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采矿方法中的采准工程分类与脉外采准——黑金刚播报
发布日期:2025-11-17
阅读量:23
作者:转自矿山大课堂公众号

一、采矿方法与采准工程基础框架

(一)采矿方法核心构成

     采矿方法,是从回采单元高效采出矿石的系统性技术方案,涵盖结构参数设计、采准工程布置、切割工艺规划及回采工序组织四大核心模块。

      回采单元,像是采矿作业的 “基本作战单位”,可以是矿块,也能是采区 ,而采矿方法就是针对这个 “单位”,量身定制的一套开采方案。在这个方案里,结构参数设计是基础,需依据矿体厚度、倾角及围岩稳固性精准确定,为后续工程提供几何尺寸依据。比如在开采较厚矿体时,合理加大矿房尺寸能提升开采效率;而围岩稳定性差时,则要缩小矿柱间距,保障开采安全。

      采准工程,承担着开拓作业空间、构建运输通风系统的关键功能,是衔接开拓与回采的核心环节,为后续的切割和回采工作打下坚实基础。切割工艺规划,则聚焦于为回采创造理想的自由面和落矿空间,像是在矿体中精心开辟出便于开采的 “通道”,让后续的回采工作能够顺利开展。回采工序组织,涉及凿岩、爆破、通风、出矿、地压管理等多个环节,各环节紧密协作,如同精密运转的机器,确保矿石高效、安全地采出。

(二)采准工程定义与技术内涵

      采准工程,指在开拓工程基础上,通过掘进井巷划分回采单元,构建人行、运输、通风、充填等系统的准备性工程。其核心任务包括以下几个方面:

1.空间构建

      形成贯通矿体与开拓巷道的联络通道,如分层联络巷、斜坡道等。这些通道就像人体的血管,将矿体与外部的运输、通风等系统紧密相连,确保人员、设备、材料能够顺利进入矿体,矿石也能及时运出。

2.功能配套

       配置溜矿井、通风天井等功能性构筑物,保障回采工序连续性。溜矿井用于矿石的垂直运输,通风天井则为井下提供新鲜空气,排出污浊空气,为工作人员创造良好的作业环境,同时也有助于降低爆破后产生的有害气体浓度,保障作业安全。

3.参数优化

      通过巷道规格、间距设计,平衡工程量与生产效率,降低采切比(单位矿量所需采准巷道长度)。合理的巷道规格既能满足运输、通风等需求,又能减少不必要的掘进工作量;合适的间距则能确保各回采单元之间的联系紧密,提高整体开采效率。比如,在矿体条件允许的情况下,适当加大巷道间距,可以减少巷道掘进量,降低成本,但同时也要考虑到运输和通风的便利性,不能因小失大。

二、采准方法分类体系与技术特征

(一)采准方法核心分类标准

      采准方法的分类,如同搭建一座大厦,有着严谨的结构和标准。依据不同的技术要点,主要分为按巷道与矿体位置关系、按运输设备类型这两大分类标准 ,每一类都蕴含着独特的技术内涵和应用场景。

1.按巷道与矿体位置关系分类

    • 脉内采准

            主要巷道如同扎根在矿体内部,紧密贴合矿体。这种方式适用于矿体厚度大、围岩稳定性差的场景,就像在松软的土地上,将支柱直接立在坚实的物体上才更稳固。比如脉内斜坡道,它随着矿体的走向延伸,为开采设备提供了便捷的通道;脉内天井则像一把垂直的利刃,贯穿矿体,实现不同水平之间的联通,在开采厚大矿体时,能高效地将矿石转运到运输巷道 。


    • 脉外采准

            巷道 “置身事外”,布置于矿体围岩中。这样做最大的好处是减少对矿体完整性的破坏,就像小心翼翼地从包裹外打开礼物,不损伤礼物本身。而且,它为机械化设备的通行创造了良好条件,宽阔的空间让设备能灵活穿梭。在中厚矿体开采中,脉外采准成为主流方案,像一些大型金属矿山,通过脉外斜坡道和分段平巷,将各个采场连接起来,形成高效的运输网络 。


    • 联合采准

            巧妙地将脉内脉外巷道结合起来,如同将不同的拼图碎片完美拼接。在开采复杂矿体时,这种方式能兼顾资源利用率与工程安全性。比如在一些矿体形态不规则、厚度变化大的矿山,先利用脉外巷道构建主要运输和通风系统,再通过脉内巷道精准开采矿体,既保证了开采效率,又减少了资源浪费 。


2.按运输设备类型分类

    • 有轨采准

            适用于窄轨铁路运输,它的巷道断面相对较小,就像为小巧的火车量身定制的轨道。在一些小型矿山或者开采条件受限的区域,有轨采准凭借其成本低、设备简单的优势,依然发挥着重要作用。通过铺设轨道,将矿车与电机车连接,实现矿石的运输 。
    • 无轨采准

           与铲运机、卡车等设备适配,为了让这些 “大家伙” 能顺利工作,巷道需要满足设备转弯半径与通风要求。无轨设备机动性强,能快速在不同采场之间转移,大大提高了开采效率。在现代化大型矿山中,无轨采准得到广泛应用,大型铲运机直接在采场内铲装矿石,然后通过宽敞的巷道运输到卸载点 。


(二)脉外采准技术优势与适用场景

      脉外采准,作为采准方法中的重要一员,凭借其独特的技术优势,在众多采矿场景中脱颖而出。

      脉外采准通过将主要运输、通风巷道布置于矿体下盘或上盘围岩,巧妙地避开了采矿活动对巷道的直接影响,显著提升了整个采矿系统的可靠性,就像为运输和通风系统穿上了一层坚固的铠甲。

      其核心优势体现在多个方面:在安全性上,围岩稳定性通常高于矿体,这使得巷道支护成本降低,冒顶等安全风险也大幅减少,为工作人员提供了更安全的作业环境。在灵活性方面,它便于无轨设备连续作业,支持大断面巷道掘进,就像为设备开辟了一条宽阔的高速公路,设备可以快速、高效地运行,极大地提升了出矿效率。在适应性上,脉外采准适用于薄至中厚矿脉(厚度 3 - 15m)、矿岩交界复杂的矿体,尤其是在高价值金属矿开采中应用广泛。比如在一些金矿、银矿的开采中,脉外采准能够在保证安全的前提下,最大程度地回收矿石资源,减少对矿体的破坏,提高资源利用率 。

三、脉外采准关键技术与工程实践

(一)脉外采准工程布置原则

1.巷道定位

      在脉外采准中,巷道的精准定位是基础且关键的环节。通常,主要运输巷道、通风巷道等会布置在距离矿体 5 - 8m 的围岩中,与矿体保持平行。这一距离的选择并非随意为之,而是经过多方面考量的。一方面,5 - 8m 的距离既能有效避开矿体开采过程中的爆破震动影响,保护巷道的稳定性,又能在一定程度上减少掘进工程量,降低成本。例如,在某铜矿的开采中,采用了下盘 5m 脉外斜坡道的设计,在后续的开采作业中,斜坡道几乎未受到矿体爆破的明显影响,保障了设备运输和人员通行的安全,也减少了对斜坡道频繁维护的成本 。

2.分层联络巷设计

     分层联络巷作为连接各分层与主运输、通风系统的 “纽带”,其设计直接关系到采矿作业的效率。一般来说,分层联络巷会按照分层高度(通常在 3 - 5m)进行间隔布置。在长度方面,将其控制在 10m 内是较为理想的。较短的联络巷可以减少通风阻力,提高通风效率,同时也能缩短设备和人员在联络巷内的运行时间,实现 “短联络、高效率” 的作业衔接 。

3.溜井系统

      脉外溜矿井在矿石运输中扮演着至关重要的角色。通常,溜矿井的直径设计在 2 - 2.4m,这样的尺寸既能保证矿石顺畅下放,又能避免因直径过大导致矿石冲击井壁造成损坏。单井矿石通过量可达 30 万吨,展现出强大的运输能力。为了进一步优化设备通行效率,配套倒车硐室的设计成为关键。倒车硐室为铲运机等设备提供了回转空间,使其能够快速、安全地卸载矿石,减少等待时间,提高整体出矿效率 。

(二)折返式采准斜坡道创新应用

      针对传统脉外采准采切比高(通常>15m/kt)的问题,新型折返式斜坡道技术通过一系列优化,有效提升了采矿的经济性。

1.结构设计

      在盘区下盘施工折返式斜坡道,这种设计打破了传统的 “分段平巷 + 分层联络巷” 的组合模式。每上升一个分层高度(3 - 5m),就设置一条联络巷贯通矿体。以某矿山为例,传统采准方式需要大量的分段平巷和分层联络巷,而采用折返式斜坡道后,减少了 30% 以上的工程量。这不仅降低了掘进成本,还缩短了采准工程的施工周期,使矿山能够更快地进入回采阶段 。

2.机械化适配

      折返式斜坡道的坡度设计在 10% - 15%,这一坡度范围是根据 3m³ 铲运机的性能特点确定的,能够满足其高效运行的需求。与传统的有轨运输相比,铲运机在这种斜坡道上运行,出矿效率提升了 2 倍。铲运机可以直接在采场内铲装矿石,然后通过斜坡道快速运输到卸载点,大大提高了矿石的运输效率 。

3.充填工艺协同

      在分层回采结束后,会在联络巷口设置充填挡墙,进行上向充填作业。当充填体胶面强度达到 1MPa 时,就可以承接下分层的作业。这一技术的应用,缩短了充填体的养护周期,提高了采矿作业的连续性。在某金矿的开采中,采用这一技术后,每个分层的回采周期缩短了 3 - 5 天,提高了整体开采效率 。

(三)脉外与脉内采准对比分析

技术指标

脉外采准

脉内采准

巷道维护成本

低(围岩稳定性高)

高(矿体易受爆破损伤)

机械化程度

高(支持无轨设备)

低(受矿体空间限制)

矿石损失率

5%-8%

8%-12%

适用矿体厚度

3-30m

<5m 或极厚矿体

典型工程案例

金川镍矿、凡口铅锌矿

云南磷化缓倾斜矿体

1.巷道维护成本

      脉外采准的巷道位于围岩中,围岩稳定性普遍较高,受采矿活动的直接影响小,支护需求低,维护成本可降低 30% - 50%。脉内采准的巷道在矿体中,矿体因爆破等开采作业易破碎,需频繁支护加固,增加人力、材料和设备投入。

2.机械化程度

      脉外采准能为无轨设备创造宽敞、连续的运行空间,满足其转弯、通行需求,铲运机、卡车等设备可高效作业,提升整体采矿效率。脉内采准受矿体形态和空间限制,巷道断面小、转弯半径不足,无轨设备运行受限,常需配合小型、灵活性差的设备,影响开采效率。

3.矿石损失率

      脉外采准对矿体扰动小,能精准控制开采边界,矿石损失率低,一般在 5% - 8%。脉内采准因巷道布置在矿体中,开采时易造成矿石贫化和损失,损失率可达 8% - 12%。

4.适用矿体厚度

      脉外采准适用于厚度 3 - 30m 的矿体,可根据矿体厚度灵活调整采准工程布局。脉内采准在矿体厚度<5m 时,能减少脉外巷道掘进量;在极厚矿体中,可利用脉内巷道进行分区开采,但对中厚矿体适应性较差。

5.典型工程案例

      金川镍矿、凡口铅锌矿采用脉外采准,实现了高效、安全开采,提升了资源利用率和经济效益。云南磷化缓倾斜矿体采用脉内采准,充分利用矿体内部空间,降低了开采成本 。

四、脉外采准工程优化方向

(一)智能化技术融合

1.三维建模

      利用 DIMINE 等专业矿山建模软件,能够依据地质勘查数据,精准构建矿体及围岩的三维模型。在这个模型中,工程师可以清晰地看到矿体的形态、走向以及与围岩的关系,就像将整个矿山内部结构直观地呈现在眼前。通过对模型的分析,能够对脉外采准巷道的空间布局进行全面优化。例如,在规划运输巷道时,可以避开地质构造复杂区域,选择围岩稳定性好的位置,降低巷道施工难度和维护成本;同时,通过模拟不同的布局方案,对比分析各方案的优缺点,选择最优方案,有效降低立体交叉工程冲突风险,提高采准工程的整体效率 。

2.设备互联

      在斜坡道实现无线信号全覆盖,这就为铲运机等设备的智能化运行提供了基础条件。通过在铲运机上安装定位装置和数据传输模块,能够实时获取铲运机的位置、运行状态等信息,并将这些信息传输到中央调度系统。中央调度系统根据实时数据,结合矿山的生产计划和各采场的作业情况,对铲运机进行自动化调度。当某个采场有矿石需要运输时,系统会自动规划最优路线,调度距离最近、状态最佳的铲运机前往作业,避免设备的盲目运行和空驶,从而提升设备利用率 15% 以上,大大提高了矿石运输效率 。

(二)绿色采矿适配

1.充填体利用

      在一些金矿的开采实践中,将脉外巷道作为充填体结构支撑的方案取得了显著成效。传统的脉外巷道支护通常采用混凝土等材料,成本较高且对环境有一定影响。而采用尾砂胶结充填体替代部分巷道支护后,不仅减少了混凝土的用量,降低了成本,还实现了尾砂的资源化利用,减少了尾砂排放对环境的压力。同时,充填体与巷道围岩形成了一个整体的承载结构,提高了巷道的稳定性,保障了采矿作业的安全 。

2.废石减排

      通过精准设计脉外采准巷道的位置和尺寸,减少不必要的掘进工程量,从而降低掘进废石的产生量。在一些矿山,通过引入先进的测量技术和地质建模软件,对矿体的赋存状态进行精确分析,合理规划巷道布局,使掘进废石量减少了 20% - 30%。同时,配套井下废石破碎站,将产生的废石进行就地破碎处理,然后用于井下采空区的充填。这样不仅实现了废石的资源化利用,减少了废石提升到地表的成本和对地表环境的影响,还降低了提升成本 20%,提高了矿山的经济效益和环境效益 。

(三)复杂条件适应性提升

      针对急倾斜薄矿体(倾角>50°,厚度<4m)的开采难题,创新 “脉外溜井 + 脉内电耙硐室” 组合方案具有重要意义。在某矿山的实际应用中,通过在脉外布置人行通风天井,为作业人员提供了安全、便捷的通行通道,同时保障了井下通风的顺畅,有效排出了爆破后产生的有害气体,改善了作业环境,降低了安全风险。在脉内设置短距离电耙巷道,解决了窄空间出矿难题。电耙可以在狭窄的脉内空间灵活作业,将崩落的矿石耙运到溜井,实现了矿石的高效运输。与传统留矿法相比,该方案减少贫化率 10%,提高了矿石的回收率,为类似条件下的矿体开采提供了新的思路和方法 。

五、结论与工程价值

      脉外采准在中厚矿体开采中,凭借其独特的技术优势和工程实践成果,展现出了极高的应用价值。通过合理的巷道布局,避开矿体内部复杂的地质条件,不仅降低了巷道维护成本,还为机械化作业创造了有利条件,大幅提升了采矿效率。与脉内采准相比,在矿石损失率、机械化程度等关键指标上表现更优,尤其适用于 3 - 30m 厚度的矿体开采。

      在智能化技术融合方面,脉外采准通过三维建模和设备互联,实现了巷道布局的优化和设备的自动化调度,提升了设备利用率和整体采矿效率。在绿色采矿适配中,利用充填体支撑巷道、减少废石排放,实现了资源的高效利用和环境的有效保护。针对复杂条件下的矿体开采,创新的采准方案也有效降低了贫化率,提高了资源回收率。

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