金属矿山开采方法选择与影响因素分析

林毅斌

（西藏巨龙铜业有限公司，西藏 拉萨 850200）

在社会经济高速发展的背景下，金属矿山开采深度和规模呈现出不断加大的趋势，逐渐从露天开采转向地下开采。由于地下环境比较复杂，人们对矿产资源的需求量增多，只有使用先进的开采设备、先进的开采方法、先进的开采技术及工艺，才能实现提高资源回收率，提高矿产开采的安全性。在环境问题日益突出的背景下，金属矿山开采只有向高效性、安全性、绿色性和科学性方向发展，才能有效推动金属矿山开采行业向可持续方向发展[1]。

1 金属矿山开采简介

金属矿山开采主要以露天开采和地下开采方式为主，矿山开采是指在人工的指导下，使用机械设备对有利用价值的天然矿物资源进行有效地挖掘与利用。露天开采顾名思义是指在敞露的空间内，根据矿体的赋存情况，使用矿山开采所需的采掘设备和特定的开采工艺，由表层向下剥离所采出的天然矿物质的方法。露天开采兴起的原因有：矿体埋藏较浅或者是直接裸露，对开采技术要求较低，矿体资源丰富等等。但是，随着社会的发展，各国对矿山资源需求量增多，科学技术的进步与发展，机械设备水平提升，促使露天开采规模扩大，逐渐向下更深层次开采[2]。

地下开采是指在地表上掘出一条或者多条通往矿体的巷道，并按照由浅入深的原则，将所开采出矿物从开采区运输至地表，且主要是开采埋藏深度较深的矿体，一般情况下分为挖掘与矿石开采两个环节，在矿石开采中一般情况下分为三个步骤，开拓、采切、回采。由于地下开采环境比较复杂，基本上都是分阶段进行开采，且遵守由浅入深的顺序进行，先找到矿体，然后以矿床为固定区域，划分为几个矿区，每个矿区的高度控制在60m左右，再在各矿区内根据围岩情况进行采出矿作业。

2 露天、地下开采的特点与常用方法

2.1 露天开采

浅层的金属矿山主要以露天开采为主，只需要将浅层金属矿体裸露出来即可进行开采，但是需要将矿体上方的大量岩土剥离，然后在能进行对应的开采工作。剥采比是影响金属矿山开采方法最为重要的关键性指标，如果矿体的剥采比小于或者等于经济剥采比，基本上都是选择露天开采。目前，在露天开采上基本都是选择间接-连续开采、高台阶开采、露天陡帮开采等[3]。

间接-连续开采。是指生产过程中一部分工艺连续，一部分工艺间断，最大化发挥两种开采方法的优势，实现高效的开采，主要采取胶带运输、汽车运输等方式运输矿石。在开采面直接使用电铲装载矿石，然后使用胶带运输和汽车运输，并将碾碎后的矿石统一运输到指定地点，目前间接-连续开采技术具有经济效益高、生产效率高和机械化水平高等优势。

高台阶开采。根据矿岩的厚度具体化分为若干个层面，然后遵守由上到下的原则进行逐层开采，随着开采量的增加，每开采完一个层次的矿体就会形成一个阶梯，常见的阶梯有高台阶和缓台阶，都是根据台阶的高度划分。在国内露天金属矿山开采中，最高的台阶高度为15m，绝大部分台阶高度为8-12m之间。在上个世纪中，高台阶一般情况下在40-50m，主要在一些开采深度较大的大型露天矿中[4]。随着科学技术的进步与发展，露天开采逐渐向机械化、大型化方向发展，且在金属矿山开采中得到了广泛的应用。高台阶开采具有经济效益高、生产效益高、运输线路单一、作业集中和辅助作业少等明显优势。

露天陡帮开采。是加陡露天矿剥岩工作帮所使用的采剥程序、技术措施和工艺方法的总称。主要是以控制作业台阶数的方式，从而降低台阶高度，增大剥岩工作帮的角度，促使剥岩和采矿之间关系更为融洽，平衡了生产剥采比、提高了露天开采的经济效益，该方法具有投资回报周期短、达产快、投产早、基建周期短、投资少、基建剥岩量少等优势，但是对管理要求高、辅助工作量大、剥岩成本高、设备频繁调动等劣势。

2.2 地下开采

随着露天金属矿山开采规模扩大，浅表层的金属矿体基本上已经被开采完结，促使金属矿开采逐渐向深层“进军”，且剥采比较高，矿床埋藏深度较深。前期由于受到技术条件的限制，以及社会对金属矿需求量较少，金属矿地下开采尚未得到有效的发展，开采技术也未实现进一步提升。地下开采主要是通过地表掘进通往矿体的巷道，实现对地下矿体的开采。常见的金属矿地下开采分为五类，充填采矿法、崩落采矿法、空场采矿法、化学采矿法和综合采矿法，在选择最为合适的开采方法时，需要根据工程地质条件、地应力和矿石种类等因素进行综合分析并选取[5]。

充填采矿法。充填采矿法充分体现了因地制宜的原则，且采空区有着丰富的充填材料，比如水泥、黄土、矿渣、碎石等等，这些都是比较优质的充填材料。在使用这些充填材料时，形成一个硬度高的充填体，从而有效控制采空区上覆岩层，实现地表岩层稳固的目的，确保上覆岩层不会出现塌陷、下沉，避免了地表破坏问题的发生。充填材料的使用需要对其进行有效的加工处理，需要配套的设备和充填材料的配比，然后由专业人员对其进行充填施工，因此，在很大程度上增加充填采矿法的成本，降低了其经济效益，促使充填采矿法无法得到广泛的应用。且目前主要应用于地表具有道路、河流以及建筑物等地表不允许下沉或矿岩破碎、稳固性差难以形成空场的矿体，或者是用于贵重稀缺金属矿体中。充填采矿法的优点为作业安全、地表保护好、适应性强，但也有一定的缺点，比如生产效率低、成本高、工艺复杂等等[6]。

崩落采矿法。崩落采矿法与充填采矿法具有一定的相似之处，都是对采空区进行充填，崩落采矿法主要是利用回采中无用的岩石或者是矿石对空区进行充填，目的是为了平衡矿床的地压。崩落围岩用来充填采空区，也因此成为崩落采矿法的特点，主要应用在地表允许塌陷或者是围岩易崩落的矿体中。

空场采矿法。在金属矿山地下开采中，空场采矿法应用较多，是众多地下开采方法中技术最成熟、应用最高的技术方法之一。主要是充分利用回采留下的矿柱以及围岩自身的稳定性，来确保采空区的稳定性和安全性，同时在开采过程中也不会对采空区进行专业的管理和维护，空场采矿法具有成本低、生产效益高、机械化生产水平高、工艺简单等优势，主要应用围岩结构稳定的矿体、地质条件简单的矿体中。

化学采矿法。在上述三种开采方法中，化学采矿法比较新，通过分析矿物的物理化学性质，然后结合物理化学性质通过向矿体中直接注射某种化学溶侵液，产生一系列的化学反应，并将矿体中固态矿物质转换成液态，最后将液态矿物质进行回收利用。化学采矿法最大的优势就是在于适用性较强，可以应用在不同的矿体中。

综合采矿法。根据矿体的实际情况，考虑到经济效益以及各种因素的影响，充分发挥各种开采方法的优势，然后结合矿体实际情况，进行综合设计，基本上都是分矿块设计、分区域使用，主要应用在矿体品位低和矿体赋存形态特别复杂的矿山开采过程中。

3 露天、地下开采方法选择的影响因素

金属矿山开采方法的选择并不具备随意性，需要结合矿山的各种情况，包括矿山工程地质、水文地质、技术条件及矿山经济效益指标等等，矿体的影响因素有围岩力学性质、有价值成分分布、矿体倾角和厚度、矿体的埋藏深度等等。将这些因素综合起来，然后对其进行综合分析，从而选择安全、高效、经济的矿山开采方法。

3.1 地质因素

金属矿物质主要是由于地壳运动所形成的一种天然产物，且埋藏于地下。由于地下环境比较复杂，在开采前必须要对矿体区域地质进行全面的分析，具体包括矿体的埋藏深度、自然倾向、矿体条件、围岩力学性质、形状、厚度、矿体倾角等[7]。

安全是金属矿山开采的第一要素。由于矿体深埋于地下，在开采过程中部分矿石很容易出现自燃的现象，稍有不慎，就会引发矿体燃烧，从而影响到开采人员的人生生命安全，故一般的开采方法也无法使用。如果在开采过程中遇到含硫度高的矿体，最容易引发矿体燃烧，所以在这种情况下最不合适使用崩落法开采。

经济性是金属矿山开采考虑的第二要素，尤其是矿石的杂质含量、品位与矿石价值。这些基本的矿体条件则会直接影响到整个矿体开采的经济效益，如果经济效益低则选择不开采，如果经济效益可观则选择合适的开采方法，并确保经济效益最大化。

围岩力学性质主要有地应力环境、围岩稳定性两种，如果金属矿山的围岩稳定性较差，基本上选择不开采；如果围岩稳定性好，主要使用空场法进行地下开采。另外地应力的分布环境主要影响巷道的布置方向，对开采方法影响较小。

矿体倾角、厚度和形状是影响金属矿山开采方法的另一个重要因素。如果剥采比大、埋藏深度较深、矿体厚度小，在这种情况下基本以地下开采为主[8]。如果剥采比小、埋藏深度较浅，在这种情况下基本上都是实施露天开采。另外矿体倾角对开采方法也有影响，主要影响到运输方式和矿山巷道布置。

矿体的埋藏深度主要决定矿山采用露天开采还是地下开采方式。埋藏深度浅则使用露天开采方法，如果埋藏深度较深则使用地下开采方法，同时矿山地压的大小还会影响到地下开采方法的选择。

3.2 矿体种类及质量因素

金属矿山根据矿体种类可以分为三种：贵金属矿、有色金属矿和黑色金属矿。贵金属矿、有色金属矿具有较高的经济价值，且矿体埋藏深度较深，开采方法主要以充填法为主。黑色金属矿埋藏较浅时主要是露天开采为主，且以铁矿为主，而埋藏较深的矿体开采价值低，可根据实际经济效益情况选择是否开采。

如果矿体的选冶难度大、杂质含量高、矿石品位低，且开采经济效益差，则基本上不选择开采，如果开采经济效益高，则根据矿体的实际情况选择最为合适的开采方法。

3.3 环境及外在因素

矿石开采属于破坏地质活动，在长期开采过程中会导致各种环境问题，比如地表矿井废弃物存放、地表塌陷、地下水流失等，所以在选择开采方法时，必须要考虑到矿体种类、矿体质量、赋存条件等等，包括相关政策要求。

4 结语

综上所述，在金属矿山开采中，开采方法的选择会直接影响到开采的经济效益，既矿山开采的高效、高产、安全等问题，而开采方法的选择又受到地质因素、矿体种类及质量因素、环境及外在因素，所以必须要坚持因地制宜的原则，根据实际情况，科学合理选择开采方法，确保金属矿山开采效益最大化。