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摘要：经济的发展必然会导致矿产资源需求的增加，而科学高效的矿产资源开采方法既是保证资源供应的手段，也是实现矿产资源可持续开发的需要。本文以金属矿山地下开采为例，阐述地下开采的步骤，以及当前应用比较广泛的金属矿山地下开采采矿方法，并分析未来地下采矿方法的发展趋势。
关键词：金属矿山；地下开采；开采方法；发展趋势
引言：随着科技的发展，我国金属矿山地下开采的工作逐渐实现了由人工化向机械化的过渡，有的开采环节甚至出现了自动化和智能化的趋势，而这样的发展趋势不仅有利于整个地下矿产资源的开发，也有利于实现金属矿业的可持续发展。
一、金属矿山地下开采概述
1.地下金属矿山的特点
金属矿山可分为露天矿山和地下矿山，地下矿山的特点有：坚固性，即矿石具有抵御外界作用的能力，而这种能力既影响着开山设备和爆破方法的选择，也影响着开采工作的效率及成本；稳固性，即技术人员通过等级划分将矿石在空间允许暴露面积的大小和暴露的时间长短的性能进行判断，以选择适当的井巷维护和地压管理方法；结块性，即开采后的矿石在遇水或受压的情况下会重新结块，这一性质直接影响着矿石的运输及开采方法；氧化性，即有些矿石会在空气、水的作用下发生氧化反应，从而降低了选矿的回收率；自燃性，即某些燃点较低的矿石在空气及高温的作用下会发生自燃，严重的甚至会产生地下火灾；含水性，即矿石具有吸收和保持水分的性能，这种性能会给矿产资源的开采、运输、贮藏等工作带来一定的困难；碎胀性，即采下矿石的体积要比未采之前的矿石体积大，因此开采人员要根据矿石的胀碎系数选择相应的运输方式。
2.金属矿山地下开采工作的步骤
金属矿山地下开采工作主要分为四个步骤：开拓、采准、切割、回采。开拓工作是指开采人员在地面到矿体之间建立一系列巷道，使地面与地下形成一个完整的提升、运输、通风、排水及动力供应等系统，常用的开拓方法有平硐开拓、竖井开拓及斜井开拓；采准工作是指开采人员在已经完成开拓的矿块中，掘进采准和切割巷道、划分矿块，并在矿块内创造行人、凿矿、放矿、通风等条件；切割工作是指开采人员在已经完成采准工作的矿块内，开辟自由面和自由空间，为回采和爆破等工作创造条件；回采工作是指开采人员在正在进行或已经完成切割的矿块内采出矿石的工作。
二、金属矿山地下开采采矿方法
现代金属矿山地下开采采矿方法按其地压管理分类，主要可分为空场采矿法、充填采矿法和、落采矿法三种，因此开采人员应该本着安全生产、生产效率高、材料消化少等原则，选择合适的方法进行金属矿山的地下开采工作。
1.空场采矿法
空场采矿法是指在矿体中形成的采矿区主要依靠围岩自身的稳固性和留下的矿柱进行支撑的采矿方法。空场采矿法的特点为：开采人员在回采过程中通常会把矿块划分为矿房和矿柱两部分；采矿人员在回采矿房时，采场通常以空场形式存在；该开采方法主要利用矿柱和周围岩体的稳固性来维护采空区；在回采过程中，采场主要依靠暂留的矿柱或永久矿柱进行自然支撑，有时也会辅以人工矿柱支撑。
空场采矿法主要适用于开采矿石和周围岩体都很稳固的矿床，或者采空区在一定时间内允许有较大暴露面积的矿床。
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2.充填采矿法
充填采矿法是指开采人员随着回采工作面的推进，逐步用充填材料填充回采区的开采方法，其充填的目的主要是为了进行地压管理、降低火灾隐患、创造出回采矿柱以及水下开采的合适条件。
在选择充填材料时，开采人员会根据当地的地质条件以及生产生本选择地表堆积的废石、掘进坑边的废石、选矿厂的尾砂、冶炼厂的炉渣、露天开采的废石等材料。而在材料运输中主要利用矿车或风力、水力等机械运输手段。
充填采矿法主要适用于开采品位较高，且要求有较高的回采率和较低的贫化率的富矿；富有但条件比较复杂的矿床，如水文地质条件比较复杂的矿床、矿体形状比较特殊的矿床、矿体埋藏较深且地压较大的矿床、矿石或周围岩石具有自燃危险的矿床、地表或周围岩石不允许有大面积沉陷及剧烈运动而需要特殊保护的矿床等；矿石稳固，但周围岩石不稳固的矿床；便于输送充填材料的急斜倾矿床；稀有贵重金属矿床。
3.崩落采矿法
崩落采矿法是指在崩落矿石的同时，强制或自然崩落围岩以填充采空区，进而实现控制和管理地压目的的开采方法。崩落采矿法在回采过程中不再将矿块划分为矿房和矿柱，而是以一个矿块整体作为回采单元，按一定的回采顺序连续进行单步骤回采，在回采过程中，围岩是强制或自然崩落的，矿石是在岩石的直接接触下放矿，因此这种开采方法需要对放矿进行科学的管理，与空场开采法不同，崩落采矿法是在一个阶段内按照自上而下的顺序对矿体进行开采。
通常来讲，崩落采矿法对矿体赋存条件以及岩石的物理力学特征都有一定的要求，因此其主要适用于那些上层围岩能呈块状自然崩落，且中层以上是稳固的急斜倾状的原矿体，同时由于崩落采矿法在开采时矿石损失贫化大，所以其不适用于开采高价、高品位的矿床。
三、金属矿山地下开采采矿技术的发展趋势
随着微电子技术的飞速发展，近几年来我国的一些金属矿山的地下开采工作中已经运用了遥控铲运机和凿岩机等先进设备，同时国外也开发出了凿岩机器人、装载机器人和采煤机器人等矿山设备，由此可见，地下金属矿的开采正在朝着智能化和遥控的方向发展。由于矿山设备的大型化和智能化，地下矿山的主要开采方法也将朝着简化回采结构的方向发展，而随着地下金属矿产开采深度的不断增加，深井开采的矿山也会越来越多，而如何提高深井采矿的强度及生产效率将会引起人们的更多关注。
除了高效化、智能化采矿，清洁采矿也将成为地下金属采矿业的未来发展趋势。清洁采矿又称无废害采矿，它是新时期实现矿业可持续发展的重要研究课题，所谓无废害采矿就是在采矿过程中要最大限度地减少废料的产出、排放，提高资源的综合利用率，减少或杜绝使用能引起生态环境破坏的生产工艺，而要想实现清洁采矿，企业应该从以下几点入手，即提高资源综合利用率，提高冶炼技术水平，降低污染的同时，也要减缓资源的耗费速度；实现废料产出最小化，采用上行开采顺序，建设井下选厂，将废石、废料回填到采空区；推动废料资源化进程，将不具备开发价值的矿产资源制作成建筑材料等，以提高废料的回收利用率。
四、结论
总之，在科学技术的推动下，金属矿山地下开采技术不断突破，矿山的开采规模、开采效率都达到了空前的高度，同时科学的开采工艺，机械化的开采设备不但降低了矿产资源的贫化指标和损失指标，保证了地下开采人员的安全，还降低了地下开采对自然环境的破坏率，从而实现了人类开采活动与生态环境之间的协调发展。
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论文作者:黄建民
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/9
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