選擇採煤方法的基本原理取決於地形、煤層的幾何形狀、上覆岩石的地質以及環境要求或限制等因素。 然而，壓倒這些的是經濟因素。 它們包括： 所需勞動力的可用性、質量和成本（包括訓練有素的主管和經理的可用性）； 為工人提供足夠的住房、飲食和娛樂設施（尤其是當礦山遠離當地社區時）； 提供必要的設備和機器以及受過操作培訓的工人； 工人、必要供應品以及將煤炭運送給用戶或購買者的可用性和運輸成本； 運營所需資金的可用性和成本（以當地貨幣計）； 以及特定類型煤炭的市場（即其可能的銷售價格）。 一個主要因素是 剝離比，即要去除的覆蓋層物質的量與可開采的煤量成比例； 隨著這種情況的增加，採礦成本變得不那麼有吸引力。 一個重要的因素，尤其是在露天採礦中，不幸的是，在等式中經常被忽視，這是在採礦作業關閉時恢復地形和環境的成本。

健康與安全

另一個關鍵因素是保護礦工健康和安全的成本。 不幸的是，特別是在小規模作業中，在決定是否應該開採煤炭或如何開採煤炭時，人們沒有考慮權衡，而是經常忽視或草率採取必要的保護措施。

實際上，儘管總是存在未預料到的危險——它們可能來自自然因素而不是採礦作業——但只要各方都承諾安全作業，任何採礦作業都是安全的。

露天煤礦

根據地形、開採區域和環境因素，煤炭的露天開採可採用多種方法。 所有方法都涉及去除覆蓋層材料以提取煤。 雖然通常比地下採礦更安全，但地面作業確實存在一些必須解決的特定危險。 其中最突出的是使用重型設備，除了事故外，還可能涉及暴露於廢氣、噪音以及接觸燃料、潤滑劑和溶劑。 大雨、冰雪、能見度低和過熱或過冷等氣候條件可能會加劇這些危害。 當需要爆破來打碎岩層時，需要在儲存、處理和使用炸藥時採取特殊的預防措施。

地面作業需要使用巨大的廢物堆來儲存覆蓋層產品。 必須實施適當的控制措施以防止傾倒失敗並保護員工、公眾和環境。

地下採礦

地下開採也有多種方法。 它們的共同點是開闢從地表到煤層的隧道，並使用機器和/或炸藥來開採煤炭。 除了事故頻發——只要有統計數據，煤礦在危險工作場所名單中名列前茅——發生涉及多人死亡的重大事故的可能性始終存在於地下作業中。 造成此類災難的兩個主要原因是隧道工程設計錯誤導致的塌陷，以及甲烷和/或空氣中易燃煤塵的積聚導致的爆炸和火災。

甲烷

甲烷在濃度為 5% 到 15% 時具有高度爆炸性，並且是許多礦難的原因。 最好的控制方法是提供足夠的氣流，將氣體稀釋到低於其爆炸範圍的水平，並從工作區迅速排出。 必須持續監測甲烷水平，並製定規則以在其濃度達到 1% 至 1.5% 時關閉作業，並在其濃度達到 2% 至 2.5% 時立即撤離礦井。

煤炭粉末

如果被礦工吸入，除了會引起黑肺病（炭疽病）外，當細粉塵與空氣混合併被點燃時，煤塵還會爆炸。 空氣中的煤塵可以通過噴水和排氣通風來控制。 它可以通過過濾再循環空氣來收集，也可以通過添加足量的石粉來中和，使煤塵/空氣混合物惰性化。

上一頁

世界各地的地下礦山呈現出千變萬化的方法和設備。 約有650座地下礦山，年產量超過150,000萬噸，佔西方世界礦石產量的90%。 此外，據估計還有 6,000 個較小的礦山，每個礦山的產量都低於 150,000 噸。 每個礦山的工作場所、設施和地下作業都是獨一無二的，這取決於所尋找的礦物種類、位置和地質構造，以​​及特定礦物的市場和投資資金的可用性等經濟因素。 一些礦山已經連續運營了一個多世紀，而另一些礦山才剛剛起步。

礦山是危險的地方，大部分工作都涉及繁重的勞動。 工人們面臨的危險範圍從塌陷、爆炸和火災等災難到事故、粉塵暴露、噪音、高溫等等。 保護工人的健康和安全是正確進行採礦作業的主要考慮因素，並且在大多數國家/地區，法律法規都要求這樣做。

地下礦井

地下礦山是位於地球內部基岩中的工廠，礦工們在其中工作以回收隱藏在岩體中的礦物。 他們鑽孔、裝藥和爆破以獲取和回收礦石，即含有多種礦物的岩石，其中至少一種可以加工成可以出售以獲利的產品。 礦石被帶到地表以提煉成高品位精礦。

在地表以下深處的岩體內部工作需要特殊的基礎設施：與地表相連的豎井、隧道和腔室網絡，允許工人、機器和岩石在礦井內移動。 豎井是通往地下的通道，橫向通道將豎井站與生產採場連接起來。 內部坡道是一個傾斜的巷道，連接不同高度（即深度）的地下層。 所有地下開口都需要排氣通風和新鮮空氣、電力、水和壓縮空氣、排水系統和收集地下滲漏水的泵以及通信系統等服務。

起重設備和系統

井架是一座高大的建築物，可以識別地表上的地雷。 它直接位於豎井上方，豎井是礦山的主幹道，礦工通過它進出他們的工作場所，供應品和設備也通過它下降，礦石和廢料也通過它被提升到地表。 豎井和提昇機的安裝取決於容量、深度等的需要。 每個地雷必須至少有兩個豎井，以便在緊急情況下提供備用逃生路線。

起重和豎井運行受嚴格的規定約束。 起重設備（例如捲揚機、制動器和繩索）的設計具有足夠的安全裕度，並定期進行檢查。 站在籠子頂部的人定期檢查豎井內部，所有站點的停止按鈕都會觸發緊急制動。

當籠子不在車站時，豎井前面的門會擋住開口。 當籠子到達並完全停止時，一個信號清除門打開。 礦工進入籠子並關閉閘門後，另一個信號清除籠子，以便向上或向下移動豎井。 做法各不相同：信號命令可能由網箱招標發出，或者按照每個豎井站張貼的說明，礦工可以為自己發出豎井目的地信號。 礦工普遍對豎井騎行和提升的潛在危險很清楚，很少發生事故。

金剛石鑽孔

在開始採礦之前，必須繪製岩石內的礦藏圖。 有必要知道礦體所在的位置並定義其寬度、長度和深度，以實現礦床的三維視覺。

金剛石鑽孔用於勘探岩體。 鑽孔可以從地表或地下礦井的巷道進行。 鑲嵌著小鑽石的鑽頭切割出一個圓柱形岩心，該岩心被捕獲在鑽頭後面的管柱中。 取回並分析岩心以找出岩石中的物質。 檢查岩心樣品，分離礦化部分並分析金屬含量。 需要廣泛的鑽探計劃來定位礦床； 以水平和垂直間隔鑽孔以確定礦體的尺寸（見圖 1）。

圖 1. 瑞典 Garpenberg 鉛鋅礦的鑽孔圖

礦山開發

礦山開發涉及建立採場生產所需的基礎設施和為未來的連續性運營做準備所需的挖掘工作。 常規元素均由鑽爆開挖技術產生，包括水平巷道、傾斜坡道和垂直或傾斜抬高。

豎井下沉

豎井掘進涉及向下推進的岩石開挖，通常分配給承包商而不是由礦山人員完成。 它需要有經驗的工人和專用設備，如鑿井井架、大吊鬥掛在繩索上的專用提昇機和仙人掌式抓斗式豎井出渣裝置。

鑿井工作人員面臨著各種危險。 他們在深的垂直挖掘的底部工作。 人、材料和爆破的岩石都必須共用一個大桶。 井底人員無處躲避墜物。 顯然，鑿井不適合沒有經驗的人。

漂移和斜坡

平巷是用於運輸岩石和礦石的水平通道隧道。 巷道開挖是礦山開發中的一項常規活動。 在機械化礦井中，雙臂電動液壓台車用於工作面鑽孔。 典型的漂移剖面為 16.0 m² 在剖面上，工作面鑽孔深度為 4.0 m。 這些孔用特殊裝料卡車上的炸藥（通常是散裝硝酸銨燃料油 (ANFO)）以氣動方式裝填。 使用短延時非電 (Nonel) 雷管。

使用鏟斗容量約為 2 m 的（裝載-運輸-傾卸）LHD 車輛（見圖 3.0）進行出渣³. 渣土被直接拖到礦石通過系統，然後轉移到卡車上進行更長的運輸。 坡道是連接一層或多層的通道，坡度從 1:7 到 1:10（與普通道路相比坡度非常陡），可為重型自行推進設備提供足夠的牽引力。 坡道通常向上或向下螺旋驅動，類似於螺旋樓梯。 坡道開挖是礦山開發計劃中的一項常規工作，使用與平巷相同的設備。

圖 2. LHD 裝載機

阿特拉斯·科普柯

提高

抬升是連接礦井不同樓層的垂直或陡峭傾斜的開口。 它可以用作通往採場的階梯通道、礦石通道或礦井通風系統中的氣道。 飼養是一項艱鉅而危險的工作，但卻是必不可少的工作。 提升方法多種多樣，從簡單的手動鑽孔和爆破到使用天井鑽孔機 (RBM) 的機械岩石開挖（見圖 3）。

圖 3. 養育方式

手動提升

人工提升是一項艱鉅、危險和體力勞動，挑戰礦工的敏捷性、力量和耐力。 這是一項只能分配給身體狀況良好的經驗豐富的礦工的工作。 通常，升高部分被木結構牆分成兩個隔間。 一個是敞開的，用於爬到工作面的梯子、空氣管道等。另一個充滿了爆破後的岩石，礦工在鑽圓孔時用作平台。 每輪結束後木材分型都會延長。 這項工作涉及爬梯子、伐木、鑿岩和爆破，所有這些都在狹窄、通風不良的空間內完成。 這一切都是由一個礦工完成的，因為沒有幫手的空間。 礦山正在尋找替代危險且費力的人工提升方法的方法。

加高登山者

raise climber 是一種避免爬梯子和手動方法的大部分困難的車輛。 該車輛在用螺栓固定在岩石上的導軌上爬升，並在礦工在上方鑽孔時提供堅固的工作平台。 非常高的抬升可以用抬升登山器進行挖掘，與手動方法相比，安全性大大提高。 然而，加高挖掘仍然是一項非常危險的工作。

天井鑽孔機

RBM 是一種強大的機器，可以機械破碎岩石（見圖 4）。 它豎立在計劃抬升的頂部，並鑽了一個直徑約 300 毫米的先導孔，以在較低水平的目標處突破。 導向鑽由直徑為預期提升的鉸刀頭代替，RBM ​​反向放置，旋轉並向上拉鉸刀頭以創建全尺寸圓形提升。

圖 4. 反井鑽機

阿特拉斯·科普柯

地面控制

對於在岩體內部工作的人員來說，地面控制是一個重要的概念。 這在使用橡膠輪式設備的機械化礦山中尤為重要，其中巷道開口為 25.0 m² 在截面上，與通常只有 10.0 m 的鐵路平移的礦井相比². 5.0 m 處的屋頂太高，礦工無法使用比例尺檢查潛在的落石情況。

使用不同的措施來固定地下開口中的屋頂。 在光面爆破中，輪廓孔被緊密地鑽在一起，並裝有低強度炸藥。 爆破產生光滑的輪廓，而不會壓裂外部岩石。

然而，由於岩體中經常存在表面不顯露的裂紋，落石是一種無處不在的危險。 岩石錨桿連接降低了風險，即將鋼棒插入鑽孔並固定它們。 錨桿將岩體固定在一起，防止裂縫擴展，有助於穩定岩體，使地下環境更加安全。

地下採礦方法

採礦方法的選擇受礦床的形狀和大小、所含礦物的價值、岩體的成分、穩定性和強度以及產量和安全工作條件的要求（有時相互矛盾）的影響). 雖然採礦方法自古以來一直在發展，但本文主要關注 XNUMX 世紀後期在半機械化和全自動採礦中使用的方法。 每個礦山都是獨一無二的，但它們都以安全的工作場所和有利可圖的業務運營為目標。

平房柱式開採

房柱法適用於水平傾角不超過20°的板狀礦化體（見圖5）。 礦床通常是沉積成因，岩石通常位於上盤和礦化區（這裡是一個相對的概念，因為礦工可以選擇安裝岩石螺栓來加固其穩定性有疑問的屋頂）。 房柱法是主要的地下採煤方法之一。

圖 5. 扁平礦體的房柱式開採

房柱法通過沿多面前緣推進的水平鑽孔提取礦體，在生產前緣後方形成空室。 柱子，岩石部分，留在房間之間以防止屋頂塌陷。 通常的結果是房間和柱子的規則圖案，它們的相對大小代表了保持岩體穩定性和盡可能多地提取礦石之間的折衷。 這涉及對支柱強度、屋頂層跨度和其他因素的仔細分析。 岩石螺栓通常用於增加支柱中岩石的強度。 已採空的採場用作卡車將礦石運送到礦山儲料倉的道路。

房柱式採場工作面像平移一樣進行鑽孔和爆破。 採場寬度和高度對應於巷道的大小，可以相當大。 正常高度礦山使用大型生產鑽車； 緊湊型鑽機用於礦石厚度小於 3.0 m 的地方。 厚礦體從頂部開始分步開採，這樣頂板就可以固定在礦工方便的高度。 通過在上方空間鑽平孔和爆破，將下方部分恢復為水平切片。 礦石在工作面裝上卡車。 通常，使用常規的前端裝載機和自卸卡車。 對於低高度礦山，可提供專用礦車和鏟運車。

房柱法是一種高效的採礦方法。 安全取決於開放房間的高度和地面控制標準。 主要風險是落石和移動設備造成的事故。

斜房柱式開採

斜房柱法適用於與水平面呈 15° 和 30° 夾角或傾角的板狀礦化。 對於橡膠輪胎車輛來說，這個角度太陡，無法攀爬，對於重力輔助岩石流動來說，這個角度太平。

傾斜礦體的傳統方法依賴於手工勞動。 礦工們用手持鑿岩機在採場上鑽爆破孔。 採場用泥漿刮刀清潔。

傾斜的採場是一個很難工作的地方。 礦工們必須帶著鑿岩機、牽引滑輪和鋼絲爬上陡峭的爆破岩石堆。 除了落石和事故外，還有噪音、灰塵、通風不良和高溫等危害。

傾斜礦床適於機械化的，採用“階梯房開採”。 這是基於將“困難傾角”下盤轉變成“階梯”，階梯的角度適合無軌機器。 這些階梯是由採場和運輸道以選定角度穿過礦體的菱形圖案產生的。

礦石開採從水平採場驅動開始，從聯合通道-運輸巷道分支出來。 初始採場是水平的，沿著上盤。 下一個採場從更遠的一段距離開始，並遵循相同的路線。 向下重複此過程以創建一系列提取礦體的步驟。

留下礦化部分以支撐上盤。 這是通過將兩個或三個相鄰的採場驅動器開採到全長，然後開始下一個向下一個採場驅動器，在它們之間留下一個細長的支柱來完成的。 這根柱子的部分以後可以作為從下面的採場鑽孔和爆破的切口來恢復。

現代無軌設備很好地適應了階梯房採礦。 停車可以完全機械化，使用標準的移動設備。 爆破的礦石由 LHD 車輛收集在採場中，並轉移到礦用卡車上以運輸到豎井/礦石通道。 如果採場不夠高，無法裝卡車，可以將卡車裝在運輸車道中開挖的特殊裝卸區。

收縮停止

收縮回採可稱為“經典”採礦方法，可能是上個世紀大部分時間裡最流行的採礦方法。 它在很大程度上已被機械化方法所取代，但仍在世界各地的許多小礦山中使用。 適用於賦存於合格岩體中邊界規則、傾角陡峭的礦床。 此外，爆破的礦石不得受到斜坡儲存的影響（例如，硫化礦石暴露在空氣中容易氧化和分解）。

其最突出的特點是使用重力流進行礦石處理：來自採場的礦石通過溜槽直接落入軌道車，避免了人工裝載，而人工裝載是傳統上最常見但最不受歡迎的採礦工作。 直到 1950 世紀 XNUMX 年代氣動搖臂鏟的出現，才出現了適用於地下礦井裝載岩石的機械。

收縮回採以水平切片的方式提取礦石，從採場底部開始向上推進。 大部分爆破的岩石留在採場中，為礦工在頂板鑽孔提供工作平台，並有助於保持採場壁穩定。 由於爆破增加了約 60% 的岩石體積，在停止過程中約有 40% 的礦石被抽到底部，以在渣土堆頂部和頂部之間保持工作空間。 剩餘礦石在爆破達到採場上限後提取。

從渣土堆頂部工作的必要性和升降梯通道阻止了採場中機械化設備的使用。 只能使用足以讓礦工單獨處理的輕型設備。 氣腿式鑿岩機的總重量為 45 公斤，是收縮採場鑽孔的常用工具。 站在渣土堆的頂部，礦工拿起鑽機/進給器，固定支腿，將鑿岩機/鑽鋼支撐在屋頂上並開始鑽孔； 這不是一件容易的工作。

填挖法採礦

填挖法適用於岩體中的陡傾礦床，具有良好至中等穩定性。 它從底部切割開始以水平切片的形式去除礦石並向上推進，從而允許調整採場邊界以遵循不規則礦化。 這允許有選擇地開採高品位部分，而將低品位礦石留在原地。

採場清理乾淨後，回填採空空間以形成下一個切片開採時的工作平台，並增加採場壁的穩定性。

無軌環境下的挖填採礦開發包括在主層沿著礦體的下盤運輸驅動、採場底切設有用於液壓回填的排水溝、在下盤開挖的螺旋坡道以及入口道岔採場和從採場抬高到上面的高度以進行通風和填料運輸。

過手停止 與挖填法一起使用，以乾岩石和水硬砂作為回填材料。 Overhand 是指通過爆破 3.0 m 至 4.0 m 厚的切片從下方鑽取礦石。 這樣就可以在不中斷的情況下鑽探整個採場區域並爆破整個採場。 “鞋面”孔是用簡單的馬車鑽鑽的。

上孔鑽孔和爆破為屋頂留下了粗糙的岩石表面； 出土後高度約為7.0m。 在允許礦工進入該區域之前，必須通過對鬆散岩石進行平滑爆破和隨後的縮放來修整屋頂輪廓來固定屋頂。 這是由礦工使用手持式鑿岩機在渣土堆中作業完成的。

In 前面停止，無軌設備用於礦石生產。 砂尾礦用於回填，並通過塑料管道分佈在地下採場中。 採場幾乎完全被填滿，形成了足夠堅硬的表面，橡膠輪胎設備可以通過。 採場生產完全機械化，配備漂移式巨型卡車和 LHD 車輛。 採場工作面是橫跨採場的 5.0 m 垂直牆，其下方有 0.5 m 的開槽。 在工作面鑽出五米長的水平孔，並在敞開的底部槽中爆破礦石。

單次爆破產生的噸位取決於工作面面積，無法與上部採場爆破產生的噸位相提並論。 然而，無軌設備的產量大大優於人工方法，而頂板控制可以由鑽車完成，鑽車與採場爆破一起鑽出光滑的爆破孔。 LHD 車輛配備超大鏟斗和大輪胎，是一種用於出渣和運輸的多功能工具，可輕鬆在填土面上行駛。 在雙面採場中，鑽車在一側進行作業，而鏟運機在另一端處理渣土，從而有效利用設備並提高產量。

分段停止 去除露天採場中的礦石。 採礦後用固結填料回填採場允許礦工稍後返回以恢復採場之間的柱子，從而實現非常高的礦藏回收率。

分段停止的開發是廣泛而復雜的。 礦體被分成垂直高度約為 100 m 的部分，其中準備了分段並通過傾斜的坡道連接。 礦體部分進一步橫向劃分為交替的採場和礦柱，並在底部的下盤創建了一個郵件運輸驅動器，並帶有用於抽取點裝載的切口。

開採後，分段採場將是一個橫跨礦體的矩形開口。 採場的底部呈 V 形，以便將爆破材料匯集到抽取點。 深孔鑽機的鑽孔巷道在上層準備（見圖 6）。

圖 6. 使用環鑽和橫切加載的分段回採

爆破需要空間讓岩石體積膨脹。 這就需要在深孔爆破開工前準備好幾米寬的槽口。 這是通過將採場底部到頂部的抬高擴大到一個完整的槽來實現的。

打開槽孔後，深孔鑽機（見圖 7）開始在分段巷道中進行生產鑽孔，精確遵循爆破專家設計的詳細計劃，該計劃規定了所有爆破孔、開孔位置、孔的深度和方向。 鑽機繼續鑽孔，直到完成一層上的所有環。 然後轉移到下一個子層繼續鑽探。 同時，這些孔被充電，並且覆蓋採場內大面積的爆破模式在一次爆破中破碎大量礦石。 爆破的礦石落到採場底部，由在採場下方的取料點開挖的 LHD 車輛回收。 通常，深孔鑽探在裝藥和爆破之前進行，以提供準備爆破的礦石儲備，從而實現高效的生產計劃。

圖 7 深孔鑽機

阿特拉斯·科普柯

分段回採是一種高效的採礦方法。 由於能夠使用全機械化生產鑽機進行深孔鑽探，加上鑽機可以連續使用，因此效率得到了提高。 它也相對安全，因為在分段巷道內進行鑽孔並通過抽取點進行出渣可以消除潛在的落石風險。

垂直彈坑後退採礦

與分段回采和收縮回採一樣，垂直弧坑後退（VCR）開採適用於陡傾地層的成礦。 然而，它使用了一種不同的爆破技術，將重的、集中的電荷放置在距離自由岩石表面約 165 m 的直徑非常大（約 3 毫米）的孔（“彈坑”）中。 爆破會在孔周圍的岩體中打出一個錐形開口，並允許爆破材料在生產階段保留在採場中，以便岩石填充物可以幫助支撐採場壁。 對岩石穩定性的需求低於分段回採。

VCR 採礦的開發類似於分段回採，只是需要超挖和底挖。 第一階段需要超挖，以容納鑽大直徑爆破孔的鑽機，並在裝孔和爆破時提供通道。 底切開挖提供了 VCR 爆破所需的自由表面。 它還可以為 LHD 車輛（通過遠程控制操作，操作員留在採場外）提供通道，以從採場下方的抽取點回收爆破的礦石。

通常的 VCR 爆炸使用 4.0 × 4.0 米圖案的垂直或陡峭傾斜的孔，並按照計算的距離小心放置裝藥，以釋放下方的表面。 裝藥相互配合，打斷了約 3.0 m 厚的水平礦石片。 爆破的岩石落入下方的採場。 通過控制出泥率，採場保持部分填充，因此岩石填充有助於在生產階段穩定採場壁。 最後一次爆破將超挖破碎到採場，之後採場被清掃乾淨並準備回填。

VCR 礦山通常對礦體使用初級和次級採場系統。 第一階段開採主要採場，然後用水泥回填。 採場留給填充進行固結。 礦工然後返回並在主要採場和次要採場之間的礦柱中回收礦石。 該系統與膠結回填相結合，可實現接近 100% 的礦石儲量回收。

分段崩落

分段崩落法適用於傾角陡到中、埋深延伸大的礦床。 礦石必須通過爆破破碎成易於處理的塊。 隨著礦石的開採，上盤會塌陷，礦體上方的地面會下沉。 （必須設置路障以防止任何人進入該區域。）

分段崩落基於包含礦石和岩石的破碎岩體內部的重力流。 岩體首先通過鑽孔和爆破破碎，然後通過岩體洞穴下方的巷道掘出。 它是一種安全的採礦方法，因為礦工總是在漂移大小的開口內工作。

分段崩落取決於在礦體內部以相當近的垂直間距（從 10.0 米到 20 0 米）準備的具有規則的巷道模式的分段。 每個小平面上的巷道佈置相同（即，從下盤運輸驅動到上盤平行穿過礦體）但每個小平面上的樣式略有偏移，因此較低平面上的巷道位於漂移在它上面的子層上。 橫截面將顯示菱形圖案，其中漂移具有規則的垂直和水平間距。 因此，分段崩落的開發是廣泛的。 然而，巷道挖掘是一項簡單的任務，很容易實現機械化。 在多個子層上處理多個漂移航向有利於設備的高利用率。

分段開發完成後，深孔鑽機進入，在上方的岩石中以扇形展開的方式鑽出爆破孔。 當所有爆破孔準備就緒後，深孔鑽機將移至下面的地層。

深孔爆破使分段漂移上方的岩體破裂，形成一個洞穴，該洞穴從上盤接觸處開始，沿著穿過分段上礦體的直線前緣向下盤退縮。 垂直部分將顯示一個樓梯，其中每個上層都比下面的層提前一步。

爆炸用礦石和廢物的混合物填充了地下前沿。 當 LHD 車輛到達時，洞穴中含有 100% 的礦石。 隨著裝載的繼續，廢石的比例將逐漸增加，直到操作員認為廢物稀釋度過高而停止裝載。 當裝載機移動到下一個巷道繼續出土時，爆破機進入準備下一圈孔進行爆破。

LHD 車輛的理想應用是在分段上進行清理。 它提供不同尺寸以滿足特定情況，它裝滿鏟斗，行進約 200 米，將鏟斗清空到礦道中，然後返回進行另一次裝載。

分段放頂法佈局示意圖，重複作業程序（開發通孔、深孔鑽孔、裝藥爆破、裝車運輸）獨立進行。 這允許程序從一個子級別連續移動到另一個子級別，從而允許最有效地使用工作人員和設備。 實際上，礦山類似於部門化的工廠。 然而，分段採礦的選擇性不如其他方法，因此不會產生特別有效的提取率。 該洞穴包含約 20% 至 40% 的廢物，礦石損失範圍為 15% 至 25%。

塊狀崩落

塊體崩落法是一種大規模礦化方法，適用於在易於崩落的岩體（即具有內應力，去除岩體中的支撐元素後，有助於開採塊的壓裂）。 預計年產100-10萬噸。 這些要求將塊體崩落限制在幾個特定的礦床。 在世界範圍內，有開採含銅、鐵、鉬和鑽石礦床的塊狀崩落礦。

阻止 指採礦佈局。 礦體分為大塊、塊，每個塊的噸位足以進行多年生產。 塌方是通過底切去除塊體正下方岩體的支撐強度而誘發的，底切是通過深孔鑽孔和爆破破碎的 15 米高的岩石部分。 由相當大的自然構造力產生的應力，類似於引起大陸運動的應力，會在岩體中產生裂縫，破壞塊體，有望通過礦井中的抽取點開口。 然而，大自然經常需要礦工的幫助來處理超大的巨石。

塊體崩落的準備工作需要長期規劃和廣泛的初步開發，涉及塊體下方復雜的挖掘系統。 這些因站點而異； 它們通常包括底切、拉鈴、用於控制超大岩石和礦石通道的格柵，這些通道將礦石漏斗到火車裝載中。

Drawbells 是在底切下方開挖的圓錐形開口，從大面積區域收集礦石並將其匯入下方生產層的抽取點。 在這裡，礦石被 LHD 車輛回收並轉移到礦石通道。 對於鏟斗來說太大的巨石會在抽取點爆破，而較小的巨石則在灰熊上處理。 格柵是用於篩分粗料的成套平行桿，通常用於塊狀崩落礦，儘管越來越多地首選液壓破碎錘。

塊狀崩落礦中的開口會承受高岩石壓力。 因此，以盡可能小的截面挖掘漂移和其他開口。 然而，需要大量的岩石錨桿和混凝土襯砌來保持開口完好無損。

如果應用得當，塊狀崩落法是一種低成本、高產的大規模採礦方法。 然而，岩體的崩塌適應性並不總是可以預測的。 此外，所需的全面開發導致礦山開始生產之前的準備時間很長：收益的延遲會對用於證明投資合理性的財務預測產生負面影響。

長壁採礦

長壁開採適用於形狀均勻、厚度有限、水平延伸較大的層狀礦床（如煤層、鉀鹽層或南非金礦開采的礁石、石英卵石床）。 是採煤的主要方法之一。 它沿著一條直線以切片的形式回收礦物，重複這些直線以回收更大面積的材料。 離工作面最近的空間保持開放，而允許上牆在礦工及其設備後面的安全距離處倒塌。

長壁採礦的準備工作涉及進入礦區所需的巷道網絡以及將開采的產品運輸到豎井。 由於礦化呈片狀分佈在廣闊的區域，因此通常可以將巷道排列成示意性網絡模式。 牽引道在接縫本身中準備好。 兩個相鄰運輸巷道之間的距離決定了長壁工作面的長度。

回填

回填礦場可防止岩石坍塌。 它保留了岩體的固有穩定性，從而提高了安全性並允許更完整地提取所需礦石。 回填傳統上與挖填法一起使用，但它也常用於分段回采和 VCR 採礦。

傳統上，礦工們將開發的廢石傾倒在空曠的採場中，而不是將其拖到地面。 例如，在挖填法中，廢石被剷運機或推土機散佈在空採場上。

液壓回填 使用礦山選礦廠的尾礦，這些尾礦通過鑽孔和塑料管分佈在地下。 尾礦首先被脫泥，只有粗粒部分用於填充。 填充物是沙子和水的混合物，其中約 65% 是固體物質。 通過將水泥混合到最後一次澆注中，填充物的表面將硬化成用於橡膠輪胎設備的光滑路基。

回填也用於分段回填和 VCR 採礦，引入碎石作為砂填的補充。 在附近的採石場生產的經過破碎和篩分的岩石通過特殊的回填井運送到地下，然後裝載到卡車上並運送到採場，然後傾倒到特殊的填料井中。 主要採場用膠結岩石回填，這是通過在岩石填充物分配到採場之前將水泥粉煤灰漿噴灑在岩石填充物上而產生的。 膠結堆石硬化成固體塊，形成用於開採次級採場的人造支柱。 回填二級採場時通常不需要水泥漿，但最後一次澆築以建立堅固的出渣層除外。

地下採礦設備

在條件允許的情況下，地下採礦正變得越來越機械化。 橡膠輪胎、柴油動力、四輪牽引、鉸接式轉向架是所有移動式地下機械所共有的（見圖 8）。

圖 8. 小尺寸面部裝備

阿特拉斯·科普柯

用於開發鑽孔的平面鑽台車

這是礦山中不可或缺的主力，用於所有岩石開挖工作。 它帶有一個或兩個帶有液壓鑿岩機的動臂。 只需一名工人在控制面板旁，幾小時內即可完成 60 個 4.0 m 深的砲孔佈置。

深孔生產鑽機

該鑽機（見圖 7）在覆蓋大面積岩石和破碎大量礦石的巷道周圍呈放射狀鑽爆破孔。它與分段回採、分段崩落、塊崩落和 VCR 採礦一起使用。強大的液壓鑿岩機和加長桿的轉盤存儲，操作員使用遙控器從安全位置進行鑿岩。

充電車

充電車是漂移巨無霸的必要補充。 運載工具安裝了一個液壓服務平台、一個加壓 ANFO 炸藥容器和一個裝料軟管，允許操作員在很短的時間內填充整個表面的爆破孔。 同時，可以插入 Nonel 雷管，以正確安排每次爆炸的時間。

左駕車輛

多功能載運自卸車（見圖 10）用於各種服務，包括礦石生產和材料處理。 它有多種尺寸可供選擇，允許礦工選擇最適合每項任務和每種情況的型號。 與礦山中使用的其他柴油車輛不同，LHD 車輛發動機通常長時間以全功率連續運行，產生大量煙霧和廢氣。 能夠稀釋和排出這些煙霧的通風系統對於遵守裝載區可接受的呼吸標準至關重要。

地下運輸

在沿礦體分佈的採場中回收的礦石被運輸到位於提升井附近的礦石堆放場。 為更長的橫向轉移準備了特殊的運輸水平； 它們通常以鐵軌裝置為特色，配備用於礦石運輸的火車。 事實證明，鐵路是一種高效的運輸系統，可通過電力機車運載更大的貨物，運載更遠的距離，而電力機車不會像無軌礦井中使用的柴油動力卡車那樣污染地下大氣。

礦石處理

在從採場到提升井的路線上，礦石經過幾個採用各種材料處理技術的工位。

slusher 使用刮板鏟斗將礦石從採場抽到礦石通道。 它配備了旋轉鼓、鋼絲和滑輪，佈置成產生一條來回的刮板路線。 slusher 不需要準備採場地板，可以從粗糙的泥堆中提取礦石。

左駕車輛，以柴油為動力並使用橡膠輪胎行駛，將其桶中的體積（尺寸不同）從渣土堆運到礦石通道。

礦石通道 是一個垂直或陡峭傾斜的開口，岩石通過重力從上層流到下層。 礦石通道有時以垂直順序排列，以將礦石從上層收集到運輸層上的公共交付點。

斜道 是位於礦石通道底部的大門。 礦石通道通常終止於靠近運輸巷道的岩石中，因此，當溜槽打開時，礦石可以流動以填充其下方軌道上的汽車。

靠近豎井，礦石列車經過 轉儲站 負載可能掉入 儲物箱，A 灰熊 在垃圾站阻止超大的石頭落入垃圾箱。 這些巨石被爆破或液壓錘劈開； 一種 粗碎機 可以安裝在格柵下方以進一步控制尺寸。 儲物箱下面是一個 測量口袋 自動驗證負載的體積和重量不超過料斗和提昇機的能力。 當一個空 跳過，一個垂直移動的容器，到達 加油站, 一個滑槽在測量袋的底部打開，用適當的負載填充料斗。 之後 捲揚機 將裝載的料斗提升到水面的井架上，滑槽打開，將負載卸入水面儲料倉。 料車吊裝可自動運行，閉路電視全程監控。

上一頁

地下煤炭生產首先從通道隧道或平坑開始，從地表露頭開採到煤層中。 然而，將煤炭運到地表的運輸方式不當以及蠟燭和其他明火燈點燃甲烷的風險越來越大所造成的問題限制了早期地下礦井的開採深度。

工業革命期間對煤炭需求的增加刺激了豎井掘進以獲得更深的煤炭儲量，到 1970 世紀中葉為止，世界煤炭產量的更大比例來自地下作業。 在 1980 年代和 1990 年代期間，新的露天煤礦產能得到廣泛發展，特別是在美國、南非、澳大利亞和印度等國家。 然而，在 1990 世紀 45 年代，人們對地下採礦的興趣重新燃起，導致在原地表礦山的最深處開發新礦山（例如，在澳大利亞昆士蘭州）。 在 30 世紀 95 年代中期，地下採礦約佔全球硬煤開採總量的 XNUMX%。 實際比例差異很大，從澳大利亞和印度的不到 XNUMX% 到中國的 XNUMX% 左右。 出於經濟原因，褐煤和褐煤很少在地下開採。

地下煤礦主要由三個部分組成：生產區； 煤運至豎井腳下或下降； 以及將煤提升或輸送到地面。 生產還包括允許進入礦山未來生產區域所需的準備工作，因此代表最高級別的個人風險。

礦山開發

進入煤層的最簡單方法是從地表露頭進入煤層，在上覆地形陡峭且煤層相對平坦的地區，這種技術仍在廣泛使用。 一個例子是美國西弗吉尼亞州南部的阿巴拉契亞煤田。 在這一點上，煤層中使用的實際採礦方法並不重要； 重要的因素是可以以低廉的成本和最少的施工工作獲得通道。 平坑也常用於技術含量低的採煤區，平坑開採過程中產生的煤炭可用於抵消其開發成本。

其他通道包括斜坡（或坡道）和豎井。 選擇通常取決於正在開采的煤層的深度：煤層越深，開發車輛或帶式輸送機可以運行的分級斜坡的成本就越高。

豎井開鑿，其中豎井從地表垂直向下開採，既昂貴又耗時，並且從施工開始到開採第一塊煤之間需要更長的準備時間。 在煤層很深的情況下，如在大多數歐洲國家和中國，豎井通常必須穿過覆蓋在煤層上的含水岩石。 在這種情況下，必須使用地面凍結或灌漿等專業技術來防止水流入豎井，然後用鋼圈或澆注混凝土襯砌以提供長期密封。

斜坡通常用於進入對於露天採礦而言太深但仍相對接近地表的煤層。 例如，在南非的 Mpumalanga（德蘭士瓦東部）煤田，可開採煤層的深度不超過 150 米； 在某些地區，它們是從露天開采的，而在另一些地區，則必須進行地下開採，在這種情況下，通常使用斜坡為採礦設備提供通道，並安裝用於將切割的煤運出礦井的皮帶輸送機。

斜坡與平坑的不同之處在於它們通常是在岩石中開挖，而不是煤炭（除非煤層以恆定速率傾斜），並且以恆定的坡度開採以優化車輛和輸送機的通道。 自 1970 年代以來的一項創新是使用在斜坡上運行的帶式輸送機來進行深礦生產，該系統在容量和可靠性方面優於傳統的豎井提升。

採礦方法

地下採煤包括兩種主要方法，其中的許多變化已經發展到解決個別作業中的採礦條件。 房柱法開採涉及在規則網格上開採隧道（或道路），通常會留下大量柱子以長期支撐屋頂。 長壁開採實現了對大部分煤層的完全開採，導致頂板岩石坍塌到採空區。

房柱式採礦

房柱式採煤是最古老的地下採煤系統，也是第一個使用常規頂板支撐概念來保護礦工的系統。 房柱式採礦這個名字來源於留在規則網格上的煤柱，以提供 現場 對屋頂的支持。 它已經發展成為一種高產、機械化的方法，在一些國家，它佔地下總產量的很大一部分。 例如，美國 60% 的地下煤炭產量來自房柱式煤礦。 就規模而言，南非一些礦山的年裝機容量超過 10 萬噸，來自 6 m 厚煤層的多生產段作業。 相比之下，美國的許多房柱式煤礦規模較小，煤層厚度低至 1 米，能夠根據市場情況迅速停止和重啟生產。

房柱式採礦通常用於較淺的煤層，在這種情況下，上覆岩石對支撐柱施加的壓力不會過大。 與長壁開採相比，該系統有兩個主要優勢：靈活性和固有安全性。 它的主要缺點是煤炭資源的回收只是部分的，精確的量取決於地表以下煤層的深度和厚度等因素。 高達 60% 的回收率是可能的。 如果在提取過程的第二階段將柱子開采出來，那麼 XNUMX% 的回收率是可能的。

該系統還能夠實現各種複雜程度的技術，從勞動密集型技術（如“籃式採礦”，其中包括煤炭運輸在內的大部分採礦階段都是人工進行的）到高度機械化的技術。 可以使用炸藥或連續採煤機從隧道掌子麵挖掘煤炭。 車輛或移動帶式輸送機提供機械化煤炭運輸。 屋頂螺栓和金屬或木材捆紮帶用於支撐車行道屋頂和開闊跨度較大的車行道之間的交叉點。

一台連採機包含一個切割頭和安裝在履帶上的煤炭裝載系統，重量通常為 50 至 100 噸，具體重量取決於其設計的工作高度、裝機功率和所需的切割寬度。 有些配備了車載錨桿安裝機，在採煤的同時提供頂板支撐； 在其他情況下，順序使用單獨的連採機和錨桿機。

運煤船可以通過臍帶電纜供電，也可以由電池或柴油發動機供電。 後者提供了更大的靈活性。 煤從連續採煤機的後部裝入車輛，然後車輛將有效載荷（通常為 5 至 20 噸）運送到主皮帶輸送機系統的進料斗很短的距離。 破碎機可以包含在料斗進料器中，以破碎可能阻塞滑槽或進一步損壞輸送系統沿線的傳送帶的超大煤或岩石。

車輛運輸的替代方案是連續運輸系統，這是一種安裝在履帶上的柔性分段輸送機，可將切煤直接從連續採煤機運輸到料斗。 這些在人員安全和生產能力方面具有優勢，出於同樣的原因，它們的使用正在擴展到長壁通道開發系統。

巷道被開採到 6.0 m 的寬度，通常是煤層的全高。 支柱尺寸取決於表面以下的深度； 在 15.0 m 中心上的 21.0 m 方形支柱將代表淺層低煤層礦井的支柱設計。

長壁採礦

長壁採礦被廣泛認為是二十世紀的發展； 然而，這個概念實際上被認為是在 200 多年前就已經開發出來的。 主要進步是早期的作業主要是人工操作，而自 1950 年代以來，機械化水平已提高到現在長壁工作面已成為一種高生產率裝置的階段，只需極少數工人即可操作。

與房柱式開採相比，長壁開採有一個壓倒一切的優勢：它可以一次實現面板的完全提取，並在總煤炭資源中回收更高的比例。 然而，由於開發和裝備現代長壁工作面涉及的資本成本很高（在某些情況下超過 20 萬美元），該方法相對不靈活，需要大量可開採資源和有保證的銷售才能實現。

雖然過去單個礦山經常同時經營多個長壁工作面（在波蘭等國家/地區，在許多情況下每個礦山超過 XNUMX 個），但目前的趨勢是將採礦能力整合到更少的重型設備中。 這樣做的好處是減少了勞動力需求以及對地下基礎設施開發和維護的需求減少。

在長壁開採中，隨著煤層被采出，頂板被故意塌陷； 只有主要的地下通道受到支撐柱的保護。 通過雙腿或四腿液壓支架在長壁工作面上提供​​頂板控制，這些液壓支架承受上覆頂板的直接載荷，允許其部分分佈到未開採工作面和麵板兩側的支柱，並保護工作面設備和人員從支持線後面倒塌的屋頂。 採煤機由電動採煤機切割，通常配備兩個採煤滾筒，每次通過工作面可采出厚度達 1.1 米的煤條。 採煤機運行並將切割的煤裝載到裝甲輸送機上，該輸送機在每次切割後通過工作面支撐的順序移動向前蛇行。

在工作面端，切下的煤被轉移到皮帶輸送機上，以便運輸到地面。 在前進工作面中，隨著距工作面起點距離的增加，傳送帶必須有規律地延伸，而在後退-長壁開採中則相反。

在過去的 40 年裡，開采的長壁工作面的長度和單個長壁面板（工作面通過的煤塊）的長度都有顯著增加。 例如，在美國，平均長壁工作面長度從 150 年的 1980 m 增加到 227 年的 1993 m。在德國，1990 年代中期的平均工作面長度為 270 m，並且正在計劃工作面長度超過 300 m。 在英國和波蘭，採掘面長達 300 m。 面板長度在很大程度上取決於地質條件，例如斷層或礦山邊界，但現在在良好條件下始終超過 2.5 公里。 美國正在討論長達 6.7 公里的面板的可能性。

後退採礦正在成為行業標準，儘管在長壁開採開始之前，它涉及到巷道開發中更高的初始資本支出，以達到每個面板的最大範圍。 在可能的情況下，現在使用連續採礦機在煤層內開採巷道，用錨桿支撐代替以前使用的鋼拱和桁架，以便為上覆的岩石提供積極的支撐，而不是對岩石運動的被動反應。 然而，它的適用性僅限於合格的屋頂岩石。

安全注意事項

國際勞工組織 (ILO) 的統計數據 (1994) 表明，採煤業的死亡率存在很大的地域差異，儘管這些數據必須考慮到採礦的複雜程度和各國就業工人的數量。 許多工業化國家的情況有所改善。

隨著工程標準的提高，以及地下使用的傳送帶和液壓油等材料中加入了耐火性，重大採礦事故現在相對較少發生。 儘管如此，發生能夠造成人身或結構損壞的事件的可能性仍然存在。 儘管大大改善了通風措施，但甲烷氣體和煤塵爆炸仍然時有發生，而屋頂墜落是世界範圍內嚴重事故的主要原因。 火災，無論是在設備上還是由於自燃而發生，都代表著一種特殊的危險。

考慮到勞動密集型和高度機械化採礦這兩個極端，事故發生率和事故類型也存在很大差異。 在小型手工礦山工作的工人更有可能因從巷道頂板或側壁掉落的岩石或煤炭而受傷。 如果通風系統不足，他們還會面臨更多暴露於灰塵和易燃氣體的風險。

房柱式採礦和提供長壁板通道的道路開發都需要對頂板和側壁岩石進行支撐。 支撐的類型和密度根據煤層厚度、上覆岩石的能力和煤層深度等因素而變化。 任何礦山中最危險的地方是在沒有支撐的屋頂下，大多數國家/地區對安裝支撐之前可能開發的巷道長度施加了嚴格的立法限制。 房柱式操作中的柱子恢復會因屋頂突然倒塌的可能性而帶來特定的危險，必須仔細安排以防止增加工人的風險。

現代高生產率長壁工作面需要一個由 XNUMX 到 XNUMX 名操作員組成的團隊，因此暴露在潛在危險中的人數顯著減少。 長壁採煤機產生的粉塵是一個主要問題。 因此，採煤有時僅限於沿工作面的一個方向，以利用通風氣流將灰塵帶離採煤機操作員。 工作面範圍內越來越強大的電機產生的熱量也對工作面工人產生潛在的有害影響，尤其是在地雷越來越深的情況下。

採煤機沿工作面的工作速度也在增加。 在 45 年代後期，人們積極考慮高達 1990 m/min 的切削速度。 工人是否有能力跟上採煤機在 300 米長的工作面重複移動以進行整個工作班次的能力值得懷疑，因此提高采煤機速度是更廣泛引入自動化系統的主要動機，礦工們將採取行動作為監視器而不是實際操作員。

面部設備的回收及其轉移到新工地會給工人帶來獨特的危害。 已開發出用於固定長壁頂板和工作面煤的創新方法，以最大限度地降低轉運過程中落石的風險。 然而，單個機械項目非常重（大工作面支撐超過 20 噸，採煤機重得多），儘管使用了定制設計的運輸車，但在長壁打撈過程中仍然存在人身擠壓或提升受傷的風險.

上一頁

礦山開發

地坑規劃佈局

露天採礦的總體經濟目標是去除最少量的材料，同時通過加工最適銷對路的礦物產品獲得最大的投資回報。 礦藏品位越高，價值越大。 為了在獲取礦藏中價值最高的材料的同時最大限度地減少資本投資，制定了一個礦山計劃，其中精確詳細說明了礦體的提取和加工方式。 由於許多礦床的形狀不盡相同，因此在製定礦山計劃之前會進行廣泛的勘探鑽探，以描繪出礦體的地質情況和位置。 礦床的大小決定了礦山的規模和佈局。 露天礦的佈局取決於該地區的礦物學和地質學。 大多數露天礦的形狀近似於圓錐形，但始終反映正在開發的礦藏的形狀。 露天礦山由一系列同心壁架或台階構成，這些壁架或台階被礦井通道和運輸道路一分為二，從礦坑邊緣以螺旋或之字形方向向下傾斜到底部。 無論規模如何，礦山計劃都包括礦坑開發、基礎設施（例如，存儲、辦公室和維護）運輸、設備、採礦比率和費率的規定。 採礦率和比率會影響礦山的壽命，該壽命由礦體的枯竭或經濟極限的實現來定義。

當代露天礦的規模各不相同，從每天加工數百噸礦石的小型私營企業到每天開採超過 XNUMX 萬噸材料的政府和跨國公司運營的擴大工業綜合體。 最大的作業可能涉及許多平方公里的區域。

剝離覆蓋層

覆蓋層是由固結和鬆散材料組成的廢石，必須將其去除以露出下面的礦體。 人們希望盡可能少地去除覆蓋層以獲取感興趣的礦石，但當礦藏較深時，需要挖掘大量的廢石。 大多數清除技術是周期性的，在提取（鑽孔、爆破和裝載）和清除（運輸）階段會中斷。 對於必須首先鑽孔和爆破的硬岩覆蓋層尤其如此。 這種週期性影響的一個例外是用於水力露天採礦的挖泥機和使用鬥輪挖掘機進行的某些類型的鬆散材料採礦。 開采出的廢石與礦石的比例定義為剝採比。 2:1 到 4:1 的剝採比在大型採礦作業中並不少見。 高於 6:1 的比率在經濟上往往不太可行，具體取決於商品。 去除後，覆蓋層可用於道路和尾礦建設，或作為填土可能具有非採礦商業價值。

挖礦設備選型

採礦設備的選擇是採礦計劃的一個功能。 選擇礦山設備時考慮的一些因素包括礦坑和周邊地區的地形、要開采的礦石量、礦石必須運輸以進行加工的速度和距離以及估計的礦山壽命等。 一般來說，大多數現代露天採礦作業都依賴移動鑽機、液壓挖掘機、前端裝載機、鏟運機和運輸卡車來提取礦石和開始礦石加工。 礦山運營規模越大，維護礦山計劃所需的設備容量就越大。

考慮到匹配設備容量，設備通常是最大的可用以匹配露天礦的規模經濟。 例如，小型前端裝載機可以裝滿大型運輸卡車，但匹配效率不高。 類似地，一把大鏟子可以裝載較小的卡車，但需要卡車減少它們的循環時間，並且不能優化鏟子的利用率，因為一個鏟斗可能包含足夠多輛卡車的礦石。 嘗試僅裝載半桶或卡車超載可能會危及安全。 此外，所選設備的規模必須與可用的維護設施相匹配。 由於將大型設備運輸到已建立的維護設施存在後勤困難，因此通常會在出現故障的地方對其進行維護。 在可能的情況下，礦山的維護設施的設計要適應礦山設備的規模和數量。 因此，隨著新的大型設備被引入礦山計劃，配套基礎設施，包括運輸道路、工具和維護設施的規模和質量，也必須得到解決。

露天採礦的常規方法

露天開采和露天開採是露天開采的兩大類，佔全球露天開採產量的90%以上。 這些採礦方法之間的主要區別在於礦體的位置和機械提取的方式。 對於鬆散的岩石開採，該過程基本上是連續的，提取和運輸步驟串聯運行。 固體岩石開採需要在裝載和運輸階段之前進行不連續的鑽孔和爆破過程。 條帶開採 （或露天採礦）技術涉及開採接近地表且本質上相對平坦或板狀的礦體和礦層。 它使用各種不同類型的設備，包括電鏟、卡車、拉繩、鬥輪挖掘機和鏟運機。 大多數露天礦開採非硬岩礦床。 煤炭是從地表煤層開采的最常見商品。 相比之下， 露天採礦 用於去除散佈和/或位於深煤層中的硬岩礦石，通常僅限於通過鏟車和卡車設備進行開採。 許多金屬都是通過露天技術開采的：金、銀和銅，僅舉幾例。

採石場 是一個術語，用於描述一種專門的露天採礦技術，其中從局部礦床中提取具有高度固結和密度的固體岩石。 開采的材料要么被壓碎和破碎以生產骨料或建築石料，例如白雲石和石灰石，要么與其他化學品結合生產水泥和石灰。 建築材料產自靠近材料使用地點的採石場，以降低運輸成本。 石板、花崗岩、石灰石、大理石、砂岩和板岩等規格石代表第二類採石材料。 規格石材採石場位於具有所需礦物特性的地區，這些地區可能在地理上偏遠也可能不偏遠，並且需要運輸到用戶市場。

許多礦體過於分散和不規則，或者太小或太深而無法通過帶狀或露天開採方法開採，必須通過地下開采的手術方法進行提取。 要確定何時適用露天採礦，必須考慮許多因素，包括地點和地區的地形和海拔、偏遠、氣候、道路、電力和供水等基礎設施、監管和環境要求、坡度穩定性、覆蓋層處理和產品運輸等。

地形和海拔： 地形和海拔在確定採礦項目的可行性和範圍方面也起著重要作用。 一般來說，海拔越高，地勢越崎嶇，礦山開發和生產的難度就越大。 在人跡罕至的山區開採高品位礦物的效率可能低於在平坦地區開採低品位礦石的效率。 位於較低海拔的礦山在勘探、開發和生產礦山時一般不會遇到與惡劣天氣相關的問題。 因此，地形和位置會影響採礦方法和經濟可行性。

開發礦山的決定是在勘探確定了礦床特徵並且可行性研究確定了礦物提取和加工的選項之後做出的。 制定開發計劃所需的信息可能包括礦體中礦物的形狀、大小和品位、材料的總體積或噸位（包括覆蓋層）和其他因素，例如水文和工藝水源的獲取、可用性和動力來源、廢石儲存地點、運輸要求和基礎設施特徵，包括支持勞動力的人口中心的位置或開發城鎮的需要。

運輸要求可能包括公路、高速公路、管道、機場、鐵路、水路和港口。 對於露天礦，通常需要可能沒有現有基礎設施的大面積土地。 在這種情況下，必須首先建立道路、公用事業和生活安排。 根據所需的整合程度，該礦坑將與其他加工要素一起開發，例如廢石儲存區、破碎機、選礦廠、冶煉廠和精煉廠。 由於為這些運營提供資金所需的大量資金，開發可能會分階段進行，以利用盡可能早的可銷售或可租賃礦產來幫助為剩餘的開發提供資金。

生產設備

鑽爆

機械鑽孔和爆破是從大多數已開發的露天礦中提取礦石的第一步，也是用於去除硬岩覆蓋層的最常用方法。 雖然有許多機械裝置能夠鬆動堅硬的岩石，但炸藥是首選方法，因為目前沒有任何機械裝置能夠與炸藥所含能量的壓裂能力相媲美。 常用的硬岩炸藥是硝酸銨。 鑽井設備的選擇取決於礦石的性質以及每天破碎指定噸位礦石所需的鑽孔速度和深度。 例如，在開採 15 米長的礦石階梯時，通常會在當前礦渣工作面向後 60 米處鑽 15 個或更多孔，具體取決於待開採階梯的長度。 這必須有足夠的提前期，以便為隨後的裝載和運輸活動準備場地。

載入中

露天採礦現在通常使用工作台鏟、前端裝載機或液壓挖掘機進行。 露天礦裝載設備與運輸卡車配套，可在三到五次循環或鏟斗中裝載； 然而，各種因素決定了裝載設備的偏好。 對於鋒利的岩石和/或堅硬的挖掘和/或潮濕的氣候，最好使用履帶式鏟。 相反，橡膠輪胎式裝載機的資本成本要低得多，並且是裝載體積小且易於挖掘的物料的首選。 此外，裝載機非常靈活，非常適合需要從一個區域快速移動到另一個區域的採礦場景或滿足礦石混合要求。 裝載機還經常用於將材料從放置在破碎機附近的混合原料堆裝載、運輸和傾倒到破碎機中。

液壓鏟和電纜鏟具有相似的優點和局限性。 液壓鏟不是挖掘硬岩的首選，電纜鏟通常尺寸較大。 因此，在日產量超過50萬噸的礦山，有效載荷約200,000立方米及以上的大型電纜鏟是首選設備。 液壓鏟在工作面的用途更廣泛，允許操作員更好地控制從工作面的底部或上半部分選擇性地裝載。 如果可以在裝載區實現廢物與礦石的分離，從而最大限度地提高運輸和加工的礦石品位，則該優勢很有幫助。

拖拉

露天礦和露天礦的運輸通常由運輸卡車完成。 在許多露天礦山中，運輸卡車的作用僅限於在裝載區和轉運點（如坑內破碎站或運輸系統）之間循環。 運輸卡車因其相對於鐵路的操作靈活性而受到青睞，鐵路是 1960 年代之前首選的運輸方法。 然而，地表金屬和非金屬礦坑的物料運輸成本一般大於礦山總運營成本的50%。 通過帶式輸送機系統進行坑內破碎和輸送一直是降低運輸成本的主要因素。 柴油發動機和電力驅動等拖運卡車的技術發展導致了容量更大的車輛。 幾家製造商目前生產容量為 240 噸的卡車，預計在不久的將來會生產容量超過 310 噸的卡車。 此外，計算機化調度系統和全球衛星定位技術的使用可以提高車輛的跟踪和調度效率和生產力。

運輸道路系統可以使用單向或雙向交通。 交通可以是左車道或右車道配置。 左車道交通通常是首選，以提高操作員對超大型卡車輪胎位置的可見性。 通過減少在道路中央發生駕駛員側面碰撞的可能性，左手交通也提高了安全性。 對於持續運輸，運輸道路坡度通常限制在 8% 到 15% 之間，最佳約為 7% 到 8%。 安全和排水需要長坡度，以包括至少 45 米的部分，每 2 米的嚴重坡度的最大坡度為 460%。 位於道路和相鄰挖掘點之間的路堤（升高的泥土邊界）是露天礦的標準安全設施。 它們也可以放置在道路中間以分隔對向車輛。 在存在折返運輸道路的地方，可以在長陡坡的盡頭安裝海拔升高的逃生車道。 路邊障礙物（例如護堤）是標准設置，應位於所有道路和相鄰挖掘點之間。 高質量的道路通過最大限度地提高安全卡車速度、減少維修停機時間和減輕駕駛員疲勞來提高最大生產率。 運輸卡車道路維護有助於通過降低油耗、延長輪胎壽命和降低維修成本來降低運營成本。

在最好的條件下，鐵路運輸優於其他運輸方式，可以在礦山外長距離運輸礦石。 然而，實際上，自電動和柴油動力卡車出現以來，鐵路運輸已不再廣泛用於露天採礦。 鐵路運輸被取代，以利用運輸卡車和坑內輸送系統的更大的多功能性和靈活性。 對於上坡運輸，鐵路需要 0.5 到最大 3% 的非常緩和的坡度。 鐵路發動機和軌道要求的資本投資非常高，需要較長的礦山壽命和較大的產量才能獲得投資回報。

礦石處理（運輸）

坑內破碎和輸送是一種自 1950 世紀 XNUMX 年代中期首次實施以來越來越受歡迎的方法。 將半移動式破碎機放置在礦坑中，隨後通過輸送機系統將其運出礦坑，與傳統的車輛運輸相比，具有顯著的生產優勢和成本節約。 減少了高成本的運輸道路建設和維護，並最大限度地減少了與運輸卡車操作和卡車維護以及燃料相關的勞動力成本。

坑內破碎機系統的目的主要是允許通過傳送帶運輸礦石。 坑內破碎機系統的範圍從永久設施到完全移動的裝置。 然而，更常見的是，破碎機以模塊化形式構造，以允許在礦井內具有一定的便攜性。 破碎機可能每隔一到十年就搬遷一次； 根據單位的規模和復雜程度以及搬遷距離，完成搬遷可能需要數小時、數天或數月。

與運輸卡車相比，輸送機的優勢包括瞬時啟動、自動和連續運行，以及可用性高達 90% 至 95% 的高度可靠性。 它們通常不會受到惡劣天氣的影響。 與運輸卡車相比，輸送機的勞動力需求也低得多； 運營和維護卡車車隊可能需要十倍於同等容量輸送機系統的船員。 此外，輸送機可以在高達 30% 的坡度下運行，而卡車的最大坡度通常為 10%。 使用更陡的坡度可以減少去除低等級覆蓋層材料的需要，並可以減少建立高成本運輸道路的需要。 在許多露天煤炭作業中，輸送機系統也集成到鬥輪鏟中，從而消除了對運輸卡車的需求。

溶液開採方法

溶液採礦是兩種水相採礦中最常見的一種，用於在傳統採礦方法效率較低和/或經濟性較低的情況下提取可溶性礦石。 也稱為浸出或表面浸出，這種技術可以是主要的採礦方法，如金銀浸出開採，或者它可以補充傳統的冶煉和精煉的火法冶金步驟，如浸出低品位氧化銅礦石的情況.

露天採礦的環境問題

無論地雷位於何處，露天礦對環境的重大影響都會引起人們的關注。 地形的改變、植物生命的破壞以及對本地動物的不利影響是露天採礦不可避免的後果。 地表水和地下水的污染經常會帶來問題，特別是在溶液採礦中使用浸濾劑和水力採礦的徑流。

由於世界各地環保人士的日益關注以及飛機和航拍的使用，礦業企業不再可以在所需礦石開採完成後隨意“挖掘並運行”。 大多數發達國家已經頒布了法律法規，並且通過國際組織的活動，正在推動那些還沒有法律法規的國家。 他們將環境管理計劃作為每個採礦項目的組成部分，並規定了初步環境影響評估等要求； 漸進式恢復計劃，包括恢復土地輪廓、重新造林、重新種植本地動物群、重新放養本地野生動物等； 以及同步和長期合規審計（UNEP 1991，UN 1992，環境保護署（澳大利亞）1996，ICME 1996）。 重要的是，這些不僅僅是必要的政府許可所需的文件中的聲明。 基本原則必須被現場管理人員接受和實踐，並傳達給各級工人。

無論必要性或經濟優勢如何，所有地表溶解方法都有兩個共同的特點：（1）礦石以通常的方式開採，然後儲存； (2) 將水溶液施加到礦石原料的頂部，該溶液與感興趣的金屬發生化學反應，由此產生的金屬鹽溶液通過原料堆輸送以進行收集和處理。 地表溶解採礦的應用取決於體積、相關礦物和相關圍岩的冶金學，以及可用面積和排水系統，以開發足夠大的浸出場，使運營在經濟上可行。

在以溶液開採為主要生產方法的露天礦中，瀝濾場的開發與所有露天礦作業相同，但礦石僅用於傾倒場而不是磨機。 在採用研磨和溶解方法的礦山中，礦石被分離成研磨部分和浸出部分。 例如，大多數硫化銅礦石通過熔煉和精煉被研磨和提純成市場級別的銅。 通常不適用於火法冶金加工的氧化銅礦石被送往浸出作業。 一旦垃圾場被開發出來，溶液就會以可預測的速度從周圍的岩石中浸出可溶性金屬，該速度由垃圾場的設計參數、所用溶液的性質和體積以及金屬在岩石中的濃度和礦物學來控制。礦石。 用於提取可溶性金屬的溶液稱為 浸染的. 該採礦部門最常用的浸濾劑是用於金的鹼性氰化鈉稀釋溶液、用於銅的酸性硫酸、用於錳礦石的二氧化硫水溶液和用於鈾礦石的硫酸-硫酸鐵； 然而，大多數浸出鈾和可溶性鹽是通過 原位 將浸出劑直接注入礦體而無需事先進行機械提取的採礦。 後一種技術能夠在不從礦藏中提取礦石的情況下加工低品位礦石。

健康和安全方面

與溶液採礦中礦石的機械提取相關的職業健康和安全危害與傳統露天採礦作業的危害基本相似。 這種概括的一個例外是，非浸出礦石需要在地表礦坑中進行初步破碎，然後再運送到磨坊進行常規加工，而礦石通常由運輸卡車直接從開採地點運輸到溶液開採。 因此，溶液採礦工人將更少地接觸主要的破碎危險，例如灰塵、噪音和物理危險。

露天礦環境中受傷的主要原因包括物料搬運、滑倒和跌倒、機械、手動工具的使用、電力運輸和電源接觸。 然而，溶液採礦的獨特之處在於在運輸、浸出現場活動以及化學和電解加工過程中可能會接觸到化學浸出劑。 酸霧暴露可能發生在金屬電解沉積罐室中。 在鈾礦開採中必須解決從提取到濃縮成比例增加的電離輻射危害。

水力採礦方法

在水力採礦或“液壓開採”中，高壓噴水用於將鬆散固結或未固結的材料挖掘成泥漿以進行加工。 水力方法主要應用於金屬和骨料礦床，儘管煤、砂岩和金屬廠尾礦也適用於這種方法。 最常見和最著名的應用是 砂礦開採 其中金、鈦、銀、錫和鎢等金屬的濃度從沖積礦床（砂礦）中洗出。 供水和壓力、徑流的地面坡度、從礦面到加工設施的距離、可開採材料的固結程度以及廢物處理區的可用性都是水力採礦作業發展的主要考慮因素。 與其他露天採礦一樣，適用性因地點而異。 這種方法採礦的固有優勢包括相對較低的運營成本和使用簡單、堅固和移動設備帶來的靈活性。 因此，許多水力作業都在基礎設施要求不受限制的偏遠採礦區開展。

與其他類型的露天採礦不同，水力技術依靠水作為採礦和開採材料運輸（“洩水”）的介質。 高壓噴水器由監視器或水砲輸送到砂礦庫或礦床。 它們分解礫石和鬆散的材料，這些材料被沖入收集和處理設施。 水壓可能從非常鬆散的精細材料的正常重力流到鬆散沉積物的每平方厘米數千公斤不等。 有時會使用推土機和平地機或其他移動式挖掘設備來促進更壓實材料的開採。 從歷史上看，在現代小規模操作中，泥漿或徑流的收集是通過小容量的閘箱和收集器進行管理的。 商業規模的運營依賴於泵、安全殼和沈淀池以及每小時可以處理大量泥漿的分離設備。 根據要開采的礦床的大小，水監測器的操作可以是手動、遠程控製或計算機控制的。

當水力採礦發生在水下時，它被稱為疏浚。 在這種方法中，浮動處理站使用鬥線、拉線和/或浸沒式水射流提取鬆散沉積物，例如粘土、淤泥、沙子、礫石和任何相關礦物。 開采的材料通過液壓或機械方式運輸到清洗站，該清洗站可能是疏浚設備的一部分，或者與後續處理步驟物理分離以分離和完成處理。 雖然疏浚用於提取商業礦物和集料石，但它最為人所知的是一種用於清理和加深水道和洪氾區的技術。

健康和安全

水力採礦中的物理危害不同於露天採礦方法中的物理危害。 由於鑽井、炸藥、運輸和減少活動的應用最少，安全隱患往往與高壓水系統、移動設備的手動移動、涉及電源和水的鄰近問題、與坍塌相關的鄰近問題有關工作面和維護活動。 健康危害主要涉及接觸噪音和灰塵以及與設備處理相關的人體工程學危害。 由於使用水作為採礦介質，與傳統的露天採礦相比，粉塵暴露通常不是一個問題。 不受控制的焊接等維護活動也可能導致工人接觸。

上一頁