引言
采矿作为人类社会获取矿产资源的重要途径，历经数千年的发展，已形成了多种成熟且各具特色的采矿方法。其中，空场采矿法以其独特的作业方式、广泛的应用范围及较高的生产效率，成为采矿工程中不可或缺的一部分。本文旨在深入解析空场采矿法的特征、适用条件、类型、优缺点，并通过实际案例探讨其结构参数与矿岩稳固性之间的关系，以期为采矿工程领域的专业人员提供参考与借鉴。
一、空场采矿法的特征
空场采矿法，又称为自然支护采矿法，其核心在于将回采单元划分为矿房和矿柱，并采用两步回采法，即先采矿房后采矿柱。这一方法的显著特征在于，回采过程中形成的空区以敞空形式存在，暂时不进行支护处理，主要依靠矿柱和围岩本身的稳固性来维护空区的稳定。
回采单元划分：空场采矿法将开采区域划分为若干个回采单元，每个单元通常由矿房和矿柱组成。矿房是主要的开采区域，而矿柱则起到支撑顶板、维护空区稳定的作用。在实际操作中，回采单元的划分需综合考虑矿体形态、地质条件、开采技术及经济因素。
两步回采法：采用先采矿房后采矿柱的回采顺序。先利用矿房周围的矿柱和围岩的稳固性，维持空区的稳定；待矿房回采完毕后，再适时回采矿柱，以维持整体采场的稳定。
敞空空区：在回采过程中，形成的空区以敞空形式存在，暂时不进行人工支护。这一特征要求矿柱和围岩具有足够的稳固性，以支撑顶板、维持空区稳定。
矿柱支撑：矿柱作为空场采矿法的重要支撑结构，其尺寸、数量及位置需根据矿岩稳固性、开采强度等因素进行合理设计。矿柱不仅起到支撑顶板的作用，还能在一定程度上分散采场压力，降低空区失稳的风险。
空区处理：矿房回采完毕后，需及时回采矿柱并处理空区。空区处理的方法多种多样，包括充填、崩落或任其留空等，具体选择需根据空区大小、矿岩稳固性及后续开采计划等因素综合考虑。
二、空场采矿法的适用条件
空场采矿法虽具有诸多优点，但其应用也受到一定条件的限制。总体而言，该方法适用于矿岩稳固、开采强度适中、空区易于处理的采矿环境。
矿岩稳固性：矿岩稳固性是空场采矿法应用的基础条件。若矿岩破碎、节理发育或存在其他不良地质条件，则难以保证空区的稳定，此时空场采矿法可能不再适用。
开采强度：空场采矿法适用于开采强度适中的情况。若开采强度过大，可能导致矿柱承载能力不足，进而引发空区失稳；反之，若开采强度过小，则可能增加生产成本、降低生产效率。
空区处理条件：空区处理是空场采矿法的重要环节。若空区易于处理（如可采用充填、崩落等方法），则有利于维护采场稳定；若空区处理困难，则可能增加开采成本及安全风险。
经济因素：空场采矿法的应用还需考虑经济因素。若采用该方法能有效降低生产成本、提高生产效率及资源回收率，则具有较高的经济价值；反之，若成本过高、效率较低，则可能不利于该方法的应用。
三、空场采矿法的类型
空场采矿法根据其开采方式、空区处理方法及回采顺序的不同，可分为多种类型。常见的有空场采矿法类型包括房柱法、全面法、分层空场法、分段空场法及阶段空场法等。
房柱法：房柱法是在采空场中留设必要的矿柱（如点柱、间柱等）来支撑顶板的一种方法。该方法适用于矿岩稳固、开采强度适中的情况。根据回采工艺的不同，房柱法又可分为浅孔房柱法和深孔房柱法。浅孔房柱法主要使用手持式凿岩机进行凿岩爆破作业；而深孔房柱法则采用凿岩台车或潜孔钻机进行深孔凿岩作业。
全面法：全面法是在回采单元内不留永久矿柱，全面进行回采的一种方法。该方法适用于矿岩稳固、厚度较大的矿体。全面法可根据是否留矿堆进一步细分为普通全面法和留矿全面法。普通全面法在回采过程中不留矿堆；而留矿全面法则在回采过程中保留一部分矿石作为临时支撑，待回采完毕后一次性放出。
分层空场法：分层空场法是按照矿体厚度将其划分为若干分层，每次只回采一个分层的方法。该方法适用于矿体厚度较大、开采强度适中的情况。分层空场法通常与留矿法相结合，即在回采过程中保留一部分矿石作为临时支撑，待整个分层回采完毕后一次性放出。这种方法有利于降低开采强度、维护空区稳定。
分段空场法：分段空场法是将矿体沿走向划分为若干分段，每次回采一个或几个分段的方法。该方法适用于矿体走向较长、开采强度较大的情况。分段空场法可分为分段矿房法和爆力运搬采矿法。分段矿房法是在每个分段内留设必要的矿柱来支撑顶板；而爆力运搬采矿法则采用大型机械设备进行矿石的运搬和破碎作业，适用于矿岩稳固性较好、开采强度大的情况。
阶段空场法：阶段空场法是将矿体沿倾斜方向划分为若干阶段，每个阶段内进行空场回采的方法。该方法适用于矿体倾斜角度较大、开采强度极大的情况。阶段空场法又可分为分段凿岩阶段出矿空场采矿法、水平深孔落矿阶段矿方法以及垂直深孔落矿阶段矿房法。这些方法在回采过程中均需留设必要的矿柱来支撑顶板，并需及时回采矿柱和处理空区。
接下来，让我们看两张图片。这两张图片展示了两种典型的空场采矿法案例。左边是VCR空场采矿法，右边是分段凿岩阶段出矿的空场采矿法。在这两种方法中，中间这一部分矿体相当于回采单元中的矿房，而废矿房内的矿体则被回采完毕后留下一个大空区。之后，矿石被回采崩落并运出，最后再考虑周边矿柱的回采以及空气区的处理。
对于右边的方案，中间的灰色区域代表矿房，而两边的浅绿色区域代表矿柱。可以看到间柱、底柱、顶柱。我们首先采矿房，将中间的灰色区域回填完毕，通过崩落矿石并运搬出去之后，再考虑旁边矿柱的回收以及中间空区的处理。在中间矿物的回填过程中，空场中间的空区是以空场形式存在的，暂不处理。当采完之后，后面再回采矿柱的时候，我们再来考虑空区的处理，具体我们后面再介绍。
四、空场采矿法的优点和缺点
优点：
工艺简单：空场采矿法将回采单元划分为矿房和矿柱，采用两步回采法，工艺相对简单。在回采过程中，只需按照既定的回采顺序和工艺要求进行凿岩、爆破、出矿等作业即可。
生产能力大：由于空场采矿法采用敞空回采方式，无需进行复杂的支护作业，因此具有较高的生产能力。同时，该方法适用于大型机械化开采，有利于提高开采效率和资源回收率。
通风条件好：空场采矿法形成的空区可作为自然通风通道，有利于改善采场通风条件。这有助于降低开采过程中的粉尘浓度和有害气体浓度，保障作业人员的身体健康。
资源回收率高：空场采矿法能够充分利用矿岩的稳固性进行回采作业，有利于降低矿石贫化率和损失率。同时，该方法适用于大型机械化开采，可实现高效、精准的矿石开采和回收。
缺点：
矿柱损失大：空场采矿法在回采过程中需留设大量的矿柱来支撑顶板和维护空区稳定。这些矿柱在回采完毕后往往无法完全回收，导致矿柱损失较大。这不仅降低了资源回收率，还可能增加开采成本。
空区处理困难：空场采矿法形成的空区以敞空形式存在，若不及时处理可能引发安全隐患。然而，空区处理往往受到地质条件、开采强度及经济因素等多方面的限制，处理难度较大。
安全风险高：空场采矿法在回采过程中需进行大量的凿岩、爆破等作业，存在较高的安全风险。同时，由于空区存在可能导致顶板冒落、矿柱失稳等安全隐患，对作业人员的生命安全和身体健康构成威胁。
五、实际案例
1. 湖南锡矿山浅孔房柱法案例
湖南锡矿山是中国著名的锑矿产地之一，其开采历史悠久。在该矿山的开采过程中，广泛采用了浅孔房柱法。该方法将矿体划分为若干回采单元，每个单元内留设必要的矿柱来支撑顶板。在回采过程中，采用手持式凿岩机进行凿岩爆破作业，利用矿石自重进行运搬和破碎。该方法工艺简单、生产能力大，但由于矿柱损失较大且空区处理困难，存在一定的安全风险。
2. 八家子铅锌矿浅孔留矿法案例
八家子铅锌矿位于中国辽宁省，是一座大型铅锌矿山。在该矿山的开采过程中，采用了浅孔留矿法。该方法将矿体划分为若干回采单元，并在回采过程中保留一部分矿石作为临时支撑。待整个回采单元回采完毕后，一次性放出矿石进行运搬和破碎。该方法有利于降低开采强度、维护空区稳定，但由于矿柱损失和空区处理困难等问题，仍存在一定的安全隐患。
3. 凡口铅锌矿VCR法案例
凡口铅锌矿位于中国广东省，是一座大型铅锌矿山。在该矿山的开采过程中，广泛采用了VCR法（Vertical Crater Retreat Method）。该方法利用上部凿岩硐室打下向深孔炮眼进行爆破作业，利用崩落的矿石自重进行运搬和破碎。在回采过程中，通过合理设计回采单元的结构参数和回采顺序，实现了高效、精准的矿石开采和回收。VCR法具有工艺简单、生产能力大、通风条件好等优点，同时能够显著降低矿柱损失和空区处理难度，提高资源回收率和安全性。
在凡口铅锌矿的VCR法案例中，矿体被划分为若干回采单元，每个单元内包含一个矿房和两侧的矿柱。在回采过程中，首先利用上部凿岩硐室打下向深孔炮眼进行爆破作业，将矿房内的矿石崩落。崩落的矿石在自重作用下沿底部结构溜放至装矿巷道，再通过运输设备运出矿井。待矿房回采完毕后，再对周边的矿柱进行回收和处理。
为了确保VCR法的顺利实施，凡口铅锌矿在回采过程中采取了多项技术措施。首先，对矿体的地质条件进行了详细勘察和分析，确定了合理的回采单元结构参数和回采顺序。其次，采用了先进的凿岩设备和爆破技术，确保了爆破效果和矿石的破碎度。同时，对底部结构和运输设备进行了优化和改进，提高了矿石的运搬效率和安全性。
通过实施VCR法，凡口铅锌矿实现了高效、精准的矿石开采和回收。该方法的优点在于能够充分利用矿岩的稳固性进行回采作业，降低了矿石贫化率和损失率。同时，由于采用了先进的凿岩设备和爆破技术，以及优化的底部结构和运输设备，提高了开采效率和资源回收率。此外，VCR法还有利于改善采场通风条件，降低粉尘浓度和有害气体浓度，保障作业人员的身体健康。
然而，VCR法也存在一定的挑战和限制。首先，该方法对矿岩的稳固性要求较高，若矿岩不稳固则可能导致顶板冒落、矿柱失稳等安全隐患。其次，VCR法需要先进的凿岩设备和爆破技术作为支撑，若设备和技术水平不足则可能影响回采效果和安全性。此外，由于VCR法形成的空区较大且难以处理，需要采取合理的空区处理措施来确保安全生产。
六、空场采矿法的结构参数与矿岩稳固性之间的关系
空场采矿法的结构参数与矿岩稳固性之间存在着密切的关系。结构参数的选择直接影响到回采单元的稳定性和安全性，而矿岩稳固性则是决定结构参数选择的重要因素之一。
1. 矿房尺寸与矿岩稳固性
矿房尺寸是空场采矿法中的重要结构参数之一。矿房尺寸的大小直接影响到回采单元的暴露面积和稳定性。若矿房尺寸过大，则可能导致顶板冒落、矿柱失稳等安全隐患；若矿房尺寸过小，则可能降低开采效率和资源回收率。
矿岩稳固性对矿房尺寸的选择具有重要影响。在矿岩稳固性较好的情况下，可以选择较大的矿房尺寸来提高开采效率和资源回收率；而在矿岩稳固性较差的情况下，则需要选择较小的矿房尺寸来确保回采单元的稳定性和安全性。因此，在确定矿房尺寸时，需要对矿岩的稳固性进行详细勘察和分析，并根据实际情况进行合理的选择。
2. 矿柱尺寸与矿岩稳固性
矿柱是空场采矿法中用于支撑顶板和维护空区稳定的重要结构。矿柱的尺寸直接影响到其承载能力和稳定性。若矿柱尺寸过小，则可能导致其承载能力不足而失稳；若矿柱尺寸过大，则可能增加开采成本和资源损失。
矿岩稳固性对矿柱尺寸的选择同样具有重要影响。在矿岩稳固性较好的情况下，可以选择较小的矿柱尺寸来降低开采成本和资源损失；而在矿岩稳固性较差的情况下，则需要选择较大的矿柱尺寸来确保其承载能力和稳定性。因此，在确定矿柱尺寸时，也需要对矿岩的稳固性进行详细勘察和分析，并根据实际情况进行合理的选择。
3. 回采顺序与矿岩稳固性
回采顺序是空场采矿法中影响回采单元稳定性和安全性的重要因素之一。合理的回采顺序可以确保回采单元在回采过程中的稳定性和安全性，降低安全风险。而不合理的回采顺序则可能导致顶板冒落、矿柱失稳等安全隐患。矿岩稳固性对回采顺序的选择同样具有重要影响。在矿岩稳固性较好的情况下，可以采用较为灵活的回采顺序来提高开采效率和资源回收率；而在矿岩稳固性较差的情况下，则需要采用更为保守的回采顺序来确保回采单元的稳定性和安全性。因此，在确定回采顺序时，也需要对矿岩的稳固性进行详细勘察和分析，并根据实际情况进行合理的选择。
综上所述，空场采矿法的结构参数与矿岩稳固性之间存在着密切的关系。在选择结构参数时，需要对矿岩的稳固性进行详细勘察和分析，并根据实际情况进行合理的选择。同时，在回采过程中需要采取多项技术措施来确保回采单元的稳定性和安全性，降低安全风险。
七、总结与展望
本讲主要介绍了空场采矿法的基本特征、适用条件、类型以及实际应用案例。空场采矿法具有工艺简单、生产能力大、通风条件好等优点，适用于矿岩稳固性较好的情况。在实际应用中，需要根据矿体的地质条件和开采要求选择合适的空场采矿法类型，并确定合理的结构参数和回采顺序。
随着科技的不断发展，空场采矿法也在不断改进和完善。例如，采用先进的凿岩设备和爆破技术可以提高回采效率和矿石的破碎度；采用充填采矿法可以处理空区、降低地压风险；采用智能化和自动化技术可以实现远程控制和无人化开采等。
