垂直深孔崩矿阶段空场法详解
发布时间：
2025-05-13
- 引言
采矿工程作为资源开发的重要手段，其技术与方法的发展对于提高开采效率、保障作业安全、降低生产成本具有重要意义。在众多采矿方法中，空场采矿法因其灵活性和高效性而备受青睐。其中，垂直深孔崩矿阶段空场法更是以其独特的优势和广泛的适用性，成为中厚以上及倾斜或水平矿体开采的重要方法之一。本文将对垂直深孔崩矿的阶段空场法进行深入剖析，以期为该方法的实际应用提供理论支持和实践指导。
我们将从下面四个方面来进行介绍。一、基本特征和适用条件，二、采场结构参数，三、采准切割工程，四、回采工艺。在学习之前大家先看一下这个模型，这是一个垂直平行深孔崩矿的阶段空场法模型。作业人员在上部硐室，利用深孔装备凿下向的深孔崩落的矿石落到底部的堑沟，然后利用无轨设备把矿石运搬到附近的溜井。
- 基本特征与适用条件
- 基本特征
垂直深孔崩矿阶段空场法，顾名思义，是在矿块中划分出矿房和矿柱，先采矿房后采矿柱。该方法的核心在于利用深孔装备在凿岩硐室内进行全阶段一次凿岩，形成下向深孔，通过爆破作用使矿石崩落至矿房底部，再利用无轨设备将矿石运出。这一过程具有以下几个显著特征：
阶段凿岩：与分段凿岩相比，该方法实现了全阶段一次凿岩，减少了凿岩次数和采切工程量，提高了开采效率。
人员设备不进入空区：作业人员和设备均在凿岩硐室内操作，避免了进入空区带来的安全风险。
自重落矿：崩落的矿石借助自重落至矿房底部，简化了矿石运输过程。
矿柱回采：矿房回采结束后，再采用其他方法回采矿柱，实现资源最大化利用。
- 适用条件
垂直深孔崩矿的阶段空场法并非适用于所有矿体，其适用条件主要包括以下几个方面：
矿体形态规整：矿体形态规整是确保深孔凿岩精度和爆破效果的前提。若矿体形态复杂多变，深孔易产生偏斜，导致爆破效果不佳，矿石损失和贫化增大。
矿石及围岩稳固：该方法要求矿石及上下盘围岩均具有一定的稳固性，以确保凿岩、爆破和出矿过程的安全进行。若矿石或围岩过于松软，易导致巷道坍塌、设备损坏等安全事故。
无分层现象：分层现象会导致矿石混杂，影响矿石质量和开采效率。因此，该方法适用于无分层或分层现象不明显的矿体。
节理破碎带要求严：节理破碎带易导致爆破能量分散、矿石大块率增加等问题。因此，该方法对节理破碎带的要求较为严格，需采取相应措施确保爆破效果。
- 采场布置
采场布置参数是垂直深孔崩矿阶段空场法设计中的重要环节，直接影响开采效率、矿石质量和作业安全。以下是对几个主要参数的详细分析：
- 阶段高度
阶段高度是采场结构参数中的关键指标，其取值需综合考虑矿岩的稳固性、钻孔设备的性能以及开采效率等因素。
矿岩稳固性：矿岩稳固性越好，阶段高度可取值越大。在稳固性较好的矿岩中，适当增加阶段高度可减少采切工程量，提高开采效率。
钻孔设备性能：钻孔设备的性能直接影响深孔凿岩的质量和效率。若钻孔设备性能不佳，易导致深孔偏斜率增大、爆破效果不佳等问题。因此，在选择阶段高度时，需充分考虑钻孔设备的性能。
开采效率：适当增加阶段高度可减少采切工程量，提高开采效率。但过高的阶段高度也可能导致作业难度增加、安全风险增大等问题。因此，在确定阶段高度时，需综合考虑开采效率和作业安全等因素。
阶段高度一方面取决于矿岩的稳固性，另外一方面取决于钻孔设备的性能。矿岩的稳固性越好，阶段高度可以取大值。钻孔设备主要是因为是全阶段一次凿岩，那么深孔的质量比较重要，我们要保证钻孔的偏斜率在1%以内，如果说钻孔的设备性能达不到要求的话，那么我们就要控制阶段高度。
- 矿房长度
矿房长度是采场结构参数中的另一个重要指标，其取值需考虑矿岩的稳固性、出矿设备的性能以及矿石损失和贫化等因素。
矿岩稳固性：矿岩稳固性越好，矿房长度可取值越大。在稳固性较好的矿岩中，适当增加矿房长度可提高开采效率，降低矿石损失和贫化。
出矿设备性能：出矿设备的性能直接影响矿石的运输效率和成本。若出矿设备性能不佳，易导致矿石运输不畅、成本增加等问题。因此，在确定矿房长度时，需充分考虑出矿设备的性能。
矿石损失和贫化：矿房长度过长可能导致矿石损失和贫化增大。因此，在确定矿房长度时，需综合考虑矿石质量和开采效率等因素，确保矿石损失和贫化控制在合理范围内。
同样矿房的长度一方面取决于矿岩允许的暴露面积，另一个方面与出矿设备也有关系是。如果说采用电耙出矿的话，一般取40到60米。如果说采用无轨设备，那么主要是取决于矿岩的稳固性。
- 间柱、顶柱厚度、底柱高度
间柱、顶柱的厚度、底柱高度也是采场结构参数中的重要指标，它们对于维护采场稳定性、控制地压以及保护周边设施具有重要意义。
间柱宽度：间柱位于相邻矿房之间，其主要作用是承受矿房回采过程中产生的地压，防止矿房之间发生贯通和垮塌。间柱的宽度需根据矿岩的稳固性、开采深度以及开采强度等因素综合确定。在矿岩稳固性较好的情况下，间柱宽度可适当减小；而在矿岩稳固性较差或开采深度较大的情况下，则需适当增加间柱宽度以确保采场稳定性。
如果说沿走向布置的时候，一般取8到12米，要是垂直走向布置的话，一般取8米左右。
顶柱厚度：顶柱位于矿房顶部与上部巷道之间，其主要作用是承受上部岩层的重量和地压，防止上部岩层垮塌对采场造成破坏。顶柱的宽度也需根据矿岩的稳固性、开采深度以及开采强度等因素综合确定。在矿岩稳固性较好的情况下，顶柱宽度可适当减小；而在矿岩稳固性较差或开采深度较大的情况下，则需适当增加顶柱宽度以确保采场安全。
顶柱的厚度，一般取6到8米。底柱的高度取决于底部结构，如果说用电耙，那么我们要按照电耙出矿的底部结构的设计，一般可以达到12米。如果说采用堑沟无轨设备出矿的话，那么它的高度一般7到8米左右
底柱高度：底柱的高度取决于底部结构。
- 采准切割工程
采准切割工程是垂直深孔崩矿阶段空场法中的重要环节，其质量和效率直接影响后续的回采工作。以下是对采准切割工程的详细分析：
- 采准工程
采准工程主要包括阶段运输巷道、穿脉（出矿巷道）、装矿横巷、凿岩硐室以及回风巷道等。
阶段运输巷道：阶段运输巷道是连接各开采水平的主要通道，用于运输矿石、设备和人员。其位置和坡度需根据开采条件、运输设备以及安全要求等因素综合确定。
穿脉（出矿巷道）：穿脉是连接阶段运输巷道与矿房的巷道，用于出矿和通风。在穿脉内每隔一定距离需掘进装矿横巷，以便将崩落的矿石运出。装矿横巷与出矿巷道之间需保证一定的转弯半径，以适应不同铲运机的转弯需求。
凿岩硐室：凿岩硐室是作业人员利用深孔装备进行凿岩作业的场所。其位置和尺寸需根据凿岩设备的性能、作业人员的操作空间以及安全要求等因素综合确定。凿岩硐室可采用硐室型或凿岩平巷型两种形式。硐室型凿岩硐室宽度较大，便于边孔的布置和移机位的操作；而凿岩平巷型凿岩硐室则跨度较小，适用于打下向扇形深孔。
回风巷道：回风巷道用于将采场内的污浊空气排出，保持采场空气新鲜。在垂直深孔崩矿阶段空场法中，通常可利用上部阶段的运输巷道作为回风巷道，以减少采切工程量。所以一般计算采切工程的时候，上部阶段的回风道可以不参与计算。
- 切割工程
切割工程主要包括拉底和形成堑沟。拉底是在矿房底部形成一定的自由空间，以满足第一层向下爆破时的自由面需求。堑沟则是利用堑沟巷道打上向扇形深孔形成的，用于引导崩落的矿石落至矿房底部。在切割工程中，需确保堑沟的深度和宽度满足爆破和出矿的需求。
对于凿岩硐室有两种情况，一种是像硐室型的。那么这个硐室型我们一般来讲，这个硐室型的宽度要比采场的宽度要稍微宽一点，一般的情况下面两侧各宽1米左右，这个主要是为了便于边孔的布置。如果说硐室与矿体的边界一致的话，那么无法钻这个边孔。
另外一种形式的话，我们可以采用这个凿岩平巷的形式，就是采用这种形式。那么这个时候的话，硐室里面的跨度比较小，这个硐室和平巷或者凿岩平巷各有优缺点。如果说采用硐室的话，在硐室内可以移机位，也就是硐室内可以打多排炮眼。但是如果说采用巷道的话，里面只能一个机位，所以采用凿岩平巷的话，一般是采用打下向这个扇形深孔。如果说采用硐室的话，一般采用平行深孔。
- 回采工艺
回采工艺是垂直深孔崩矿阶段空场法中的核心环节，其质量和效率直接影响矿石的回收率和开采成本。以下是对回采工艺的详细分析：
- 打眼与侧孔
打眼是利用深孔装备在凿岩硐室内向下凿岩形成深孔的过程。在打眼过程中，需确保深孔的直径、深度和偏斜率满足爆破要求。深孔的直径一般需大于90毫米，深度需大于15米，偏斜率需控制在1%以内。侧孔是在深孔打完之后对深孔的偏斜率进行测试的过程。通过侧孔可以了解深孔的偏斜情况，以便在爆破前进行调整和修正。
- 堵孔与装药
堵孔是在装药前将深孔的下端进行堵塞的过程。由于下向穿孔是通透的，因此需要在装药前将孔底进行堵塞以防止炸药泄漏和空气进入。堵孔的方式可采用木楔子或碗形橡胶等。装药是将炸药装入深孔中的过程。根据爆破需求可采用连续耦合装药或间隔装药。连续耦合装药是指全孔装药连续无间隔；而间隔装药则是指药卷与药卷之间用填充泥或其他材料间隔开。在装药过程中需确保炸药的质量和密度满足爆破要求。同时为了提高爆破效果可采用球形药包即药卷的长度与直径比小于6的药包进行装药。
- 填塞炮孔与爆破
填塞炮孔是在装药完成后，用炮泥或河沙等材料将深孔口部填塞严实的过程。填塞的目的是防止炸药爆炸时产生的气体和冲击波从孔口逸出，从而提高爆破效果。填塞的高度一般需控制在2到2.5米之间，以确保填塞的密实度和稳定性。
爆破是回采工艺中的关键环节。在爆破前，需根据矿岩的性质、深孔的参数以及爆破要求等，合理确定爆破方案。爆破时，需按照预定的起爆顺序和间隔时间，依次引爆各深孔中的炸药。起爆顺序一般遵循“先中心、后边缘，先低区、后高区”的原则，以控制爆破范围和方向，减少对周边围岩的破坏。
在爆破过程中，需注意以下几点：一是确保爆破器材的质量和性能符合要求，避免因器材问题导致爆破失败或事故；二是严格控制爆破参数，如炸药量、装药结构、起爆顺序等，以确保爆破效果；三是加强爆破安全管理和监控，确保作业人员的安全。
- 通风与出矿
爆破完成后，需及时进行通风，以排除采场内的有害气体和烟尘，保持空气新鲜。通风时间一般不少于30分钟，以确保采场内的空气质量达到安全要求。
出矿是将崩落的矿石从矿房底部运出的过程。崩落的矿石落入矿房底部，经V型堑沟或者是平底用铲运机出矿，每层爆破后，而且我们要注意不能全部放出，只能放出40%左右。为什么呢？是为了防止下一次崩落矿石的时候对底部结构的冲击，因此这个矿石起缓冲作用，要待整个矿房的矿石崩落完之后，再全部大量出矿。
在出矿前，需对矿房底部的矿石进行松散和破碎处理，以提高出矿效率。出矿时，可采用铲运机等无轨设备将矿石运至装矿横巷，再经阶段运输巷道运至外部。出矿过程中需注意控制出矿量，避免对底部结构造成过大的冲击和破坏。同时需加强出矿安全管理和监控，确保作业人员的安全。
- 典型案例分析
为了让大家更好的理解，我们同样用这张图来简单说明一下。
首先关于采场布置，当矿体厚度小于15到20米的时候，矿房沿走向布置。当矿体厚度大于20米的时候，矿房垂直走向布置。它的主要参数主要有下面几个。1、阶段高度，阶段高度一方面取决于矿岩的稳固性，另外一方面取决于钻孔设备的性能。矿岩的稳固性越好，阶段高度可以取大值。钻孔设备主要是因为是全阶段一次凿岩，那么深孔的质量比较重要，我们要保证钻孔的偏斜率在1%以内，如果说钻孔的设备性能达不到要求的话，那么我们就要控制阶段高度。
第二个参数矿房长度，矿房长度也与矿岩的稳固性有关。同样矿房的长度一方面取决于矿岩允许的暴露面积，另一个方面与出矿设备也有关系是。如果说采用电耙出矿的话，一般取40到60米。如果说采用无轨设备，那么主要是取决于矿岩的稳固性。
第三个参数，间柱的宽度。如果说沿走向布置的时候，一般取8到12米，要是垂直走向布置的话，一般取8米左右。
第四个顶柱的厚度，一般取6到8米。底柱的高度取决于底部结构，如果说用电耙，那么我们要按照电耙出矿的底部结构的设计，一般可以达到12米。如果说采用堑沟无轨设备出矿的话，那么它的高度一般7到8米左右。
接下来我们介绍采准切割工程。在这个方案里面，它的采准工程主要包括：1、是阶段运输巷道；2、穿脉，也扩这称为出矿巷道；在出矿巷道里面，每隔一定的距离还要掘进一条装矿横巷。大家要注意装矿横巷与出矿巷道之间，大家要保证一定的转弯半径。也就是不同的铲运机，不同的设备，无轨设备，它的转弯半径是不同的，这个前面我们已经介绍过。
第三个就上部的凿岩硐室，这个也是一个主要的一个采准工程。作业人员是在这凿岩硐室内利用深孔设备打下向深孔。第五个，就是上部阶段的这个回风巷道。通常情况下面我们可以利用上部阶段运输巷道作为回风巷道。所以一般计算采切工程的时候，上部阶段的回风道可以不参与计算。这是主要的这个采准工程。切割工程主要是底下的拉底，主要是利用底部的堑沟巷道往上打中深孔形成堑沟。
另外一种形式的话，我们可以采用这个凿岩平巷的形式，就是采用这种形式。那么这个时候的话，硐室里面的跨度比较小，这个硐室和平巷或者凿岩平巷各有优缺点。如果说采用硐室的话，在硐室内可以移机位，也就是硐室内可以打多排炮眼。但是如果说采用巷道的话，里面只能一个机位，所以采用凿岩平巷的话，一般是采用打下向这个扇形深孔。如果说采用硐室的话，一般采用平行深孔。切割工作主要是包括底下的堑沟和拉底。堑沟主要是利用堑沟巷道，在堑沟巷道里面打上向扇形深孔，形成堑沟。在堑沟上方我们要形成一定的拉底空间，以满足第一层向下爆破的时候有较充足的自由空间。
完成切割工作之后，就会开始进行回采。这个方案的回采与我们前面介绍的其他方法的回采工作会有所不同。这个方法的回采工作主要包含以下面几个工作。
第一个就是打眼，打深孔。在凿岩洞室或者是凿岩平向内向下转轴大直径深孔。按照我们前面所介绍的大直径深孔，一般是要直径大于90毫米深孔这个深度要大于15米。另外一个大家要注意的就是孔的深度偏斜率要控制在1%以内。第二个就是侧孔，深孔打完之后，对深孔的偏斜率要进行测试。
第三个就是堵孔，这个堵孔跟我们前面介绍的方法有所不同，因为在装药前需要把炮孔的下端要先行堵孔。我们前面介绍的方法不管是上向孔还是下向孔，那么孔底都是闭塞的。孔底是直接的岩石，不是通透的，而我们现在这种下向穿孔它是通透的。所以说装药之前必须把孔底，就是孔口的下端要进行堵孔。堵孔的方式一般采用木楔子，采用楔形的楔子可以把下面堵住，或者是采用碗形的这种碗型的橡胶来进行堵孔。
第四个的话就装药。装药跟我们前面讲的也有所不同，装药可以采用连续藕合装药或者是间隔装药。所谓这个连续偶合装药，那么就是全孔装药连续。如果间隔装药，那么就是药卷与药卷之间要用填充泥或者是其他的材料把炸药间隔开。另外一个，一般我们在这个方案里面采用的是要采用球形药包，不是普通的药卷。所谓球形药包就是要药卷的长度与直径比要小于6。第五个是填塞炮孔，通常要用泡泥或者是河沙来填塞炮孔，填塞的高度一般是2到2米5。那么接下来装药好之后进行爆破，一般是靠近中心的炮孔，距底板较低区的炮孔和靠近地质构造破坏的炮孔先起爆，边孔最后。这个也是为了来控制边孔，不破坏周边的围岩或者是充填体。
爆破的顺序的话，这种方案里面有两种顺序。一种是自下而上分层崩矿，这样的话采用球状药包，也可以采用侧向崩矿爆破。那么这种爆破的话就可以采用连续装药，但是如果是采用侧向崩矿的话，就要进行在侧向立槽。爆破之后要进行通风。凿岩过程中，我们可以利用炮孔通风。爆破之后的话，通风不能小于30分钟。出矿，崩落的矿石落入矿房底部，经V型堑沟或者是平底用铲运机出矿，每层爆破后，而且我们要注意不能全部放出，只能放出40%左右。为什么呢？是为了防止下一次崩落矿石的时候对底部结构的冲击，因此这个矿石起缓冲作用，要待整个矿房的矿石崩落完之后，再全部大量出矿。
为了让大家更好的理解，我们同样用这张图来简单说明一下。
作业人员在上部硐室打下向深孔。在打深孔之前大家看了一下，我们这样一个方法采用的是间隔装药。每次爆破的层数，根据我们底下的拉底空间的这个容量来进行计算一次爆破量。层与层之间采用微差爆破，爆完之后矿石落到底部结构，然后利用铲运机经运输巷道，经装矿横巷把矿石运搬出去。
爆破的方向，我们利用这个图来进行说明。一种是下向崩矿，也是自下而上崩矿分层爆破。
这种是采用的是球形药包。第二种的话是采用侧向崩矿，可以进行连续装药，也可以进行间隔装药。侧向崩矿，要事先开了切割槽。现在有些矿山，比如说凡口铅锌矿，它是对这个拉槽方法进行了改进。在现场使用的时候，它是利用这个方法崩矿，在中间的位置进行拉槽。利用这个下向深孔崩矿拉槽之后，再利用侧向崩矿进行大量爆破。
通过实践应用，该矿山取得了显著的开采效果。一方面，采切工程量得到了有效减少，降低了开采成本；另一方面，作业人员的安全得到了有效保障，减少了安全事故的发生。同时该矿山的开采效率也得到了显著提高，为矿山的可持续发展奠定了坚实基础。
- 优缺点及适用条件分析
- 优点
1.采切工程量少：相比其他采矿方法，垂直深孔崩矿阶段空场法的采切工程量较少，无需切割天井和作业巷道等复杂工程，降低了开采成本。
2.作业安全：作业人员主要在凿岩硐室内进行作业，无需进入空区，减少了安全隐患。同时采用深孔大直径爆破技术，降低了炸药消耗和冲击波对作业人员的伤害风险。
3.生产能力大：采用深孔大直径爆破技术，单次爆破量大，出矿效率高，提高了矿山的生产能力。
- 缺点
1.对凿岩爆破技术要求高：由于采用深孔大直径爆破技术，对凿岩设备和爆破技术的要求较高。若凿岩精度不够或爆破参数不合理，易导致大块率增加和矿石贫化等问题。
2.对矿体形态要求高：该方法适用于矿体形态规整、无分层或节理破碎带较少的矿山。若矿体形态复杂或存在分层和节理破碎带等问题，则易导致矿石损失和贫化增加。
3.炸药成本高：由于采用高密度、高爆速炸药进行爆破作业，炸药成本相对较高。
适用条件
垂直深孔崩矿阶段空场法适用于中厚以上及倾斜或水平矿体的开采。要求矿体形态规整、无分层或节理破碎带较少；矿石和上下盘围岩稳固性好；开采深度适中；矿山具有足够的生产能力和运输条件等。同时需根据矿山的实际情况和开采要求等因素进行综合考虑和选择。
- 结论与展望
垂直深孔崩矿阶段空场法作为一种高效、安全的采矿方法，在矿山开采中具有广泛的应用前景。通过合理确定采场结构参数、优化采切工程方案以及加强回采工艺的管理和控制等措施，可以进一步提高该方法的开采效率和安全性。
在实际应用中，我们还需要注意以下几点：
1.精细化管理：加强对采场结构参数、凿岩爆破技术、出矿效率等各个环节的精细化管理，确保每个环节都能达到最佳状态，从而提高整体开采效果。
2.技术创新：不断推动技术创新和研发，探索更加高效、安全、环保的采矿方法和技术，以适应未来矿山开采的需求。
3.人才培养：加强采矿专业人才的培养和引进，提高采矿队伍的整体素质和技能水平，为矿山开采提供有力的人才保障。
4.环境保护：在开采过程中，要注重环境保护和生态恢复工作，减少对周边环境的破坏和污染，实现绿色开采和可持续发展。
综上所述，垂直深孔崩矿阶段空场法作为一种高效、安全的采矿方法，在未来的矿山开采中将发挥越来越重要的作用。我们需要不断加强对其的研究和改进工作，提高其适应性和灵活性，以满足不同矿山的开采需求。同时还需要注重环境保护和人才培养等方面的工作，为矿山的可持续发展做出更大的贡献。
以上是本次讲解的全部内容。希望大家通过对垂直深孔崩矿阶段空场法的学习，能够对其有更深入的了解和认识。在实际应用中，要根据矿山的实际情况和开采要求等因素进行综合考虑和选择，确保开采效果和作业安全。
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