現代采礦學知識講義(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 2．機械運搬——如用電耙、裝運機、鏟運機、汽車、皮帶動輸機等設備運搬礦石。在礦塊回采中，采用那一種運搬方式比較合適，這主要取決于選用的采礦方法和礦床的賦存條件以及所選用的運搬機械等。 5）地壓管理工作1）地壓管理工作的概念地壓管理工作在采礦工作中占有重要的地位。地壓——是指礦石采出來以后，在地下形成采空區，經過一段時間后，礦柱和上、下盤圍巖就發生變形、破壞、崩落等現象。我們把這種現象叫地壓。在回采過程中，必須要控制地壓和管理地壓，并且要清除地壓產生的不良影響，以保證生產的安全性，我們把這些工作算為地壓管理工作。2）地壓管理的方法：有三種方法① 鑿礦柱支撐采空區；② 用充填料充填采空區；③ 用崩落的圍巖來管理地壓；（1）礦床開拓、采準、切割、回采的關系是彼此超前的關系即開拓要超前于采準，采準要超前于切割，切割超前于回采。而究竟超前多少，這是由三級礦量來決定的，一般礦山遵循的三級礦量是“316”，即開拓三年，采切1年，待采礦量半年。 （2）三級礦量的含意① 開拓礦量——是指開拓工作搞完以后所圈定的礦量。（也即開拓巷道水平以上所控制的礦量）。開拓礦量的邊界是：由已開拓的巷道水平起，向上只能推算一個中段的高度，沿走向算至巷道揭露點上。開拓礦量要保證3——5年。② 采準礦量——采準礦量是開拓礦量的一部分。凡是在已開拓的礦體范圍內，按設計規定的采礦方法所需要開掘的采準巷道已開掘完畢，形成了礦塊的外形尺寸，以此范圍圈定的礦量叫采準礦量。采準礦量應保證1——3年。③ 備采礦量——待采礦量是采準礦量的一部分。它是做完輔助采準工作以后，所圈定的礦量。也就是指切割工作全部完畢，可以立即進行回采工作的礦量，叫待采礦量。——。四、礦床的開采順序（一）井田階段的開采順序階段的開采順序可有兩種方式（1）下行式——即自上而下進行開采。即先采上階段，而后開采下階段。也可以同時開采幾個階段。（采用多階段開采，雖然可以增加工作線長度和提高礦井生產能力，但也造成生產管理分散，巷道維護工作量大，占用設備數量多，各種管線、軌道不能及時回收復用，污風串聯，經營管理費用增加等一系列的。一般同時回采的階段數目可保持為1——2個，不應超過3——4個。）（2）上行式——與下行式相反。上行式開采順序，僅在開采緩傾斜礦床時的某些特殊情況下使用。例如地表無廢石場（存放廢石的場地），必須將上部的廢石充填于下部的采空區，或者以深部采空區作為蓄水池用等。在生產實際中，一般多采用下行式開采順序。下行式開采的優點是：可以節省初期投資，縮短基建時間 ；在逐步向下的開采過程中，能進一步探清深部礦體，避免浪費；生產安全條件好；適用的采礦方法范圍廣。（二）階段中礦塊的開采順序階段中礦塊的開采順序，按照回采工作對主要開拓巷道的位置關系，可分為三種。（主開拓巷道指——主井、主平硐及出礦巷道）。 （1）前進式回采——當階段運輸平巷掘進一定距離后，從靠近主要開拓巷道的礦塊開始回采，向井田邊界依次推進。【優點】礦井初期基建時間短，投產快。【缺點】增加了采準巷道的維護費用。圖16兩翼前進式開采（見PPT19）圖17階段中礦塊的開采順序（見PPT20）前進式回采順序的適用條件——當礦床滿足條件簡單，礦巖穩固，且要求較早在階段中開展回采工作時可以采用。（1） 后退式回采順序——階段運輸巷道掘進到礦體井田邊界后，從井田邊界的礦塊開始，向主要開拓巷道方向依次回采。這種開采順序也可分為雙翼、單翼和側翼回采三種。圖18 后退式各回采順序（見PPT21）后退式回采【缺點】礦井初期基建時間長，投產慢。 【優點】巷道維護費用低。（只有在中央并列式開拓時才具有，中央對角式的就不行了）（3）混合式回采——混合式回采是指初期采用前進式開采，當階段運輸平巷掘進完畢后，再改為后退式開采，或既前進，又后退同時開采。【優點】兼顧了前兩種的優點【缺點】生產管理比較復雜（三）相鄰礦體的開采順序一個礦床如果有許多彼此相距很近的礦體，那么在開采其中一個礦體時，將會影響鄰近的礦體。在這種情況下，確定合理的開采順序，對于生產的安全和資源的回收都有很重要的意義。 （1）當礦體傾角（α）小于或等于圍巖的移動角（β或r）時，應當采取從上盤向下盤推進的開采順序。這樣的開采順序是：先采上盤礦體Ⅱ，后采下盤礦體Ⅰ，使采空區的下盤圍巖不會移動，因而不會影響下盤礦體Ⅰ的開采。若反之，就會影響礦脈Ⅱ的開采。(如圖20所示)α≤β（r） 由上盤向下盤采先Ⅱ，后Ⅰ。※ 巖石移動角，參閱講義P280，表10—1，上盤移動角用β表示，下盤移動角用r表示，走向端部移動角用δ表示，如圖19所示。圖19 礦體上盤/下盤移動角的表示（見PPT22）圖20 礦體傾角小于或等于圍巖移動角相鄰礦體開采順序（見PPT23）（2）當礦體傾角大于圍巖移動角（αβ或γ），兩礦體又相距很近時，此時無論先采哪條礦脈，都會因采空區圍巖移動而相互影響。圖21 礦體傾角大于圍巖移動角相鄰礦體開采順序（見PPT24）在這種情況下，相鄰礦體的開采順序，應當根據礦體之間夾石層的厚度，礦石和圍巖的穩固性，所選取的采礦方法和技術措施而定。一般是用先采上盤礦體，后采下盤礦體的開采順序。如果夾石層不大，采用充填結成鑿礦法時，也可以采用由下盤向上盤的開采順序。（3）當圍巖不夠穩固時，為了加快回采強度，并且為了縮小采空區對圍巖的影響，則往往上盤礦體與下盤礦體同時回采。也即對礦脈群進行平行開采的辦法。但這種方法僅適用于礦脈比較少的情況下。（四）在同一個井田的數個礦體，往往有貧富不均，厚薄不均，大小不一及開采條件難易等不同復雜條件。在這種條件下，應遵循以下原則未開采，即：貧富兼采，薄厚兼采，大小兼采，難易兼采。若不以此原則開采，將會破壞合理的開采順序，將會造成嚴重的資源損失。第二章 礦床開拓167。1 開拓方法分類綜和國內外金屬礦山采用的礦床地下開拓方法，大致可分為單一開拓和聯合開拓兩大類。開拓方法是按主要開拓巷道類型進行分類的，每一類單一開拓法又可按照主要開拓巷道與礦體的位置關系進一步劃分。主要開拓巷道在礦床開拓中占有及其重要的地位，其選擇設計是否合理，不僅直接影響到礦井的生產能力和生產安全，而且還直接影響到開拓工程量和基建投資的大小以及礦井建設時間的長短，所有這些都是評價與衡量開拓方法的標志。常用的開拓方法見表1。除此之外，斜坡道開拓以及與其相關的聯合開拓也逐漸增多。表1 開拓方法分類表（見PPT2）開拓方法主要開拓巷道的形式和位置單一開拓法平硐開拓豎井開拓斜井開拓；（上盤/下盤；正交/斜交）；；；；（脈內斜井）聯合開拓法平硐盲豎井開拓平硐盲斜井開拓豎井盲豎井開拓豎井盲斜井開拓斜井盲豎井開拓斜井盲斜井開拓礦體上部為平硐、深部為盲豎井礦體上部為平硐、深部為盲斜井礦體上部為豎井、深部為盲豎井礦體上部為豎井、深部為盲斜井礦體上部為斜井、深部為盲豎井礦體上部為斜井、深部為盲斜井斜坡道開拓螺旋式折返式167。2 開拓方法主要開拓巷道是決定一個礦床開拓方法的核心，是開拓方法選擇的依據，其選擇在礦山設計中是至關重要的。主要開拓巷道類型的選擇由以下幾個條件來決定：（1）地表地形條件。不僅要考慮礦石從井下（或硐口）運出后，通往選礦廠或外運裝車地點的運輸距離和運輸條件，同時要考慮附近是否有空間較充分的排廢石場地。防洪要求（高于當地歷年洪水水位3米），防止滑坡、泥石流影響，此外，還需要考慮地表永久設施（如鐵路）、河流等影響因素。（2）礦床賦存條件。它是礦山選擇開拓方法的主要依據，如礦體的傾角、側伏角等產狀要素對決定開拓方法有重要意義。（3）礦巖性質。這里主要指的是礦體的圍巖的穩固情況。為減少因礦巖穩固程度差或成巷后地壓活動的影響而增加的工程維護費用，在選擇開拓方法時，必須考慮礦巖性質。（4）生產能力。就前節所介紹的開拓方法，因主要開拓巷道與巷道裝備不同，其生產能力（提升或運輸）也不同。一般來說，平硐開拓方法的運輸能力最大，豎井高于斜井。另外，開拓巷道施工的難易程度、工程量、工程造價和工期長短等，雖然不能作為確定開拓方案的重要依據，但決不可忽視。尤其是小型礦山，往往存在施工力量不足和技術素質較差、施工管理跟不上等情況。因此，當地的施工力量和特點，在巷道類型的選擇上也應一并考慮。下面介紹比較常用的開拓方法。一、平硐開拓法以平硐為主要開拓巷道，是一種最方便、最安全、最經濟的開拓方法。但只有在地形有利的情況下，才能發揮其優點，即只有礦床賦存于山嶺地區，埋藏在周圍平地的地平面以上才能使用。采用平硐開拓水平，平硐以上各中段采下的礦石，一般用礦車中轉，經溜礦井（或輔助盲豎井）下放到平硐水平，再由礦車經平硐運出地表，如圖1所示。上部中段廢石可經專設的廢石溜井再經平硐運出地表（入廢石場），或平硐以上各中段均有地表出口時，從各中段直接排往地表。圖1中的154m中段為主要運輸中段，主平硐1就設在這里。上部各生產中段廢石經224m和194m巷道直接運出地表，生產礦石經由溜礦井2，放到154m水平，再經主平硐1運出硐口。圖1下盤平硐開拓法示意圖（見PPT3）平硐開拓方法又有以下幾種方案：這種開拓方案又有上盤平硐和下盤平硐兩種形式。如圖1和圖2。如有以下情況者，就需要考慮平硐與礦體斜交的方案：①與礦體走向正交時，由于地勢不利而加長了平硐長度；②與礦體正交時，平硐口與外界交通十分不便，尤其是沒有足夠的排廢石場地和外部運輸條件；③欲使平硐與礦體走向正交，但需通過破碎帶。這種不得不采用平硐與礦體斜交的方案已成為一般通用的方案。圖2 上盤平硐開拓示意圖（見PPT4）沿礦體走向的平硐開拓方案當礦體的一端沿山坡露出或距山坡表面很近，工業場地也位于同一端，與礦體走向相交的平硐開拓方案又不合理時，可采用這種開拓方案。該方案有兩種常見的形式。（1）平硐在礦體下盤。圖3所表示的下盤沿脈平硐開拓方案，由上部中段采下的礦石經溜井4放至主平硐1并由主平硐運至地表，形成完整的運輸系統。人員、設備、材料等由85m平巷、45m主平硐送至各工作地點。（2）平硐在礦體內。只有在圍巖很不穩固的情況下才采用這種方法，否則將增加平巷和平硐的掘進成本及巷道支護、管理等費用。開拓工程主要有：（1）主平硐：運輸礦石、材料、行人、通風、排水、兼備井筒及主要運輸巷道的功能。（2）輔助平硐：行人、通風、排出廢石。（3）主溜井：下放礦石和儲存礦石，主平硐以上各階段采下的礦石都經主溜井溜至主平硐水平，裝車運出（因此又叫平硐溜井開拓法）（4）輔助豎井：提升人員、設備、材料到各個階段。二、豎井開拓法豎井開拓法以豎井為主要開拓巷道。適用條件：急傾斜礦體（一般礦體傾角大于45186。）；埋藏較深的水平和緩傾斜礦體（傾角小于20186。）；由于表土層太厚，以及由于其它一些特殊原因（例如流沙層、淤泥層）這種方法便于管理，生產能力較高，在礦山使用較普遍。變形方案：由于各種條件的不同，豎井與礦體的相對位置也會有所不同，因而這種方法又可分為穿過礦體的豎井開拓（上盤豎井開拓）、上盤豎井開拓、下盤豎井開拓和側翼豎井開拓四種開拓方案：豎井穿過礦體的開拓方案如圖4所示。這種方法的優點是石門長度都較短，基建時三級礦量提交較快；缺點是為了維護豎井，必須留有保安礦柱。這種方案在稀有金屬和貴重金屬礦床中應用較少，因為井筒保安礦柱的留設往往是相當可觀的。因此，該方案的應用受到限制，只在在礦體傾角較小（一般在20186。左右），厚度不大且分布較廣或礦石價值較低時方可使用。下盤豎井開拓是開拓急傾斜礦體常用的方法。豎井布置在礦體下盤的移動界線以外（同時要保留安全距離），如圖5a，圖5b所示。從豎井掘若干石門與礦體連通。適用條件：優點是井筒維護條件好，又不需要留保安礦柱；缺點是深部石門較長，尤其是礦體傾角變小時，石門長度隨開采深度的增加而急劇增加。豎井布置在礦體上盤移動帶范圍之外（留有規定的安全距離），掘進石門使之與礦體連通。適用條件是：（1）從技術上看，不可能在礦體下盤掘進豎井（如下盤巖層含水或較破碎，地表有其他永久性建筑物等）。（2）上盤開拓比下盤開拓在經濟上更合理（礦床下盤為高山，無工業場地，地面運輸困難且費用高），如在圖6所示的地形條件下，上盤開拓就更為合適。上盤豎井開拓與下盤豎井開拓相比，有明顯的缺點：上部中段的石門較長，初期的基建工程量大，基建時間長，初期基建投資也必須增加等。鑒于上盤豎井方案本身所存在的缺點，一般不采用這種開拓方案。側翼豎井開拓方案是將主豎井布置在礦體走向一端的移動范圍以外（并留有規定的安全距離），如圖7所示。凡采用側翼豎井的開拓系統，其通風系統均為對角式，從而簡化了通風系統，風量分配及通風管理也比較方便。由于前面所提到的原因，小型礦山凡適用豎井開拓條件的，大都采用了側翼豎井開拓方案。如山東省某金礦，礦體傾角40186。，厚度8～14m，礦體走向長度400m，上部采用了下盤斜井開拓方案，設計深度自+5～120m。后期發現深部礦石品位高，且礦體普遍變厚，地質儲量猛增，因此在二期工程中，設計能力由原來的150t/d增加到250t/d；中段高度由原來的25m增加到30m；采用了對角式通風系統，由原來兩側回風井（圖8中的7），二期工程由于采用了側翼豎井開拓方案，節省了主回風井，使工期安排更為合理。在金屬礦床的豎井開拓中，除下盤豎井開拓方案外，側翼豎井開拓應用較多。與下盤豎井開拓方案相比較， 這種方案存在以下缺點：①由于豎井布置在礦體側翼，井下運輸只能是單向的，因而運輸功大；②巷道掘進與回采順序也是單向的，掘進速度和回采強度受到限制。適用條件：（1）礦體走向長度較短，有利于對角式通風，對于中小礦山，當礦體走向長度在500m左右時，適用這種方案是合理的。（2）礦體為急傾斜，無側伏