的倾斜和急倾斜厚矿体。垂直分层落矿时，有分段凿岩和阶段凿岩两种方案。
分段凿岩阶段矿房法 又称分段采矿法（图1）。特点是掘进分段巷道，将矿房划分为分段，用中深孔落矿。分段高度由凿岩设备能力决定。在矿房中部或一侧形成垂直切割槽后，以垂直分层分段落矿。本法适用于厚10～25m的急倾斜矿体。
阶段凿岩阶段矿房法 凿岩巷道布置在矿房顶柱下部，向下钻平行或扇形垂直深孔落矿。钻机集中在一个凿岩水平，凿岩巷道布置简单，移动和操作方便，装药省力；但孔深大，容易产生偏斜，爆破效果差，大块率高，对矿柱的破坏也较大。20世纪70年代，加拿大在阶段凿岩落矿中应用高压气动潜孔钻机和大直径深孔，球形药包、下向漏斗水平分层落矿新技术，叫做垂直深孔下向漏斗水平分层阶段矿房法，简称VCR采矿法（图2)。特点是自矿房顶部用大型自行潜孔钻机钻下向垂直深孔，一次钻完，孔径大于150mm，炮孔偏斜率小于1％，用球形装药，以拉底空间为自由面，自下而上分层落矿。每分层自矿房中间向两帮依次微差爆破。每爆破一次，从下部放出30～50％的崩落矿石。矿房全部崩落后，放出全部崩落的矿石。此法作业安全，采矿强度高，爆破质量好，经济效果高，适用于开采围岩稳固和中等稳固的急倾斜厚矿体。本法正在一些国家推广应用。
水平深孔落矿时，自凿岩天井或凿岩硐室钻水平扇形深孔，一般矿房所有深孔一次钻完，然后分次爆破落矿。这种采矿法也叫深孔留矿法。
阶段矿房法是一种高效率采矿方法，但矿柱矿量占的比重大（达35～60％）。回采矿柱时，矿石损失和贫化都很大。
分段矿房法 沿阶段垂直高度划分分段，各分段自上而下顺序回采。分段划分成矿房和矿柱。采完矿房，随即回采矿柱并处理采空区。本法矿房暴露面积小，回采时间短，灵活性大，有利于地压管理，适用于机械化开采稳固和中等稳固的倾斜及缓倾斜中厚以上的矿体。
留矿采矿法 将采下的大部分矿石暂留矿房内，工人站在矿石堆上作业，主要用于开采围岩和矿石都稳固的急倾斜薄及中厚矿体（图3)。本法结构简单，采准工作量小，易于掌握。中国广泛用于开采急倾斜薄和极薄金、钨矿床。将矿块划分矿房和矿柱，在矿柱中掘进天井，从天井下部向上每隔4～5m掘联络道与矿房连通，供通风、行人、运料之用(见天井掘进)。在矿房下部开掘放矿漏斗。自漏斗水平开始拉底，形成回采工作面。开采薄矿脉时，常用横撑支柱或框式支架架设天井、平巷及底部放矿结构，不留底柱和间柱。矿房自下而上用浅眼分层落矿。每次落矿后通过底部放矿漏斗口放出约1/3的崩落矿量，称部分放矿。其余暂留矿房内，使矿石堆表面与工作面之间保持高2m左右的工作空间。部分放矿后，平整矿石堆表面，继续落矿，直至矿房回采完毕，然后将暂留矿石全部放出，称最终放矿或大量放矿。在回采矿房过程中，暂留的矿石经常移动，因此对围岩只起部分支撑作用。围岩容易片落时，将增大矿石贫化。减小矿房尺寸，用锚杆加固顶板或用支架支撑围岩，可减少片落。
横撑支柱采矿法 在回采过程中，于上下盘之间架设横撑支柱，既做工作平台，又起支撑围岩作用。工作面逆倾斜成梯段向上推进，浅眼落矿。爆破前拆除工作平台，采落的矿石靠自重滚向漏斗口放出。此法因坑木消耗大，劳动生产率低，安全条件差，目前已很少采用。
矿柱回采和采空区处理 使用空场采矿法应注意及时回采矿柱和处理采空区。因随采矿工作的进展，采空区面积不断扩大，地压也不断增加，所留矿柱受风化影响及长时受载，强度逐渐降低，最后可能导致矿柱破坏和围岩大面积垮落，产生强大的空气冲击波和地压活动，危及人身、设备及井巷的安全（见采场地压）。
可用大爆破法、充填法和密闭法处理采空区。低价矿石用大爆破法。在矿柱和围岩中钻深孔或掘爆破硐室，用微差爆破同时崩落矿柱和围岩，填充采空区。矿石在覆盖废石下放出，效率高，成本低，但矿石损失和贫化大，通常仅能回收矿柱矿量的50％左右。高价矿石或地表不允许崩落时，用充填法处理采空区。用废石或水砂充填矿房时，一般采用分段崩落法回采矿柱；用胶结料充填矿房时，可用空场法或充填法回采矿柱。离主要矿体较远，围岩又允许崩落的孤立盲矿体，可用封闭法处理采空区，即在通往生产区的所有巷道内，构筑坚固的密闭墙，将采空区封闭，任其自然垮落。
本法是最早使用的一种地下采矿方法。早期使用人工落矿和浅眼落矿的回采工艺。20世纪40年代起，随着深孔凿岩爆破技术的发展和自行采掘设备的使用，出现了各种深孔高效率的空场采矿法。根据采矿方法结构和回采工艺特点，自然支护采矿法，分为下列5组。
房柱采矿法 矿房和矿柱交互布置，矿柱为圆形、矩形或条带形，排列规则。通常矿房宽6～12m，矿柱宽3～6m。顶板稳固性稍差，矿石价值低或开采结束后采空区作地下建筑物用时，采用条带形连续矿柱。矿柱一般不再回采，常占矿量的15～40％。本法优点是采准工作量小，采矿强度大，劳动生产率高，采矿成本低，矿石贫化率小，缺点是矿石损失大，适用于开采围岩和矿石都稳固的水平或缓倾斜矿床。本法在美国应用最多，产量占大中型非煤矿山开采总量的60％。中国一些汞矿、磷矿、锑矿和粘土矿等采用本法。近年来应用锚喷支护和各类高效率自行回采设备，提高了采矿强度，改善了安全条件，降低了对围岩稳固性的要求，开采厚度个别可超过30m。开采较贵重矿床时，回采部分矿柱或用混凝土柱代替矿柱，以降低矿石损失。
阶段运输巷道多布置在底板岩石中，通常矿房沿倾斜方向布置，矿房下端布置矿石溜井与运输巷道连通(见矿山井巷)。回采工作面沿矿房长轴逆倾斜向上推进。回采前先沿矿房长轴掘进切割上山，贯通上下阶段运输巷道，然后在矿房下端开切割槽。薄矿体用浅眼落矿，中厚以上矿体用浅眼分层或垂直深孔落矿。矿房中落下的矿石用电耙、装运设备或爆破力运至溜井。在水平和微倾斜矿体中可用自行设备直接运出。采用上向分层回采顺序时，先采最下分层，进行矿房拉底，然后依次回采上部各分层。采用下向分层回采顺序时，上部分层超前，形成下向台阶工作面，用下向垂直或倾斜深孔落矿。
开采盐、钾盐、碱等较软的矿床时，可以实现综合机械化。用连续采矿机破碎矿石，由伸缩式输送机向带式输送机或自行矿车给矿。开采石材时，用机械锯割料石（见石材锯切开采）。当用连续工作面沿走向推进开采矿体或矿块时，称全面采矿法，可留不规则矿柱，采准和回采工艺与房柱采矿法类似。
阶段矿房采矿法 矿房以全阶段或划分分段回采，用水平或垂直分层落矿，崩落的矿石利用自重从底柱中的出矿巷道运出。矿房采完后，用不同方法回采间柱、顶柱和上阶段的底柱，同时处理采空区。本法适用于开采矿岩稳固的倾斜和急倾斜厚矿体。垂直分层落矿时，有分段凿岩和阶段凿岩两种方案。
分段凿岩阶段矿房法 又称分段采矿法（图1）。特点是掘进分段巷道，将矿房划分为分段，用中深孔落矿。分段高度由凿岩设备能力决定。在矿房中部或一侧形成垂直切割槽后，以垂直分层分段落矿。本法适用于厚10～25m的急倾斜矿体。
阶段凿岩阶段矿房法 凿岩巷道布置在矿房顶柱下部，向下钻平行或扇形垂直深孔落矿。钻机集中在一个凿岩水平，凿岩巷道布置简单，移动和操作方便，装药省力；但孔深大，容易产生偏斜，爆破效果差，大块率高，对矿柱的破坏也较大。20世纪70年代，加拿大在阶段凿岩落矿中应用高压气动潜孔钻机和大直径深孔，球形药包、下向漏斗水平分层落矿新技术，叫做垂直深孔下向漏斗水平分层阶段矿房法，简称VCR采矿法（图2)。特点是自矿房顶部用大型自行潜孔钻机钻下向垂直深孔，一次钻完，孔径大于150mm，炮孔偏斜率小于1％，用球形装药，以拉底空间为自由面，自下而上分层落矿。每分层自矿房中间向两帮依次微差爆破。每爆破一次，从下部放出30～50％的崩落矿石。矿房全部崩落后，放出全部崩落的矿石。此法作业安全，采矿强度高，爆破质量好，经济效果高，适用于开采围岩稳固和中等稳固的急倾斜厚矿体。本法正在一些国家推广应用。
水平深孔落矿时，自凿岩天井或凿岩硐室钻水平扇形深孔，一般矿房所有深孔一次钻完，然后分次爆破落矿。这种采矿法也叫深孔留矿法。
阶段矿房法是一种高效率采矿方法，但矿柱矿量占的比重大（达35～60％）。回采矿柱时，矿石损失和贫化都很大。
分段矿房法 沿阶段垂直高度划分分段，各分段自上而下顺序回采。分段划分成矿房和矿柱。采完矿房，随即回采矿柱并处理采空区。本法矿房暴露面积小，回采时间短，灵活性大，有利于地压管理，适用于机械化开采稳固和中等稳固的倾斜及缓倾斜中厚以上的矿体。
留矿采矿法 将采下的大部分矿石暂留矿房内，工人站在矿石堆上作业，主要用于开采围岩和矿石都稳固的急倾斜薄及中厚矿体（图3)。本法结构简单，采准工作量小，易于掌握。中国广泛用于开采急倾斜薄和极薄金、钨矿床。将矿块划分矿房和矿柱，在矿柱中掘进天井，从天井下部向上每隔4～5m掘联络道与矿房连通，供通风、行人、运料之用(见天井掘进)。在矿房下部开掘放矿漏斗。自漏斗水平开始拉底，形成回采工作面。开采薄矿脉时，常用横撑支柱或框式支架架设天井、平巷及底部放矿结构，不留底柱和间柱。矿房自下而上用浅眼分层落矿。每次落矿后通过底部放矿漏斗口放出约1/3的崩落矿量，称部分放矿。其余暂留矿房内，使矿石堆表面与工作面之间保持高2m左右的工作空间。部分放矿后，平整矿石堆表面，继续落矿，直至矿房回采完毕，然后将暂留矿石全部放出，称最终放矿或大量放矿。在回采矿房过程中，暂留的矿石经常移动，因此对围岩只起部分支撑作用。围岩容易片落时，将增大矿石贫化。减小矿房尺寸，用锚杆加固顶板或用支架支撑围岩，可减少片落。
横撑支柱采矿法 在回采过程中，于上下盘之间架设横撑支柱，既做工作平台，又起支撑围岩作用。工作面逆倾斜成梯段向上推进，浅眼落矿。爆破前拆除工作平台，采落的矿石靠自重滚向漏斗口放出。此法因坑木消耗大，劳动生产率低，安全条件差，目前已很少采用。
矿柱回采和采空区处理 使用空场采矿法应注意及时回采矿柱和处理采空区。因随采矿工作的进展，采空区面积不断扩大，地压也不断增加，所留矿柱受风化影响及长时受载，强度逐渐降低，最后可能导致矿柱破坏和围岩大面积垮落，产生强大的空气冲击波和地压活动，危及人身、设备及井巷的安全（见采场地压）。
可用大爆破法、充填法和密闭法处理采空区。低价矿石用大爆破法。在矿柱和围岩中钻深孔或掘爆破硐室，用微差爆破同时崩落矿柱和围岩，填充采空区。矿石在覆盖废石下放出，效率高，成本低，但矿石损失和贫化大，通常仅能回收矿柱矿量的50％左右。高价矿石或地表不允许崩落时，用充填法处理采空区。用废石或水砂充填矿房时，一般采用分段崩落法回采矿柱；用胶结料充填矿房时，可用空场法或充填法回采矿柱。离主要矿体较远，围岩又允许崩落的孤立盲矿体，可用封闭法处理采空区，即在通往生产区的所有巷道内，构筑坚固的密闭墙，将采空区封闭，任其自然垮落。