采矿概论第5章

采矿概论第5章第1页，共46页。5、金属矿床地下开采的基本原则及开拓

5.1开采单元的划分及开采顺序为了有计划、有步骤地开采矿床，首先应将矿床划分成一个一个的开采单元。缓倾斜、倾斜和急倾斜矿床中，通常是将矿床划分为井田，井田划分为阶段，阶段再划分成矿块。水平和微倾斜矿床中，将矿床划分为井田后，井田划分成盘区，盘区划分成矿壁。

矿块和矿壁是最基本的开采单元。第2页，共46页。

1)矿田和井田划归一个矿山企业开采的矿床或其一部分，叫做矿田。划归一个矿井或坑口开采的矿田或其一部分，叫做井田。因此，矿田有时等于井田，有时包括几个井田，如图5—1。

图5-1矿田和井田a-矿田等于井田；b-矿田包括两个井田第3页，共46页。

2)阶段与矿块缓倾斜、倾斜和急倾斜矿床的井田中，每隔一定垂直距离，掘进与矿体走向一致的阶段平巷，将矿体沿垂直方向划分成一个一个矿段，这就是阶段。它的范围，上下以两个阶段平巷为界，左右以矿体的边界为界，如图5—2中的I、II、IV、VI。在阶段平巷中，沿矿体走向每隔一定距离掘进天井，将阶段划分成一个一个的矿块，矿块也叫做采区。它的上下以阶段平巷为界，左右以天井为界，如图5—2中的6。开采单元的划分

第4页，共46页。图5-2阶段和矿块的划分

第5页，共46页。3)盘区和矿壁

在水平和微倾斜矿床的井田中，首先是在井田中掘进主要运输平巷，然后在垂直于主要运输平巷的方向上向井田边界掘进盘区平巷，将井田划分成一个一个矿段，这些矿段就叫做盘区。它的四周被主要运输平巷，盘区平巷和井田边界所包围，如图5—3中的I。再沿盘区平巷，每隔一定距离掘进回采平巷，将盘区划分成一个一个的矿段，这些矿段就叫做矿壁。它的四周被盘区平巷和回采平巷所包围，如图5—3中的6。

采单元的划分

第6页，共46页。图5-3盘区和矿壁的划分

第7页，共46页。开采顺序

1)井田的开采顺序当矿床划分为几个井田开采时，一般应优先开采矿石品位高，可选性好，基建工程量少，运输、供水、供电等条件好的井田。2)阶段的开采顺序井田中阶段的开采顺序有两种，即下行式和上行式。下行式开采是由上而下逐个(或几个)阶段开采，上行式则相反。生产实践中一般多采用下行式。

第8页，共46页。3)矿块的回采顺序阶段中矿块的回来顺序，按回果工作相对主要开拓巷道（主井，主平硐）的位置，可分为三种前进式后退式混和式生产实践中后退式使用较多。

4)相邻矿体开采顺序

矿床中如果存在彼此相距很近的矿体，则应合理地确定它们的开采顺序，否则在开采过程中将相互影响，对生产安全和资源回收都不利。相邻矿体的开采顺序，一般是先开采位于上盘的矿体，后开采下盘的矿体。

开采顺序

第9页，共46页。

矿床开采的步骤：开拓、采准和切割、回采。1）开拓矿床开拓：就是从地面掘进一系列巷道通达矿体，使地面与矿体之间构成一个完整的运输、通风、排水、压气、供风、供水等线路，以便在矿体中进行采准、切割和回采工作。为开拓矿床而掘进的巷道，叫做开拓巷道。这些巷道是用来运输矿石、废石、材料、设备以及通风、排水和行人的。属于开拓巷道的有：井筒(竖井、斜井和斜坡道)、平硐、石门、井底车场、阶段平巷、主溜井和充填井等。

第10页，共46页。2）采准切割矿床的采堆和切割就是在已经进行开拓的阶段或盘区中，掘进采准和切割巷道。目的是为回采工作创造必要的条件。它包括掘进天井、漏斗和拉底等。矿块中的采准、切割巷道，随采矿方法不同而异，在以后介绍采矿方法时再评细叙述。3）回采在已经做好采准、切割工程的矿块或矿壁中，进行大量的采矿工程叫做回采。它包括崩矿、矿石运搬和地压管理三项主要工作。

第11页，共46页。

按矿床开采的准备程度，矿石储量分为三级：开拓储量、采准储量和备采储量。这叫做三级储量，又称生产矿量。1）开拓储量被完整的开拓系统所控制的矿床储量叫做开拓储量。2）采准储量是开拓储且的一部分。凡完成了采矿方法所规定的采族工程的矿块或矿壁的储量，叫做采准储量。3）备采储量是采准储量的一部分。几完成了采矿方法所规定的切割工程的矿块或矿壁的储量，叫做备采储量。

第12页，共46页。

在矿床开采初期，三个步骤是依次进行的，在生产时期，必须遵循开拓超前采准、切割，采准、切割超前回采的原则，并贯彻“采掘并举，掘进先行”的方针，确保三级矿量的规定指标以保证矿山持续、稳定、均衡地进行生产。三级矿量的指标一般按可供生产的年限来表示。我国的规定是：开拓储量应有三年以上采准储量一年左右备采储量半年左右第13页，共46页。5.3矿石的损失、贫化和矿山年产量

矿石的损失：在矿床开采过程中，由于种种原因，使矿体中一部分矿石未采下或虽已采下而散失于采场或巷道中，叫做矿石的损失。矿石损失的大小用损失率表示。矿石的工业储量与采出矿石量之差叫做矿石的损失量。矿石的损失量与矿石的工业储量的百分比，叫做矿石的损失率。如果采出矿石量是纯净的矿石量，则矿石的损失率叫做实际损失率；如果采出矿石量是包括混入的废石在内的矿石量，则矿石的损失率叫做视在损失率。采出矿石量与矿石的工业储量的百分比，叫做矿石的回收率。

第14页，共46页。贫化：采下的矿石中，是混入了废石的，因此，它的品位必然要比末采下的矿石的品位有所降低，这就叫做贫化。贫化的大小用贫化率表示。贫化率也有实际贫化率和视在贫比率之分。实际贫化率也叫做废石混入率，就是混采下来的废石量与采出矿石量（包括混入的废石在内）的百分比。视在贫化率就是原生矿石的品位和采出矿石品位之差与原生矿石的品位的百分比。

第15页，共46页。矿山年产量

矿山年产量是矿山每年生产的产品量。一般以年采出矿石量计算。若用日采出矿石量计算，则称矿山日产量。经济上合理就是采出矿石成本最低的矿山年产量。根据这个原则，制定了我国金属矿山经济上合理的矿山年产量和服务年限。第16页，共46页。矿床工业储量，矿山年产量和矿山服务年限之间关系：5.3.2矿山年产量

第17页，共46页。矿床开拓

任何一个地下开采的矿山，都必须采用竖井、斜井、斜坡道、平硐等四种巷道中的一种或两种以上对矿床进行开拓。因此，这四种用作提升或运输矿石的开拓巷道叫做主要开拓巷道。其它开拓巷道叫做辅助开拓巷道。根据主要开拓巷道的类型及数目，矿床开拓方法可分为平硐开拓法，竖井开拓法，斜井开拓法，斜坡道开拓法及联合开拓法。

第18页，共46页。平硐开拓

用平硐(水平巷道)开拓矿床的方法称为平硐开拓法。这种开拓法，矿石的转运一般是利用主溜井，再经平硐运出地面，人员、材料和设备的运送，则利用辅助竖井或盲井提升。第19页，共46页。

平硐开拓法是一种最经济、基建时间短和安全可靠的开拓方法。凡埋藏于当地地平线以上的矿体，应优先采用平硐开拓法。但平硐的长度不宜太长。根据国内实践证明，其长度在3000～4000米以下为宜。平硐口的位置应考虑：平硐长度短；标高低，开采的矿量多；必须在历年最高洪水位3米以上；能避免山崩、雪崩或火灾对平硐的危害。

第20页，共46页。竖井开拓

竖井开拓法是利用竖井开拓矿床的方法；在国内外得到广泛的应用。根据竖井对矿体的相对位置不同，竖井开拓法分为：下盘坚井开拓法，侧翼竖井开拓法，上盘竖井开拓法。

第21页，共46页。斜井开拓

斜井开拓法是利用斜井开抹矿床的方法。下盘开拓法、侧翼开拓法、斜井在矿井中的开拓法。在金属矿山中，矿体倾角为20º至45º～50º时，多采用斜井开拓法。因为它与竖井开拓法相比，石门短得多。其中用得最多的是下盘斜并开拓法。第22页，共46页。斜坡道开拓

斜坡道开拓法是利用斜坡道开拓矿床的方法。根据斜坡道线路的布置形式有直线式、螺旋式和折返式。这类开拓方法适用于开采深度不大，年产量大等情况。由于自行式设备的广泛应用，在国外利用斜坡道作为运送设备、人员等用途的辅助井的开拓法发展很快。

第23页，共46页。联合开拓

联合开拓法是用上述四种主要开拓巷道中的任意两种相配合。开拓一个井田的开拓方法。例如：上部用竖井开拓，下部用盲竖井开拓，则称竖井盲竖井联合开拓法等等。

第24页，共46页。主要开拓巷道位置的确定

主要开拓巷道是矿井的咽喉；井口附近是矿山生产的工业场地。正确地确定它的位置，是矿山设计中的一个重要问题。

1）陷落带和移动带地下采矿的结果在地下形成采空区。由于采空区周围的岩石失去平衡，引起周围岩层发生变形、破坏和崩落，致使地表发生移动和陷落。地表产生陷落和移动的地带，分别叫做陷落带和移动带。采空区底部与地表陷落带或移动带边界的连线与水平面的夹角叫做岩石的陷落角或移动角。其大小与岩石的性质等有关。

第25页，共46页。

主要开拓巷道应布置在岩石移动带10一20米范围以外，否则，就要在其下部留一部分矿体作为保安矿柱。

5.4.6主要开拓巷道位置的确定第26页，共46页。2）最小运输功

地面和地下运输费用，影响着主要开拓巷道的选择。运输量和运输距离的乘积叫做运输功，单位为吨·公里。运输费用与运输功成正比。合理的主要开拓巷道位置，应该位于地面与地下运输功之和为最小的位置。在金属矿山中，由于地表复杂，矿体的走向长度不大，往往地形的影响超过了最小运输功的影响。因此，设计中对最小运输功只作定性分析，不作定量计算。主要开拓巷道位置的确定

第27页，共46页。3）地面和地下因素

地面因素包括：井口附近要有足够的工业场地；选厂应尽量利用山坡地形，以利自重运输；井口应选择安全可据的位置，与外部运输联系方便；不占或少占农田等。地下因素包括：要避免穿过流砂层，大的含水层、断层和破碎带等不利的工程地质条件。主要开拓巷道位置的确定

第28页，共46页。轨道线路的弯曲与连接

轨道线路的弯曲

目前我国金属矿山的井下运输主要采用有轨运输也叫轨道运输。车辆在弯曲的轨道上运行与在直线轨道上运行不同，对弯曲轨道有些特殊要求。这些要求是：

a、有合理的弯道曲率半径；b、轨距加宽；

c、外轨抬高；

d、巷道加宽等。

第29页，共46页。

在线路平面上，弯道是用下列参数表示其特征的，如图5—9。曲率中心O、曲率半径R、曲线对应的圆心角(又称曲线转角)α、曲线弧长L、切线长T、曲线的起点和终点(即曲线的两个切点Sd和Zd)。1)弯道参数第30页，共46页。

车辆在弯道上行驶时，由于车辆运行的惯性作用，它有保持原来运行方向的趋势；而弯道却迫使车辆不断改变方向。因此，在车辆前轴外轮和外轨之间不断发生碰撞。也就是前轴外轮会以Φ角不断碰撞钢轨。Φ角称为碰撞角，即某点的行车方向与弯道上相应碰撞点的切线所成的夹角。

2)弯道曲率半径第31页，共46页。

弯道的弯度越大，碰撞角也越大，行车阻力也随着增大。为了减少行车阻力，曲率半径应适当增大，但太大又会增加巷道的长度，因此，要根据碰撞角的最大容许值，求出允许的最小曲率半径。一般常用的曲率半径为8～10至15～20米。第32页，共46页。

当车辆的两个轴都进入弯道后如图5—11。由于轮轴的中心线与轨道的中心线斜交，前轴的外轮挤压在外轨的B点上，而后轮的内轮就排压在内轨C点上。如果弯道轨距和直道轨距相同，则车轮的轮缘就会挤压钢轨增大行车阻力，严重时车轮挤死在轨道上，或造成车辆脱轨事故。因此在弯道上必须加宽轨距。加宽值的大小与轴距、曲率半径有关。轴距愈大或弯道曲率半径愈小，则弯道轨距的加宽值愈大。第33页，共46页。

车辆在弯道上运行时，由于离心力的作用，使外轨上的轮缘内外轨挤压。这种现象轻则加剧轮线与钢轨的磨损，增加远行阻力；重则使车辆倾覆。为了消除离心力的影响，把弯道的外轨抬高，使离心力OB和矿车重力OC的合力OA与抬高后的轨面垂直，如图5—12。这样使车辆行驶不受离心力的影响，和在直线道上行驶一样。4)外轨抬高第34页，共46页。

在弯道处，不仅轨距要加宽，巷道也要加宽。因为车辆在弯道上行驶时，车箱向外伸出的距离，比直线道上要大些。如果巷道不加宽，车辆与巷道壁之间的空隙就会减小，有碰人的危险。因此，在弯道处巷道必须加宽。5)巷道加宽第35页，共46页。

列车由一条线路转向另一条线路，必须在两条线路的联接处设置道岔。道岔的结构：岔尖、基本轨、辙岔、随轨、护轮轨、转岔轨。

第36页，共46页。

1、曲线和道岔的联接2、单向分岔联接3、双线对称联接4、三角道岔联接5、平移联接第37页，共46页。井底车场

井底车场是在井筒与石门联接处所开凿的巷道和硐室的总称。它是转送人员、矿石、废石、设备、材料的场所；也是井下排水和动力供应的转换中心。根据开拓方法的不同，井底车场分为：1、竖井井底车场

2、斜井井底车场。第38页，共46页。竖井井底车场

（1）井底车场线路储车线路主、副井的重、空车线及停放材料的材料支线。行车线路联接主、副井的空、重车线的绕道，调车场及马头门等。

（2）井底车场硐室硐室的布置原则是按照硐室的用途及其使用上的方便。与主井提升有关的各种硐室，如翻笼硐室、矿仓、箕斗装载硐室、回收粉矿的小斜井等须设在主井附近的适当位置上，构成主井提升系统的硐室。副井系统的硐室包括马头门、水泵房、变电所、水仓及候罐室等。此外，还有设在车场线路入口附近的调度室及便于进出车的机车库和修理硐室等。1)井底车场结构第39页，共46页。2)井底车场型式

井底车场按矿车运行系统不同，分为三种：尽头式井底车场；折返式井底车场；环形式井底车场。第40页，共46页。尽头式、折返式井底车场（1）尽头式井底车场：特点是在井简单侧进、出车，即从罐笼中拉出空车，再推进重车。（2）折返式井底车场：特点是在井筒一侧进重车，另一侧出空车，空车经过另外敷设的平行线路或从原线路变头(改变矿车首尾方