矿床开拓

administrator · 发表于 2010-1-26 13:41

第一节开拓巷道及开拓方法的分类
矿床的赋存条件复杂，地表地形多种多样，矿山企业规模大小不一，故矿床的开拓方法和开拓巷道的种类也较多。
一、开拓巷道的分类
根据开拓巷道在矿床开采过程中所起的作用主要可分为以下四种：
1．主要开拓巷道：这种开拓巷道在矿床开采过程中起主要作用，它们在地表有直接出口，主要用作提运矿石。属主要开拓巷道的有主平硐、主井（竖井成斜井）。
2.辅助开拓巷道：这类开拓巷道在矿床开采过程中只起辅助作用，用作通风、排水、运送材料设备、人员以及提运废石等。它们在地表都有直接出口，属辅助开拓巷道的有副平硐、副井（竖井或斜井）。
3．补充开拓巷道：这类开拓巷道是补充主要开拓巷道之不足，用来开采矿床下部的开拓巷道，一般都从主要开拓巷道的最下部水平开掘。竖井、斜井、盲斜井、盲竖井都可作补充开拓巷道。
4．阶段开拓巷道：这类开拓巷道主要为开采阶段服务，属阶段开拓巷有井底车场及硐室、石门、主要阶段运输平巷等。
二、开拓方法的分类
根据主要开拓巷道的类型和下部有无补充开拓巷道，开拓方法可分为两大类：
单一开拓法：用一种主要开拓巷道开采整个矿床的全部开采深度的开拓方法属于单一开拓方法。根据主要开拓巷道的类型可分为竖井开拓、斜井开拓和平碉开拓三种。
联合开拓法：开采矿床上部用某一种主要开拓巷道，下部用补充开拓巷道联合开拓法。本法可分为竖井与盲井（盲竖井或盲斜井）联合开拓法，斜井与盲井（盲竖井或盲斜井）联合开拓法，平硐与井筒（明井或盲井）联合开拓法三种。
主要开拓巷道的位置，根据矿床赋寸特点，地表地形条件可位于矿体的下盘，上盘，侧翼，矿体中或穿过矿体，而位于矿体下盘的为最多。
竖井开拓法：竖井开拓法主要用在开采急倾斜矿床（倾角在600—700以上），因为石门较短。当倾角不大的矿床（倾角在150—200以下）也宜用竖井开拓，因为在这种情况下用斜井开拓长度太大。
按竖井与矿床的相对位置，竖井位于矿体下盘的开拓方法在我国应用最为广泛（图4-1），下盘竖井容易保护，且不需留保安矿柱。
竖井开在矿体中或穿过矿体，都需留保安矿柱，故用的很少。竖井在矿体上盘，石门过长，且不易保护，因而在实际中应用甚少，只在特殊的地形地质条件下，不能用下盘竖井时，才采用上盘竖井开拓。
根据矿山规模大小，竖井可采用箕斗或罐笼提升矿石，大型矿山一般都采用箕斗提升。
斜井开拓法：斜井开拓主要用在开采缓倾斜和倾斜矿床，其倾角在200—500之间，而200—400应用较多，因为在这种条件下，用斜井比用竖井开拓，石门长度大大减少。
斜井在矿体中的开拓方案，应用较少，因需留保安矿柱，斜井在矿体下盘岩层中的开拓方案（图4-2），使用比较广泛，因它不需留保安矿柱，且石门长度也不大。
根据斜井的倾斜角度大小和生产能力，可采用串车、台车、箕斗和皮带运输机提升矿石。
三、平确开拓法
用平硐开拓是一种最经济最简便的开拓方法，但它只能在地形条件允许下才能采用，矿床必须埋藏在地平面以上的山岭地区（图4-3）。
根据地形和矿体埋藏条件，平硐可以沿矿体走向或与矿体走向相交。我国中南地区许多矿山是采用平硐沿矿体走向而在矿体中的开拓方法，而在其他地区则多采用与矿体走向相交的开拓方祛。
平硐开拓一般都采用电机车运输。
四、评价
1．对竖井与斜井开拓的评价
（1）竖井提升速度快，提升能力大，工作安全可靠，适用于大型矿山。斜井提升速度慢，而提升容器沿轨道运行，容易发生事故，生产可靠性差。
（2）斜井的井筒装备和井底车场比较简单，在使用串车或台车提升时，地面不需要大型提升设备和高大的井架，基建总工程量少，建设速度快，初期投资比较小。由于生产能力较小，所以中、小型矿山采用较多。
（3）斜井井筒一民，提升阻力大，提升费用高,排水管道长，需要的水泵能力大，耗电量高，故其生产费用一般比竖井高。
（4）斜井掘进不需要复杂的设备，施工技术比较简单，掘进速度比较快，基建期限短。
2．对平硐与井筒开拓的评价
（1）平硐每米巷道掘进和支护费用低，掘进速度快。
（2）平硐是利用溜井下放矿石和自流排水，不需要矿石提升设备、排水设备、井架、井底车场等设施，基建费用和生产经营费用都比较小。
（3）平硐多采用电机车运输，与井筒提升相比，运输能力大，费用低,工作安全，简便，可靠。
由于平硐开拓优点突出，国内有的平硐尽管长达5000余米（龙烟铁矿），但在技术上，经济上仍然有显著的优越性。因此，只要地形条件允许，应尽量采用平硐开拓方案。
第三节联合开拓法
一、平硐与井筒的联合开拓法
矿床埋藏在山岭地区，且向下延深较长，只用单一平硐开拓时，不能采出全部矿石，其下部必须掘进补充开拓巷道（竖井、斜井或盲井），这就构成了平硐与井筒的联合开拓法(图4-4).这种联合开拓法在我国应用较为广泛。中条山胡家峪铜矿就是采用这种联合开拓法。
二．竖井与盲井联合开拓法
矿床上部采用竖井开拓，其下部用盲井开拓，盲井可以是盲竖井，也可以采用盲斜井，这主要根据矿床下部的赋存条件而定、图4-5为竖井与盲竖井的联合开拓法。
三．斜井与盲井联合开拓法
矿床上部用斜井开拓，下部用盲井开拓，盲井可以是盲竖井或盲斜井。图4-6为斜井与盲斜井联合开拓法。
四、井底车场
井底车场就是井筒与主要运输巷道或石门之间的停，调车场与硐室的总称。它的作用是将井筒与主要运输巷道联接起来，把从运输巷道运来的矿石和废石经此进入井筒提至地面；并将地面送来的材料和设备经此运至工作地点；井下矿车卸载，调运，编组都在这里进行。所以井底车场就成为井下运输的纽。
井底车场由重车道，空车道，绕车道以及个种硐室（如井底矿仓，破碎硐室，卸载硐室，水仓，水泵房，电机车库。变电所，候罐室，保健室等）组成，如图4-7所示。根据调车方式不同，井底车场分为环行式，折返式和尽头式三种。
图4-7 环形式井底车场
1-井筒；2—候罐室；3—保健室；4—水泵房；5—变电所；6—水仓；7—储藏室；8—凿岩机修理室
环形式井底车场（图4-8a）的特点是在车场中，空，重车辆在同一巷道中向同一方向运行，成为环形运输，简化了调车工作，能达到很大的通过能力。根据我国黑色矿山的经验，当罐笼年提升能力在20万吨以上，箕斗年提升能力在100万吨以上时，可采用环形车场，反之则采用折返式或尽头式车场。
折返式井底车场（图4-8b）的特点是将储车线与调车场布置在同一条巷道中，即空，重车辆在此巷道中相对折返运行。
尽头式井底车场（图4-8c）的巷道或线路最简单，空，重车线皆在井筒一侧的一条巷道中。尽头式车场仅适用于产量小的矿井以及副井和通风井的车场。
图4-8 井底车场类型
a-环形式；b—折返式；c—尽头式；
1-重车线；2—空车线；3—回车线；4—绕道；5—三角入场线;6—卸车站；7—罐笼井；8—箕斗井；9—混合井
五、斜坡道开拓
近些年来，随着凿岩台车、装运机、铲运机、自卸汽车等大型无轨自动走行设备的大量应用，国外一些矿山采用了螺旋式和折返式（图4-9）斜坡道开拓。其宽度4—6米，高度为3.6—5米，斜率为10—15%左右。采用这种斜坡道开拓，人员，材料可以直接由地表用汽车运送到工作地点，各种自行无轨设备也可以自由通行于采掘工作面，井下车库与地面之间，消除了通过井筒时拆装设备和复杂的转运工作，从而提高了矿山的劳动生产率。
矿床开拓系统
一个完整的开拓系统，除主要开拓巷道以外，还必须有副井，风井，副平硐等辅助开拓巷道，以便构成通风，运输，行人的完整系统，并保证有第二个安全出口。
采用井筒开拓矿床时，除有提升矿石的主井外，尚需有运送人员，材料，设备及提升废石的副井，以及为通风用的风井。如果主井担负了付井的提升任务，亦需设置专门的风井。由于主，副井（或风井）的布置不同，而构成了几种不同的开拓系统。
中央并列式开拓系统
如图4-10a所示，主，副井均位于矿床的中央，称为中央并列式开拓系统。采用这种布置时，主，副井间距不应小于20—30米，如果井口建筑物用防火材料建筑时，井筒间距亦需大于20米。
图4-10 矿床开拓系统
a-中央并列式开拓系统；b—中央对角式开拓系统；c—侧翼式开拓系统
1-主井；2—副井；3 —风井
中央并列式开拓系统是金属矿山常见的开拓系统，它主要在矿床规模较大，地形条件允许工业广场及场内运输集中布置时应用。中央并列式布置有如下主要优点：主，副井布置在一起，使地面工业场地集中，便于管理，而且也便于主井的延深工作；主井位于矿床中央部位，使地下运输功变小；两井筒相距较近，可共用一个井底车场和石门，减少了开拓工程量。
在这种布置方式中，矿床两翼必须各设一个通风井，而构成对角式通风，其通风条件较好。
二、中央对角式开拓系统
中央对角式开拓系统的特点，是主井布置在矿床中央，而付井和风井分别布置在矿床的两翼，从而构成中央对角式开拓系统（图4-10b)。这种布置方式减少了一个风井的工程量，但必须是矿床中央和一翼有适合的工业场地条件。
三、侧翼式开拓系统
主井和副井分别位于矿床的两翼，则称为侧翼式开拓系统，如图4-10C所示。在这种开拓系统中，通风条件好，井筒开凿工程量少，但矿床两翼必须有良好的地形条件，适合工业场地的布置。
第五节主要开拓巷道位置的确定
确定主要开拓巷道位置（竖井或斜井），就是决定其在垂直矿体走向方向的位置和沿矿体走向方向的位置。将主要开拓巷道布置在矿体崩落范围以外，基本上决定了主要开拓巷道在垂直矿体走向方向的位置；根据在运输矿石时，应使其运输功最小的原则，也基本上确定了主要开拓巷道在沿走向方向的位置；并综合考虑地表及地下的其他因素，便可以最终确定主要开拓巷道的位置。
一．崩落带和移动带
矿体采空后，其上部岩石就会发生崩落。如果崩落的岩石由于体积膨胀而逐渐充实了采空区和崩落空间，则其上部的岩石就不再继续崩落，如图4一11。因此，当矿体埋藏在一定深度时，共崩落范围就不会涉及到地表。反之，如果上部岩石不足以充实采空区，则采空区上部通常以锥状体崩落至地表，使地表发生崩落和移动，如图4-12．地表岩石发生崩落的地带叫做崩落带，仅仅发生移动的地带叫移动带、采空区底部与地表崩落带和移动带边界的连线与水平面的夹角叫崩落角和移动角。其角度大小与岩石物理力学性质、层理、节理、含水性、埋藏深度等因素密切相关。崩落角和移动角通常变化在300^-800之间，坚硬岩石为60°—80°左右。
在开采金属矿床时，由于矿体被采出后，其上部岩石就会发生崩落。因此，无论是主要开拓巷道或辅助开拓巷道以及地表上的各种构筑物、建筑物、铁路、公路等都应设在距岩石移动带10—20米的范围以外，如图4-13所示。否则，就要在其下部保留一部分矿石作为保安矿柱来维护这些工程，如图4-14所示。
保安矿柱通常由于无法回采，或者由于回采条件恶劣而造成资源损失。因此，在选择井筒位置时，应尽量少用穿过矿体或沿矿体掘进的方案。
经过实践表明，倾斜矿体上盘移动带要比下盘移动带大，因而竖井位置在下盘比在上盘
距矿体近，石门长度也是下盘比上盘小。所以应尽量将竖井布置在下盘，如图4一15所示。
只有在特殊条件下，
图4-11 未涉及到地表的围岩崩落
图4-12 崩落带和移动带
如矿体下盘地质条件恶劣，地形条件不利，与外界运输联系困难等，才将井筒布置在矿体上盘。

图4-14 保安矿柱
最小运输功地面和地下的运输费用，影响到开拓巷道位置的选择。运输费用与运输量同运输距离的乘积成正比，我们把运输量同运输距离的乘积叫做运输功，其单位为吨。公里。运输功越大，运输费用也就越高。合理的井筒位置，应该位于地面和地下运输功最小的位置。而主要开拓巷道设在矿床沿走向的矿量重心位置时，其地下运输功最小。例如，某一厚度均匀的矿体，其矿量重心在矿体走向中央，这时将井筒布置在走向中央时，其地下运输功最小，而井筒布置在矿体一侧时，运输功最大，二者相差达一倍之多。
图4-15 井筒布置在矿体的上盘或下盘的比较
金属矿一般地形条件复杂，矿体走向长度不大，往往地形的影响超过了最小运输功的影响，必须综合考虑之。
除了按上述因素决定主要开拓巷道位置外，还必须考虑地面与地下的其他影响因素。
地面因素要考虑以下情况：井口附近要有足够的工业场地；选厂应尽量利用山坡地形，以便选厂内各流程能充分利用自重运输；井口应选择安全可靠位置，防止山崩，雪崩，洪水的威胁；与国家铁路，公路。选厂。冶炼厂联系方便；以及考虑尽量不占农田或少占农田等问题。地下因素应考虑井筒要避免穿过流砂层，大的含水层和断层破碎带等不利的地质条件。
开拓是矿山的基本建设工程，要建设一个矿山，形成一个完整的生产系统，要进行巨大的工程建设，往往需要1-5年时间，开凿几万至几十万米的井巷工程。因此，正确的选择开拓方案，对多快好省地建设矿山具有重要意义。一般在选择开拓方案时，要进行综合性的技术经济比较，最后应选出投资小，建设快，生产可靠的方案。