水槍沖采砂礦，並用加壓運輸或自流運輸的開採方法（見彩圖）。
基本介紹
- 中文名：砂礦露天水力開採
- 外文名：Hydraulic mining of placer
- 解釋：水槍沖采砂礦
- 優點：節省了電源,經濟效果良好
正文,
正文
中國很久前即開始人工淘采砂礦，1673年曾用附近高山天然水源，開鑿明溝，引水沖淘砂礦。1929年在廣西水岩壩砂錫礦用水槍砂泵開採，在望高砂錫礦用自然水壓,裝備水力提升器開採,節省了電源,經濟效果良好。1949年後，砂礦露天水力開採由開採砂錫、砂金髮展到開採鎢鈦錳礦、鈮鉭鐵礦、鋯英石、金剛石等，甚至用水力開採粘土。使用水力開採的礦山、基建時間短、投資少、設備簡單、生產率高、成本低、投資見效快、技術經濟效果良好。 砂礦床開拓基坑開拓法 采場內開掘長約40～50m、寬10m的基坑，坑內布置砂泵揚送。視礦體厚薄,基坑可一次或分段掘到礦床底板，坑內礦漿池深度一般為1.5m左右。
塹溝開拓法 開掘塹溝，在溝內設輸礦溝道，自流運輸砂礦。如越過凹地，可與自流倒虹管配合，不用動力，經濟可靠（圖1）。 平硐溜井開拓法 開掘平硐和溜井通向礦體。在溜井中安設溜漿管，平硐底板鑲砌沖礦溝。本法適用於喀斯特山坡地區的低凹分散礦塊，為節約動力，應儘量採用自流運輸，避免砂泵揚送。目前使用的平硐長度已達2.6Km。溜井分垂直和傾斜兩種,前者套用較多。溜井用密集支柱支護。溜漿管的管徑通常為350mm,礦漿通過該管送入平硐中的沖礦溝。沖礦溝布置方式有兩種：①砌築於平硐底板上，適用於服務年限短的礦山；②在平硐底板下面開掘。管道與沖礦溝的連結處設有緩衝池，以減少衝擊力，防止礦漿從管內流出時飛濺。管道上部入口處應設格篩，以防大塊和泥團阻塞管道。
採礦方法主要是沖采,有時要進行殘礦回收,在有些砂土中需預先鬆動和清理廢石。沖采水槍的進水管直徑為150～200mm，噴嘴直徑常用38～65mm，壓頭為50～150m;耗水量為采砂量的1.7～14倍,在高山缺水地區,控制在3倍以下。水槍距工作面的最小距離,通常與階段高度值相近。水槍移動步距為4～6m,砂泵移動步距為50～200m；或先將礦漿池前移,當砂泵吸入管加長至50～90m後，再移動砂泵。
水力開採一般不適用於嚴寒地區。在氣溫低於 5℃的地區，應有防寒措施，如對水泵、砂泵和水管等進行防凍；在水管較低點設放水閘門，工作停止時注意放水；設定備用水管；採用高階段時,採取減少水量的措施,將水壓提高50～60%；采場底板坡度比夏季加大25～30%等。
沖采法 有逆向、側向、順向及聯合沖采法，以逆向沖采法套用較多（圖2）。該法系將水槍對準工作面,用射流在台階底部掏槽，使砂土坍陷,與水混合成礦漿，逆向流往礦漿池和沖礦溝，可充分利用射流衝擊力，減少耗水量。由於部分殘礦不能回收，采場底板有裂隙或溶洞時，又有部分礦石沉積，礦石損失率一般為5～10%。沖采時表土和夾層混入,使出礦品位降低；但同時有部分廢石被篩出，又可使出礦品位相對提高，一般實際貧化率為5～10%。 砂礦的預鬆動 可提高水槍效率，降低水電消耗和採礦成本。鬆動方法有爆破法和水壓法。前者使用較多，經濟效果良好，在高山缺水地區更為顯著，每噸砂礦的耗水量可降至1.7t。後者適用於具有滲透性的砂礦，在距階段坡頂線2～3m處插入一排鋼管，插深約2m,管距約3m，壓入高壓水。經數小時可使土岩塌落，采一噸砂礦耗水0.5～0.7t。此法與底部掏槽相結合,效果良好。
殘礦回收 有的殘礦是由於工作面底板坡度而形成，有的則為殘留於喀斯特溶洞中的砂礦。前者一般先用爆破法鬆動殘礦，然後用水槍逆向沖采，再調整噴嘴直徑，用順向沖采法清掃底板殘礦，並用小型移動砂泵揚送礦漿至主砂泵的礦漿池內或沖礦溝中;不能沖走的廢石,可用人工或機械清理。後者可用膠管小水槍沖采，配合小型移動砂泵；如溶洞狹小，可用水力射流提升器回收。
水力運輸分自流和加壓兩類,前者不耗費電力,生產成本低，又分溝道運輸和管道運輸兩種方式。溝道運輸可就地取材，基建投資少，中國廣泛採用。在地形條件限制時，往往輔以自流管和倒虹管。
溝管線路選擇應滿足：①基建工程量小，架空部分少，施工方便，利於維修；②線路儘可能取直，線路轉角不小於120°；③使大部分砂礦或剝離物能自流運輸，少用輔助砂泵；④自流運輸的溝道坡度大於砂礦流動的臨界水力坡度,線路轉角處最好有100mm的落差；⑤溝道坡度過大時，用跌水落差調整，以減少磨損；⑥在地形有起伏時，可用自流管和倒虹管，在最低處設排礦閥。
自流運輸 ①溝道斷面 有半圓形、矩形和梯形。後兩種在生產中廣泛被採用。矩形斷面的開挖工程量小，流深較大，砌築方便,但更換溝底襯板不方便,大泥團較多時易阻塞溝道，水力半徑小。梯形斷面與之相反。取二者之長，可以上半部為矩形，下半部為梯形。沖礦溝的深度應為礦漿流深的2倍以上。
② 溝道坡度 礦漿自流溝道的最小坡度，與漿中的土岩粒度、礦漿濃度和襯砌材料有關，平均粒徑愈大，要求的坡度也愈大。一般應比臨界坡度大10%以上。當礦漿濃度為20～30%時，沖礦溝最小坡度約4～6%。
③ 襯砌材料 常用的有石灰岩、大理岩、花崗岩、耐磨鑄鐵和輝綠岩製品等。各種主要襯砌材料的優缺點和通過萬噸礦石的實際材料磨損率見表。 溝幫和溝底的磨損比約為1:3；距溝底5cm以上的部位磨損很少。
④ 泥團處理 沖礦溝內礦漿流動時，常有泥塊粘裹石塊而成的大量泥團,阻塞沖礦溝,造成事故；含泥率高的礦區尤甚。泥團呈球狀，較堅韌,必須衝壓打擊,才能破碎。處理泥團的主要設施有六麵條篩和電動圓筒篩。
⑤ 倒虹管運輸 通過寬闊較深的窪地，可用倒虹管自流輸送砂礦。倒虹管由鋼管與鑄鐵管組成；用輝綠岩鑄石襯裡的倒虹管，使用效果更好。用倒虹管時流量愈大,礦漿濃度愈大,所需的靜壓頭就越高。為減少水力坡度，降低靜力壓頭，必須合理選擇管徑。管徑必須由大到小，逐漸減小，並用漸縮管相互連線。入口段礦漿的流速須大於1.4m/s，揚送段流速不低於3m/s，礦漿在管道中流速為臨界流速的 1.1倍。礦漿入口處設定間距25mm的條篩，在谷底平緩段安裝球形閥，以清洗和排放阻塞管道的乾結礦石；礦漿入口處還應設清水池，以調節礦漿濃度和流量，並在突然停電時用來沖儘管內礦砂。條篩前的礦漿溝應安設閘門和儲礦池，以便控制和調節砂礦量。平緩段的彎管角度應大於120°～160°，以避免轉彎處所形成的渦流區。
加壓運輸 地形條件不允許自流運輸時，用砂泵加壓水力運輸。砂泵一般均採用吸入式。如果需要串聯作業時，中間升壓泵可採用注入式。但一般不採用並聯作業。礦漿在管道內呈紊流狀態。固體顆粒在礦漿中的運動狀態相當複雜，有高流速狀態、臨界流速狀態和低流速狀態。礦漿在管道內流速與礦漿濃度、管徑、礦石粒度和管道阻力係數有關。臨界流速狀態最經濟。正確選定流速數值，可降低電耗和生產成本，減小壓頭損失和管道磨損。為防止管道阻塞，最小流速應為最大粒徑礫石自由沉降速度的1.5～2倍。
礦漿在管道內運動的壓頭損失，在清水運動壓頭損失的基礎上，考慮到礦漿比重和附加能量的影響來確定。壓頭損失與流速關係極大：流速低於臨界流速時，將有固體顆粒沉降於管道底部而增大阻力；流速過大時，由於管道內的摩擦，消耗能量，也增大壓頭損失。正確選擇臨界流速，才能保證壓頭損失最小。選擇最有利的礦水比（單位時間內運出的乾礦重量與耗水量之比），可降低水、電消耗和生產成本，提高砂泵與管道的運輸能力。
砂漿管道磨損很大,選用管道要注意管壁的厚度,尤其要選擇適宜於臨界流速的管徑以減小磨損。使用的鋼管每季應翻轉一次，每次轉60°～120°,以延長使用年限。如使用200mm的無縫鋼管，管壁厚8mm時，通過35～40萬米3的砂礦後即完全磨壞，不能再用。
供水水力開採需大量用水，供水方法有自流、機械加壓和聯合法。為節約用水，采場用水主要取自選廠尾礦池（或水力排土場）。將用過的水澄清回收，循環使用，水源來水作為生產過程耗損水量的補充，僅占總用水量15%左右。旱季耗損多，占20～25%，雨季只占5～10%。加壓泵站的位置定在礦區中央的高地為宜,以便充分利用靜水壓頭和縮短管道長度，減少壓頭損失。泵站貯水池的容積，應能貯備4～5小時的用水量。
塹溝開拓法 開掘塹溝，在溝內設輸礦溝道，自流運輸砂礦。如越過凹地，可與自流倒虹管配合，不用動力，經濟可靠（圖1）。 平硐溜井開拓法 開掘平硐和溜井通向礦體。在溜井中安設溜漿管，平硐底板鑲砌沖礦溝。本法適用於喀斯特山坡地區的低凹分散礦塊，為節約動力，應儘量採用自流運輸，避免砂泵揚送。目前使用的平硐長度已達2.6Km。溜井分垂直和傾斜兩種,前者套用較多。溜井用密集支柱支護。溜漿管的管徑通常為350mm,礦漿通過該管送入平硐中的沖礦溝。沖礦溝布置方式有兩種：①砌築於平硐底板上，適用於服務年限短的礦山；②在平硐底板下面開掘。管道與沖礦溝的連結處設有緩衝池，以減少衝擊力，防止礦漿從管內流出時飛濺。管道上部入口處應設格篩，以防大塊和泥團阻塞管道。
採礦方法主要是沖采,有時要進行殘礦回收,在有些砂土中需預先鬆動和清理廢石。沖采水槍的進水管直徑為150～200mm，噴嘴直徑常用38～65mm，壓頭為50～150m;耗水量為采砂量的1.7～14倍,在高山缺水地區,控制在3倍以下。水槍距工作面的最小距離,通常與階段高度值相近。水槍移動步距為4～6m,砂泵移動步距為50～200m；或先將礦漿池前移,當砂泵吸入管加長至50～90m後，再移動砂泵。
水力開採一般不適用於嚴寒地區。在氣溫低於 5℃的地區，應有防寒措施，如對水泵、砂泵和水管等進行防凍；在水管較低點設放水閘門，工作停止時注意放水；設定備用水管；採用高階段時,採取減少水量的措施,將水壓提高50～60%；采場底板坡度比夏季加大25～30%等。
沖采法 有逆向、側向、順向及聯合沖采法，以逆向沖采法套用較多（圖2）。該法系將水槍對準工作面,用射流在台階底部掏槽，使砂土坍陷,與水混合成礦漿，逆向流往礦漿池和沖礦溝，可充分利用射流衝擊力，減少耗水量。由於部分殘礦不能回收，采場底板有裂隙或溶洞時，又有部分礦石沉積，礦石損失率一般為5～10%。沖采時表土和夾層混入,使出礦品位降低；但同時有部分廢石被篩出，又可使出礦品位相對提高，一般實際貧化率為5～10%。 砂礦的預鬆動 可提高水槍效率，降低水電消耗和採礦成本。鬆動方法有爆破法和水壓法。前者使用較多，經濟效果良好，在高山缺水地區更為顯著，每噸砂礦的耗水量可降至1.7t。後者適用於具有滲透性的砂礦，在距階段坡頂線2～3m處插入一排鋼管，插深約2m,管距約3m，壓入高壓水。經數小時可使土岩塌落，采一噸砂礦耗水0.5～0.7t。此法與底部掏槽相結合,效果良好。
殘礦回收 有的殘礦是由於工作面底板坡度而形成，有的則為殘留於喀斯特溶洞中的砂礦。前者一般先用爆破法鬆動殘礦，然後用水槍逆向沖采，再調整噴嘴直徑，用順向沖采法清掃底板殘礦，並用小型移動砂泵揚送礦漿至主砂泵的礦漿池內或沖礦溝中;不能沖走的廢石,可用人工或機械清理。後者可用膠管小水槍沖采，配合小型移動砂泵；如溶洞狹小，可用水力射流提升器回收。
水力運輸分自流和加壓兩類,前者不耗費電力,生產成本低，又分溝道運輸和管道運輸兩種方式。溝道運輸可就地取材，基建投資少，中國廣泛採用。在地形條件限制時，往往輔以自流管和倒虹管。
溝管線路選擇應滿足：①基建工程量小，架空部分少，施工方便，利於維修；②線路儘可能取直，線路轉角不小於120°；③使大部分砂礦或剝離物能自流運輸，少用輔助砂泵；④自流運輸的溝道坡度大於砂礦流動的臨界水力坡度,線路轉角處最好有100mm的落差；⑤溝道坡度過大時，用跌水落差調整，以減少磨損；⑥在地形有起伏時，可用自流管和倒虹管，在最低處設排礦閥。
自流運輸 ①溝道斷面 有半圓形、矩形和梯形。後兩種在生產中廣泛被採用。矩形斷面的開挖工程量小，流深較大，砌築方便,但更換溝底襯板不方便,大泥團較多時易阻塞溝道，水力半徑小。梯形斷面與之相反。取二者之長，可以上半部為矩形，下半部為梯形。沖礦溝的深度應為礦漿流深的2倍以上。
② 溝道坡度 礦漿自流溝道的最小坡度，與漿中的土岩粒度、礦漿濃度和襯砌材料有關，平均粒徑愈大，要求的坡度也愈大。一般應比臨界坡度大10%以上。當礦漿濃度為20～30%時，沖礦溝最小坡度約4～6%。
③ 襯砌材料 常用的有石灰岩、大理岩、花崗岩、耐磨鑄鐵和輝綠岩製品等。各種主要襯砌材料的優缺點和通過萬噸礦石的實際材料磨損率見表。 溝幫和溝底的磨損比約為1:3；距溝底5cm以上的部位磨損很少。
④ 泥團處理 沖礦溝內礦漿流動時，常有泥塊粘裹石塊而成的大量泥團,阻塞沖礦溝,造成事故；含泥率高的礦區尤甚。泥團呈球狀，較堅韌,必須衝壓打擊,才能破碎。處理泥團的主要設施有六麵條篩和電動圓筒篩。
⑤ 倒虹管運輸 通過寬闊較深的窪地，可用倒虹管自流輸送砂礦。倒虹管由鋼管與鑄鐵管組成；用輝綠岩鑄石襯裡的倒虹管，使用效果更好。用倒虹管時流量愈大,礦漿濃度愈大,所需的靜壓頭就越高。為減少水力坡度，降低靜力壓頭，必須合理選擇管徑。管徑必須由大到小，逐漸減小，並用漸縮管相互連線。入口段礦漿的流速須大於1.4m/s，揚送段流速不低於3m/s，礦漿在管道中流速為臨界流速的 1.1倍。礦漿入口處設定間距25mm的條篩，在谷底平緩段安裝球形閥，以清洗和排放阻塞管道的乾結礦石；礦漿入口處還應設清水池，以調節礦漿濃度和流量，並在突然停電時用來沖儘管內礦砂。條篩前的礦漿溝應安設閘門和儲礦池，以便控制和調節砂礦量。平緩段的彎管角度應大於120°～160°，以避免轉彎處所形成的渦流區。
加壓運輸 地形條件不允許自流運輸時，用砂泵加壓水力運輸。砂泵一般均採用吸入式。如果需要串聯作業時，中間升壓泵可採用注入式。但一般不採用並聯作業。礦漿在管道內呈紊流狀態。固體顆粒在礦漿中的運動狀態相當複雜，有高流速狀態、臨界流速狀態和低流速狀態。礦漿在管道內流速與礦漿濃度、管徑、礦石粒度和管道阻力係數有關。臨界流速狀態最經濟。正確選定流速數值，可降低電耗和生產成本，減小壓頭損失和管道磨損。為防止管道阻塞，最小流速應為最大粒徑礫石自由沉降速度的1.5～2倍。
礦漿在管道內運動的壓頭損失，在清水運動壓頭損失的基礎上，考慮到礦漿比重和附加能量的影響來確定。壓頭損失與流速關係極大：流速低於臨界流速時，將有固體顆粒沉降於管道底部而增大阻力；流速過大時，由於管道內的摩擦，消耗能量，也增大壓頭損失。正確選擇臨界流速，才能保證壓頭損失最小。選擇最有利的礦水比（單位時間內運出的乾礦重量與耗水量之比），可降低水、電消耗和生產成本，提高砂泵與管道的運輸能力。
砂漿管道磨損很大,選用管道要注意管壁的厚度,尤其要選擇適宜於臨界流速的管徑以減小磨損。使用的鋼管每季應翻轉一次，每次轉60°～120°,以延長使用年限。如使用200mm的無縫鋼管，管壁厚8mm時，通過35～40萬米3的砂礦後即完全磨壞，不能再用。
供水水力開採需大量用水，供水方法有自流、機械加壓和聯合法。為節約用水，采場用水主要取自選廠尾礦池（或水力排土場）。將用過的水澄清回收，循環使用，水源來水作為生產過程耗損水量的補充，僅占總用水量15%左右。旱季耗損多，占20～25%，雨季只占5～10%。加壓泵站的位置定在礦區中央的高地為宜,以便充分利用靜水壓頭和縮短管道長度，減少壓頭損失。泵站貯水池的容積，應能貯備4～5小時的用水量。
