第七章 礦山安全技術(shù)

第一節(jié) 礦山安全基礎(chǔ)知識

　　一、概述

　　礦山是開采礦石或生產(chǎn)礦物原料的場所。一般包括一個或幾個露天采場、地下礦山和坑口.以及保證生產(chǎn)所需要的各種附屬設(shè)施(包括選礦廠、尾礦庫和排土場等)。

　　按開采礦種的不同，礦山分為煤礦和金屬非金屬礦山。煤礦是生產(chǎn)煤炭的礦山，而金屬非金屬礦山則是開采金屬礦石、放射性礦石、建筑材料、輔助原料、耐火材料及其他非金屬礦物(煤炭除外)的礦山。按照開采方式的不同.礦山分為露天礦山和地下礦山及兩者聯(lián)合開采礦山。露天礦山是指在地表開挖區(qū)通過剝離圍巖、表土等，采出礦物的采礦場及其附屬設(shè)施;地下礦山(井工礦)則是以平硐、斜井、豎井等作為出入口，采出礦物的采礦場及其附屬設(shè)施。按礦山規(guī)模大小，礦山可分為大型礦山.中型礦山和小型礦山。

　　二、礦山開采技術(shù)

　　礦床開拓就是指按照一定的方式和程序.建立地面與采礦場各工作水平之間的運輸通道，以保證礦場正常生產(chǎn)的運輸聯(lián)系，并借助這些通道，及時準(zhǔn)備出新的生產(chǎn)水平。露天礦床開拓主要分為鐵路運輸開拓、公路運輸開拓和平硐溜井開拓;地下礦山礦床開拓方法大致可分為單一開拓和聯(lián)合開拓兩大類。

　　(一)露天開采

　　用一定的開采工藝，按一定的開采順序，剝離巖石、采出礦石的方法。即在露天條件下，將埋藏較淺的礦石，從礦坑露天礦、山坡露天礦或剝離露天礦進(jìn)行開采。包括挖掘一系列順序的溝槽。

　　露天開采工藝.按作業(yè)的連續(xù)性，分間斷式、連續(xù)式和半連續(xù)式。間斷式開采工藝適用于各種地質(zhì)礦巖條件;連續(xù)式工藝勞動效率高，易實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，但只能用于松軟礦巖;半連續(xù)式工藝兼有以上兩者的特點，但在硬巖中，需增加機械破碎巖石的環(huán)節(jié)。

　　(二)地下開采礦山

　　1.井巷掘進(jìn)的施工方法

　　根據(jù)施工方法及地層賦存條件的不同，井筒(或巷道)施工分為普通鑿井法與特殊鑿井法。普通鑿井法是在穩(wěn)定或含水較少的地層中采用鉆眼爆破或其他常規(guī)手段鑿井的方法。特殊鑿井法是在不穩(wěn)定或含水量很大的地層中，采用非鉆爆法的特殊技術(shù)與工藝的鑿井方法。通常采用的有凍結(jié)法鑿井、鉆井法鑿井、注漿鑿井法鑿井。

　　1.普通鑿井法

　　普通鑿井法一般采用鉆眼爆破的方法。在巖體上鉆鑿一定直徑、一定深度及數(shù)量的炮眼，并在炮眼裝入炸藥，靠炸藥爆炸的力量破碎巖體，從而達(dá)到井巷掘進(jìn)的目的。它的優(yōu)點是操作簡單，易于掌握，設(shè)備簡單，安全可靠，可以根據(jù)要求，在巖體中鉆爆出不同形狀，不同深度的井筒或巷道。

　　根據(jù)炮眼深度與直徑的不同，我國將鉆爆法分為淺孔爆破法、中深孔爆破法和深孔爆破法。炮眼直徑小于50mm，深度小于2m時稱為淺孔爆破，多用于井巷工程;炮眼直徑小于50mm，深度2—4m稱為中深孔爆破，多用于井筒及大斷面硐室掘進(jìn);炮眼直徑大于50mm、深度大于5m則稱為深孔爆破，主要用于立井井筒及溜煤眼、大斷面硐室以及露天開采的臺階爆破。

　　2.特殊鑿井法

　　特殊鑿井法是當(dāng)井筒(或巷道)穿過不穩(wěn)定含水地層時，一般是第四系和第三系，用普通鑿井法無法通過時采用的特殊施工方法。通常指凍結(jié)法、鉆井法、注漿法。

　　2.采礦方法

　　(1)井工采煤方法

　　井工煤礦采煤方法雖然種類較多，但歸納起來，基本上可以分為壁式、柱式兩大體系。

　　1)壁式體系采煤法

　　根據(jù)煤層厚度不同，對于薄及中厚煤層，一般采用一次采全厚的單一長壁采煤法;對于厚煤層，一般是將其分成若干中等厚度的分層，采用分層長壁采煤法。按照回采工作面的推進(jìn)方向與煤層走向的關(guān)系，壁式采煤法又可分為走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法兩種類型。

　　(1)緩傾斜及傾斜煤層單一長壁采煤法。緩傾斜及傾斜煤層采用單一長壁采煤法所采用的回采工藝主要有炮采、普通機械化采煤(高檔普采)和綜合機械化采煤3種類型。在選擇回采工藝方式時，應(yīng)結(jié)合礦山地質(zhì)條件、設(shè)備供應(yīng)狀況、技術(shù)條件以及技術(shù)管理水平和采煤系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

　　炮采工作面回采工序包括：破煤、裝煤、運煤、推移輸送機、工作面支護(hù)和頂板控制六大工序。

　　普通機械化采煤是用淺截式滾筒采煤機落煤、裝煤，利用可彎曲刮板輸送機運煤，使用單體液壓支柱(或摩擦金屬支柱)和鉸接頂梁組成的懸臂式支架支護(hù)的采煤方法。

　　綜合機械化采煤是指采煤的全部生產(chǎn)過程，包括落煤、裝煤、運煤、支護(hù)、頂板控制以及回采巷道運輸?shù)热繉崿F(xiàn)機械化的采煤方法。

　　綜合機械化放頂煤開采技術(shù)。我國放頂煤開采主要是指長壁綜合機械化放頂煤開采(以下簡稱綜放開采)。綜放開采的實質(zhì)是沿煤層底部布置一個長壁工作面，用綜合機械化方式進(jìn)行回采，同時充分利用礦山壓力作用(特殊情況下輔以人工松動方法)，使工作面上方的頂煤破碎，并在支架后方(或上方)放落、運出工作面的一種井工開采方式。

　　2)柱式體系采煤法

　　柱式體系采煤法分為3種類型：房式、房柱式及巷柱式。房式及房柱式采煤法的實質(zhì)是在煤層內(nèi)開掘一些煤房，煤房與煤房之間以聯(lián)絡(luò)巷相通。回采在煤房中進(jìn)行，煤柱可留下不采;或在煤房采完后，再回采煤柱。前者稱為房式采煤法，后者稱為房柱式采煤法。

　　2.金屬非金屬地下礦山采礦方法

　　根據(jù)礦石回采過程中采場管理方法的不同，金屬非金屬礦山地下采礦方法可分為空場采礦法、充填采礦法和崩落采礦法等。

　　1)空場采礦法

　　空場采礦法在回采過程中，采空區(qū)主要依靠暫留或永久殘留的礦柱進(jìn)行支撐，采空區(qū)始終是空著的，一般在礦石和圍巖很穩(wěn)固時采用。根據(jù)回采時礦塊結(jié)構(gòu)的不同與回采作業(yè)特點，空場采礦法又可分為全面采礦法、房柱采礦法、留礦采礦活、分段礦房法和階段礦房法等。

　　(1)全面采礦法。在薄和中厚的礦石和圍巖均穩(wěn)固的緩傾斜(傾角一般小于30‘)礦體中，應(yīng)用全面采礦法。該方法的特點是：工作面沿礦體走向或傾向全面推進(jìn)，在回采過程中將礦體中的夾石或貧礦留下，呈不規(guī)則的礦柱以維護(hù)采空區(qū)，這些礦柱一般作永久損失，不進(jìn)行回采。

　　(2)房柱采礦法。房柱采礦法用于開采水平和傾斜的礦體，在礦塊或采空區(qū)礦房和礦柱交替布置，回采礦房時，留連續(xù)的或間斷的規(guī)則礦柱，以維護(hù)頂塊巖石。它比全面采礦法適用范圍廣，不僅能回采薄礦體，而且可以回采厚和極厚礦體。礦石和圍巖均穩(wěn)固的水平和緩傾斜礦體，是這種采礦方法應(yīng)用的基本條件。

　　(3)留礦采礦法。工人直接在礦房暴露面下的留礦堆上作業(yè)，自下而上分層回采，每次采下的礦石靠自重放出1/3左右，其余暫留在礦房中作為繼續(xù)上采的工作臺。礦房全部回采后，暫留在礦房中的礦石再行大量放出，即大量放礦。這種采礦方法適用于開采礦石和圍巖穩(wěn)固、礦石無自燃性、破碎后不結(jié)塊的急傾斜礦床。

　　(4)分階段礦房法。分階段礦房法是按礦塊的垂直方向，再劃分為若干分段;在每個分段水平布置礦房和礦柱，中分段采下的礦石分別從各分段的出礦巷道運出。分段礦房回采結(jié)束后，可立即回采本分段的礦柱并同時處理采空區(qū)。

　　(5)階段礦房法。階段礦房法是用深孔回采礦房的空場采礦法。根據(jù)落礦方式的不同又可分為水平深孔階段礦房法和垂直深孔階段礦房法。前者要求在礦房底部進(jìn)行拉底，后者除拉底外，有的還需在礦房的全高開出垂直切割槽。

　　2)崩落采礦法

　　崩落采礦法是以崩落圍巖來實現(xiàn)地壓管理的采礦方法，即隨著崩落礦石，強制(或自然)崩落圍巖充填采空區(qū)，以控制和管理地壓。主要包括單層崩落法、分層崩落法、分段崩落法、階段崩落法。

　　(1)單層崩落法。單層崩落法主要用來開采頂板巖石不穩(wěn)固、厚度一般小于3m的緩傾斜礦層。將階段礦層劃分成礦塊，礦塊回采工作按礦體全厚沿走向推進(jìn)。當(dāng)回采工作面推進(jìn)一定距離后，除保留回采工作所需的空間外，有計劃地回收支柱并崩落采空區(qū)的頂板，用崩落頂板巖石充填采空區(qū)，以控制頂板壓力。按工作面形式可分為長壁式崩落法、短壁式崩落法和進(jìn)路式崩落法。

　　(2)分層崩落法。分層崩落法按分層由上向下回采礦塊，每個分層礦石采出之后，上面覆蓋的崩落巖石下移充填采礦區(qū)。分層回采是在人工假頂保護(hù)下進(jìn)行的，將礦石與崩落巖石隔開，從而保證了礦石損失和貧化的最小化。

　　(3)有底柱分段崩落法。此法也稱有底部結(jié)構(gòu)的分段崩落法，其主要特征是：按分段逐個進(jìn)行回采;在每個分段下部設(shè)有出礦專用的底部結(jié)構(gòu)。分段回采由上向下逐分段依次進(jìn)行。該采礦方法又可分為水平深孔落礦有底柱分段崩落法與垂直深孔落礦有底柱分段崩落法。

　　(4)無底柱分段崩落法。無底柱分段崩落法中分段下部未設(shè)有專用出礦巷道所構(gòu)成的底部結(jié)構(gòu);分段的鑿巖、崩礦和出礦等工作均在回采巷道中進(jìn)行。

　　(5)階段崩落法。其基本特征是回采高度等于階段全高�？煞譃殡A段強制崩落法與階段自然崩落法。階段強制崩落法又可分為設(shè)有補償空間的階段強制崩落法和連續(xù)回采的階段強制崩落法。

　　3)充填采礦法

　　隨著回采工作面的推進(jìn)，逐步用充填料充填采空區(qū)的采礦方法叫充填采礦法。有時還用支架與充填料相配合，以維護(hù)采空區(qū)。充填采空區(qū)的目的，主要是利用所形成的充填體進(jìn)行地壓管理，以控制圍巖崩落和地表下沉，并為回采創(chuàng)造安全和便利的條件。有時還用來預(yù)防有自燃礦石的內(nèi)因火災(zāi)。按礦塊結(jié)構(gòu)和回采工作面推進(jìn)方向充填采礦法又可分為單層充填采礦法、上向分層充填采礦法、下向分層充填采礦法和分采充填采礦法。按采用的充填料和輸出方式不同，又可分為干式充填采礦法、水力充填采礦法、膠結(jié)充填采礦法。

　　(1)單層充填采礦法。此法適用于緩傾斜薄礦體，在礦塊傾斜全長的壁式回采面沿走向方向、一次按礦體全厚回采，隨工作面的推進(jìn)、有計劃地用水力或膠結(jié)充填采空區(qū)，以控制頂板崩落。

　　(2)上向水平分層充填采礦法。此法一般將礦塊劃分為礦房和礦柱，第一步驟回采礦房，第二步驟回采礦柱�；夭傻V房時，自下向上水平分層進(jìn)行，隨著工作面向上推進(jìn)，逐層充填采空區(qū)，并留出繼續(xù)上采的工作空間。充填體維護(hù)兩幫圍巖，并作為上采的工作平臺。崩落的礦石落在充填體的表面上，用機械方法將礦石運至溜井中。礦房采到最上面分層時，進(jìn)行接頂充填。礦柱則在采完若干礦房或全階段采空后，再進(jìn)行回采。礦房的充填方法，可用干式充填、水力充填或膠結(jié)充填。

　　(3)上向傾斜分層充填采礦法。這種方法與上向水平分層充填法的區(qū)別是，用傾斜分層回采，在采場內(nèi)礦石和充填料的動搬主要靠重力。這種方法只能用干式充填。

　　(4)下向分層充填采礦法。這種方法適用于開采礦石很不穩(wěn)固或礦石和圍巖均很不穩(wěn)固，礦石品位很高或價值很高的有色金屬或稀有金屬礦體。這種采礦方法的實質(zhì)是從上往下分層回采和逐層充填，每一分層的回采工作是在上一分層人工假頂?shù)谋Ｗo(hù)下進(jìn)行�；夭煞謱铀交蚺c水平成4°～10°或10°～15°傾角。傾斜分層主要是為了充填直接頂，同時也有利于礦石運搬，但鑿巖和支護(hù)作業(yè)不如水平分層方便。

　　(5)分采充填采礦法。當(dāng)?shù)V脈厚度小于0.3～0.4m時，只采礦石工人無法在其中工作，必須分別回采礦石和圍巖，使其采空區(qū)達(dá)到允許工作的最小厚度(0.8～0.9m)，采下的礦石運出采場，而采掘的圍巖充填采空區(qū)，為繼續(xù)上采創(chuàng)造條件，這種采礦法就為分采充填法。

　　(6)方框支架充填采礦法。開采薄礦脈過去多采用橫撐支柱或木棚支架采礦法。在礦體厚度較大，礦石和圍巖極不穩(wěn)固，礦體形態(tài)極其復(fù)雜，礦石貴重等條件下，這種采礦方法是開采薄礦脈的有效方法。

　　3.液體開采

　　又稱特殊采礦法。是從天然鹵水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物質(zhì);將有用礦物加以溶解(或熱水融化)，再將溶液抽至地面后進(jìn)行提取;用熱水驅(qū)、氣驅(qū)或燃燒，把礦物質(zhì)從一個井孔驅(qū)至另一井孔中采出。大多數(shù)液體采礦是用鉆井法進(jìn)行的。

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