众所周知，分段崩落和阶段崩落采矿法具有效率高、产量大和成本较低等优点，因此在地下开采的大型矿床获得了广泛应用。目前国外10个年产矿石1000万吨以上的特大型地下金属矿山，就有8个采用崩落法，由此可见一斑。近些年来，随着无轨采矿的普遍推广和采掘设备的不断革新，崩落采矿法也取得了长足进展：

-高效率和高精度深孔凿岩设备相继问世，无底柱分段崩落法的分段高度已增至20米，炮孔直径加大到105毫米，采准工程量明显减少，采矿效率进一步提高；

-苏联创造了在同一水平进行拉底、采矿和出矿的有底柱分段崩落法，底部结构大为简化，缩短了回采周期，提高了机械化程度，改善了劳动条件；

-为了减少采准切割工程、降低矿石贫化损失和改善工作面通风条件，成功地试验了无底柱高低分段崩落法；

-在地压大、埋藏条件复杂的矿床，采用枝状进路逐段回采的无底柱分段崩落法，取得了较好效果；

-美国和智利采取扩大拉底面积、加大放矿漏斗和大型铲运机出矿等措施，在矿岩相当稳固的深部矿体成功地采用了阶段自然崩落法；

-苏联采用垂直束状炮孔崩矿和振动放矿工艺，使阶段强制崩落法的采矿强度和劳动生产率成倍增长；

-根据优化组合原理，瑞典创造了两种行之有效的组合式崩落采矿法：分段留矿崩落法和无底柱阶段自然崩落法；

-矿石不稳固时，回采进路和底部结构广泛使用金属网和锚喷联合支护，既提高了工程的整体性和稳固性，又降低了支护成本和维护费用。

一   无底柱分段崩落法

瑞典马尔姆贝格特铁矿矿床赋存在白粒岩和正长片麻岩中，主矿体长约6.5公里，延深600米以上，厚度～100米，倾角～70°。矿石以磁铁矿为主，占85%, 平均含铁60%，矿石机械强度较低。50年代开始采用无底柱分段崩落法，分段高度6～8米，主要采矿设备为架式凿岩机配LM—100型装岩机和U3N型风动自行矿车。70年代初期，分段高度和进路水平间距加大到12.5米，进路断面5.5×3.8米，用simba22型双机凿岩台车钻凿φ51毫米的扇形炮孔，台班效率220米，每排8孔，排距1.5～1.8米，总长85米，最深的16米，每米炮孔崩矿8.5～11.5吨。出矿使用Cat980型前装机，平均运距100米。80年代初期，分段髙度和进路间距增至15米，炮孔直径57毫米，排距2米，即使这样，在矿石生产成本中，采准所占的比例仍高达40%。为了提高矿山的竞争能力，只有进一步加大分段高度、减少采准工程量，才能使成本大幅度降低。因此，将分段高度增加到20米，进路间距增至22.5米，进路断面加大到6×4.7米，使采准工程量减少近50%, 矿石成本降低20%左右。为了保证工程质量，采取了以下措施：

1.掘进回采进路时，用激光仪定向，用投影仪布孔，用计算机辅助炮孔设计并施行光面爆破，使进路错位从10%减少到2%。实践表明，进路中心线偏离正确位置如大于1.5米，放矿将超出椭球体范围，致使贫化过高。

2.使用高精度高风压潜孔钻机钻凿φ105毫米的扇形崩矿炮孔，每天可钻孔250米。凿岩台车装有自动接卸钻杆的机构和炮孔调斜装置，炮孔精确度显著提高。过去炮孔直径57毫米，平均孔深15.5米，20%的炮孔底部偏差超过0.85米而穿到前排或后排炮孔内，现在炮孔直径105毫米，平均孔深20米，炮孔排距增至2.5米，只有不到5%的炮孔穿到前排或后排炮孔内。

3.研制了一套大型装药设备，从眉线起第二排和第三排炮孔预先装药，爆破效果好，几乎没有大于500毫米的大块。

同以前相比，每米进路崩矿量从1000吨增至2000吨，每米炮孔崩矿量从10吨增至25吨，每排炮孔崩矿量从1900吨增至5000吨，炸药消耗量从0.22公斤/吨提高到0.3公斤/吨。矿山年产矿石870万吨，地下共282人，劳动生产率高达128吨/人班，矿石损失率10%, 贫化率20%。

二   有底柱分段崩落法

苏联基洛夫铁矿矿体厚度45～150米，倾角65°～70°, 目前开采深度800～900米。矿石是有裂隙的针铁矿-赤铁矿，普氏硬度系数5～7, 平均含铁55.7%。上盘是裂隙性石英绢云母片岩，普氏硬度系数8～12, 含铁12%，下盘是裂隙发育的针铁一赤铁板岩，含铁45%。80年代以前，主要使用向水平或倾斜补偿空间分层崩矿的有底柱分段崩落法，分段高度35～40米。由于底部结构复杂，要在不同水平完成大量采准切割工程，劳动条件差，作业效率低，随着采矿工作向深部发展，地压显现强烈，巷道经常变形，维护费用与日俱增，原先的采矿方法难以为继，因此，改用图 1所示的基洛夫式有底柱分段崩落法。

图  1  基洛夫铁矿有底柱分段崩落法

1—集矿平巷；2—通风平巷；3—出矿横巷；4—溜矿井；5—凿岩峒室；6—通风天井；7-切割天井；8—切割平巷；9-联络平巷；10—联络横巷。

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阶段高度90米，分段高度30米。在分段内划分50×50米的盘区，盘区底部每隔10～12米布置一条出矿横巷，横巷两侧每隔5米掘进一个凿岩峒室(断面2×2米，用金属支架支护)。将其中几对相邻的峒室贯通，形成4条切割平巷。在每条切割平巷的适当位置，向上打一25米高的切割天井，再从切割平巷向上钻凿扇形炮孔，分排爆破(每排3～5孔，排距2～2.5米），形成5米宽、15～20米长的切割槽。随后，在凿岩峒室用kS-1型潜孔钻机向上钻凿φ105毫米的放射状深炮孔，并沿未来放矿漏斗边界钻凿中深孔。中深孔与深炮孔一道爆破，在大量崩矿的同时，形成放矿漏斗（底柱高约8米）。盘区中央部分的矿石先爆破，留下5米高的顶柱，并在邻接崩落区的两侧留下5～6米厚的临时隔离矿柱。这样可在顶柱和隔离矿柱的保护下，放出50～60%的矿石，基本无贫化。顶柱和隔离矿柱最后爆破。盘区按对角线后退的方式，从下盘朝上盘方向回采。爆下的矿石，从放矿漏斗经出矿横巷用电耙耙至集矿平巷，再运往溜矿井。

上述在同一水平进行拉底、采矿和出矿的有底柱分段崩落法有以下优点：1.底部结构大为简化，千吨采切比从5.9米减为4.9米，受矿水平巷道维护工作量减少50～60%;2.凿岩爆破质量显著提高，每米深孔的崩矿量从15吨增至20吨，每吨矿石的炸药消耗量从0.4公斤减为0.17公斤；3.作业集中，便于管理，盘区回采周期缩短1/6时间，采矿工人劳动生产率提高50%，达到45～60吨/人班，4.矿石损失率从21.1%降至16.8%, 贫化率从6.7%减为6.1%；5.劳动条件明显改善，事故率相应降低。

目前矿山年产矿石270万吨，矿石成本仅7-8卢布/吨。全矿共有职工680人，全员劳动生产率达到16.5吨/人班。

三   无底柱高低分段崩落法

苏联萨拉依尔铅锌矿矿床地质构造复杂，矿体形态多变。围岩是破碎的绢云高岭化石英角斑岩和石英绢云片岩，稳固性差。矿石品位不均，系含矿硅化绢云母化角斑岩，内有石英重晶石细脉和废石夹层，节理发育。矿岩普氏硬度系数6～8。原先采用普通有底柱分段崩落法，漏斗放矿，电耙运搬。后来试用图 2所示的无底柱高低分段崩落法，取得了较好效果。

图  2  萨拉依尔矿无底柱高低分段崩落法

1—出矿平巷；2—出矿横巷；3—凿岩横巷；4—护顶矿柱：5—爆下的矿石；6—崩落的废石

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矿块尺寸40×60米，分段总高度20～40米，其中上部高分段12～30米，下部低分段8～10米。回采分条宽16～20米，上分段布置一条凿岩横巷(进路)，下分段布置二条出矿横巷，出矿横巷中心距离8～10米，断面4.46×3.05米。稳固性差、服务年限短(0.3～1年)的横巷，用φ18～20毫米、长2.5米的砂浆锚杆支护(锚杆距离0.7×0.5米)，再喷一层3～5毫米厚的混凝土。

在凿岩横巷用HKP-100型潜孔钻机向上钻凿半环形炮孔，孔径100毫米，排距2米，孔底距2.5米。在出矿横巷用Simba11R型单机凿岩台车向上钻凿φ56毫米的扇形炮孔，炮孔排距1.5米，孔底距2米。用风动装药机装填AC—8粒状炸药，用微差电雷管起爆，每次爆二排炮孔，炸药消耗0.35～0.45公斤/吨。大于400毫米的大块率为10～12%，二次破碎炸药消耗0.08—0.1公斤/吨。上分段超前下分段一排炮孔爆破，这样可使放矿椭球体的位置后移，有利于减少矿石损失和贫化。爆下的矿石，在出矿横巷用G—ST5A型3.6米³铲运机运往溜矿井。新鲜风流从下分段出矿横巷经工作面向上穿过爆堆，流入上分段凿岩横巷，最后汇入回风道。

同原法相比，采准切割比从每千吨63米³减为52米³, 矿石损失率从11%减为7.5%，贫化率从16.5%减至12%。矿块工人劳动生产率从5米³/人班提高到7.5米³/人班，每吨矿石采矿成本从2.1卢布降低到1.65卢布。

四   枝状进路无底柱分段崩落法

西德雷欧尼铁矿矿体赋存在石灰石/白云石槽形喀斯特地层中，长约2.8公里，宽约150～350米，厚度数米至50米。上部覆盖层厚约100余米，主要是致密球状结构的上白垩砂层，有时为砂一粘土层。矿石以针铁矿为主，菱铁矿次之，软硬不一，平均含铁42.1%。矿体内常杂有无规律的废石夹层，矿体边缘很不规则。由于产状复杂，地压和涌水大，采用图 3所示的枝状进路逐段回采的无底柱分段崩落法。

图  3  枝状进路无底柱分段崩落法

1—溜矿井：2—上行斜坡道; 3—下行斜坡道; 4—回采平巷; 5 —通风安全天井。

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分段高度5.5米。在运输平巷两侧划分斜采区，采区中央布置回采平巷。在回采平的一侧开凿进路，在另一侧对进路顶部矿柱和靠近崩落区的矿柱进行回采。两侧的作业交替进行。各采区可同时作业，从矿体边缘后退式回采。凿岩使用SIG单机台车和AM50型部分切割式采矿机，出矿使用1.6米³ 铲运机。矿山年产矿石60万吨，地下工效14.2吨，全员劳动生产率12吨/人班。

上述方法的优点是：1.单分段回采，采空区的崩落物有更充分的时间固结，使顶板压力较小而且分布均匀，巷道维护费用相应 降低； 2.采空区崩落速度不太快，矿石损失和贫化较小；3.泥砂流涌出次数少，生产较安全；4.枝状进路对变化无常的矿体边缘有 较强的适应性，还可绕过废石和贫矿弃之不 采；5.进路较短，回采周期也短，承受的压力不会过大。

五   阶段自然崩落法

美国亨德森钼矿产于流纹斑岩中，南北长900米，东西宽660米，厚120～240米，顶部覆盖岩层高约520～1120米, 矿石和围岩都较稳固，裂隙很少，岩石质量指数(RQD)为66,单轴抗压强度35～300兆帕，节理频度1～2英尺，小断层和滑面频度1/34英尺，属于较难崩落类型。考虑到以下因素，仍然选用阶段自然崩落法：1.矿体水平面积大，顶部覆盖岩层很厚，在重力作用下，采取扩大拉底面积的方法，矿石也能自行崩落；2.加大放矿漏斗尺寸，并用大型铲运机出矿，可以大大减少卡矿事故。

阶段高度取120米。如图 4，沿矿体东西方向每24米布置一个盘区，盘区长度即矿体南北向的长度。盘区之间不留矿柱，从两个方向即顺盘区和垂直盘区同时依次连续崩落，使崩落推进线垂直于最大主应力方向(北西39°, 水平下向38°)。出矿平巷按南北方向布置在盘区之间的交界线上，沿平巷两侧每隔12米设一出矿支巷，支巷的方向与最大主应力方向一致，以保护放矿点。支巷以45°的拐角与平巷连接，以便自行设备顺利通行。拉底平巷位于出矿平巷正上方17米处，二者断面均为3.6×3.7米，顶部略呈拱形，用锚杆和喷射混凝土支护。出矿支巷全部用300毫米厚的钢筋混凝土支护，净断面3×3米，在与放矿漏斗相接的眉线处，顶部加厚支护，净高减为2.4米。

图  4  亨德森钼矿阶段自然崩落法底部结构及炮孔布置

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开凿放矿漏斗和拉底的方法颇为新颖。先在出矿支巷中央部位向上开挖一条12米长、8米高的V形槽，然后从两侧的拉底平巷向下钻凿扩漏炮孔，向上钻凿拉底炮孔，孔径76毫米，排距2米，每排5个下向扇形孔，6～7个上向扇形孔。按图中顺序爆破下向炮孔，孔口留一段不爆。以后再通过爆破上向孔和剩余的下向孔进行拉底，一个顶部直径12米、底部宽4.2米、长12米的大漏斗也同时形成。在拉底范围达到120×120米时，矿石开始自行崩落，并以平均0.27米/日的速度垂直向上发展。为了减少废石混入率，在矿体边缘按18米的垂直距离掘迸预裂平巷，向上开凿1.5米宽的预裂槽。从预裂平巷还可掘进检查巷道，以便观察和了解矿石崩落情况，必要时可打眼放炮，进行局部性强制崩落。

爆下或崩落的矿石，在出矿支巷用3.8米³铲运机运往分支溜井。分支溜井沿出矿平巷每100米布置一个，铲运机的运距不超过50米，一台浐运机可服务于5～8个出矿支巷。每4个分支溜井汇集为一个主溜井。矿石经主溜井放至主平峒，用电机车运往选矿厂。

矿山日产矿石2.7万吨，采矿部门共800人，采矿全员劳动生产率高达33吨/人班。

六   阶段强制崩落法

苏联谢列格什铁矿赋存在辉石-石榴石和硅卡岩中，矿石为细粒与中粒磁铁矿，含铁30～33%，坚硬但有裂隙，围岩稳固，大部分巷道不必支护。过去用阶段空场法开采，深孔凿岩，电耙运搬，闸门放矿，矿块生产能力不超过2万吨/月。后来全部改为连续回采的阶段强制崩落法(图 5)，阶段高度70米，矿块走向长～65米，宽～120米。运矿横巷相距27米，在横巷两侧每16米掘进一个振动放矿槽，从放矿槽向上开凿放矿漏斗并进行拉底。同时从上水平向下钻凿深孔，分段爆波形成切割天井。随后，以2～3个炮孔组成的炮孔束进行爆破，将天井扩为6米宽的补偿槽。最后，从上水平钻凿炮孔束（7～9个炮孔组成，炮孔束间距5～6米），以补偿槽为自由面进行大量爆破，顶柱用药室和水平束状炮孔爆破。爆下的矿石用ВДПУ-4TM型振动放矿机装入8吨矿车，用电机车运走。

图  5  谢列格什铁矿阶段强制崩落法

1-运矿横巷; 2-振动放矿槽；3-检査巷道；4-扇形炮孔; 5—补偿槽；6—束状深炮孔; 7-凿岩巷道；8-切割天井。

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同以往的方法相比，切割工作量从4.8米/千吨减为2.66米/千吨，炸药消耗从0.87公斤/吨降至0.53公斤/吨，出矿工效从1400吨/人月增至3420吨/人月，地下工效从14.4吨增至25.6吨，矿山工人劳动生产率从13.5吨/人班提高到22.6吨/人班，矿石成本从0.52卢布/吨降至0.22卢布/吨，经济效果显著。

七   分段留矿崩落法

瑞典基鲁纳铁矿矿体长约4公里，延深2000米，厚度50～150米，平均85米，倾角50°～60°。矿石以磷铁矿为主，坚硬致密，髙磷铁矿和低磷铁矿各占2/3和1/3，含铁60～70%。上盘是不稳固的石英斑岩，下盘是坚固的正长岩。自50年代转为地下开采以来，一直使用无底柱分段崩落法。由于深部地压对进路的危害越来越大，矿石贫化损失日益增加，于1978年开始在一个150米长、100米宽、84米高的区段试验分段留矿崩落法(图 6)。分段高度12米，回采进路垂直走向布置。分段运输平巷位于距矿体下盘10～15米的围岩内，沿分段运输平巷每隔12米掘进回采进路，断面5×4米。

图  6  基鲁纳铁矿分段留矿崩落法

1-分段出矿平巷; 2—运输平巷；3—底部放矿水平；4-通风平巷。

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掘进使用Boomerl31型三机凿岩台车，配BBC120F型凿岩机钻凿φ43毫米、深3.2米的平行炮孔，每组45～50个，其中一个掏槽孔扩φ100毫米。每班可钻2～3组炮孔，凿岩工效达360～380米。爆破除底孔用胶质炸药外，均采用铵油炸药，炸药消耗量0.7公斤/吨。回采使用Simba323型三机凿岩台车，配COP131EL型凿岩机向上钻凿φ51毫米的扇形炮孔，台班效率300～360米。炮孔排距1.8米，每排炮孔总长90～100米。用1.5吨风动装药车向孔内装填铵油炸药，用毫秒电雷管起爆，每排炮孔崩矿700吨。每次爆破后，只运出部分矿石，其余的留在采场内。运距小于150米时，用Cat980型3.8米⁸前装机将矿石运往溜矿井，台班效率600～700吨。运距超过150米，用蟹爪装载机配2台K-162型25吨自卸汽车出矿，三人一组，每班可装运矿石1000～1500吨。

采完一个分段后，再采下一分段，直到采完最下面的分段。这时，整个采场内充满矿石，随即从底部大量放矿。这一方法兼采留矿法和崩落法之长，其优点是：1.矿石与废石的接触机会大大减少，估计仅为原先的1/30, 加上靠近上盘的矿石最后放出，留下的矿石对上盘能起一定支护作用，贫化率可减少50%或更多；2.在进路内只运出少量矿石，因而进路的回采速度快，需要维护的时间也短，支护费用相应减少；3.底部出矿水平的通风条件较好；4.由于废石混入量大大减少，选矿费用显著降低。

试验工作历时7年，结果令人满意，矿石贫化率从25%降为10～15%。损失率略有增加，主要原因是扇形炮孔精度不够，破碎质量尚不理想。如使用精度更高的凿岩设备，可减少炮孔偏差，使损失率降到预定指标。

八   无底柱阶段自然崩落法

瑞典马尔姆贝格特铁矿有一保安矿柱，高约160米，宽50～60米，厚30～40米，倾角65°～75°。由于多年未采，上盘地压很大，不宜用分段崩落法开采。为此，试用无底柱阶段自然崩落法。这一方法的实质是，沿下盘和采矿场底部全面切割，使矿石自行崩落，崩下的矿石从下盘各个分段横巷的端部放出，这样便不必在采矿场底部设置放矿漏斗，底部结构相应取消。

如图 7，首先从原有的一个通风斜井内，每隔20米垂直距离掘进分段横巷，接着沿下盘掘进断面22米²的脉内切割平巷，同时用Alimak爬罐掘进二个断面6米²的切割天井，天井间距12米。然后在切割平巷内用BBC—120F型架式凿岩机钻凿与天井平行的深炮孔，孔径51毫米，工效50～65米。装药爆破后，形成150米²的切割槽。底部切割使用Simba22型扇形孔双机台车，台班效率，200米。为了加快放矿速度，最下面二个分段各设4条出矿横巷，用Joy三机台车掘进，工效1.5米。出矿横巷用喷射混凝土支护，部分地区用金属网加固。用Cat98f0型前装机出矿，将矿石卸入溜矿井。出矿工作队, 由21人组成，每天二班作业，使用三台前装机和一台装药车，负责装药、爆破和出矿，工效达250吨，平均每班出矿2500～3000吨。在出矿过程中，由于重视取样分析工作，贫化率仅10～13%，损失率约20%。同该矿分段崩落法相比，出矿品位从49%提高到53.7%，溜井放出矿石的成本从3克朗/吨降为1克朗/吨，经济效益相当可观。

图  7  无底柱阶段自然崩落法

1—原有斜井；2—分段横巷：3-切割平巷: 4—切割槽：5—拉底；6—出矿横巷。

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