主要开拓巷道类型和位置的选择.ppt

采矿工程专业主干课程,1,第七章主要开拓巷道类型和位置的选择,第一节,第二节,第三节,主要开拓巷道位置的选择,主要开拓巷道类型的选择,金属矿床地下开采,第四节,第五节,第六节,主要开拓巷道沿矿体走向位置的选择,主要开拓巷道垂直矿体走向的位置选择,保安矿柱的圈定,辅助开拓巷道,采矿工程专业主干课程,2,本章基本内容,金属矿床地下开采,1、掌握地表移动带的圈定方法及有关概念；,2、掌握主溜井用途、形式、参数的选择及其布置。,采矿工程专业主干课程,3,地表移动带的圈定方法；主溜井的参数的选择及其布置。,重 点,地表移动带的圈定方法及有关概念；主溜井用途、形式、参数的选择及其布置。,难 点,金属矿床地下开采,采矿工程专业主干课程,4,第一节 主要开拓巷道类型的选择,选择的依据：矿山地形、地质条件和矿体赋存条件。,第二节 主要开拓巷道位置的选择,1、选择主要开拓巷道位置的基本准则,基建与生产费用小；不留或少留保安矿柱，以充分利用地下资源；有方便、安全和布局合理的工业场地；井巷的掘进、使用安全可靠。,金属矿床地下开采,2、影响主要开拓巷道位置选择的因素,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、储量及远景；,4）矿山岩石性质及水文地质条件；,采矿工程专业主干课程,5,金属矿床地下开采,5）应考虑地表和地下运输联系方便，使地表地下总运输功最小、开拓工程量最小；,6）保证井巷出口位置及有关构筑物不受山坡滚石、雪崩和山崩等危害；,7）井巷出口位置标高应在历年最高洪水位1米以上以免被洪水淹没；,8）井筒或平峒位置应避免压矿并位于岩层移动带以外，距地面移动界限的最小距离为20米，否则应留保安矿柱；,9）井巷出口位置应有足够的工业场地，以便布置建筑物、构筑物、调车场、堆矿场地和废石场等，同时尽可能不占和少占农田；,10）改扩建矿山应考虑原有井巷和有关建筑物、构筑物的充分利用。,采矿工程专业主干课程,6,金属矿床地下开采,3、主要开拓巷道位置选择的步骤,1）主要开拓巷道垂直矿体走向的位置选择：圈定最终开采岩层移动带，初步确定主要开拓巷道在地表岩石移动带以外安全距离的允许位置。,2）主要开拓巷道沿矿体走向位置的选择：按地面运输费用与地下运输费用总和为最小的原则基本确定主要开拓巷道在沿矿体走向方向上的最有利位置。,3）结合地表地形、工业场地的布置确定主要开拓巷道具体位置。,4）打检查钻孔，进一步查明主要开拓巷道位置的工程地质情况（主要针对竖井）。,采矿工程专业主干课程,7,第三节 主要开拓巷道沿矿体走向位置的选择,1、原则：沿走向布置井筒时，应着重考虑矿石总运输功量小，运输费用最低。,金属矿床地下开采,2、运输功：矿石重量和运输距离的乘积，用tkm表示。运输功最小的井筒位置是在两侧矿量相等的中点上。它有三种情况：,（a）规则矿体 ；（b）不规则矿体；（c）不规则分散矿体。,对于规则矿体，若采用侧翼开拓，平均运距为1/2L，则运输功为： A侧=Q1/2L=1/2QL （71）,采矿工程专业主干课程,8,金属矿床地下开采,采矿工程专业主干课程,9,金属矿床地下开采,若采用中央式等翼开拓，井筒左边矿量运距长L/2，往返平均运到中点的运距为L/21/2=L/4；右边的运距同左边，矿床矿石总运输功为： A中=（L/4Q/2）左+（L/4Q/2）右=1/4LQ (72),对比(71)式和(72)式，可以证明井（硐）位置偏离矿量中点运输功都会增大，侧翼开拓井下运输功最大。因此，矿量中点是运输功最小的井筒位置。,矿量中点应符合下式要求： Q左=Q右 （73）,对于单一矿体，矿体形态规则，厚度相等，矿量中点在矿体走向长度的二分之一上。,采矿工程专业主干课程,10,对于不规则矿体，将矿体划分为矿块，分别计算各矿块的矿量，并将矿量投影到阶段运输平巷的轴线上。然后从矿体的两翼开始，将矿块的矿量分别相加，即可求得矿量中点，计算方法如下式：,对于多矿体及分散矿体，以各矿体（或矿段）的运输巷道与主运输平巷的交点为该矿体（或矿段）的矿量中心，然后用（74）式的方法计算矿量中点。如图中Q15、Q16、Q17三个矿块的矿量，同时移到Q7点上，然后用（74）式计算矿体矿量中点，确定井（硐）沿走向方向的位置。,金属矿床地下开采,Q1+Q2+Q3+=Q14+Q13+Q12+ (74),采矿工程专业主干课程,11,金属矿床地下开采,第四节 主要开拓巷道垂直矿体走向的位置选择,1、移动带和崩落带,移动带：地表出现变形、位移的范围。,崩落带：在地表呈现裂缝的范围。,危险带：崩落带加移动带的范围或者说移动线所控制的范围。,形成移动带和崩落带的原因：随着地下矿石的采出，在地下形成一定数量的采空区，由于采空区周围的岩层失去平衡，在围岩应力作用下引起采空区周围的岩层逐渐发生变形、片落、移动和崩落，移动和崩落发展到地表，则地表出现下沉、陷落和移动。,采矿工程专业主干课程,12,2、移动角和崩落角,移动线：在垂直走向的矿体横剖面上，从地表移动带的边界至开采深度采空区边界线（或开采深度以内，矿体轮廓最突出点）的连线。,移动角：移动线与水平面的夹角。相对于矿体的位置，移动角有上盘移动角、下盘移动角和端部移动角。,金属矿床地下开采,崩落线：从地表崩落带的边界线至开采深度采空区边界线（或开采深度范围内，矿体轮廓最突出点）的连线。,崩落角：崩落线与水平面的夹角。崩落角相对于矿体有上盘崩落角、下盘崩落角和端部崩落角。,采矿工程专业主干课程,13,金属矿床地下开采,(a)垂直走向剖面及情况；(b)垂直走向剖面及情况；(c)沿走向剖面； 矿体倾角；下盘移动角；下盘崩落角；上盘移动角；上盘崩落角；走向端部移动角；走向端部崩落角；0表土移动角；L危险带,采矿工程专业主干课程,14,金属矿床地下开采,表71 岩石移动角,影响移动角和崩落角的因素：采空区周围的岩层与空区相对位置；岩石结构；表土层和流砂层的含水性；矿体厚度、倾角、采矿方法等。,对生产矿山，可建立岩层移动观测点，收集岩层移动资料；对新建矿山，可参考采矿设计手册或其它地质、采矿技术条件相似矿山的岩石移动角作为本矿设计岩层移动角、移动带和崩落带的依据。,采矿工程专业主干课程,15,3、主要开拓巷道垂直矿体走向的位置,金属矿床地下开采,按照安全规程的规定矿井井筒及地表建筑物和构筑物，均应布置在岩石移动带以外的安全区中。若布置在移动带以内时，必须留保安矿柱。,I级保护的建（构）筑物，应在移动带以外20m，距河流、湖泊以外50m；级保护的建（构）筑物，应在移动带以外15m；级保护的建（构）筑物，应在移动带以外10m。,中国有色金属工业总公司1990年6月制定的有色金属矿山生产技术规程对建筑物和构筑物的保护级别见表72。,采矿工程专业主干课程,16,金属矿床地下开采,表72 地表建筑物和构筑物的保护等级,采矿工程专业主干课程,17,金属矿床地下开采,4、地表及岩体移动范围圈定的安全技术规定,1）移动区应从开采矿体的最深部划起;,2）对未探清的矿体应从能做到远景开采的部位划起;,3）矿体埋藏很深且分期开采时，应分期划出移动区;,4）矿体轮廓复杂时，应从矿体突出部划起;,5）对己进行工程地质及岩体力学研究的矿山，一般应进行开采后岩体及地表稳定性的评价，分别用数值分析法(包括有限元或边界元分析)和类比法确定移动范围;,6）对未进行岩体力学研究的矿山，可参考同类矿山的观测资料确定;,7）所圈定的移动区范围应分别标在总平面、开拓系统平面及各中段平面图上。,采矿工程专业主干课程,18, 参照地质报告或条件类似矿山选取上盘移动角、下盘移动角、端部移动角、表土移动角；,金属矿床地下开采, 在各勘探线剖面上，从设计最低开采水平的矿体边界或矿体最突出位置，按所选取的上、下盘移动角往上画移动界线，直到移动界线与地表线相交为止；, 在矿体纵剖面图上，从设计最低开采水平的矿体边界或突出位置，按所选取的端部移动角往上画移动界线，直至移动界线与地表线相交为止；,5、移动带的圈定方法与步骤,采矿工程专业主干课程,19,金属矿床地下开采, 将各剖面移动界线与地表线的交点转绘到地形地质图上，并用均滑曲线或折线联成闭合曲线，此闭合曲线内的范围即是地表岩土移动带。,采矿工程专业主干课程,20,金属矿床地下开采,地表岩石移动带圈定 V1、V2、V3矿脉编号； 勘探线编号； 下盘岩石移动角 上盘岩石移动角； 沿矿体走向侧端岩石移动角； 0表土层移动角；,采矿工程专业主干课程,21,金属矿床地下开采,第五节 保安矿柱的圈定,在某些特殊情况下，开拓井巷及其附近的建筑物不能或不能全部布置在移动带以外；在矿床上部或边缘有河流、湖泊、铁路等通过，矿床开采后对其安全有影响时，必须留保安矿柱，其作用：保护地表建筑物和井筒。,二、保安矿柱的圈定方法和步骤,保安矿柱的圈定，是根据要求的安全距离，沿其周边画出保护区范围，再以保护区周边为起点，按所选取的岩石移动角向下画移动边界线，此移动边界线所截矿体范围就是保安矿柱。,一、圈定保安矿柱的原因,采矿工程专业主干课程,22, 在地质平面图上，圈定井筒及提升机房等工业建筑物的位置和面积。按保护级别的安全距离在四周划出保护范围；, 沿井筒中心作垂直矿体走向的横剖面地质图II，标出井筒和建筑物等的范围及安全带宽度，绘出矿体和各岩层的厚度、倾角及地质构造。为保证有足够的精度，应在井筒两侧再作二个横剖面地质图I I 、I I 。,金属矿床地下开采, 沿井筒中心作平行于矿体走向的纵剖面地质图，标出井筒和建筑物等的范围及安全带宽度。为保证精度，在井筒保护带的上、下两侧，再作二个纵剖面地质图、。,采矿工程专业主干课程,23,金属矿床地下开采,采矿工程专业主干课程,24, 使矿体顶板沿走向方向的A1-A2、A1-A2与沿倾斜方 向的边界线C1-C2、C1-C2相交，则得到矿体顶板保安矿柱范围。用同样的方法，可以得到矿体底板的保安矿 柱范围。若井筒布置在矿体中，除留出井筒附近的保安 矿柱外，还要留出通往井筒的公路或铁路的保安矿柱。, 在纵剖面上，按矿体和各岩层的侧翼移动角取值作图。作图方法步骤同横剖面，取得移动线与矿体顶、底板交点C1、C1、d1、d1和A1、B1和d2、d2、C2、C2等点。将求得C1、C2、C2等点绘在地质平面图上，并分别联结左右侧上盘、下盘上的各交点，就得到在矿体走向上的移动范围和保安矿柱边界线。,金属矿床地下开采,保安矿柱矿石是难以回采的，即使矿床开采完毕允许回采，其矿石回收率也低，劳动生产率不高，安全条件差，成本高。因此，需要留保安矿柱的井筒，最好选择在矿体厚度薄、品位低的地段，这样，即使不回采矿柱，所造成的经济损失也不大。,采矿工程专业主干课程,25,三、保护地表建筑物和构筑物的措施,表73 建筑物保护等级及允许变形值,金属矿床地下开采,采矿工程专业主干课程,26,金属矿床地下开采,对建筑物、构筑物、井筒的保护措施：, 采用充填采矿法回采，并用充填料及时充填采空区，以控制或减弱岩层的变形、下沉值，控制和缩小移动范围；, 扩大保安矿柱范围；, 加强对地表建筑物和构筑物的保护：对受二级地表变形影响的建筑物，长度大则设变形缝；对受三级地表变形影响的建筑物，除设置变形缝外，还设置钢拉杆、钢筋混凝土圈梁；对受到四级地表变形影响的建筑物，除上述措施外，还要采用钢盘混凝土锚固板加强基础；设置地表缓冲沟，以吸收地表的一部分压缩变形。,采矿工程专业主干课程,27,第六节 辅助开拓巷道,辅助开拓巷道包括副井、通风井、溜井和充填井巷等，它们与主要开拓巷道配合，构成完整的井田开拓系统。,金属矿床地下开采,一、副井和通风井,副井是主井的辅助井，它用作提运人员、材料、设备、工具、废石或一部分矿石，并兼做安全出口和入风井。副井做了出风井时不能用于提运人员。,通风井主要用于出风，也做安全出口。若井田设箕斗主井，因其（井口受箕井卸矿场尘污染）不能兼做入风井，这时应另设罐笼副井入风和通风井出风，以构成完整的通风系统。若井田设罐笼主井入风时，须另设副井出风，或为了改善通风，用这两条主、副井入风、另设一、两条通风井出风。若井田设主平硐入风，则应另有辅助平硐或通风井出风。,采矿工程专业主干课程,28,金属矿床地下开采,副井和通风井的类型（竖井或斜井）参照主要开拓巷道类型确定方法来定，而其位置则按其不同的布置方式来选定。,(一)副井的布置方式,开拓方案设计时，主、副井等的位置应统一考虑和确定。,1、集中布置：如地形和运输条件允许，副井应靠近主井布置（两井筒防火安全间距不小于30m）。,优点：工业场地紧凑，平整场地的土石方量少；井底车场集中，开拓工程量小，基建时间短，生产管理和排水等便利；井筒延深方便，有利于先掘一井筒而后上（反）掘另一井筒的先进施工法的应用。,缺点：两井相距近，易殃及另一井；若箕斗井口防尘措施不力,则箕斗卸矿扬尘污染副井入风风源。,采矿工程专业主干课程,29,2、分散布置：两井筒远离。,分散布置的优缺点，恰与集中布置相反。,金属矿床地下开采,(二)通风井的布置方式,通风井连同主、副井的布置方式可按入、出风井位置关系分成如下三种类型。,采矿工程专业主干课程,30,金属矿床地下开采,1、中央并列式,进风井和排风井均并列布置于井田中央，两井距离不小于30m，如井上建筑物采用防水火材料，也不得小于20m。,中央并列式 1进风井；2排风井； 3天井； 4沿脉运输巷道,采矿工程专业主干课程,31, 主井为罐笼井时，主井布置在矿体中央，可兼作进风井，而在矿体两翼各布置一条排风井，如图所示。,2、中央对角式,金属矿床地下开采, 主井为箕斗井时，主井布置在矿体中央，应在主井附近另布置一条罐笼井，作为提升副井兼进风井，并在矿体两翼布置排风井，如图所示。,中央对角式 1主井；2副井（进风井）；3排风井,中央对角式 1进风井；2排风井；3石门； 4天井；5沿脉运输巷道,采矿工程专业主干课程,32,金属矿床地下开采,3、侧翼对角式,进风井（罐笼井）布置在矿体的一翼，排风井布置在矿体的另一翼，如图所示。,侧翼对角式 1进风井；2排风井；3石门； 4天井；5沿脉运输巷道,采矿工程专业主干课程,33,1）中央式的优缺点,金属矿床地下开采,优点：地面构筑物布置集中；在岩移带内的入、出风井可共保安矿柱；有时中央副井可承担部分矿石提升；入、出风井掘毕可很快连通，并开始回采；井筒延深方便。,4、中央式与对角式的对比,缺点：风路长，主扇负压大而不稳定；前进式回采时风流易短路，漏风大；安全出口少而集中，不利于地下人员的事故（火灾或塌落）撤离。,2）对角式的优缺点,优点：负压小而稳定，通风简单、可靠、费用低；安全出口多（侧翼对角式除外）而分散，有利于地下人员的事故撤退；若井田两翼出风井各一，则一井出事故而另井可维持通风。,缺点：各井筒的连通道及其掘进期长，投产期迟：两出风井的掘进和维护费大。,采矿工程专业主干课程,34,金属矿床地下开采,(一)溜井,二、溜井和充填井,溜井的用途是依靠重力从采场或上部阶段转放矿石或废石到下部阶段或矿仓，分为阶段溜井和采场溜井。,1、溜井出矿系统,（1）平硐溜井出矿系统,（2）井筒溜井出矿系统,2、溜井位置和数目,溜井位置可用方案对比法确定,确定时应考虑如下基本原则：,（1）拟定的井位应使上下阶段运距短、开拓工程量小、施工方便、生产安全，避免矿石反向运输；,（2）溜井应布置于坚硬稳固、整体性好、节理不发育的岩层中，应尽量避开断层、破碎层、流砂层及岩溶、构造发育和涌水大的地层；,采矿工程专业主干课程,35,采矿工程专业主干课程,36,采矿工程专业主干课程,37,（3）溜井一般位于下盘围岩中，有时可利用矿块端部天井或上盘探井等做溜井；,金属矿床地下开采,（4）溜井卸矿口应尽量避掘在主要运输巷内；以减少运输干扰和矿尘污染。,溜井的数目主要取决于矿山日产量和溜井放矿能力。，正常情况下，每条溜井每天可放矿30005000t，各阶段一般只需要共用一条溜井即可满足要求（不包括粉块矿、贫富矿等的配矿溜井），但为了保证矿山正常生产，每个矿山应按具体条件设置12条备用溜井。,3、溜井形式,(1)垂直式溜井,垂直式溜井各阶段溜井井身呈一条垂直线，中间阶段矿石由斜道放入溜井，如图a所示。,1主溜井 2斜溜道 3卸矿硐室 4放矿闸门硐室,采矿工程专业主干课程,38,金属矿床地下开采,优点：结构简单，不易堵塞，使用方便，开掘容易，国内金属矿山应用广泛。,缺点：贮矿阶段高度受限制，放矿冲击力大，矿石粉碎，井壁冲击磨损大。,适用条件：岩石坚硬、稳固、整体性好，矿石不易粉碎；同时井内应贮留一定量矿石做垫层。,(2)倾斜式溜井,倾斜式溜井各阶段溜井井身呈一条斜直线，中间阶段矿石也由斜道放入溜井，如图b所示 。,1主溜井；2斜溜道； 3卸矿硐室；4放矿闸门硐室,采矿工程专业主干课程,39,优点：溜井倾斜长度大，与溜井贯通的各阶段运输巷道长度短（在溜井倾向与矿体倾向相同时），矿石沿井身底帮滚动时冲击力小，只要矿石不结块不堵塞皆可使用。,缺点：井壁所受的冲击磨损严重。,金属矿床地下开采,适用条件：布置在坚硬、稳固、整体性好的岩（矿）层内，为利于放矿，溜井倾角应大于60。,(3)分段式溜井,分段式溜井各阶段溜井自上而下分段错开一定的距离。这种溜井按矿石转运方式又分为瀑布式溜井（图c）和接力式溜井（图d）。,1主溜井；2斜溜道； 3卸矿硐室；4放矿闸门硐室,采矿工程专业主干课程,40,金属矿床地下开采,A 瀑布式：上阶段溜井矿石由其下部的斜溜道转放至下阶段溜井，如此逐段转放，势如瀑布。,优缺点：此式各井段结构简单，使用、管理和维修方便，但某段溜井出故障时则不影响他段生产。,B 接力式：上阶段溜井矿石由其下口闸门控制并转放至下阶段溜井，如此逐段转放，形成接力流程。,此式优缺点与前式相反。,(4)阶梯式溜井,阶梯式溜井上下阶段溜井中错开较大距离，上段矿石需要水平巷道和电机车等运输设备转运至下段，如图e所示。,适用条件：多阶段回采时，或溜井穿过的岩层欠稳固时，矿石易粉碎。为减轻井壁冲击磨损和减少粉矿而需要分段溜矿时。,采矿工程专业主干课程,41,金属矿床地下开采,适用条件：岩层条件复杂的矿山，以避开不稳固的地段。有时也用于缓倾斜矿体，以缩短矿块底部出矿点至溜井的运距，或避免矿石反向运输。,1主溜井；2斜溜道； 3卸矿硐室；4放矿闸门硐室；5上段溜井；6下段转运溜井,4、溜井的结构参数,溜井分为溜矿段和储矿段。 溜井的结构参数包括它的断面形状、尺寸、倾角和长度。, 溜井溜矿段的结构参数 溜井溜矿段的断面一般为圆形和矩形 ；,采矿工程专业主干课程,42,金属矿床地下开采,溜井的直径（或最小边长）等于矿石最大合格块度与通过系数的乘积；,溜井的通过系数是指溜矿段的直径或最小边长与矿石最大合格块度的比值。 一般取通过系数大于3。,溜井溜矿段的倾角必须大于溜放矿石的自然安息角；,溜井溜矿段的长度取决于阶段高度。, 溜井储矿段的结构参数,储矿段的直径比溜矿段的直径大1.52.0米；,溜井储矿段的高度与储矿段的直径、粉矿堆积角有关；通常取1015米。 贮矿波动高度是贮矿段高度的0.10.2倍，收缩角为4560.,采矿工程专业主干课程,43,金属矿床地下开采,5、溜井的接口,溜井与阶段的接口分为上口、中口和下口。, 溜井的上口结构： 溜井上口：指溜井与它所服务的最上部一个阶段的 接口。 溜井卸矿口的结构形状分为喇叭式与无喇叭式两种,喇叭口处倾斜坡度应大于5055。在卸矿口装设 格筛。,采矿工程专业主干课程,44,金属矿床地下开采,溜口的结构形式 a筒形单溜口；b楔形单溜口； c筒形双溜口；d楔形双溜口,采矿工程专业主干课程,45,金属矿床地下开采, 溜井的中口