采矿方法 (28).doc

第二部分 矿床开拓 第二部分 矿床开拓 1 开拓方法分类 矿床开拓方法大致可分为单一开拓和联合开拓两大类。凡用某一种主要开拓巷道开拓整个矿术的开拓方法，叫做单一开拓法；有的矿体埋藏较深，或矿体深部倾角发生变化，矿床的上部用某种主要开拓巷道开拓，而下部则根据需要改用另一种开拓巷道开拓，这种方法叫做联合开拓法。常用的开拓方法见表7-1。除此之外，斜坡道开拓以及其相关的联合开拓也逐渐增多。 表7-1 开拓方法分类表 开拓方法 主要开拓巷道的形式和位置 单 一 开 拓 法 平硐开拓 竖井开拓 斜井开拓 1．矿体走向；2. 平硐与矿体走向相交 3．竖井穿过矿体；2. 竖井在矿体上盘；3. 竖井在矿体下盘； 4．竖井在矿体侧翼 1．斜井在矿体下盘；2. 斜井在矿体中 联 合 开 拓 法 平硐盲竖井开拓 平硐盲斜井开拓 竖井盲竖井开拓 竖井盲斜井开拓 斜井盲竖井开拓 斜井盲斜井开拓 矿体上部为平硐、深部为盲竖井 矿体上部为平硐、深部为盲斜井 矿体上部为竖井、深部为盲竖井 矿体上部为竖井、深部为盲斜井 矿体上部为斜井、深部为盲竖井 矿体上部为斜井、深部为盲斜井 2 开拓方法 主要开拓巷道是决定一个矿床开拓方法的核心，其选择在矿山设计中是至关重要的。主要开拓巷道类型的选择由以下几个条件来决定 （1）地表地形条件。不仅要考虑矿石从井下（或硐口）运出后，通往选矿厂或外运装车地点的运输距离和运输条件，同时要考虑附近是否有容积较充分的排废石场地，势必造成废石的远距离运输，从而增加了矿石成本。此外，还需要考虑地表永久设施（如铁路）、河流等影响因素。 （2）矿床赋存条件。它是矿山选择开拓方法的主要依据，如矿体的倾角、侧伏角等产状要素对决定开拓方法有重要意义。 （3）矿岩性质。这里主要指的是矿体的围岩的稳固情况。为减少因矿岩稳固程度差或成巷后地压活动的影响而增加的工程维护费用，在选择开拓方法时，必须考虑矿岩性质。 （4）生产能力。就前节所介绍的开拓方法，因主要开拓巷道与巷道装备不同，其生产能力（提升或运输）也不同。一般来说，平硐开拓方法的运输能力最大，竖井高于斜井。 另外，开拓巷道施工的难易程度、工程量、工程造价和工期长短等，虽然不能作为确定开拓方案的重要依据，但决不可忽视。尤其是小型矿山，往往存在施工力量不足和技术素质较差、施工管理跟不上等情况。因此，当地的施工力量和特点，在巷道类型的选择上也应一并考虑。 下面介绍较常用的开拓方法。 一、平硐开拓法 以平硐为主要开拓巷道，是一种最方便、最安全、最经济的开拓方法。但只有在地形有利的情况下，才能发挥其优点，即只有矿床赋予于山岭地共，埋藏在周围平地的地平面以上才能使用。 采用平硐开拓水平，平硐以上各中段采下的矿石，一般用矿车中转，经溜矿井（或辅助盲竖井）下放到平硐水平，再由矿车经平硐运出地表，如图7-1所示。上部中段废石可经专设的废石溜井再经平硐运出地表（入废石场），或平硐以上各中段均有地表出口时，从各中段直接排往地表。 图7-1中的154m中段为主要运输中段，主平硐1就设在这里。上部各生产中段废石经224m和194m巷道直接运出地表，生产矿石经由溜矿井2，放到154m水平，再经主平硐1运出硐口。 平硐开拓方法又有以下几种方案 1.与矿体相交的平硐开拓方案 这种开拓方案又有上盘平硐和下盘平硐两种形式。图7-1所示是下盘平硐开拓，上盘平硐图7-2所示，这种方案的矿石运输方式与图7-1相同，只有因上部中段无地表出口（如条件条例，也可直通地表），人员、设备、材料等由辅助盲竖井4提升到上部各中段。为通风需要，在490m水平与地表相通。 在图7-1和图7-2中，如果各段通往矿体的平巷工程量不大，该方案的优点是较为突出的，各中段可同时开工，特别是为上下中段的溜井等工程施工创造了有利条件（如用吊罐法施工开井等工程，且可达到压缩工期、缩短基建周期的目的。同时，掘进过程中通风等作业条件也比较好。在选择方案时，平硐短的方案通常应该是平硐与矿体走向正交，这无疑是最理想的。然而，现场条件往往不能如愿。如有以下情况者，就需要考虑平硐与矿体斜交的方案①与矿体走向正交时，由于地势不利而加长了平硐长度；②与矿体正交时，平硐口与外界交通十分不便，尤其是没有足够的排废石场地和外部运输条件；③欲使平硐与矿体走向正交，但需通过破碎带。这种不得不采用平硐与矿体斜交的方案已成为一般通用的方案。 2、沿矿体走向的平硐开拓方案 当矿体的一端沿山坡露出或距山坡表面很近，工业场地也位于同一端，与矿体走向相交的平硐开拓方案又不合理时，可采用这种开拓方案。该方案有两种常见的形式。 （1）平硐在矿体下盘。只有矿体厚度很大且矿石不够稳固时才用这种方法。从矿床勘探类型来看，适用于走向较稳定的矿体，即Ⅰ、Ⅱ勘探类型矿体；或者矿体勘探密，尤其是矿体产状在走向方面摸得较清楚。否则因矿体走向不太清楚。而造成穿脉工程过大。 图7-3所表示的下盘沿脉平硐开拓方案，由上部中段采下的矿石经溜井4放至主平硐1并由主平硐运至地表，形成完整的运输系统。人员、设备、材料等由85m平巷、45m主平硐送至各工作地点。 （2）平硐在矿体内。只有在围岩很不稳固的情况下才采用这种方法，否则将增加平巷和平硐的掘进成本及巷道支护、管理等费用。 二、竖井开拓法 竖井开拓法以竖井为主要开拓巷道。它主要用来开采急倾斜矿体（一般矿体倾角大于45）和埋藏较深的水平和缓倾斜矿体（倾角小于20）。这种方法便于管理，生产能力较高，在金属矿山使用较普遍。 矿体倾角等是选择竖井开拓的重要因素，但是，同其他方案选择一样，也受到地形的约束。由于各种条件的不同，竖井与矿体的相对位置也会有所不同，因而这种方法又可分为穿过矿体的竖井开拓、上盘竖井开拓、下盘竖井开拓和侧翼竖井开拓四种开拓方案 1.穿过矿体的竖井开拓方案 竖井穿过矿体的开拓方案如图7-4所示。这种方法的优点是石门长度都较短，基建时三级矿量提交较快；缺点是为了维护竖井，必须留有保安矿柱。这种方案在稀有金属和贵重金属矿床中应用较少，因为井筒保安矿柱的太得往往是相当可观的。在生产过程中，编制采掘计划和统计三级矿量时，这部分矿量一般是要扣除的，有可能在矿井生产末期进行回采，且要采取特殊措施，这样不仅增加了采矿成本，而且回采率极低。因此，该方案的应用受到限制，只在在矿体倾角较小（一般在20左右），厚度不大且分布较广或矿石价值较低时方可使用。 2.下盘竖井开拓方案 下盘竖井开拓是开拓急倾斜矿体常用的方法。竖井布置在矿体下盘的移动界线以外（同时要保留安全距离），如图7-5a所示。从竖井掘若干石门与矿体连通。此方案的优点是井筒维护条件好，又不需要留保安矿柱；缺点是深部石门较长，尤其是矿体倾角变小时，石门井筒维护条件好，又不需要留保安矿柱；缺点是深部石门较长，尤其是矿体倾角变小时，石门长度随开采深度的增加而急剧增加。一般说来，矿体倾角60以上采用该方案最为有利，但矿体倾角在55左右，作为小矿山亦可采用这种方法。因小矿山提升设备小，为开采深部矿体，可采用盲竖井（二级提升）来减少石门长度（见图7-5b）。 3.上盘竖井开拓方案 竖井布置在矿体上盘移动带范围之外（段留有规定的安全距离），掘进石门使之与矿体连通。这种开拓方案的适用条件是（1）从技术上看，不可能在矿体下盘掘进竖井（如下盘岩层含水或较破碎，地表有其他永久性建筑物等）。（2）上盘开拓比下盘开拓在经济上更合理（矿床下盘为高山，无工业场地，地面运输困难且费用高），如在图7-6所示的地形条件下，上盘开拓就更为合适。 上盘竖井开拓与下盘竖井开拓相比，有明显的缺点上部中段的石门较长，初期的基量大，基建时间长，初期基建投资也必须增加等。鉴于上盘竖井方案本身所存在的缺点，一般不采用这种开拓方案。 4.侧翼竖井开拓方案 侧翼竖井开拓方案是将主竖井布置在矿体走向一端的移动范围以外（并留有规定的安全距离），如图7-1所示。 凡采用侧翼竖井的开拓系统，其通风系统均为对角式，从而简化了通风系统，风量分配及通风管理也比较方便。由于前面所提到的原因，小型矿山凡适用竖井开拓条件的，大都采用了侧翼竖井开拓方案。如山东省某金矿，矿体倾角40，厚度8～14m，矿体走向长度400m，上部采用了下盘斜井开拓方案，设计深度自5～-120m。后期发现深部矿石品位高，且矿体普遍变厚，地质储量猛增，因此在二期工程中，设计能力由原来的150t/d增加到250t/d；中段高度由原业的25m增加到30m；采用了对角式通风系统，由原来两侧回风井（图7-8中的9、7）改为一条回风井8.这样，二期工程由于采用了侧翼竖井开拓方案，节省了主回风井，使工期安排更为合理。 在金属矿床的竖井开拓中，除下盘竖井开拓方案外，侧翼竖井开拓应用较多。与下盘竖井开拓方案相经经， 这种方案存在以下缺点①由于竖井布置在矿体侧翼，井下运输只能是单向的，因而运输功大；②巷道掘进与回采顺序也是单向的，掘进速度和回采强度受到限制。 这种开拓方案通常的适用条件如下 （1）矿体走向长度较短，有利于对角式通风，对于中小矿山，当矿体走向长度在500m左右时，适用这种方案是合理的。 （2）矿体为急倾斜，无侧伏或侧伏角不大的矿体采用侧翼竖井开拓方案，较上下盘竖井开拓方案的石门都短，如图7-7和图7-8所示。 （3）矿体上下盘的地形和围岩条件不利于布置井筒，且矿体侧翼有较合适的工业场地，这时的选厂布置在同侧为宜，这样可使矿石的地下运输方向与地表方向一致。 （4）矿体比较厚，或矿体为缓倾斜而面积较大的薄矿体。见图7-9. 三、斜井开拓法 斜井开拓法以斜井为主要开拓巷道，适用于开采缓倾斜矿体，特别适用于开采矿体埋藏不太深而且矿体倾角为20～40的矿床。这种方法的特点是施工简便、中段石门短、基建少、基建期短、见效快，但斜井生产能力低。因此更适用于中小型金属矿山，尤其是小型矿山。 根据斜井与矿体的相对位置，可分为下盘斜井开拓方案（图7-10）和脉内斜井开拓方案（图7-11）。 （一）下盘斜井开拓方案 这种方案是斜井布置在矿体下盘围岩中，掘若干个石门使之与矿体相通，在矿体（或沿矿岩接触部位）中掘进中段平巷。这种开拓方法不需要保安矿柱，井简维护条件也比较好。这是它的最大优点。此方案在小型金属矿山应用较多，如在山东省招-掖裂带和招-平断裂带的矿床，其生产能力在300t/d以下的十几个金属矿山大都采用这种方案。这种方案斜井的倾角最好与矿体倾角大致相同，上这地区的矿体倾角均在35～42左右；多半采用了斜井倾角为25～28的下盘伪斜井方案。斜井的水平投影与矿体走向夹角为 ； 式中γ已确定的斜井倾角，γ24～28；α为矿体倾角。 在确定斜井开拓方案之前，必须搞清楚矿体倾斜角度，就是说在设计前，除了要了解矿体有关产状等资料外，要准确掌握矿体（尤其下盘）倾角，否则，不管是下盘斜井方案或是脉内斜井方案，都会使工程出现问题。如某金矿的下盘斜井开拓方案，因钻控程度较低，只是上部较清楚，设计时按上部已清楚资料为准，完全没预料到-30m以下矿体倾角的变化。因此在施工中，当斜井掘到-25m时，斜井插入矿体，结果因地质资料不清楚而造成的失误。 要防止上述情况的发生，惟一的办法是按规程网度提交地质资料（这是起码的要求），同时要做调查工作，充分了解和掌握本地区的矿床和矿体赋存规律。在，而一些中小型矿山，特别是地方小矿山，矿山设计工作在地质资料尚不足或不十分充分的情况下就开始，这时设计者要充分注意矿体深部（或局部）倾角发生的变化（尤其是倾角变急），如果就此地质资料采用斜井，可考虑斜井口距矿体远些，以防矿体倾角发生变化而造成工程上的失误。 （二）脉内斜井开拓方案 采用脉内斜井开拓方案（图7-11）时，斜井布置在矿体内，斜井靠近矿体下盘的位置，其倾角最好与矿体倾角相同（或相接近）。这种开拓方案的优点是不需掘进石门，开拓时间短，投产快；在整个开拓工程中，同时开采出副产矿石，这种副产矿石可以抵消部分掘进费用；脉内斜井掘进有助于进一步探矿。其缺点是矿体倾斜不规则，尤其是矿体下盘不规则，井筒难于保持平直，不利于提升和维护；为维护斜井安全，要留有保安矿柱。因此在有色金属矿山和贵重金属矿山，这种方案应用不多。只有那些储量丰富且矿石价值不高的矿山，才可考虑使用。 四、联合开拓法 由两种或两种以上主要开拓巷道来开拓一个矿床的方法称为联合开拓法。其实质是因矿床深部开采或矿体深部产状（尤其是倾角）发生变化而采用的两种以上单一开拓法的联合使用，即矿床上部用一种主要开拓巷道，而深部用另一种主要开拓巷道补充开拓，成为一具统一的开拓系统。 由于地形条件、矿床赋存情况、埋藏深度等情况的多变性，联合开拓法所包括的方案很多（见表7-1），这里介绍常用的几种联合开拓方案。 （一）上部平硐下部盲竖井开拓方案 当矿体上部赋存在地平面以上山地、下部赋存于地平面以下时，为开拓方便和更加经济合理，矿体上部可用平硐开拓，下部可采用盲竖井开拓，如图7-13及图7-14所示。 在图7-13中，在平硐接近矿体处（见321m平面图）考虑盲竖井的位置时（其影响因素与单一开拓方案中的下盘竖井方案相同），应使各中段石门较短。矿石（或废石）可经盲竖井提升到321m中段，矿车在车场编组后用电机车运出硐口。 这种方案的特点是需要在321m平硐增掘井下车场和卷硐室等工程。如果矿体上部离地表不远，平硐口又缺乏排废场地时（或为了压缩排废石场占用农田面积），可采用平硐竖井通地表的联合开拓方案（图7-14），这时卷扬机安设在地表，井下废石提升到井口，然后排往井口废石场，而各中段矿石经竖井提升到平硐水平，经平硐运往硐口。在具体选择方案时必须多方面考虑，才能最终确定最合理的方案。 （二）上部平硐下部盲斜井开拓方案 这种方案的适用条件为①地表地形为山岭地区，矿体上方无理想的工业场地；②矿体倾角为中等（即倾角在45～55之间），为盲矿体且赋存于地平面以下；③如地平面以上有矿体，但上部矿体为土法开采结束，且形成许多老硐者。 这种方法的优点是可以减少上部无矿段或已采段的开拓工程量，缩短斜井长度，从而达到增加斜井生产能力的目的，同时石门长度可尽量压缩，从而缩短了基建时间。 该方案的运输系统如图7-15所示，矿石或废石经各中段石门，由盲斜井提到323平硐的井下车场，然后经平硐运出硐口。 （三）上部竖井下部盲竖井开拓方案 这种开拓方案（图7-16）一般适用于矿体或矿体群倾角较陡，矿体一直向深部延伸，地质储量较丰富的矿山。另外，因竖井或盲竖井的生产能力较大，所以中型或偏大型矿山多用这种方法。 竖井盲竖井开拓方案的优点是1）井下的各中段石门都不太长，尤其基建初期石门较短，因此可节省初期基建投资，缩短基建期。2）在深部地质资料不清的情况下，建设上部竖井；当深部地质资料搞清后，且矿体倾角不变时，可开掘盲竖井，两段提升能力适当，能山保持较长时间的稳定生产。 （四）上部竖井下部盲斜井开拓方案 如前所述，当上部地质资料清楚且矿体产状为急倾斜，上部采用竖井开拓是合理的，一旦得到深部较完善的地质资料，且深部矿体倾角变缓，则深部可采用盲斜井开拓方案，如图7-18所示。这样可使一期工程（上部竖井部分）和深部开拓工程（下部盲斜井部分的工程量压缩到最大限度，缩短建设时间，使开拓方案在经济上更为合理。 （五）上部斜井下部盲竖井开拓方案 这种开拓方案一般适用于矿体倾角较缓，且沿倾斜方向延伸较长，或地质储量不大以及生产能力也不大的小矿山。在小型矿山，由于各方面条件的限制，矿山设备（包括矿井提升设备）的规格宜小不宜大，这就给开采深部矿体带来不便。若矿体倾角变缓，其深部开拓可采用与上部同样的斜井，往深部形成“之”字型折返下降。实际上这种做法在经济上是不合理的其一，斜井的维护费用较高，提升能力却较低；其二，这样会形成多（节）提升，将增加不少辅助生产人员，使井下车间管理费增加，从而增加了矿山成本；同时，因为设备多，生产环节多，设备事故发生率也高，这又增加了生产管理中的困难。如某金矿就是因上述原因才决定深部采用盲竖井的联合开拓方案。 7.13