地下礦山是採用地下開採方式開採礦產資源的一種礦山類型，除飾面石材礦山外，其他礦種地下礦山開採生產過程是，由地表開掘井巷通達礦體，將礦體劃分成若干個階段（或盤區），每一階段（盤區）再劃分為許多礦塊（分條），按照一定次序回採各礦體和階段。
而地下開採飾面石材礦山的生產工藝則有所不同，地下開採石材礦山包括巷道式開採和山洞式開採兩類。洞採飾面石材礦山可從井式露天石材礦山底部向水平方向推進演變成地下洞採礦山，或沿水平方向向山體內部推進開採形成洞採礦山；也就是說通過垂直深井、水平巷道直接深入到礦體內部開採的石材礦山。大部分石材礦山都採用沿山體或礦體水平推進的方式，即俗稱的山洞式礦山（簡稱洞採礦山，見圖1）；沿通向山體內部隧道周邊而建的石材礦山稱為巷道式洞採礦山。本文將討論洞採大理石的工藝技術及要求。
圖1 洞採大理石礦山
1 為何選擇洞採大理石
當大理石礦體受到地質結構及外部條件的限制，不能進行或必須投入很大的資金才能進行露天開採時，可進行洞採，具體可分成下面幾種情況。但最重要的是確定洞採大理石前，必須進行大理石花色品種的市場調研和價格評價，以及充分、專業的石材地質勘查工作。
1.1礦體產狀和地形條件
當大理石礦體所處位置的山形陡峭、山坡露天開採的作業難度大，礦體覆蓋層厚、剝離量巨大，礦體大角度傾斜插入地下、隨著露天開採的推進覆蓋層的剝離量逐步增大，或當優質品種的礦體頂部有較厚的圍巖、或深埋於地下時，可進行洞採，見圖2。
圖2 陡峭巖壁上的洞採大理石礦山
1.2礦山所在地的氣候條件
當大理石礦山位於嚴寒地區，每年生產作業時間最短的可能只有半年時，如果石材品種價值高，可選擇洞採方式，以便全年都可開採作業，見圖3。
圖3 寒冷地區的洞採大理石礦山
1.3採面工作場地限制
隨著露天凹陷大理石礦山的不斷向下推進，底部採面作業面積逐漸縮小到無法再進行露天開採作業、通過擴展頂部開口重新擴大凹陷採面面積也不可實現、礦山逐漸形成深井式開採格局時，如果石材花色品種值得繼續開採，可在採面底部向水平方向推進形成洞採礦山。
1.4花色品種變化
當大理石礦體的花色出現變化、價值變低或遇到異常破碎的礦體，經過地質勘查確認礦體深部仍有高品質花色石材時，為了延續礦山服務年限，也可進行洞採。
1.5環境保護政策
無論大理石礦山是處於何處，國家政策明確規定石材礦山開採作業不得破壞自然環境，必須對礦山及周邊進行環境治理和植被恢復；尤其是在一些植被茂密、樹木密集的森林地區，國家規定不得進行露天開採時，可考慮進行洞採，見圖4。
圖4 茂密植被和森林下面的洞採大理石礦山
2 洞採大理石礦山的前期論證和設計
洞採大理石礦山開採前必須進行下述前期的論證和設計。
2.1地質勘探
除了常規的地質勘探要求外，需要重點勘查的項目有：
——石材主要花色及其穩定性：是確定花色品種價值、礦山生產規模和投資力度等的依據。
——礦體節理裂隙及相關數據：是確定荒料主切面、開採推進方向、設計開採硐室和留取安全礦柱的依據。
——覆蓋及風化層厚度：是選擇首採開拓通道位置、安全生產、制定採面巖壁加固方案的依據。
——理論荒料率：是制定生產規模和經濟效益分析的依據。
——礦體變化情況：掌握礦體花色變化、圍巖侵入及礦體中是否含有石英條帶（團塊）及其分布情況，是選擇合適設備及刀具、開採過程中及時調整修正開採工藝參數、推進方向的關鍵。
——巖石的力學性能指標：是安全監測系統設計、設置、數據分析和系統運行的依據
2.2可行性研究
目前大理石洞採的工藝技術成熟、開採設備配套齊全，但在確定進行大理石洞採前，應認真做好石材花色市場價格的認定，礦體地質情況的勘查（產狀、裂隙、覆蓋層厚度、花色變化和理論荒料率）等，、地理位置（海拔高度、類型）、水文及氣候調研，安全生產及環境風險，管理水平和經濟性等方面的可行性研究、經濟效益分析和安全生產評估。
2.3礦山設計
大理石洞採礦山必須由具有資質的石材專業設計院進行正規的洞採礦山設計，首先要保證礦體儲量得到最大限度地利用，採用合理、合適的開採工藝方法和正確的開採工藝參數，選擇正確的開採設備和輔助設備，建立可靠、環保及安全的生產輔助設施，齊全的安全監控和保障措施，以及未來幾年的開採規劃。除此之外，洞採礦山的設計還應包括安全礦柱的預留及開採硐室的分布設計，安全礦柱通常預留在礦體裂隙發育、花色低檔、侵入的圍巖等部位；如果礦體巖石受力狀態達到安全極限時，不論是否處於可採礦體部位，都應預留安全礦柱（圖5）。
圖5 洞採大理石礦山內部的安全礦柱
3洞採大理石的工藝技術及選用設備
洞採大理石應採用高臺階、全鋸切開採工藝方法，嚴禁使用爆破開採。分成採準和荒料開採兩個階段。採準作業時，必須考慮對開拓通道內的全部石料進行荒料回收。
3.1採準階段
洞採大理石採準作業的目的是為後續的開採開闢一個矩形的工作通道，將只有一個自由面的礦體變成具有兩個自由面的開採臺階，見圖6。矩形開拓通道的開掘始終超前於開採，並自始至終伴隨洞採作業。採準的開採作業流程包括：
——矩形開拓通道垂直面的水平、垂直網狀切割分離；
——封閉背面「盲切」分離；
——長條塊石或荒料取出；
——取出石料的拖拽或移動；
——荒料驗收；
——荒料裝車及運輸；
——工作場地清理和渣土清運。
合適矩形開拓通道的尺寸是寬度6～7m、高度5～6m、每次深度2.5～3m。
圖6 洞採礦山的採準開拓通道
3.2荒料開採階段
洞採大理石的荒料開採與山坡露天和凹陷開採工藝相似，是在矩形開拓通道下方具有兩個自由面的開採臺階上進行荒料開採，見圖7。開採流程包括：
——塹溝開拓；
——長條塊石分離；
——翻倒；
——分解及整形；
——拖拽或移動；
——荒料驗收；
——荒料吊運；
——工作場地清理和渣土清運。
洞採大理石礦山開採階段的工藝參數是：臺階高度4～9m、長條塊石長度4～9、厚度1.2～1.8m（以可翻倒長條塊石為準）。
圖7 洞採大理石礦山的荒料開採
3.3洞採設備的選用
因為洞採大理石全部使用鋸切設備，所以應根據礦體巖石特性確定使用的開採設備和刀具類型，根據開採工藝參數、荒料塊度體積等選擇開採設備和輔助設備的功率、能力。具體建議如下：
3.3.1採準設備
——洞採臂式鋸：開掘洞採的採準開拓通道時，只能使用洞採專用臂式鋸。開採硬度較高的蛇紋石類大理石或含有少量石英條帶的大理石時，可選擇溼切作業的洞採金剛石帶鋸；開採普通硬度大理石可選用幹切作業的洞採鏈臂鋸（圖8）。洞採鏈臂鋸用於矩形開拓通道網狀垂直和水平面的縱深切割。
——金剛石串珠鋸：雖然洞採的石材是大理石，為了安全起見應選擇注塑或橡膠注封的串珠繩；為便於啟動，可選擇主電機變頻調速的串珠鋸機型，串珠鋸的功率37～55kW；還需配備用於「盲切」封閉背面、與串珠鋸配套的、可放入臂式鋸切縫中換向串珠繩的專用導向輪組件。串珠鋸用於矩形通道內石料封閉背面的鋸切分離，或根據需要分解長條塊石。
——叉裝機：用於矩形開拓通道內石料的移除，應選用在4～5m高度上仍能保持最大叉舉能力的叉裝機。
——叉車：因大噸位叉裝機在高位作業時，最大叉舉重量降低，所以在使用一些大型洞採鏈臂鋸的礦山，建議使用大噸位、大直徑車輪的叉車用於移動大型洞採臂式鋸。
採準階段的荒料裝車和運輸、渣土裝運設備與荒料開採作業時的對應設備相同。
圖8 洞採專用鏈臂鋸
3.3.2荒料開採設備
——露天開採臂式鋸和串珠鋸：臂式鋸用於高臺階開採時塹溝的切割、並與串珠鋸配合進行長條塊石的分離切割；串珠鋸還是分解翻到後長條塊石以及荒料的整形的切割設備。
——鑽機：包括潛孔鑽、水鑽和手持鑿巖機，用於穿引串珠繩的點面交匯孔的鑽鑿，為了減少洞內噪音和粉塵汙染，應優選使用水鑽；如果使用潛孔鑽，應選擇電機和液壓組合的潛孔鑽機型，並採用溼式鑿巖方法；手持式鑿巖機主要用於設備固定、安全錨杆孔的鑽鑿等鑿巖作業。
——翻倒設備和裝置：長條塊石的翻到可使用水袋或氣袋、頂石機或專用頂推器等設備和裝置。
——拖拽或移設備：洞內可使用叉裝機用於荒料裝車或短距離移動荒料，以及串珠鋸和臂式鋸等開採設備的移動和安裝就位。
——荒料的吊裝運輸及渣土清運：洞採礦山荒料的重量通常都在20噸左右，大的可達30多噸，包括廢棄石渣在內必須採用水平或小坡度道路運輸方式，洞採大理石礦山可使用叉裝機、裝載機、挖掘機、載重車和翻鬥車用於這些作業。
3.3.3洞採輔助設備
在選擇洞採輔助設備時應考慮多配置電動設備，儘量少用氣動、高噪音和高尾氣排放的內燃機動力設備，以減少洞內開採作業時的噪音和粉塵汙染。在硐室距離洞口較近的洞採礦山，如確實需要使用內燃機動力的輔助設備時，可將這些設備布置在洞外。
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