隨回採工作面的推進,有計劃地崩落圍巖填充採空區以管理地壓的採礦方法。基本特徵是崩落圍巖,回採部分礦房礦柱。適用於圍巖容易崩落、地表允許塌陷的礦體。崩落採礦法按回採方式分為:壁式崩落法、分層崩落法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法。

  分層崩落法應用最早。帶假頂的低分段的分段崩落法於19世紀90年代首先用於美國上湖區的一些礦山。由於這兩種方法成本高,木材消耗量大,現已很少使用。壁式崩落法是借鑒壁式採煤法的經驗逐逐步發展起來的。瑞典在20世紀50年代應用瞭端部出礦的低分段無底柱分段崩落法。隨著大型自行無軌設備的出現和覆巖下端部放礦理論的發展,60年代初開始推廣使用菱形佈置的現代無底柱分段崩落法。此法在中國、加拿大、贊比亞、美國和蘇聯等國迅速得到推廣。美國首先成功地使用階段自然崩落法。蘇聯於40年代開始應用深孔落礦的有底柱分段崩落法。隨著深孔鑿巖設備、爆破技術的不斷改進和覆巖下放礦理論的不斷完善,分段不斷增高,一次崩礦面積不斷擴大,逐步形成瞭現代有底柱分段崩落法的一些主要方案。與此同時,還成功地使用瞭階段強制崩落法。中國於60年代初期開始試驗深孔落礦的有底柱分段崩落法和階段強制崩落法。1978年,有色金屬地下礦山用這兩種方法采出的礦量占總量的27.3%;60年代後期開始試驗無底柱分段崩落法,目前用此法采出的鐵礦石,占地下鐵礦生產總量的80%以上。

  分段崩落法和階段崩落法的共同特點是在崩落圍巖覆蓋下放出礦石。崩落覆蓋巖層的作用是控制地壓,形成緩沖墊層和良好的放礦和擠壓爆破條件。圍巖能自然崩落,形成覆蓋巖層,最為理想;如圍巖穩固,則需強制崩落,形成一定厚度的覆蓋巖層。覆巖下放礦時,因崩落廢石混入,礦石的損失、貧化都很高,適於開采礦石價值不高的礦體。如圍巖礦化和礦石可選性好,采用本法有利。根據放礦理論,合理選擇采礦法參數和放礦制度,嚴格管理放礦工作,可降低礦石的損失和貧化(見放礦)。覆巖下放礦的回收和貧化指標是相關聯的。在正常條件下,礦石損失和貧化的大小,取決於截止放礦時的放出礦石品位。截止品位降低,回采率將增高,但貧化率也隨之增高。因此,根據各礦的具體條件,在大量統計和優化的基礎上,確定一個合理的截止品位,是提高經濟效益的重要途徑。

  為瞭容納分段崩落法和階段崩落法在礦石崩落後脹大的體積,落礦前都須在礦塊中形成補償空間。切割槽,拉底空間,某些采準切割巷道,或崩落礦巖的松散間隙,都可作為補償空間。補償空間體積與崩落礦石實體體積的比值叫補償比,其值為10~30%。

  壁式崩落采礦法 適用於開采頂板不夠穩固,厚度不大的緩傾斜層狀礦床。它的特點是一次開采礦體全厚。根據工作面的佈置形式,壁式崩落法分為:長壁崩落法、短壁崩落法和進路崩落法。①長壁崩落法工作面,佈置與壁式采煤法近似。因礦石堅硬,多用鑿巖爆破法落礦、電扒出礦。工作面長度一般不超過50~60m。近年在中硬以下礦體中,開始試驗使用液壓支架和采礦機的綜合機械化長壁采礦法。②短壁崩落法,頂板穩固性差時將長壁面劃分為短壁面以利頂板管理。③進路崩落法,頂板穩定性很差且礦體賦存不規則時,用寬2~2.5m的進路回采礦石,根據地壓大小,每采1~2條進路崩落一次頂板。長壁崩落法采準和工作面佈置簡單,在緩傾斜薄礦層回采中是一種生產能力較大、效率較高、通風條件較好的采礦法。短壁和進路崩落法的工作面短小,靈活性大,適用於開采地壓較大、賦存條件復雜的礦層。中國龍煙鐵礦應用長壁崩落法。大部分粘土礦和錳礦應用短壁崩落法和進路崩落法。

  分層崩落法 將礦塊在垂直方向劃分為小於3m的分層,自上而下逐層回采。回采工作在假頂保護下進行。本法的缺點是:木材消耗量大,工序復雜,勞動生產率低,成本高,通風條件差;優點是貧化率低(約3~5%),回收率高(可達90~95%)。過去曾廣泛應用,現在已逐步由其他高效采礦方法取代,應用比例很小。

  分層可用壁式工作面或進路回采。采用淺眼落礦,崩落的礦石用電耙運至溜井,下放到階段運輸平巷(見礦山井巷)。隨著工作面的推進,及時支護進路或壁式工作面。根據地壓情況,每采完1~2個進路,或壁式工作面推進一定距離,放頂一次,將支架回收使頂板冒落。放頂前,在放頂區底板鋪設假頂,作為下分層回采時的頂板。假頂用木材、金屬網、竹笆、鋼筋混凝土等材料鋪設。回采第一階段上部幾個分層時,在假頂上部由廢舊坑木逐漸形成厚度大於一個分層的隔離層,以防廢石沖入。隔離層上部應有5~10m以上的巖石墊層,以緩沖圍巖崩落時所造成的沖擊力,確保安全生產。

  有底柱分段崩落法 特點是分段落礦,通過底部結構放出崩落的礦石。底部結構簡稱底柱,位於礦塊或礦房底部,其中佈置出礦巷道、鬥穿、鬥頸、漏鬥或塹溝和溜井,根據出礦方法分為電耙、格篩和裝載機械三種底部結構。中國礦山多采用電耙出礦的底部結構(圖1)。電耙出礦的主要缺點是計量困難,結構較復雜,回收底柱時損失、貧化大,隨著高效率無軌自行裝運設備的出現,目前已逐漸改用裝載機械出礦的平底結構。

  有底柱分段崩落法有水平分層和垂直分層兩種落礦方案。中國礦山廣泛采用後一方案。垂直分層落礦方案的優點是爆破對底柱的破壞小,使用擠壓爆破技術的落礦質量好,礦塊結構簡單,易於實現鑿巖機械化,工作安全,但人工裝藥的勞動強度大。擠壓爆破時,利用切割井巷或利用相鄰已采礦塊的崩落礦巖間隙做補償空間,補償比較小,約為15~20%。圖1是向相鄰崩落礦巖擠壓爆破的方案。在分段下部形成底部結構,上部掘進鑿巖巷道和通風行人天井後,鉆上向扇形深孔,向相鄰崩落礦巖方向擠壓爆破落礦。爆破落礦前,相鄰礦塊必須進行松動放礦,以提供補償空間。一次擠壓爆破層厚度通常為10~20m。這種方案的切割工作量低,爆破質量較好,但使用條件嚴格。回采礦塊不和已采的崩落礦塊相鄰,或崩落礦巖的補償空間不足時,可用切割井巷做補償空間,進行擠壓爆破。

  有底柱分段崩落法有許多回采方案,適用於各種穩固程度的中厚以上的傾斜、急傾斜礦體和緩傾斜厚礦體。主要優點是適應性強;用電耙出礦,操作、維修簡單;通風條件好。主要缺點是采準切割工程最大;巷道施工不易實現機械化,勞動條件差;礦石損失、貧化大。

  無底柱分段崩落法 特點是鑿巖、崩礦和出礦在同一個分段回采巷道內順序進行,以較小的崩礦步距向崩落區進行擠壓爆破,不設底部結構,崩落的礦石自回采巷道端部直接放出,用裝載設備裝運至溜井。本法的優點是:結構簡單,有利於使用大型機械化無軌自行設備;各工序都在水平巷道內進行,工作安全;能分采和剔出夾石。缺點是通風差,礦石損失、貧化高。適於開采圍巖易崩落、礦石穩固的急傾斜厚礦體。若礦石不穩固,回采巷道維護困難;傾角小和礦體薄,礦石損失、貧化將增大。

  采礦方法佈置見圖2。在分段水平掘進稱為進路的回采巷道和聯絡巷道。回采巷道端部,掘進切割巷道和切割天井。在回采巷道和切割巷道中鑿上向扇形深孔。回采前先在回采巷道端部拉切割槽,然後分步距爆破進行回采。回采分段上部應保持大於1.5~2個分段高度的崩落覆蓋巖層。沿走向每隔一定距離佈置設備井或斜坡道,向分段運送設備、材料和人員。

  分段高度、進路間距、崩礦步距三個參數要合理配合,符合覆巖下放礦的礦巖流動規律。分段高度主要受鑿巖設備的限制,過大將影響鑿巖效率和爆破質量,過小則增大采準工作量。常用的高度為10m左右。上下分段的回采巷道應嚴格按菱形佈置,以便將上分段回采巷道兩側的脊部殘留礦石,在下分段出礦時盡量回收出來。同一分段內的回采巷道應互相平行。常用的回采巷道間距是8~10m。采準工作完成後,崩礦步距是惟一能調節的參數。常用的崩礦步距是1.8~2.5m。如果參數選擇合理,生產正常,在貧化率15~20%的條件下,回收率可達85%以上。

  鑿巖主要使用單機、雙機或三機自行臺車。個別礦山也有用圓環雪橇式臺架的。臺車和臺架均配重型鑿巖機。出礦主要采用裝運機和鏟運機,運距較長時用裝載機械配自卸卡車或自行礦車。

  階段崩落法 特點是在階段全高上借助鑿巖爆破或重力崩落礦石,並在崩落覆蓋巖層下通過礦塊的底部結構放出礦石。階段崩落法分階段強制崩落法和階段自然崩落法。

  階段強制崩落法 主要利用鑿巖爆破落礦。礦塊佈置和回采工藝大體與有底柱分段崩落法相似。本法的主要特點是整個階段高度一次落礦,不劃分分段。階段強制崩落法也分水平深孔落礦方案和垂直深孔落礦方案。水平深孔落礦方案須形成與落礦范圍相適應的水平補償空間,掘進鑿巖天井和鑿巖硐室。在鑿巖天井或硐室中鉆水平深孔需搬運鑿巖設備,作業條件差。本法適用於開采礦石比較穩固,無自燃和粘結性而形狀又比較規則的厚大礦體。主要優點是礦塊生產能力大,采準工作量小,勞動生產率高,成本低,存窿礦石多,有利於調節生產。主要缺點是落礦高度大,放礦管理要求嚴格,出礦時間長,礦巖不夠穩固時底柱維護困難。

  階段自然崩落法 主要靠礦石自重落礦,在礦體回采單元(礦塊或盤區)下部進行較大水平面積拉底,在側部用巷道和深孔爆破切幫後,礦石在階段的整個高度上隨放礦而逐漸自然崩落(圖3)。控制放礦速度和調節切幫工程,可保證礦石破碎質量和正常連續崩落。本法將礦體劃分成礦塊、盤區或全礦體連續崩落。礦塊或盤區的水平尺寸主要取決於礦石的崩落難易程度、要求的崩落速度和底柱的穩固性。合理礦塊尺寸應保證礦石按要求連續自然崩落,出礦巷道不發生破壞。

  應用階段自然崩落法的主要條件是在拉底、切幫後,礦石能自然崩落成合格的塊度。適用於礦石節理裂隙發育,礦體與圍巖界線明顯,易於分離,圍巖較礦石滯後崩落的厚大礦體。本法生產能力大,是成本最低的地下采礦法,在有些條件下接近露天開采,主要缺點是采準時間長,一次投資大,使用條件嚴格。此法在美國應用較多。