砂矿床是由原生矿床风化后形成，富含锡、金、铂等金属矿物和金刚石等非金属矿物。砂矿床主要有采砂船开采、水力机械开采和露天机械开采三种方法。本章主要介绍砂矿床的地质特征和这三种采矿方法的开采特点、设备、工艺、优缺点和它们各自的适用条件。
3.3.1概述
3.3.1.1砂矿床的分类
地壳中的原生矿床一经暴露地表，就要受到大自然的风化、侵蚀、剥离、搬运、分选和沉积等一系列作用，使其形成碎屑沉积物，其中某部分沉积物中的有用矿物富集程度达到具有工业开采价值时，便成为砂矿床。
根据形成砂矿的搬运介质不同，砂矿床主要分为风成砂矿、冰川砂矿和水成砂矿三大类。
⑴ 风成砂矿
由于风力的搬运作用，在适合沉积的地貌条件下，堆积而成的砂矿。
⑵ 冰川砂矿
图3.3.1 冲积砂矿几种富集情况
a-河床由窄变宽;b-主支流汇合;
c-河流转弯内侧;d-河流穿过古砂矿
1—河流;2—砂矿;3—古砂矿
由含有用矿物的冰川泥砾，在随冰川迁移、融化的过程中沉积而成的砂矿。它又分为冰碛砂矿和冰水砂矿，前者矿物富集程度较差，后者矿物富集程度较好。
⑶ 水成砂矿
由于水的搬运作用形成的砂矿。其分布范围最广，种类也最多。按其成因不同可分为：残积砂矿、坡积砂矿、洪积砂矿、冲积砂矿、滨海砂矿等。其中以冲积砂矿和滨海砂矿最常见。
①冲积砂矿
由河流的搬运作用形成的砂矿。它一般多形成于河流的中上游地段，成矿地带一般是在河床由窄变宽、支流汇合、河流转弯内侧、河流穿过古砂矿、河床凹凸不平或河床坡度由陡变缓地带(图3.3.1)。根据冲积砂矿赋存地带的地貌特征，冲积砂矿又进一步分为河床砂矿、河谷砂矿和阶地砂矿三种。
a) 河床砂矿 。一般产于现代河床底部，厚
度一般不大，但延长较远。形成的有利条件是周围有原生矿体或早期形成的砂矿。
b) 河谷砂矿 。它是由河床砂矿演变而成的砂矿，是由于河道侧向迁移，使早期形成的河床砂矿露出水面或被冲积物覆盖的砂矿出露，一般产于河谷底部或附近的河漫滩冲积层内，埋藏深度变化较大，可由几米到几十米。
c) 阶地砂矿 。在地壳上升地区，河流下切作用强烈，河流逐渐加深，结果使没有受到河流侵蚀的早期河谷砂矿高出河床，于是形成了阶地砂矿。它一般分布在河谷两侧的阶地上。
② 滨海砂矿
滨海砂矿平行于海岸分布，一般呈狭长条带形状，沉积于海水高潮线和低潮线之间。矿床中的有用矿物是由河流从大陆搬运而来，或海岸附近岩石受海水浸蚀而破坏，由海浪作用使它们在有利沉积地带富集而形成矿床。滨海砂矿主要矿产物是锡石、金刚石和锆英石等。
3.3.1.2砂矿床的地质特征
⑴ 砂矿床的埋藏特点
尽管
图3.3.2 冲积砂矿的形态
a-条带状; b-不规则状; c-串珠状;
d-鸡窝状;1—矿体; 2—河岸
砂矿床的类型很多，但它们均是分布在第四纪冲积地层中，共同的埋藏特点是：矿床成矿时期晚，没有受到成岩作用，矿岩松软，胶结性差而易于挖掘，品位一般较低，且矿化不连续，品位分布极不均匀。
⑵ 砂矿床的形状
由于成矿条件的复杂性，砂矿床的平面形状呈多种多样(图3.3.2)。对于冲积砂矿而言，大多数矿床呈条带状沿河谷走向延伸。
⑶ 有用矿物的富集规律
各类砂矿均服从粒度大、比重大的物质沉积在下部，粒度小、比重小的物质沉积在上部的分布规律，地层顺序在垂直方向的排列大同小异。如常见的冲积砂矿地层顺序，由上至下一般是表土层、含矿层和基岩(如图3.3.2)。
① 表土层
覆盖于含矿层之上，为不含有用矿物或其含量不够工业品位的冲积物质，一般是由泥土层和砂层组成，厚度在几米到几十米之间。泥土层主要是腐殖土、淤泥、亚砂土和粘土等。砂层主要是由粒径为0.01～1.0mm的砂粒组成。
图3.3.3 冲积砂矿地层
1—表土层;2—含矿层;3—基岩
② 含矿层
位于表土层之下、基岩之上，有用矿物含量达到工业品位的冲积层称为含矿层。一般是由砂砾层和砾石卵石层组成，厚度一般在0.1～3.0m之间。在含矿层与基岩的接触面以及风化基岩的裂隙中，有用重矿物富集，粗粒的重金属矿物通常赋存在矿床底板和基岩裂隙中。
③ 基岩
为冲积层之下较坚硬的岩石，一般是石灰岩、花岗岩、砂岩和页岩等。其表面是致密的粘土层，通常称为假底。
当基岩为石灰岩时，矿床底板常呈现凹凸不平，使矿床开采困难，这种底板也称喀斯特底板。
综上所述，在垂直方向上大部分重矿物主要富集在冲积层底部的砂砾层和砾石卵石层中，而在矿床底板或底板基岩裂隙中，通常是重矿物富集的地方。沿河谷走向重矿物的富集规律是：上游比下游含矿品位高，矿床宽地段比窄弯处含矿品位高，主支流汇合的下方处含矿品位较高。
3.3.2砂矿床开采设备
3.3.2.1采砂船
采砂船按其挖掘方式不同，有链斗式、抓斗式、吸扬式和铲斗式四种。目前在内陆砂矿和大陆架砂矿开采中，应用最多的是链斗式采砂船。按其行走方式不同，又分为桩柱式采砂船和钢绳式采砂船。现以桩柱式链斗采砂船为例介绍采砂船工作原理。
桩柱式链斗采砂船(图3.3.4)的挖掘装置是一条由许多挖斗组成的挖斗链2，工作时它被上导轮的主驱动14带动回转，当上导轮转动时，斗链由斗桥1上的托辊和下导轮3引导，以一定的速度围绕上下导轮及斗桥运转，挖斗在重力作用下插入矿岩，并将其挖掘上来。斗桥的上端固定在由两个轴承座支撑、并与上导轮同心的支撑轴上。因此斗桥连同斗链可以在
垂直面上绕支撑轴上下摆动。斗桥的下端由钢绳通过提升斗桥滑轮组5悬吊在前桅杆9上，钢绳的另一端绕在起落斗桥的绞车上，斗桥的悬吊装置可以调整和保持斗桥在需要的
图3.3.4 桩柱式链斗采掘船示意图
1—斗桥;2—斗链;3—下滚筒;4—工作面;5—提升斗桥滑轮组;6—浮桥;7—水枪;
8—土岸桥;9—前桅杆;10—艏超重机;11—主桁架;12—电梯; 13—桥式超重机;
14—主驱动;15—桩柱绞车;16—胶带机绞车;17—后桅杆;18—砾石胶带机固定钢绳;
19—胶带机传动装置;20—砾石胶带机;21—尾砂溜槽;22—桩柱;23—精选跳汰机;
24—粗选跳汰机; 25—左横移绞车; 26—右横移绞车; 27—斗桥提升绞车;
28—左横移钢绳; 29—右横移钢绳; 30—岸上滑轮; 31—横移钢绳固定点
挖
深层位上挖掘土岩。在船的尾部有两个用以固定采砂船的桩柱22。船工作时，其中一个提起，称非工作桩;另一个下放并插入尾砂堆中，称工作桩。船工作时是以工作桩为圆心，在水面上作扇形的圆孤运动。因此，挖斗既有回绕上下导轮及斗桥的运动，又有以工作桩为中心的圆弧运动，是一种复合运动。挖斗挖掘的土岩随挖斗沿斗桥提升到上导轮处翻卸，并通过受矿漏斗卸入圆筒筛，进行冲洗、碎散和土岩筛分。筛上的砾石和杂物由砾石胶带机20排到船尾采空区。砾石胶带机是由传动装置19带动，并由钢绳18悬吊在后桅杆17上。砾石胶带机可通过绞车16进行起落调整高度。筛分下来的矿砂进入选别设备进行选矿，选别的细泥尾矿由尾砂溜槽21排弃到船后采空区。船的移动主要是靠两个桩柱22进行的，船移动前先将斗桥提升到水面以上，然后通过两个桩柱交替提升和下放，同时船配合进行往复回转，实现向前移动一个步距。
船挖掘时，先放下斗桥，然后开动横移绞车，使斗桥由工作面的一角转到另一角。挖掘一个分层后，斗桥再下放一个分层厚度，开动反程绞车，向另一角回转并挖掘下一个分层矿岩。如此反复，由地表一直挖到砂矿底板为止。
综上所述，采砂船开采的工艺过程大致分为：挖掘、碎散筛分、选矿、尾矿排弃、移动进船等环节。
3.3.2.2水力机械
(1) 水枪
水枪是形成高压水射流对矿床进行冲采的主要设备。它主要是由枪筒、喷嘴、球形活动接头、水平旋转结构、上弯管、下弯管及稳流片组成(图3.3.5)，其中枪筒和喷嘴是水枪的关键部件，它们直接影响着射流质量的好坏。
图3.3.5 水枪外形
1—枪筒;2—喷嘴;3—球形活动接头;4—水平旋转结构;
5—上弯管;6—下弯管;7—操纵杆;8—锥形管;9—稳流片
(2) 砂泵
砂泵是加压进行水力运输的主要设备。按结构原理，目前我国生产的砂泵分为离心式和往复式两类。离心式砂泵又分为卧式泵和立式泵两种。离心泵的特点是扬程较小，允许吸入的固体颗粒较大，一般适用于短距离管道运输。而水枪开采的运输管道较短，因此多采用离心式砂泵。我国常用的离心式砂泵的类型有：
① 平桂型砂泵。它是卧式单面进矿浆的离心式砂泵。在砂矿开采中，常用的是平桂-125，150，200型砂泵，主要优点是：叶轮片数少(3片)，允许通过固体粒径可达100mm，对矿浆适应性强;允许吸入矿浆浓度较高，一般液固比为3：1～4：1。缺点是效率低，耗电量大。
② PN型砂泵。特点是效率高(56～65%)，叶轮直径大，叶片数少，允许通过的最大固体粒径大，对矿浆适应性较强，能适应大规模砂矿开采的要求。
③ PS型砂泵。特点是结构紧凑，整个设备可以安装在滑撬式底座上，移动方便，对矿浆的适应性差，一般用于输排选矿厂的尾砂。
3.3.2.3露天开采机械
见1.3采装工作。
3.3.3砂矿床开采方法
采砂船开采、水力机械开采和露天机械开采是砂矿开采的三种主要方法。
3.3.3.1采砂船开采
采砂船是一种开采水下砂矿床或松散物料的浮动式采选联合装置。利用安装在平底船头的挖掘机构采掘矿砂，并提升至船上的料仓，经圆筒筛的碎散、洗涤、分级后，筛下含矿的细粒物料自流进入粗选溜槽或跳汰机粗选，尾矿经尾矿溜糟或砂泵排于船尾后的采空区，圆筒筛上的废石经胶带输送机或砾石溜槽排于船尾后的尾矿堆上。由于此种漂浮装置最初在新西兰用于开采砂金，故得名采金船，后来还用于开采砂铂、锡石、金刚石、金红石、独居石、锆英石、硫磺、磷酸盐、煤、银、钛铁、含银铅锌矿、铁砂、铌、钽、钍等矿产和建筑用的砂子、卵石。凡是用采砂船开采有用矿物的方法统称为采砂船开采，简称船采。
实践表明，采砂船开采的作业成本约为水力机械开采成本的80%，劳动生产率高3～4倍。装配式采砂船的出现，改变了采砂船只适合开采储量较大的砂矿的习惯认识。
随着开采技术条件的变化和环保要求，我国采砂船开采的排尾方式、回采工艺、开拓与采前准备、选矿工艺、采后复田等技术都在不断地发展和进步，经过多年不断的实践和总结，取得了丰富经验。
(1) 开拓
船采的开拓是指为采砂船的建造组装准备工作场地，并使船建成后能处于漂浮工作状态，移进矿体进行回采。
① 基坑开拓法
图3.3.6 普通坝开拓
1—废石堆;2—坝;3—底板界线;4—矿体
首先在矿体附近挖掘一个基坑，船在基坑中组建，挖掘一条通向矿床底板的通道，通道加深角一般为7°～12°，建成后即出基坑。具有投资省、施工简单、供水容易等优点，一般适用于开拓埋藏位置低于潜水位的矿床，如河漫滩冲积砂矿。
② 筑坝开拓法
当矿区水源不足时，或开拓埋藏位置高于河流水位的高漫滩砂矿和阶地砂矿时，常需要横向筑坝，以提高采池水位，使采砂船能够进入矿体进行开采。常采用普通坝开拓(图3.3.6)和拦河坝开拓(图3.3.7)。
筑坝开拓的主要优点是：适应性强，能充分利用矿产资源;采池水位易满足船采的最小水位要求，船的排尾空间较大，可避免采砂船触堆搁浅，可减少采砂船因超挖底板而产生的挖斗严重磨损变形。缺点是：开拓筑坝工程量大，成本高。
图3.3.7 拦河坝开拓
1—拦河坝;2—矿体界线;3—河流;
4—基坑;5—引水渠;6—底板
当开采中需要提高的水位小于1.5m时，可直接利用采砂船排弃的尾砂和砾石围堰来提高水位。此时只要将采池后面所有的溢流通道堵死，即可提高水位，称为围堰开拓法。
③ 阶段开拓法
阶段开拓法的实质是：当开拓埋藏位置较深、表土层较厚的矿床时，为降低船采的剥离成本、提高船挖掘砂的生产能力，借助其他采剥设备(推土机、铲运机、前装机等)剥离潜水位以上的表土，以发挥这些设备机动灵活和剥离成本低的优点，减少船的剥离量和船上采选设备的磨损。
(2) 采准工作
采砂船开采前的采准工作主要包括：采区清理和表土剥离，采区供水、供电和生产勘探。在严寒地区还需预防冻结和解冻。
(3) 回采工艺
① 桩柱式扇形回采
采砂船的后部安装有两根桩柱，在工作时用其中一个插入尾矿，并以此为中心做横向扇形摆动，以获得横向进给，达到回采的目的。溜槽排出的尾砂直接排至尾矿场下部，主皮带运输机将筛上的砾石排弃至尾矿场上部。这种方法操作简单、工作可靠，但由于尾矿场宽度比回采工作面窄，造成尾矿堆高于采前地面，且细砂在底部，砾石在上部，对恢复农田不利。1980年以前我国的采砂船全部是桩柱式扇形回采。
② 首绳式平行回采
首绳式回采是用首绳采砂船进行回采的一种工艺。这种采砂船是以安装在艏绞车上的首绳牵引，依靠采砂船上的四根横移钢绳使采砂船产生横移运动进行回采。筛上的砾石直接从溜槽排至尾矿场底部，筛下的细砂尾矿通过尾矿泵直接排至尾矿场上部。由于首绳开采的工作面宽，排弃的尾砂铺散的面积大，且细砂和水混合弃填在尾矿砾石缝隙内，使尾矿平坦并充实，有利于复田。
这种单一首绳式采砂船的缺点是：生产时钢绳在工作中占地面积大，挖掘硬土岩时比桩柱式采砂船生产能力低。
③ 首绳桩柱联合回采
为了克服桩柱采砂船和首绳采砂船各自的不足，同时发挥两者的优点，我国设计出了首绳-桩柱式采砂船。即在首绳船后部增加一根固定锚桩和一台尾矿皮带机。排尾方式采用溜槽排出部分尾砂在下，主皮带机排弃的筛上砾石在中，尾矿泵排细砂在上的三层尾矿。可以根据具体条件灵活地单独使用首绳或桩柱回采，也可在同一采幅中联合回采，即挖中部时用首绳，挖角隅时用桩柱的混合式采砂船联合回采。这种宽工作面回采新工艺，不但提高了采砂船挖掘效率，减少贫化，而且改进了单一首绳船挤压和损坏船上电缆，明显有利于复田。
(4)开采方法
图 3.3.8 采砂船开采方法
A、C-单幅纵向;B-双幅纵向;D-单幅横向;E-双幅横向
采砂船开采方法的分类通常是按采砂船移动方向相对矿床走向的关系，以及采池中布置工作面的数目划分的。主要方法有：单工作面开采法、多工作面开采法和联合开采法，它们又可细分为单幅纵向、单幅横向、双幅纵向、双幅横向、多幅纵向、多幅横向开采法(图3.3.8)。
①单工作面开采法
这种方法是以单一工作面在采池全宽范围内进行开采。单工作面开采宽度较窄，开采时勿需在工作面之间频繁调船，故具有时间利用率高、生产能力大、船的调头和横移钢绳工作简单等优点。主要缺点是：排弃的废石分布不均匀，不利于复田;当开采埋深较大的矿床时，船排弃的废石易压采池一侧的矿体，进而导致采砂船开采侧部矿体时，产生矿砂的损失或贫化。根据船的开采移动方向是平行还是垂直矿体走向，单工作面开采法可分为单幅纵向和单幅横向开采法。
a)单幅纵向开采法
图3.3.9 单幅纵向开采
1-矿体界线;2-条带界线
沿矿体走向上行或下行前进开采。当矿床宽度较窄时，可一次开采矿体的全宽。当矿床较宽时，应将矿床宽度划分成几个具有合适宽度的条带，依次按条带进行开采(图3.3.9)。条带长度一般为0.3～0.8km。采完一个条带后，船调转180°，再开采相邻的条带。划分的条带数目应是奇数，以使采砂船能返回原来的方向继续向前开采。
这种开采法的优点是：开采时，调船工作简单灵活，遇障碍物(如冻土)时，易于改变船的开采方向，故对于不规则矿体适应性较强;由于沿矿体走向一次开采长度较大，因此减少了采砂船180°调头时间，提高了生产能力，简化了技术管理工作。主要缺点是：当矿体界线不清时，开采存在较大的盲目性，易产生损失和贫化;当开采深埋矿床时，排弃的废石堆易压侧部矿体。
b)单幅横向开采法
图3.3.10 双工作面开采法
垂直矿床走向开采。主要优点是：可以保持较合理的挖掘宽度;对于边界不清的矿体，在开采过程中可进行边采边探，因此资源回收率较高;当开采中需要横向筑坝来提高采池水位时，可利用采砂船横向排弃的废石堆筑坝。主要缺点是：当矿体较窄时，船的180°调头次数频繁，因此会占用较多的生产时间且管理工作复杂;当逆向开采时，由于尾砂堆的渗水性好，需补充较多水量以保持足够的水位。有时为保持采池的水位，需沿走向每隔一定距离留设横向保水矿柱，增加了矿柱损失。为减少采砂船180°的频繁调船，要求矿床宽度大于120～400m。一般来说，矿体宽度应为采砂船最小挖掘宽度的2～4倍。
② 多工作面开采法
在采池的全宽范围内，采砂船以几个工作面轮流进行开采，工作面数目通常为2～3个，最多不超过6个。开采时，工作面之间应有一定的超前距离，一般其值为2～4倍的移步距。船的调动工作如图3.3.10所示。在点1，船以右桩为工作桩开采工作面5—6，当船向前推进2～4个移步距达7—8的位置时，便开始向相邻右工作面调动船：先将船停在5—6的位置，然后提起斗桥并把它放在点6的位置，提起工作桩，借助横移钢绳使船向右移动。在移动进程中，可以利用斗链的正转或反转，使船前进或后退来配合调船。最后将左桩放在点3，调船工作结束。如此反复地来往于工作面之间进行开采。船每调动一次所需时间约20～35分钟。
主要优点是:船排弃的废石均匀平整，有利于采后复田;当开采深埋矿床时，可减少因废石堆压侧部矿体而产生的损失和贫化。主要缺点是：来往于工作面之间的调船过于频繁，占用生产时间多且管理工作复杂;由于采池宽度较大，横移钢绳敷设工作较复杂;由于排弃的尾矿堆较宽，采池渗透水量大。按采砂船开采方向平行或垂直于矿体走向，多工作面开采法可分为多幅纵向和多幅横向开采法。
a)多幅纵向开采法
主要优点是：一次可采完矿体全宽，因此避免了因废石堆压矿产生的损失和贫化。主要缺点是:当矿体界线不清时，开采时易产生损失和贫化。
b)多幅横向开采法
主要优点是:当开采的矿体边界不清时，因船垂直矿体走向推进，在开采中能边采边探。缺点是：当矿床宽度较窄时，船180°的调头次数频繁。多用于开采宽度大于400m的矿床。
③ 联合开采法
上述开采法的综合应用。根据各地段矿床宽度的不同，采用不同的开采方法，于是形成了联合开采法。
3.3.3.2水力机械开采
利用水力依次完成矿砂的冲采、运输、粗选和尾矿排弃等全部采选生产作业的连续开采方式，称之为水力机械化开采，简称水采。水力机械开采的主要方法是水枪开采法，通常是借助多级水泵，将水加压至0.7～15MPa，通过水枪形成高速水射流，冲采砂矿。在水射流冲击、渗透等多种作用下，矿砂被碎散，与水混合成一定浓度的浆体，经运矿沟、砂泵或水力汲运机运至粗选设备(溜槽、跳汰机或螺旋选矿机)进行粗选，尾矿用自流或加压水力运输送至尾矿池排弃。
我国是较早使用水力机械方法开采砂矿的国家之一。20世纪60年代，全国锡产量的50%，黄金产量的13%，铌、钽、锆、钛等产量的90%是用水力机械方法开采的。
(1) 开拓工作
水枪开采的开拓工作是指挖掘供安装设备的基坑或堑沟，开辟采矿工作面，建立供水，供电和水力运输等生产系统。主要有基坑开拓法和堑沟开拓法。
① 基坑开拓法。在适当位置挖掘一个基坑，坑底标高应达到矿床的底板，设置砂泵和水枪，然后对矿床进行开采。这种方法一般是在矿床由下而上不具备采用自流运输方法运输矿浆时采用。
② 堑沟开拓法。当矿区地形和矿床埋藏条件适合自流水力运输矿浆时，可采用堑沟开拓法。堑沟开拓是利用明沟掘进通达矿床，进而为矿浆的自流运输开拓出通道。堑沟的位置应根据地形和矿床赋存条件确定，尽可能使一个块段的绝大部分矿砂能自流进入运矿沟，并使掘沟工程量尽可能小。堑沟的坡度可根据自流运矿所要求的坡度确定。
(2) 冲采方法
根据水枪射流的喷射方向与冲采下来的矿浆流动方向的相对关系，水枪开采法可分为逆向、顺向和逆顺向三种冲采方法。
① 逆向冲采法。这是水枪开采普遍使用的方法(图3.3.11，a)。水枪位于工作面台阶下平盘，水枪射流垂直工作面，首先在工作面最下部掏槽，使上部的土岩失去支撑而塌落，然后再射流塌落下来的土岩，如此反复进行。射流形成的矿浆，逆射流方向流入矿浆池或运矿沟，然后借助自流或砂泵送往选矿厂。逆向冲采时，水枪射流垂直工作面，所以冲击力大、能量利用充分、冲采效率高、单位耗水量小。缺点是不能借助射流的力量将大颗粒物料冲离工作面。一般适用于矿床厚度大、土岩致密、矿浆易于流运的砂矿床。
② 顺向冲采法。水枪位于台阶的上平盘靠近工作面处(图3.3.11,b)，射流方向与矿浆的流运方向一致，可利用水枪射流推赶矿浆，并将大块砾石冲离工作面。缺点是由于水枪射流顺工作面，使水枪的有效冲击力大大减小，特别是台阶高度增大时，冲采面的坡面角小，射距增大，冲击力更小，冲采效率将明显下降，单位矿砂耗水量增大，也不能利用矿岩的重力崩落土岩。适用于矿床厚度3～5m、土岩松散、胶结性差、含砾石较多难于流运的砂矿。
③逆顺向冲采法。它(图3.3.11，c)兼具有逆向和顺向冲采法的优点。先采用逆向冲采法对工作面进行冲采，然后再顺向冲采残留在工作附近的土岩。此时，由于射流方向与矿浆流运方向一致，改善了矿浆流运条件，因而冲采效率高，单位砂矿耗水量小。
水力机械开采砂矿或冲积土岩的主要特点如下：优点是准备工程少，建设速度快，机械化程度高，使用的设备简单，基建投资低;工艺连续，工时利用率高，生产能力大，劳动生产率高，作业成本低;技术比较简单和易于掌握，工作安全可靠;能为洗矿、选矿创造有利条件，有效地回收细粒矿物，回采率高。缺点是使用条件局限于能为低压水射流破碎的土岩;水和动力的消耗量;受气候影响大，严寒地区作业期短;需认真考虑水系的污染和复田。
水力机械开采的使用条件是：沉积的次生矿床或土岩，有廉价的动力和充足的水源，有足够容量的尾矿池或水力排土场，无长期冰冻的气候条件。
图3.3.11 冲采方法
a—逆向冲采;b—顺向冲采;c—逆-顺向冲采;
1—水枪;2—供水管道;3—矿浆沟;
4—砂浆池;5—砂泵房;6—水力运输管道
3.3.3.3露天机械开采
露天机械开采是指用推土机、挖掘机、前装机、拖拉索斗铲等作为采运设备，并与洗选机组配合对砂矿床进行开采。
(1) 前装机开采
前装机在砂矿开采中可作为采装矿岩设备、采装运矿岩设备、辅助设备。
① 采装矿岩设备。挖掘较松散的矿岩，然后向汽车、窄轨铁路的矿车、皮带运输机受矿漏斗卸载。
② 采装运矿岩设备。当运距小于400m，或装卸循环时间不大于3分钟时，可利用前装机将挖掘的矿砂直接运往选矿地点。
③ 辅助设备。用前装机进行道路维护、筑堤修坝、平整场地、短距离牵引运送设备、清理积雪等工作。
前装机开采砂矿床，具有投资少、见效快、机动灵活、一机多用等优点。主要缺点是挖掘力小，不适应开采较致密坚硬的砂矿，以及轮胎磨损快等。为克服上述缺点，前装机有向大功率、大斗容方向发展的趋势。
(2)机械铲开采
采用正向机械铲开采砂矿的方法主要有机械铲—窄轨铁路开采法和机械铲—汽车运输开采法两种。
① 机械铲—窄轨铁路开采法。利用机械铲挖掘土岩并装入矿车中，通过窄轨铁路运出。
② 机械铲—汽车运输。利用机械铲挖掘土岩并装入汽车运出。开采时可利用推土机配合机械铲采装矿砂。
机械铲开采法适用于开采干旱少水的砂矿床，具有安全可靠、挖掘效率高、对致密坚硬土岩或含巨砾较多的砂矿床开采适应性较强等优点。主要缺点是不适合开采湿度较大的矿床，它可导致设备沉陷、机械铲粘斗、汽车打滑等现象，致使采运设备的作业效率显著降低。
(3) 索斗铲开采
索斗铲开采法有直接捣堆法和联合开采法。它们的选择主要取决于砂矿床的宽度和埋深，以及所采用的索斗铲型号。
① 直接捣堆法 。索斗铲把挖掘的表土直接排弃到开采境界外或直接排弃到采空区，把矿砂挖卸到矿车内运出。
② 索斗铲—推土机联合开采法 。当矿床宽度较大时，为减少索斗铲捣堆量，可采用其他机械设备配合索斗铲联合进行开采。
索斗铲开采砂矿的优点是它可以站立在地表向下挖掘松软土岩，且挖掘范围较大;对湿度较大的矿砂适应性强，并能直接挖掘水下有用矿物;由于索斗铲卸载半径大，可直接将剥离的废石排弃到排土场，开采工艺简单;工作时无振动和冲击，设备部件磨损小，维修量小;功率大，挖掘效率高。
总的来说露天机械开采具有投资少、见效快、机动灵活等优点。目前我国应用露天机械开采砂矿床的比例已超过20%，并有逐渐增长的趋势。
露天机械开采一般适用于中小型矿床，特别是干旱缺水地区的中小型砂矿床。
本章小结
采砂船开采、水力机械开采和露天机械开采是砂矿床开采的三种主要方法。采砂船是一种开采水下砂矿的浮动式采选联合装置，利用安装在船上的机构采掘矿砂，并提升到船上的料仓，经过圆筒筛碎散、洗涤、分筛后，筛下含矿的细粒物料自流进入粗选溜槽或跳汰机粗选，尾矿经溜槽排于船后采空区;开拓方法有基坑开拓法、筑坝开拓法和阶段开拓法;开采方法有单工作面开采法和多工作面开采法;回采工艺有桩柱式扇形回采、首绳式平行回采和首绳桩柱联合回采。水力机械开采是在高压水射流冲击、渗透等多种作用下，碎散矿砂，形成一定浓度的浆体，浆体经运矿沟或砂泵运往选矿处;可采用基坑开拓法和堑沟开拓法;采矿方法有逆向冲采法、顺向冲采法、逆—顺向冲采法。露天机械开采是用推土机、挖掘机、前装机、拖拉铲运机、索斗铲等作为采运设备，并与洗选机组配合对砂矿床进行开采，一般适用于中小矿床，特别是干旱缺水地区的中小型矿床。
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