一、引言
在采矿领域，地下采矿方法根据地压管理方式的不同，大致可以分为空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法三大类。每种方法都有其独特的适用条件和优势，同时也伴随着特定的挑战。本文将深入探讨崩落采矿法的基本概念、基本特征、适应条件、方案优缺点以及主要的基本内容，旨在为相关领域的研究者和从业者提供全面而深入的理解。
二、崩落采矿法的基本概念
崩落采矿法，顾名思义，是一种随着回采工作面的推进，有计划地崩落围岩以填充采空区，从而管理地压的采矿方法。这种方法的核心在于，在崩落矿石的同时，通过强制或自然的方式崩落围岩，使其充填到采空区中，以达到控制和管理地压的目的。
崩落采矿法的实施，需要精确地控制崩落的范围和程度，以确保采空区得到及时、有效的填充，同时避免对周边岩石和地表造成过大的破坏。这一过程中，崩落的围岩不仅起到了填充采空区的作用，还通过其自身的重量和稳定性，对采场的地压进行了有效的控制和管理。
三、崩落采矿法的基本特征
崩落采矿法的基本特征主要体现在以下几个方面：
崩落围岩和覆盖岩石控制地压：
在崩落采矿法中，崩落围岩是控制和管理地压的主要手段。随着采矿工作面的推进，有计划地崩落采场顶板或两帮的围岩，使其充填到采空区中，从而有效地控制了采场地压。此外，在某些情况下，矿石和围岩会同时崩落，然后在崩落的围岩下直接进行矿石的放出。这种模式下，崩落的围岩同样起到了覆盖和保护矿石的作用。单步骤回采矿块：
崩落采矿法实现了单步骤的回采矿块，与空场采矿法相比，避免了在回采矿柱时可能出现的安全条件差的问题。在崩落采矿法中，采场按照顺序依次推进，从上往下进行回采，既消除了安全隐患，又减少了矿柱的损失。适应性强：
崩落采矿法能够适应各种地质条件，包括急倾斜、中厚或厚大矿体等。这种方法的灵活性使其在各种复杂的采矿环境中都能得到应用。使用大型无轨采掘设备：
崩落采矿法通常使用大型的无轨采掘设备，如基律纳铁矿所采用的大型的上向式凿岩台车等。这些设备的使用不仅提高了生产效率，还降低了成本，使得崩落采矿法在经济上更具竞争力。损失贫化较高：
然而，崩落采矿法也存在一些缺点。由于放矿过程中在覆盖岩石下进行，废石往往会混入到矿石的放出中，导致贫化率较高。同时，由于形成了端部和侧帮的矿石损失，损失贫化率相比充填采矿法要高。地表塌陷和环境问题：
此外，崩落采矿法还可能导致地表的塌陷和环境问题。随着采空区的不断扩大和围岩的崩落，地表可能会出现塌陷和裂缝等现象。这些现象不仅会对周边环境造成破坏，还可能引发一系列的环境问题和社会问题。
四、崩落采矿法的适应条件
崩落采矿法的适应条件主要包括以下几个方面：
地表允许塌陷：
地表允许塌陷是崩落采矿法最根本也是最重要的条件。由于崩落采矿法会导致采空区的扩大和围岩的崩落，进而可能导致地表的塌陷。因此，在采用崩落采矿法之前，必须确保地表允许塌陷，以避免对周边环境造成过大的破坏。随着国家对环境生态的要求越来越严格，崩落地表允许的程度也越来越受到重视。在进行崩落采矿法之前，必须进行全面的地质勘察和环境评估，以确保采矿活动不会对周边环境造成过大的影响。
围岩易于崩落成块状：
围岩易于崩落成块状是崩落采矿法的理想条件之一。如果围岩过于坚硬或过于松散，都难以实现有效的崩落和填充。因此，在选择崩落采矿法时，必须考虑围岩的崩落性。此外，矿石中稳固以上的急倾斜、中厚或厚大矿体也是崩落采矿法的理想地质条件。这些矿体的形状和大小使得崩落采矿法能够更有效地进行回采和填充。
矿山开采的经济条件：
矿山开采的经济条件也是影响崩落采矿法选择的重要因素之一。由于崩落采矿法的损失贫化率较高，因此这种方法更适用于价值不高的矿体或低品位的矿体回采。如果矿体的价值较高或品位较高，那么采用其他采矿方法可能会更为经济可行。
五、崩落采矿法的方案优缺点
崩落采矿法的方案优缺点主要体现在以下几个方面：
（一）优点
高效性：
崩落采矿法实现了采矿过程的高效性。由于采用了单步骤回采矿块的方式，消除了空场采矿法中回采矿柱时的安全条件差和矿柱损失问题。同时，使用大型无轨采掘设备进一步提高了生产效率，使得崩落采矿法能够在短时间内完成大量的采矿任务。经济性：
尽管崩落采矿法的损失贫化率较高，但在某些情况下，其经济性仍然具有优势。特别是对于价值不高的矿体或低品位的矿体来说，采用崩落采矿法可以以较低的成本进行回采。此外，由于崩落采矿法通常不需要进行复杂的支护和填充工作，因此也节省了相应的成本。适应性强：
崩落采矿法具有很强的适应性，能够适应各种复杂的地质条件。无论是急倾斜、中厚还是厚大矿体，崩落采矿法都能够进行有效的回采。这种灵活性使得崩落采矿法在各种类型的矿山中都能得到广泛的应用。
（二）缺点
损失贫化高：
崩落采矿法的主要缺点之一是损失贫化较高。由于放矿过程中在覆盖岩石下进行，废石往往会混入到矿石的放出中，导致贫化率较高。这不仅降低了矿石的品位和质量，还增加了后续处理过程的难度和成本。地表塌陷和环境问题：
崩落采矿法还可能导致地表塌陷和环境问题。随着采空区的不断扩大和围岩的崩落，地表可能会出现塌陷和裂缝等现象。这些现象不仅会对周边环境造成破坏，还可能引发一系列的环境问题和社会问题。因此，在采用崩落采矿法时，必须充分考虑其对环境的影响，并采取相应的措施进行保护和治理。安全风险：
尽管崩落采矿法实现了单步骤回采矿块的方式，消除了部分安全风险，但在实际操作过程中仍存在一定的安全隐患。例如，围岩崩落过程中可能产生飞石和冲击波等危险因素；采空区不断扩大可能导致地表塌陷和地压增大等风险。因此，在采用崩落采矿法时，必须严格遵守安全规程和操作规程，确保人员和设备的安全。
六、崩落采矿法的主要基本内容
崩落采矿法的主要基本内容包括以下几个方面：
采矿方法的选择：
在选择崩落采矿法时，需要根据矿体的地质条件、开采条件和经济条件等因素进行综合考虑。通过对比不同采矿方法的优缺点和适用范围，选择最适合的崩落采矿法进行回采。采矿参数的设计：
崩落采矿法的采矿参数设计包括回采顺序、崩落步距、崩落高度等。这些参数的设计需要根据矿体的形状和大小、围岩的性质以及开采设备的能力等因素进行综合考虑。通过合理的参数设计，可以确保采矿过程的顺利进行和采矿效率的提高。采空区的处理：
在崩落采矿法中，采空区的处理是一个重要的环节。随着回采工作面的推进，采空区不断扩大，需要及时进行填充和处理。填充材料可以选择废石、尾砂等，通过合理的填充方式和填充量，可以有效地控制采空区的稳定性和安全性。地压管理与控制：
崩落采矿法中的地压管理与控制是确保采矿过程安全稳定的关键。通过合理的崩落方式和崩落量，可以控制采场的地压并防止其过大增长。同时，还可以采用支护措施如锚杆、锚索等来提高围岩的稳定性。环境保护与治理：
崩落采矿法可能导致地表塌陷和环境问题，因此需要采取相应的措施进行环境保护和治理。例如，在采矿过程中可以采取合理的开采方式和开采顺序来减少地表塌陷的风险；在采矿结束后可以对采空区进行回填和复垦等恢复措施来减少对环境的影响。
七、崩落采矿法的具体方法
崩落采矿法主要包括以下几种具体方法：
（一）无底柱分段崩落法
无底柱分段崩落法是一种常用的崩落采矿法。该方法的主要特点是在回采工作面下方不设置底柱（即支柱或支撑结构），而是直接利用崩落的围岩进行填充。无底柱分段崩落法适用于中厚以上急倾斜矿体的开采，具有结构简单、作业安全、生产效率高等优点。然而，由于不设置底柱，需要严格控制崩落范围和程度以避免对周边岩石和地表造成过大的破坏。
（二）有底柱分段崩落法
有底柱分段崩落法是在回采工作面下方设置底柱的一种崩落采矿法。底柱的设置可以有效地控制崩落范围和程度，并起到支撑作用。该方法适用于厚大矿体的开采，具有回采效率高、矿石贫化率低等优点。然而，由于底柱的设置增加了采矿成本和安全风险，因此需要合理确定底柱的尺寸和位置，并采取有效的支护措施来确保底柱的稳定性。
在有底柱分段崩落法中，底柱的设计是关键。底柱的尺寸需要根据矿体的厚度、围岩的性质以及开采设备的能力等因素进行综合考虑。底柱过大会增加采矿成本和安全风险，而底柱过小则可能无法起到有效的支撑作用。因此，需要通过合理的计算和模拟来确定底柱的最优尺寸。
同时，底柱的位置也需要仔细考虑。底柱应该设置在回采工作面的下方，并能够有效地支撑崩落的围岩。为了确保底柱的稳定性，还可以采用锚杆、锚索等支护措施来加强底柱的承载能力。
在有底柱分段崩落法的实际应用中，需要注意以下几点：
合理确定回采顺序：回采顺序对于控制崩落范围和程度至关重要。需要根据矿体的形状和大小、围岩的性质以及开采设备的能力等因素来确定合理的回采顺序。
加强支护措施：由于底柱的设置增加了安全风险，因此需要加强支护措施来确保底柱和周边岩石的稳定性。可以采用锚杆、锚索等支护材料来提高岩石的承载能力。
及时填充采空区：随着回采工作面的推进，采空区不断扩大，需要及时进行填充处理。可以采用废石、尾砂等材料进行填充，以控制采空区的稳定性和安全性。
（三）自然崩落法
自然崩落法是一种利用矿石和围岩的自然应力差异来实现崩落的采矿方法。该方法不需要进行人工爆破或机械崩落，而是利用矿石和围岩之间的自然应力差异来使围岩自然崩落。自然崩落法适用于矿石和围岩之间应力差异较大、矿体形状规则的矿体开采。
自然崩落法的优点在于能够降低采矿成本和提高生产效率。由于不需要进行人工爆破或机械崩落，因此可以节省相应的设备和人力成本。同时，由于自然崩落法的回采过程相对简单，因此可以提高生产效率。
然而，自然崩落法也存在一些限制和挑战。首先，该方法需要矿石和围岩之间存在一定的应力差异才能实现自然崩落。如果应力差异不足或矿体形状不规则，则可能无法实现有效的崩落。其次，自然崩落法的崩落范围和程度难以精确控制，可能会对周边岩石和地表造成一定的破坏。
在自然崩落法的实际应用中，需要注意以下几点：
精确评估应力差异：在采用自然崩落法之前，需要对矿石和围岩之间的应力差异进行精确评估。可以通过地质勘探、应力测量等手段来获取相关数据和信息。
合理确定崩落范围：根据矿石和围岩的应力差异以及矿体的形状和大小来确定合理的崩落范围。需要避免崩落范围过大导致对周边岩石和地表造成过大的破坏。
加强监测和预警：在自然崩落法的回采过程中，需要加强监测和预警工作。可以通过设置监测仪器和设备来实时监测崩落过程和围岩的稳定性情况，及时发现并处理潜在的安全隐患。
（四）方框的基本理论
方框的基本理论是崩落采矿法中的一种重要理论。该理论认为，在崩落采矿法中，可以将矿体划分为若干个方框（或称为块段），每个方框内独立进行回采和崩落作业。通过合理划分方框和控制崩落过程，可以实现矿体的有效开采和地压的有效管理。
方框的基本理论具有以下优点：
提高采矿效率：通过合理划分方框和控制崩落过程，可以实现矿体的有序开采和高效回采。同时，可以减少不必要的废石混入和矿石损失，提高采矿效率。
降低安全风险：方框的基本理论强调对崩落过程的控制和监测。通过实时监测崩落过程和围岩的稳定性情况，可以及时发现并处理潜在的安全隐患，降低安全风险。
优化资源利用：通过合理划分方框和控制崩落过程，可以实现对矿体资源的最大化利用。同时，可以减少对周边岩石和地表的破坏和影响，保护生态环境。
八、崩落采矿法的应用实践
崩落采矿法在国内外众多矿山中得到了广泛应用。以下是一些典型的应用实践案例：
（一）国内某铁矿的应用实践
国内某铁矿采用无底柱分段崩落法进行开采。该矿体属于急倾斜中厚矿体，矿石品位较高但稳定性较差。通过采用无底柱分段崩落法，该矿山实现了高效、安全的开采作业。同时，通过加强支护措施和及时填充采空区等手段，有效控制了地压和保证了采矿过程的稳定性。
（二）国外某铜矿的应用实践
国外某铜矿采用有底柱分段崩落法进行开采。该矿体属于厚大矿体且矿石品位较高。通过合理确定底柱的尺寸和位置以及采用有效的支护措施等手段，该矿山实现了高效、低贫化的开采作业。同时，通过加强监测和预警工作以及及时调整回采顺序和崩落范围等措施，有效控制了崩落过程和对周边岩石的破坏。
（三）国内外自然崩落法的应用实践
自然崩落法在国内外也有广泛的应用实践。例如，在某些大型露天矿山中，由于矿石和围岩之间的应力差异较大，可以采用自然崩落法来实现矿石的开采。通过精确评估应力差异、合理确定崩落范围以及加强监测和预警等措施，这些矿山实现了高效、低成本的开采作业。
九、总结
崩落采矿法是一种重要的地下采矿方法，具有高效性、适应性强等优点，在国内外众多矿山中得到了广泛应用。然而，在实际应用中也需要面对一些挑战和问题，如地表塌陷、生态负效应和损失贫化等。为了应对这些挑战和问题，需要加强技术创新和研发、优化采矿参数和工艺以及加强环境保护和生态修复等工作。通过这些措施的实施和推广，可以推动崩落采矿法的可持续发展和进步。
参考教材：
中南大学《地下采矿法》，黄仁东、高峰、胡建华
华北理工大学《地下矿山开采设计技术》 甘德清、孙光华、李占金 编著
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