第十一章第十一章 矿床开拓方法矿床开拓方法为了开采地下矿床，需从地面掘进一系列巷道通达矿体，使之形成完整的开采系统：包括（1）提升系统 （2）运输系统（3）通风系统（4）排水系统 （5）供水系统（6）动力供应等系统。 所掘进的巷道工程称为开拓巷道。这些掘进工程就叫矿床开拓。第一节 矿床开拓及开拓巷道shaftLevel 120Level 60Level 0Level -60surfaceOre bodyTypical development第二节 开拓方法分类 单一开拓方法单一开拓方法 用一种主要开拓巷道开拓地下矿床。 联合开拓方法联合开拓方法矿床上部用一种主要开拓巷道，而其下部用另一种主要开拓巷道；或用两种主要开拓巷道组合起来开拓一个或几个矿体。开拓方法分类表 单一开拓方法平硐开拓竖井开拓斜井开拓，斜坡道开拓联合开拓方法平硐盲竖井开拓平硐盲斜井开拓竖井硐盲竖井开拓竖井硐盲斜井开拓斜井盲竖井开拓斜井盲斜井开拓开拓方法开拓方法选择的依据主要有：(1)地表地形条件：如山地形状、工业广场布置、矿石运输条件、废石场布置。(2)矿床赋存条件：如矿体倾角、走向长度、埋藏深度等。(3)矿岩性质：矿石和岩石的物理力学性质。(4)生产能力：不同的开拓方法所具有的生产能力不同，一般来说， 平硐开拓方法的运输能力最大，竖井高于斜井。第三节 平硐开拓法平硐开拓是一种最方便、最安全、最经济的开拓方法。但只有矿床赋存在山岭地区，埋藏在周围平地的地平面以上时，才能采用平硐开拓。当矿体或其大部分赋存在地平面以上时，广泛采用平硐开拓法。根据矿体在山坡的赋存方式不同可分为：（1）垂直矿体走向的上盘平硐开拓（2）垂直矿体走向的下盘平硐开拓（3）沿矿体走向的侧翼平硐开拓oreMain haulage一 垂直矿体走向下盘平硐开拓法当矿脉和山坡的倾斜方向相反时，则由下盘掘进平硐穿过矿脉开拓矿床，这种开拓方法叫做下盘平硐开拓法。Ventilation shaftpassAAA-A剖面图hillGround levelventventMain haulagepassOre body 出矿： 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，再由矿车经主运输平硐运出地表。 出废石： 上部中段的废石可经专设的废石溜井下放至主运输平硐运出地面,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。二.垂直矿体走向上盘平硐开拓法 当矿脉和山坡的倾斜方向相同时，则由上盘掘进平硐穿过矿脉开拓矿床，这种开拓方法叫做下盘平硐开拓法。 如图6-3所示。oreMain haulageVentilation shaftpass三 沿矿体走向平硐开拓法 当矿体侧翼沿山坡露出，平硐可沿矿脉走向掘进，成为沿脉平硐开拓法。如图6-4。oreGround levelVentilation shaftHaulage drift下盘岩石好，平硐在矿体下盘；反之，平硐在矿体内。第四节 斜井开拓法 inclined shaft 基本条件：倾斜或缓倾斜矿体（150 450）, 矿体赋存在地平面以下，矿体埋藏不深的中小型矿山，地表无过厚的表土层，可采用斜井开拓。一 脉内斜井开拓法斜井布置在矿体内，斜井靠近矿体下盘的位置，其倾角最好与矿体倾角相同（或接近）。如图2-5。Top soiloreInclined shaft优点：不需要掘进石门，开拓时间短，投产快；在开拓工程中，同时开采出部分矿石，有助于进一步探矿。缺点：当矿体倾斜不规则，斜井难以保持平直，不利于提升和维护，需要留保安矿柱。多用于矿石价值不高的矿床。适用条件； (1) 矿体范围大，厚度小，下盘岩石不稳固， 矿石稳固，矿石价值不高； (2) 矿井急需短期投产，争取早日见矿，并 需作补充勘探。二 下盘斜井开拓法 斜井布置在矿脉的下盘开拓法。如图2-6。Top soiloreInclined shaft缺点：需要掘进石门，不作探矿。掘进斜井不能出矿。优点：不需要留保安矿柱,井筒平直，维护条件好。 当矿体倾角较大（350420），斜井可采用伪斜井。 a 伪斜井的倾角一般为r=250280。当矿体倾角为a=350420则有斜井的水平投影与矿体走向夹角 为： 当斜井倾角大于250300时，一般用箕斗提升； 当斜井倾角小于或等于250300时，用串车提升； 当斜井倾角小于180时，可采用钢丝绳胶带输送机运输。 第五节 竖井开拓法 当矿体赋存在地平面以下，矿体倾角大于450度，或小于150度，而埋藏较深的矿体，常采用竖井开拓法。 竖井提升能力大，为一般矿山所采用。根据竖井与矿体的相对位置关系,可分为(1) 下盘竖井开拓(2) 上盘竖井开拓(3) 侧翼竖井开拓(4) 穿过矿体的竖井开拓一下盘竖井开拓法在矿体下盘岩石移动带以外开掘竖井，再掘阶段石门通达矿脉。这种开拓方法在国内金属矿山使用最广,如图2-9。oreshaft优点：井筒维护条件好，不需要保安矿柱。 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移动界限以外。从竖井掘进若干石门与矿体连通。缺点：深部石门较长，尤其是矿体倾角较小时，石门长度激增。二 上盘竖井开拓法； 在矿体上盘岩石移动带以外开掘竖井，再掘阶段石门通达矿脉。 如图2-10。 oreshaftHaulage drift上盘竖井开拓剖面图 这种开拓方法与下盘竖井开拓法比较，存在严重缺点。 在下列条件使用：(1)根据地面地形条件，矿体下盘时高山，而上盘地形平坦，采用上盘竖井，井筒的长度较小。(2)根据矿区地面地形条件及矿区内部和外部的运输联系，选厂和尾矿库只宜布置在矿体上盘方向。(3)下盘地质条件复杂，不能避开破碎带或流沙层和涌水量很大的含水层。三 侧翼竖井开拓法 在矿体侧翼岩石移动带以外开掘竖井，再掘阶段石门通达矿脉。如图2-11。Haulage driftoreshaftHaulage driftHaulage drift适应条件：（1）矿体走向长度较短，有利于对角式通风；当矿体长度为500米左右，选用此种开拓方式比较合理。（2）上，下盘地形和岩层不利于布置井筒，矿体侧翼有 适合的工业场地； 采用这种开拓方法时，巷道掘进和井下运输只能是单向的掘进速度受限制。（3）矿体倾角较缓，竖井布置在下盘或上盘时石门都很长；一 斜坡道的类型第六节 斜坡道开拓法1.螺旋式斜坡道：它的几何形状是园柱螺 旋 线或圆锥螺旋线。螺旋线坡度一般为10%30% 。2.折返式斜坡道；它有直线段和曲线段组成。直线段变换高度，曲线段变化方向。折返式斜坡道螺旋式斜坡道10%30%15%oreore 两种斜坡道比较： 螺旋斜坡道没有缓坡段，故在同等高度内，螺旋线比折返线短，其开拓工程量也小。但螺旋式斜坡道掘进困难，行车时司机视距小，安全线差，车辆轮胎磨损大，路面维护困难，因此，在实际应用中仍以折返式斜坡道居多。第七节 联合开拓法 根据地形和矿体的赋存条件，有时需用平硐，竖井或斜井，斜坡道开拓法中的两种主要开拓巷道组合起来开拓一个或几个矿体，就称联合开拓法。以下介绍两种联合开拓法。 一 平硐与盲竖井联合开拓法 矿体的一部分赋存在地平面以上，而其下部分延伸至地平面以下；此时，上部用平硐开拓，而下部则用竖井开拓。如图2-13。Ground levelorehillMain haulage driftHoisting shaft 当矿体开采深度超过500m以上时，上部用明竖井，而下部采用盲竖井。如图2-14。 二 明竖井与盲竖井联合开拓法surfaceshaftore 当矿体开采深度超过500m以上时，或上部矿体倾角大，下部矿体倾角小，上部用明竖井，而下部采用盲斜井。如图2-15。 三 明竖井与盲斜井联合开拓法surfaceshaftore第八节 中段高度的确定中段高度是指上下两水平运输巷道底板之间的垂直距离。影响中段高度考虑以下因素：1.矿体勘探类型 勘探类型越高，矿体越连续且产状越稳定，中段高度可取高些。否则，造成基建损失或。2.矿体厚度和倾角 矿体厚度较小或矿体倾角大，则可采用较高的中段高度，反之，则采用较低的中段高度。第八节 主要开拓巷道评述一 平硐与竖井的比较 平硐开拓的优点(1)基建时间短。(2)基建投资少。(3)排水费低。(4)矿石运输费用低。(5)通风容易，通风费用低。(6)生产安全可靠。 由于平硐开拓具有较多的优点，因此，在条件允许的情况下，应尽量采用。二 竖井与斜井的比较2.在井筒装备方面：竖井井筒装备比斜井复杂，斜井内的管道，电缆，提升钢丝绳比竖井要长。1.在基建工程量方面： 斜井的长度比竖井长；但斜井开拓比竖井开拓的石门长度更短。斜井的井底车场一般比竖井的井底车场简单。3.在地压和支付方面：斜井承受的地压大。4.在提升方面：竖井的提升速度快，提升能力大，提升费用低。斜井提升设备的维修费用和钢丝绳磨损较大。5.在排水方面：斜井的管道长，其排水费用大。6.在施工方面：竖井比斜井容易实现机械化。7.安全方面：竖井井筒不易变形，停工事故少。三 斜坡道与其他主要开拓巷道的比较与竖井，斜井相比，斜坡道有许多优点：1.矿体开拓快，投产早。2.斜坡道可代替主井或付井3.节省大量钢材4.产量大，效率高缺点： 无轨设备采用柴油为动力，排除废气污染井下空气，需增加通风费用。投资大，维修工作量大。当前国内外矿山采用单一斜坡道开拓作为主要开拓巷道的为数较少， 多以斜坡道作为辅助开拓巷道，配合其他主要开拓巷道进行开拓。第九节 主要开拓巷道类型和位置的选择一. 主要开拓巷道类型的选择 主要开拓巷道的类型是根据矿山地形，地质条件和矿体赋存条件来选择。二. 选择主要开拓巷道位应考虑的因素 选择主要开拓巷道位置的基本准则是： 基建与生产费用最小，尽可能不留保安矿柱， 有方便和足够的工业场地，掘进条件良好等 在具体选择时应考虑以下因素：(1)矿区地形，地质构造和矿体埋藏条件；(2)矿井生产能力及井巷服务年限；(3)矿床的勘探程度；(4)矿山岩石性质及水文地质条件；(5)井巷位置应考虑地表和地下运输联系方便，应使运输功最小，开拓工程量最小。(6)应保证井巷出口位置及有关构筑物不受山坡滑石，山崩和雪崩等危害；(7)井巷出口的标高应在历年最高洪水位以上3m，以免被洪水淹没；(8)井筒（或平硐）位置应避免压矿，尽量位于岩层移动带以外，距地面移动界线的最小距离应大于20m,否则应留保安矿柱。(9)井巷出口应有足够的工业场地，以便布置各种建筑物，调车场，堆放场等；(10)改进或扩建矿山应考虑原有井巷和有关建筑物，构筑物等的充分利用。三.主要开拓巷道沿矿体走向位置的选择矿石进入阶段运输平巷有两种情况(一)矿石集中在固定点进入运输巷道的情况 如图7-1所示。固定点为穿脉与沿脉的交会点。oreshaft左右oreshaft1 12 23 3n n将矿石量(Q1,Q2, . Qn)集中点投在一条直线上这条直线表示矿体走向的主要运输巷道。井筒位置应设在第n个出矿点,当满足下式时, Q右+Qn Q左 Q左+Qn Q右 （71） 出矿点n就是最有利的井筒位置，符合最小运输功要求。左右2.第二种情况：矿石分散情况 在这种情况下，依据上述原理可知，运输功最小的井筒位置应在矿量的等分线上。Q左Q右Q左 = Q右 上述按最小功原理来求合理的井筒位置的方法，也适合于平硐开拓的情况。 在选择井筒沿走向位置时，还应考虑地面运输方向，总之，应按地面运输费与地下运输费用总费用最小的原则来确定井筒的位置。四.主要开拓巷道垂直矿体走向位置的选择 在垂直矿体走向方向上，井筒应布置在地表地动界线以外20m以远的地方，以保证井筒不受破坏。若井筒布置在移动界线内时，必须留保安矿柱。（一）地表移动带的圈定 按照地表出现变形和塌陷状况分为崩落带和移动带。在地表出现裂隙的范围内称为崩落带，崩落带的外围即由崩落带边界起至出现变形的地点止，称为移动带。移动带移动带崩落带ABCDC1D1ABC1D1A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3A4B4C4D4地表移动带圈定法地表移动曲线的圈定：(1)在勘探线剖面图上按设计开采的最低水平画出 矿体下盘和上盘的岩石移动界线；(2)在地形地质平面图上画出勘探线剖面图岩石移动界线与地表交点的坐标位置；(3)将相邻二勘探线的各点连成直线，二矿脉两端的二点则分别与邻近勘探线的下，上盘二点连成直线，经修整后得一闭合型地表土岩层移动范围图。 预计在地表移动带内的中央可能发生岩土塌陷, 在其外围则产生土岩移动。 从地表崩落带的边界至开采最低边界的连线和水平面所构成的倾角，称为崩落角 EAC1。 从地表移动带的边界至开采最低边界的连线和水平面所构成的倾角，称为移动角 CAC1 。移动带崩落带ABCDD1EFC1 影响岩层移动角的因素很多；主要是岩石性质，地质结构，矿体厚度，倾角，与开采深度。以及使用的采矿方法。 ABCDF表土层（二）井筒垂直矿体走向位置的选定 为确保安全，地表建筑物距地表移动界线还需保持一定得安全距离，该安全地带称为保护带。受土岩移动破坏致使生产停止或可能发生重大人身伤亡事故，造成重大损失的构筑物，列为一级保护,其余为二级保护。各种建筑物和构筑物的保护等级及安全距离。 一级建筑物的保护距离为20米或50米, 二级建筑物的保护距离为10米. ABCDF表土层安全距离主井ore保安矿柱主井五. 保安矿柱的圈定六 副井和通风井位置的选定一 副井位置的选定 如地表地形允许，副井应尽量可能和主井靠近布置，但二井筒间距不应小于30m， 这种布置叫集中布置。 如地表地形条件不允许副井和主井集中布置，两井筒相距较远，这种布置叫分散布置。工业广场主井副井选厂办公室压气机修压气集中布置的优点： (1)工业场地布置集中，可减小平整工业场地的土石方；(2)井底车场布置集中，生产管理方便，可减少基 建工程量；(3)井筒相距较近，开拓工作量少，基建时间短；(4) 井筒集中布置，有利于集中排水；(5) 井筒延伸时施工方便。集中布置存在的缺点：(1) 两井相距较近，发生火灾时，危及另一个井筒；(2) 主井为箕斗井，在井口卸矿时，粉尘扬起至副井（当副井作为入风井时），可能随风流进地下。 分散布置的优缺点正好与之相反。（二）风井的布置方式1.中央并列式 ：入风井与排风井均布置在矿体中央（主井为箕斗井时，主井为排风井；主井为罐笼井兼提升矿石和运送人员时，则主井为入风井）,如图7-8所示。2.中央对角式： 按主井提升容器不同又分为两种情况：(1)主井为罐笼井时，主井布置在矿体中央，可兼作入风井，而在矿体两翼各布置一条排风井,如图7-9所示。(2)主井为箕斗井时，箕斗井不能作入风井，故主井布置在矿体中央，应在主井附近另布置一条罐笼井，作为提升兼入风井，并在两翼布置排风井。如图7-10所示. 3.侧翼对角式：入风井（罐笼井）布置在矿体的一翼，排风井布置在矿体的另一翼，形成侧翼对角式。如图7-11所示.三 中央式和对角式的比较1.中央式的优点：(1)地面建筑物集中布置；(2)入风井和排风井布置在岩石移动带以内时 可共留一个保安矿柱；(3)入 风 井 和 排 风 井 掘 进 完 之 后 ， 可 很 快 连 通 ， 因此，可很快地开始回采；(4)井筒延伸方便，可先下掘排风井，然后反掘入风井。2.中央式的缺点：(1)采用中央式通风时，风路很长，耗电量大。(2)当用前进式回采时，风流容易短路，造成大量漏风；(3) 如果无其他安全出口，在发生事故时，危险性大。 3.对角式的优点(1)负压较小且稳定，漏风量较小，通风简单可靠且费用低；(2)当发生火灾等事故时，地下工作人员较安全；(3)如果在井田两翼各布置一条排风井，一条井发生故障时，可利用另一条维持通风； 4.对角式的缺点(1)井筒间的联络巷道很长，而且要在回采之前掘好，故回采时间较迟；(2)掘两条排风井时，掘进和维护费用较大。四 中央式和对角式的实际应用 大型矿石一般采用中央对角式布置。即在矿体中央布置主井和副井，此时，副井兼作入风井，另在矿体两翼各布置一条排风井，以形成对角式通风。 小型矿山一般用对角式。矿体走向不长，对角式的缺点显得不严重。而对角式通风对生产有利.第七节 其他辅助开拓巷道的布置 辅助巷道除副井和风井外，还有溜矿井，充填井等。一溜井 1.溜井的应用： 采用溜井放矿。(1)平硐溜井出矿系统。采用平硐开拓时，主平硐以上各个阶段采下的矿石，均经溜井放至主平硐水平，然后再云至地面选厂。(2)竖井箕斗提升，集中出矿系统。 采用竖井开拓时，也可采用溜井放矿集中出矿的运输系统。2.溜井位置的选择: 在选择溜井位置时应注意以 下基本原则：(1)据矿体赋存条件使上下阶段运输距离最短，开拓工程量小，施工方便，安全可靠，避免矿石反向运输；(2)溜井应布置在岩层坚固稳定，整体性好的岩体内。(3)溜井一般布置在矿体下盘围岩中，有时可利 用矿块端部天井放矿；(4)溜井装卸口位置，应尽量避免放在主要运输巷道内，以减少对运输的赶干扰和矿尘对空气的污染。 在下列情况下考虑备用溜井：(1)大，中型矿山一般均设备用溜井。(2)当溜井穿过的岩层不好时，应考虑备用溜井；(3)当在短期内扩大规模时，设备用溜井。3. 溜井的形式：(1) 垂直式溜井。如图7-13a(2) 倾斜式溜井, 如图7-13b(3) 分段直溜井, 如图7-13c(4) 阶梯式溜井, 如图7-13d二 充填井1. 充填井的类别：(1) 废石井, (2) 管道井, (3) 充填钻孔2. 充填井的布置(1)布置在矿体中央，使充填料的运输功最小；(2)由采石场（或尾矿库）至充填井再达所辖采空区或采场，构成顺向运输；(3)地面地形条件对运送充填料有利；(4)充填井应选在岩石坚硬，稳固的地层之中；(5)尽量利用井下原有井巷工程作充填井；(6)各采空区或采场的充填井，一般靠近中央位置图7-1下盘沿脉巷道和穿脉巷道进行开拓图7-5崩落带、崩落角和移动带和移动角移动范围崩落范围岩石名称垂直矿体走向的岩石移动角走向端部移动角（上盘）（下盘）含水中等稳固片岩455565稳固片岩556070中等稳固致密岩石606575稳固致密岩石657075岩石移动角已采PollutedairFreshair副井主井图7-9中央并列式图7-9中央对角式图7-10 中央对角式图7-11 侧翼对角式图7-13 溜井布置形式垂直溜井倾斜溜井瀑布式溜井阶梯式溜井图7-14 充填系统