崩落採礦法
正文
隨回採工作面的推進，有計畫地崩落圍岩填充採空區以管理地壓的採礦方法。基本特徵是崩落圍岩，回採部分礦房礦柱。適用於圍岩容易崩落、地表允許塌陷的礦體。崩落採礦法按回採方式分為：壁式崩落法、分層崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法。分層崩落法套用最早。帶假頂的低分段的分段崩落法於19世紀90年代首先用於美國上湖區的一些礦山。由於這兩種方法成本高,木材消耗量大,現已很少使用。壁式崩落法是借鑑壁式採煤法的經驗逐步發展起來的。瑞典在20世紀50年代套用了端部出礦的低分段無底柱分段崩落法。隨著大型自行無軌設備的出現和覆岩下端部放礦理論的發展，60年代初開始推廣使用菱形布置的現代無底柱分段崩落法。此法在中國、加拿大、尚比亞、美國和蘇聯等國迅速得到推廣。美國首先成功地使用階段自然崩落法。蘇聯於40年代開始套用深孔落礦的有底柱分段崩落法。隨著深孔鑿岩設備、爆破技術的不斷改進和覆岩下放礦理論的不斷完善，分段不斷增高，一次崩礦面積不斷擴大，逐步形成了現代有底柱分段崩落法的一些主要方案。與此同時，還成功地使用了階段強制崩落法。中國於60年代初期開始試驗深孔落礦的有底柱分段崩落法和階段強制崩落法。1978年，有色金屬地下礦山用這兩種方法采出的礦量占總量的27.3％；60年代後期開始試驗無底柱分段崩落法，目前用此法采出的鐵礦石，占地下鐵礦生產總量的80％以上。
分段崩落法和階段崩落法的共同特點是在崩落圍岩覆蓋下放出礦石。崩落覆蓋岩層的作用是控制地壓，形成緩衝墊層和良好的放礦和擠壓爆破條件。圍岩能自然崩落，形成覆蓋岩層，最為理想；如圍岩穩固，則需強制崩落，形成一定厚度的覆蓋岩層。覆岩下放礦時，因崩落廢石混入，礦石的損失、貧化都很高，適於開採礦石價值不高的礦體。如圍岩礦化和礦石可選性好，採用本法有利。根據放礦理論，合理選擇採礦法參數和放礦制度,嚴格管理放礦工作,可降低礦石的損失和貧化（見放礦）。覆岩下放礦的回收和貧化指標是相關聯的。在正常條件下，礦石損失和貧化的大小，取決於截止放礦時的放出礦石品位。截止品位降低，回採率將增高，但貧化率也隨之增高。因此，根據各礦的具體條件，在大量統計和最佳化的基礎上，確定一個合理的截止品位，是提高經濟效益的重要途徑。
為了容納分段崩落法和階段崩落法在礦石崩落後脹大的體積，落礦前都須在礦塊中形成補償空間。切割槽，拉底空間，某些采準切割巷道，或崩落礦岩的鬆散間隙，都可作為補償空間。補償空間體積與崩落礦石實體體積的比值叫補償比，其值為10～30％。
壁式崩落採礦法 適用於開採頂板不夠穩固，厚度不大的緩傾斜層狀礦床。它的特點是一次開採礦體全厚。根據工作面的布置形式，壁式崩落法分為：長壁崩落法、短壁崩落法和進路崩落法。①長壁崩落法工作面，布置與壁式採煤法近似。因礦石堅硬，多用鑿岩爆破法落礦、電扒出礦。工作面長度一般不超過50～60m。近年在中硬以下礦體中，開始試驗使用液壓支架和採礦機的綜合機械化長壁採礦法。②短壁崩落法，頂板穩固性差時將長壁面劃分為短壁面以利頂板管理。③進路崩落法，頂板穩定性很差且礦體賦存不規則時,用寬2～2.5m的進路回採礦石，根據地壓大小，每采1～2條進路崩落一次頂板。長壁崩落法采準和工作面布置簡單，在緩傾斜薄礦層回採中是一種生產能力較大、效率較高、通風條件較好的採礦法。短壁和進路崩落法的工作面短小,靈活性大,適用於開採地壓較大、賦存條件複雜的礦層。中國龍煙鐵礦套用長壁崩落法。大部分粘土礦和錳礦套用短壁崩落法和進路崩落法。
分層崩落法 將礦塊在垂直方向劃分為小於3m的分層，自上而下逐層回採。回採工作在假頂保護下進行。本法的缺點是：木材消耗量大，工序複雜，勞動生產率低，成本高，通風條件差；優點是貧化率低(約3～5％)，回收率高（可達90～95％）。過去曾廣泛套用，現在已逐步由其他高效採礦方法取代，套用比例很小。
分層可用壁式工作面或進路回採。採用淺眼落礦，崩落的礦石用電耙運至溜井，下放到階段運輸平巷（見礦山井巷）。隨著工作面的推進，及時支護進路或壁式工作面。根據地壓情況，每采完1～2個進路，或壁式工作面推進一定距離，放頂一次，將支架回收使頂板冒落。放頂前，在放頂區底板鋪設假頂，作為下分層回採時的頂板。假頂用木材、金屬網、竹笆、鋼筋混凝土等材料鋪設。回採第一階段上部幾個分層時，在假頂上部由廢舊坑木逐漸形成厚度大於一個分層的隔離層，以防廢石沖入。隔離層上部應有5～10m以上的岩石墊層，以緩衝圍岩崩落時所造成的衝擊力，確保全全生產。
有底柱分段崩落法 特點是分段落礦，通過底部結構放出崩落的礦石。底部結構簡稱底柱，位於礦塊或礦房底部，其中布置出礦巷道、斗穿、斗頸、漏斗或塹溝和溜井，根據出礦方法分為電耙、格篩和裝載機械三種底部結構。中國礦山多採用電耙出礦的底部結構（圖1）。電耙出礦的主要缺點是計量困難，結構較複雜，回收底柱時損失、貧化大，隨著高效率無軌自行裝運設備的出現，目前已逐漸改用裝載機械出礦的平底結構。
崩落採礦法有底柱分段崩落法有許多回採方案，適用於各種穩固程度的中厚以上的傾斜、急傾斜礦體和緩傾斜厚礦體。主要優點是適應性強;用電耙出礦,操作、維修簡單；通風條件好。主要缺點是采準切割工程最大；巷道施工不易實現機械化，勞動條件差；礦石損失、貧化大。
無底柱分段崩落法 特點是鑿岩、崩礦和出礦在同一個分段回採巷道內順序進行，以較小的崩礦步距向崩落區進行擠壓爆破，不設底部結構，崩落的礦石自回採巷道端部直接放出，用裝載設備裝運至溜井。本法的優點是：結構簡單，有利於使用大型機械化無軌自行設備；各工序都在水平巷道內進行,工作安全;能分采和剔出夾石。缺點是通風差，礦石損失、貧化高。適於開採圍岩易崩落、礦石穩固的急傾斜厚礦體。若礦石不穩固，回採巷道維護困難；傾角小和礦體薄，礦石損失、貧化將增大。
採礦方法布置見圖2。在分段水平掘進稱為進路的回採巷道和聯絡巷道。回採巷道端部，掘進切割巷道和切割天井。 在回採巷道和切割巷道中鑿上向扇形深孔。回採前先在回採巷道端部拉切割槽，然後分步距爆破進行回採。回採分段上部應保持大於1.5～2個分段高度的崩落覆蓋岩層。沿走向每隔一定距離布置設備井或斜坡道，向分段運送設備、材料和人員。
崩落採礦法鑿岩主要使用單機、雙機或三機自行台車。個別礦山也有用圓環雪橇式台架的。台車和台架均配重型鑿岩機。出礦主要採用裝運機和鏟運機，運距較長時用裝載機械配自卸卡車或自行礦車。
階段崩落法 特點是在階段全高上藉助鑿岩爆破或重力崩落礦石，並在崩落覆蓋岩層下通過礦塊的底部結構放出礦石。階段崩落法分階段強制崩落法和階段自然崩落法。
階段強制崩落法 主要利用鑿岩爆破落礦。礦塊布置和回採工藝大體與有底柱分段崩落法相似。本法的主要特點是整個階段高度一次落礦，不劃分分段。階段強制崩落法也分水平深孔落礦方案和垂直深孔落礦方案。水平深孔落礦方案須形成與落礦範圍相適應的水平補償空間，掘進鑿岩天井和鑿岩硐室。在鑿岩天井或硐室中鑽水平深孔需搬運鑿岩設備，作業條件差。本法適用於開採礦石比較穩固，無自燃和粘結性而形狀又比較規則的厚大礦體。主要優點是礦塊生產能力大，采準工作量小，勞動生產率高，成本低，存窿礦石多，有利於調節生產。主要缺點是落礦高度大，放礦管理要求嚴格，出礦時間長，礦岩不夠穩固時底柱維護困難。
階段自然崩落法 主要靠礦石自重落礦，在礦體回採單元（礦塊或盤區）下部進行較大水平面積拉底，在側部用巷道和深孔爆破切幫後，礦石在階段的整個高度上隨放礦而逐漸自然崩落(圖3)。控制放礦速度和調節切幫工程，可保證礦石破碎質量和正常連續崩落。本法將礦體劃分成礦塊、盤區或全礦體連續崩落。礦塊或盤區的水平尺寸主要取決於礦石的崩落難易程度、要求的崩落速度和底柱的穩固性。合理礦塊尺寸應保證礦石按要求連續自然崩落，出礦巷道不發生破壞。
崩落採礦法