金属矿山井下开采采矿方法分析

引言

金属矿产作为现代工业发展的关键基础资源，其开采活动对国民经济的稳定运行与持续发展至关重要。在金属矿山开采领域，井下开采因能够深入获取地下资源，成为应对地表资源逐渐匮乏的重要手段。井下开采环境复杂，面临地压控制、矿石回采率、生态环境保护等诸多挑战，采矿方法的选择直接影响开采的安全性、经济性与资源利用率。当前，空场、崩落、充填等采矿方法在金属矿山井下开采中广泛应用，但每种方法都有其独特的适用条件与局限性。部分矿山企业因采矿方法选择不当，导致资源浪费严重、安全事故频发、生态破坏加剧等问题。

一、金属矿山井下开采常见采矿方法概述

1.1 空场采矿法

空场采矿法是在开采过程中形成的采空区，依靠矿岩自身的稳固性和留设的矿柱来维护其稳定性的一类采矿方法。该方法主要适用于矿石和围岩均稳固的矿体。其中，房柱采矿法最为典型，它将矿体划分为矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱。在回采过程中，通常采用浅孔落矿，矿石经电耙或装载机等设备运至溜井，再通过提升系统运至地表。在一些小型的铅锌矿开采中，当矿体厚度适中、矿石稳固性良好时，房柱采矿法能有效保证开采安全与效率。另一种留矿采矿法，适用于急倾斜薄到中厚矿体，其特点是在回采过程中，将采下的大部分矿石暂留在矿房内，作为继续上采的工作台，并起到支撑围岩的作用，待矿房回采结束后，再将暂留矿石全部放出。留矿采矿法的工艺相对简单，生产成本较低，但对矿体稳固性要求较高，且矿石在矿房内长时间滞留，易造成贫化。

1.2 崩落采矿法

崩落采矿法是通过崩落围岩来管理地压的采矿方法，适用于矿石稳固性较差、地表允许崩落的矿体。无底柱分段崩落法是其代表，该方法将矿体按一定高度划分成若干分段，每个分段又划分成回采巷道，采用中深孔爆破落矿，崩落的矿石在覆岩下放矿。这种方法无需留设矿柱，能实现大规模机械化开采，生产效率高，常用于大型的铁矿、铜矿等开采。例如，某大型铜矿采用无底柱分段崩落法，年产量可达数百万吨，但由于放矿过程中难以避免废石混入，矿石贫化率较高。有底柱分段崩落法与无底柱分段崩落法类似，但底部设有底柱结构，用于承接和放出崩落的矿石，该方法适用于矿石价值相对较低、对贫化要求不高的矿体开采，不过底柱的存在会造成部分矿石损失，降低资源回收率。

1.3 充填采矿法

充填采矿法是随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法，主要用于开采矿石价值高、地表不允许崩落、地质条件复杂的矿体。尾砂胶结充填法是常见类型，它以选厂尾砂为主要充填料，加入适量的水泥等胶凝材料，制成具有一定强度的充填料，通过管道输送至采空区进行充填。这种方法既能有效控制地压，防止地表塌陷，又能实现尾砂的资源化利用，保护环境。膏体充填法是一种更先进的充填方式，它将尾砂、水泥、水等按一定比例制成高浓度、不离析、可泵送的膏体充填料，具有充填体强度高、脱水少、对环境影响小等优点，特别适用于深部开采和复杂地质条件下的矿体开采，是未来充填采矿法的重要发展方向。

二、金属矿山井下开采采矿方法对比分析

2.1 适用性对比

空场采矿法依赖矿岩自身稳定性及矿柱支撑，适用于矿石与围岩稳固的矿体。当矿体倾角平缓、厚度适中时，房柱采矿法可通过划分矿房矿柱实现高效开采；而对于急倾斜的薄到中厚矿体，留矿采矿法能利用暂留矿石辅助作业与维护采场稳定。崩落采矿法则适用于地表允许塌陷、矿石稳固性差的场景，尤其在大规模、低品位矿体开采中极具优势，通过崩落围岩控制地压，可实现大面积连续开采。充填采矿法对地质条件的适应性最为广泛，无论是地表需严格保护的区域，还是深部复杂地质构造带，或是水体下的矿体开采，都能通过向采空区输送充填材料，有效控制地压、保护地表环境，保障开采安全。

2.2 优缺点对比

空场采矿法工艺简单，易于施工，建设期投入费用低，但需要留作支撑的矿柱相对较大，采矿损失量大，矿柱后期维护挖掘工作较为困难且造价昂贵；而留矿采矿法则可使留矿采矿法较传统工艺减少一定支护工序，但也存在矿石在地下长时间存储被氧化贫化的缺点；崩落采矿法则通过大规模机械化作业，较其他方式可极大提高采矿速度，能够快速充分地将资源开采出来；然而矿石在放矿作业过程中，废石容易进入矿石，致使开采出的矿石存在一定的矿石贫化，并且在放矿过程中造成地表塌陷，对周围环境造成相当大的影响。

2.3 技术经济指标对比

从技术上来看，空场采矿机械化水平低，开采效率受矿柱配置和稳定性影响，生产连续性差；崩落采矿实现了充分的机械化，且能够对矿山进行集中、大批量的高强度开采，开采效率远高于空场采矿法；充填采矿需进行充填料的制备、输充及充填体养护等环节的开采，开采工序繁杂使得开采效率受到限制。从经济上来说，空场采矿的初期费用较低，但因存在矿柱损失和采空区处理成本；崩落采矿可降低单位开采量的费用，但其对环境造成的贫化和修复等造成额外的经济负担，而充填采矿可以增加资源利用率及保护环境，但因其包含的复杂的充填工艺流程和投入高企的充填料物、设备等，因此，其开采成本是三者之中最大的。

三、智能化采矿技术的应用

智能化采矿。运用智能化采矿技术实现金属矿山井下采矿通过应用 5G、物联网、大数据分析等技术实现采矿设备的远程操作、实时监控，实现无人采矿作业。运用智能凿岩台车代替人工作业，智能凿岩台车按照程序精准定位、钻孔，减少人工操作误差；运用无人运输车在井下复杂巷道中通过 AI 算法自动生成路线、实现矿石装卸，减少人员在井下危险工作环境中的工作时间。在生产管理中运用智能化系统对地质、开采、设备等多源数据进行收集、分析、实时监控，通过 AI 算法可精准分析、实时判断、提前预警设备出现故障、地压异常等安全隐患，并能提前给出治理建议。通过智能通风、智能充填等技术精确控制井下开采环境，提升资源回收利用率，降低能源消耗及生产成本。智能化采矿技术带动金属矿山向安全、高效、绿色转型发展。

结语

在金属矿山井下开采中，无论是空场、崩落还是充填采矿法都有自己的特点和不足。采用空场法需要依赖矿山岩体稳定性，崩落法则是在破坏地表环境的基础上提高产量，而充填法则在保证资源量回收率和安全性的同时也会带来较高的费用。各种采矿方法因为适用条件、优点、缺点以及技术指标、经济指标的不同，决定了其采矿方法的选择既要考虑矿体地质条件、矿石价值及环境，还应考虑企业自身的经济实力。

参考文献

[1]朱恒扬.地下金属矿山的充填采矿技术分析[J].冶金与材料,2021,45(06):70-72.

[2]马强,谢汉杰.有色金属露天矿山行业绿色矿山采矿技术分析[J].冶金与材料,2022,45(05):148-150.