现代采矿学知识讲义

绪 论一、采矿学的研究范畴1、采矿学的定义： 是研究在一定技术经济条件下，以一定的规模安全、经济、高效地开发自然矿产资源，同时维护采矿空间平衡和系统平衡的一门学科。2、采矿学研究的意义或使命：由于地壳演变过程中所形成的矿产资源具有不可再生性的特点，因此矿床开采是一次性完成的，不管资源多么丰富，储量多么大，总有开采完的那一天，在人类科学技术发展能够达到寻找出新的替代能源之前，我们只能研究如何采取措施最大限度的延长现有资源的使用寿命，如何保护好我们赖以生存的资源与环境等，不仅仅是我们这一代，两代人发展，还关系到我们的子孙后代的发展大计，这也正是我们国家为什么要把实现可持续发展定为基本国策的原因，通过采矿学的研究学习，我们可了解到节约资源与安全生产的重要性，取得经济效益与保护环境的相辅相成而非对立的关系，更好地为国民经济建设提供矿产资源；（1）国民经济建设需要大量的自然矿产资源，据统计80%以上的原材料源于矿产资源的开采。（2）经过了很多年的开采有些资源呈现枯竭趋势（耗竭性）、我国人口众多，人均资源占有量低，2010年前我国四十种主要矿物将有20种出现短缺（3）矿山安全生产形势严俊，各类矿山安全事故频发。（4）矿业开发带来的环境负效应：废石堆、尾矿库、露天坑、地下水等，有的地方对环境的破坏相当严重。（5）经济效益是保证企业健康发展的前提，也才能使企业良性发展，但是绝对不能片面追求经济效益，而冒险蛮干，不遵守经济发展规律。3、采矿学研究范畴包括三个层面：即两个平衡，合理的工程与工艺，设备设计参数选择；3.1 采矿生产的两个平衡：空间的平衡、生产系统的平衡（1）空间平衡：A、地下矿工作面、采空区稳定；（不出现冒顶、透水等）B、露天矿不滑坡；（边坡稳定，不会出现大的边坡坍塌移动）C、通道准备始终保持超前于开采；（开拓、采准、切割、回采）（2）生产系统平衡：各生产系统间合理匹配（采矿、运输、提升、通风、排水、压气、供水、供电、通讯等各系统）。3.2 采用合理的工程与工艺 安全、高效、经济 采用合理开拓方式（平硐、竖井、斜井等），地下采矿方法（崩落法，地表是否允许陷落？空场法空区如何处理？露天采用什么穿孔、爆破、采装、运输、排土工艺比较合适等？）3.3 设备设计参数选择：型号、数量，匹配问题，（凿岩，运输，提升设备装备等的选择设计，地下以及露天工艺参数的选择设计等）二、矿业工程技术发展历程贯穿于采矿技术发展历史的主线是采矿方法的演变和采矿手段的进步。从石器时代原始的手工开采，发展到后来的爆破破岩、机械钻具，高效采装、运输；到今天的大规模的现代化开采；采矿技术发展基本体现在效率提高、劳动条件改善、生产的科学性等方面。在漫长的人类长河中，人类的采矿实践也经历了由手工到机械，由低级到高级，开采规模越来越大，生产技术越来越高，由初期的地表开采发展到现今的开采地下几千米的矿石，人类在采矿方面的技术取得了长足的进步，采矿工具或设备不断改进。绪论表1（见采矿学讲义图表部分PPT2）序号历史时期作 业 特 征1原始开采利用简单工具机械力破岩（石器时代手工开采）2爆破破岩利用炸药破岩，提高了破岩效率（17世纪初黑火药的应用，是采矿工艺发生重大变化，1867年诺贝尔发明炸药用于爆破破岩）3机器的使用提升运输效率提高（18世纪工业革命后，机器的使用）4凿岩工具改善提高了穿孔效率，大规模提高了采矿效率（19世纪空气压缩机的出现导致风动凿岩机的发明，动力机械凿岩代替手工凿岩）5大规模机械化开采开采强度、效率提高（二十世纪初）6现代化采矿多学科知识应用，提高了生产效率与质量建国快60年了，我国的采矿业发展到今天，我国的采矿业已经有了飞跃发展，但是我们还应该充分认识到，我国的采矿业与世界上先进国家的采矿业相比还有一定的差距，还需要我们年轻一代继续去努力。三、两个专业方向学习的意义采矿专业：是最主干的专业基础课程，是各类设计的基础，学习采矿专业知识最主要的渠道，地下开采，露天开采等。矿物加工专业：了解开采过程，作为选矿技术、生产管理者的基本要求；了解开采带来的加工问题的原因（废石混入、矿石的贫化、合格块度等）等。四、矿床开采方式及其存在的基本问题（结合两个平衡）当前存在的开采方式：地下开采、露天开采、特殊开采（海洋、采砂、生物化学法等），常规的主要开采方式为地下和露天开采两种。常见的开采方式：(1)露天开采: 剥离、穿孔、爆破、采装、运输、排土等工艺。(2)地下开采：开拓、采准、切割、回采等工艺。(3)露天、地下联合开采：露天开采浅层矿床，地下开采深部矿床。(4)特殊开采大洋采矿石材开采：溶浸、溶解、熔融开采月球采矿煤矿中的“三下”开采五、当前的研究方向与学科发展*国内就我国行业现状，总体来讲不均衡，因体制、种类、规模不同差异较大，与国外存在一定差距（参考教材P6-15）。近些年来在本学科知识应用与研究方面主要有：（1）岩体力学及其应用；（一直接都在研究，只是进展不大，近些年计算机及大量软件的应用对于本学科的研究提供了方便）（2）充填技术的发展与应用；（近些年又热了起来）（3）现代决策技术的应用；（借助于新型的理论与技术如专家系统，决策支持系统等）（4）矿山环境保护与灾害防治；（人们的意识越来越强，这方面加强了）（5）与其他相关学科的渗透；（矿山行业取得了长足的进展）国外发展现状理论上与国内相差不大，与国内研究相比有以下特点：（1）研究更注重实效；（注重于解决问题，而我们只是停留在纸上居多，问题解决的少）（2）机械化、自动化程度高；（这是我们差距特别明显的地方，国外有无人矿山，我们还没有）（3）环保意识强；（水资源、土地、矿区生态环境的保护等）（4）溶浸技术发展较成熟；（运用适当的化学溶剂，借助于某些微生物的生物化学作用，溶解、浸出、回收矿床和矿石中的有价值的成分。用于不能用常规采矿方法来经济地开采的潜在资源，可充分回收矿产资源）六、矿业面临的机遇与挑战1、对当前新一轮“采矿热”的认识客观地讲，当前我国矿产资源开发行业处在一个非常好的发展时期，国内经济快速发展增长的需要、国际原材料价格的提高使得矿产品价格成倍增长，形成了一股新的“淘金热”，使得矿业在前些年的劣势得以遏制，呈现出一派欣欣向荣的景象，但业内人士必须清醒认识到，国内矿业在环境保护、职业卫生安全、职工福利等方面还存在很多欠账，直接的矿山职工并没有获得多少待遇，福利并没有提高多少或者根本没有提高，环境保护依然很差甚至更糟，很多矿山企业只是在利用这个机会在片面地追求经济利益，其他的一概不管，我国矿业发展与西方国家存在较大差距，暂时的利润在扣减了上述支出后就不存在当前的“暴利”现象。2、必须清醒认识矿业发展面临的挑战资源的枯竭与劣化趋势；（越来越明显，很多矿山要闭坑，资源越来越少等）环保压力，当前清洁生产、无废（无害）矿山的发展；传统学科与新兴学科的对比；开采条件劣化；（矿石品位低，技术条件差等）七、关于我国矿山安全现状的认识1、我国矿山安全现状：地下采空区的威胁，尾矿库的问题，露天采坑闭坑等2、造成事故的原因简析：片面追求经济利益，国家监管力度不够等，没有形成一个良好的发展运行机制。八、学习要求与考核方式对于采矿方向的同学绝不能局限在课堂内容，广泛涉猎相关参考材料的内容，矿物加工专业方向的同学基本概念、基本方法必须清楚，以消化课堂教学内容为主。暂定闭卷考核第一章 矿床地下开采基本概念1、矿床特征一、矿床分类一般按其矿体形状、倾角和厚度三个因素进行分类。（习惯上称为矿体三要素）。（1）按矿体形状分类1）层状矿体这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。特点是： 层状矿床的品位，倾角和厚度变化不大，比较稳定。 矿床规模比较大。 多见于黑色金属矿床。（乱矿多见）地表 图1 层状矿床（见PPT4）2）脉状矿体这类矿床主要是由于热液和气化作用，将矿物充填于地壳的裂隙中生成的矿床。特点是： 矿脉与围岩接触处有蚀变现象 矿床赋存条件不稳定； 有用成分含量不均匀；（品位变化大）。（有色金属，稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类）。 图2脉状矿床(见PPT5) 3）块状矿床这类矿床主要是充填接触交代分离和氧化作用形成的。特点： 形状很不规则。呈不规则的透镜状，矿株等形； 矿体大小不一； 矿体与围岩的界限不明显； （2）按矿体厚度分类1）矿体厚度的概念： 图3 块状矿床（见PPT6） 矿体厚度是指矿体的上盘与下盘之间的垂直距离或水平距离。前者称为矿体的真厚度，后者称为矿体的水平厚度。 b为垂直厚度； a为水平厚度； a与b夹角； 矿体倾角； 对于急倾斜矿体，常用水平厚度，对于缓倾斜矿体，水平或倾斜矿体常用垂直厚度。（也即真厚度。若文中不加说明时，一般指真厚度）。图4 矿体厚度表示图（见PPT7）2）分类：可分五类 极薄矿脉矿体厚度在0.8米以下。（一个肩宽）开采时要采一部分围岩，才能保证正常的工作宽。（用浅孔凿岩开采的方法） 薄矿脉矿体厚度为0.84.0米之间,浅孔回采。 中厚矿体矿体厚度为4.010米之间。一般此时矿块沿走向布置，多用浅孔回采。 厚矿体矿体厚度为1040米，（此时40米为使用沿走向布置与垂直走向布置矿块的界限，也可以用沿走向布置矿块）。一般用深孔回采。 极厚矿体 矿体厚度40米以上，深孔回采。（3）按矿体倾角分类1） 近水平矿体矿体倾角小于5（包括微倾斜矿体）。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采场运搬矿石。2）缓倾斜矿体矿体倾角在530之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。3）倾斜矿体矿体倾角在3055之间。可借助于溜槽，溜板或外力抛掷等方法，进行自重运搬矿石。4）急倾斜矿体矿体倾角应大于55。可利用矿石自重的重力运搬方法。二 、矿石和废石的概念（1）矿物在地壳中，由于地质作用形成的自然元素和自然化合物，统称为矿物。（2）矿石凡是在地壳中的矿物集合体，在现在技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济必须的（有用的）矿物产品的都叫矿石。（3）矿体矿石的聚集体叫矿体。（一个矿体是一个独立的地质体，具有一定的几何形状，具有一定的空间位置等）。（4）矿床矿床是矿体的总称。（对于某一矿区而言，一个矿床由一个或几个矿体组成，矿床又可分为工业矿床和非工业矿床）。 工业矿床在当前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床。 非工业矿床与上述情况反之，叫非工业矿床。 （5）围岩矿体周围的岩石叫围岩。上盘围岩指矿体上部围岩。下盘围岩指矿体下部围岩。（6）夹石夹在矿体中的岩石叫夹石。 图5 矿体围岩表示（见PPT8）（7）废石的概念在采矿过程中所采出的围岩或夹石，一般称为废石。（或者说废石是：矿床周围的围岩以及夹石、根本不含有用成分或者含量过少，当前不宜作为矿石开采的称之为废石）。三、矿石品位的概念（一）矿石品位的概念通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。所谓品位就是：矿石中有用成份的重量与矿石重量之比，常用百分数（%）表示。品位=矿石中有用成分重量/矿石重量 100%（或克/吨）一般金属品位是指矿石中该种金属元素含量的百分数。还有克拉/吨（金刚石），对于贵重金属（金铂等）矿石的品位是用克/吨表示。这是因为这些贵重金属在矿石中含量很少。四、矿石和围岩的性质矿石和围岩的性质主要包括有：硬度、坚固性、稳固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等。（一）矿岩的硬度矿岩的硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。矿岩的硬度取决于矿岩的组成，即取决于矿岩颗粒的硬度，形状，大小，晶体结构以及颗粒间胶结物的情况等，矿岩的硬度除了对凿岩有很大影响外，往往影响矿岩的坚固性和稳固性。（二）矿岩的坚固性人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。亦有如下定义：矿岩的坚固性是指矿岩抵抗外力破坏的综合能力。坚固性的大小用坚固性系数来表示，（许多书中硬度系数，也叫普氏系数f值）。坚固性系数 (R的单位 kg/cm2)式中R为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。通常用的普氏岩石分级法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的如： 极坚固岩石 f=1520（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等） 坚硬岩石 f=8 10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） 中等坚固岩石 f=4 6 （如普通砂岩，铁矿等） 不坚固岩石 f=0.83 （如黄土、仅为0.3）矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。（三）矿岩的稳固性（1）矿岩稳固性的概念：稳固性是指矿岩在一定暴露面积下和在一定时间内不自行垮落的性能。或者说稳固性是指矿岩允许暴露的面积大小和允许暴露的时间长短的性能。影响稳固性的因素十分复杂，其与矿岩的成份，结构，构造节理状况，风化程度，以及水文地质条件都有关系，还与矿岩在开采过程中形成的实际情况有关，（如巷道的方向，开采深度等）。稳固性对于采矿方法的选择，及支护方法的选择，掘进方式等都有很大影响。（3）矿岩稳固性分类：大致可分为五类 极不稳固的不允许有暴露面积。要求在掘进及开采中必须超前支护。否则会冒落。（非金属矿条件）； 不稳固的允许暴露的面积在50米2以内。也即允许有较小的暴露面积，随着回采，要立即进行支护。 中等稳固的允许有一定的暴露面积，即50m2200m2，一般不支护，或作临时支护，即可安全地进行生产。 较稳固的允许有较大的暴露面积，为200500m2，一般不支护。 极稳固的 允许有很大的暴露面积，即800m2以上。不必支护，可以长期时不垮落。【注】稳固性不仅与暴露面积和时间有关，而且与地压大小，节理发育程度，节理方向，暴露面积形状等有关。（四）矿岩的碎胀性矿岩的碎胀性是指矿石和围岩破碎之后的体积比原体积增大性质。碎胀性可用碎胀系数来表示（又叫松散系数）1对于一般坚硬矿岩石松散系数为1.41.6。松散系数的大小主要取决于破碎之后，矿岩的粒度组成和块度的形状。初装入容器（矿车、箕斗等）内的矿岩块，因矿岩块之间空隙较大，则松散系数值可达1.8 2.0（产生了二次松散）。（五）矿岩的结块性结块性是指采下的矿岩遇水受压，经过一定的时间，又结成整块性质。我们通常见到的是粘土矿物、滑石、或高硫矿遇水受压，经过一段时间后，易出现结块现象。结块性对于放矿，装卸，运输等生产环节造成困难，甚至于影响到某些采矿方法的顺利使用。具有结块性的矿石在采场中，在溜井中存放时间不宜过长。（六）矿石的氧化性矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，变成了氧化矿石的性质。在硫化矿石中渗杂入氧化矿石后，降低了选矿的回收率。（选矿用的药剂不同）。因而硫化矿与氧化矿石切记不要混在一起。（七）矿岩的自燃性自燃性是指高硫化矿石（含硫量在1820%以上），当其透水性及透气性良好的条件下，具有自燃发生的性能。高硫化矿在井下氧化时，放出大量的热，经过一段时间，温度升高，会引起井下火灾，特别粉状的高硫化矿与空气接触的面积大，更容易引起火灾。由于上述原因，对于高硫化矿床必须要采取快采快处理的办法来开采，以减少矿石的损失。（八）含水性含水性是指矿岩裂缝和孔隙中含水的性质。矿岩含水性直接影响到矿石的提升，运输，矿仓内储矿。矿岩含水过多，会使排水费用增加。对于北方寒冷地区的矿山，由于含水性会造成结冰。（九）其他的（1）容重容重是指单位体积中原岩的重量。一般岩石的容重为2.33.0 T/m3之间。有色金属矿石中金属含量较少，其容重与岩石差不多或稍大些。黑色金属矿石中金属含量较高，容重可达3.5 T/m3左右。（或更大）（2）块度原矿岩崩落后则形成矿块，或岩石块，其尺寸的大小称为块度。块度通常用三个相互垂直方向的平均尺寸来表示。（或用最大方向的尺寸）即B、L、H的平填值。（一般按三度算，用方格法测定时，用二度定。 图6 矿石块度表示（见PPT9）对于一定的装运，破碎等设备，对矿岩的最大块度有一定的要求。为了保证矿山持续生产，必须使矿石的最大块度与装运等设备的要求相应。通常用合格块度来表示限制采出矿石的块度，矿石块度超过合格块度时，则要求进行二次破碎。合格块度即允许的矿石最大块度。通常合格块度为250500mm之间，也有600mm。它是根据开采及加工的工艺和设备要求来确定的。随着机械化水平的提高，合格块度有增大的趋势。（3）自然安息角松散矿岩自然堆积时，其四周将形成倾斜的堆积坡面，我们把自然堆积坡面与水平面相交的最大角度，称为该矿岩的自然安息角。图7矿石自然安息角(见PPT10)2、矿床地下开采概述一、井田及其划分原则（一）井田、矿田和矿区的概念实际在采矿企业中，在矿务局下面或在公司下面设一个或几个矿山；而在矿山下面设一个或几个坑口，而每一个坑口都是一个独立的开采系统，独立的生产单位。按照这种所属关系来划分井田，矿田和矿区，则：（1）划归一个坑口开采的矿体，叫井田； （2）划归一个矿山企业开采的全部矿床或者是一部分叫矿田；（如金岭铁矿、招远金矿等）（3）划归一个公司或矿务局开采的矿体，叫矿区。（西北区，中央区，东南区）（如杨杖子矿务局，中条山有色金属公司等）（长岭矿分为三个井田开采）一个矿田可以包括若干个井田，有时一个矿田就等于一个井田。 图8 矿区/矿田/井田关系图（见PPT11） （二）井田的大小范围井田的大小是矿床开采中的重要参数。（1）对于倾斜和急倾斜矿床，井田尺寸一般用沿走向长度和沿倾斜长度或垂直深度H来表示。（2）对于水平和微倾斜矿床中，则用长度L和宽度B来表示。图9 近水平矿床范围表示（见PPT12） （3）当矿床范围不大，矿体又比较集中时，为了生产管理方便，可以用一个井田开采。 （4） 当矿体范围很大，或矿体比较分散，如果仍然用一个井田开采全部矿床的话，则所开掘的巷道工程量大，生产地点过于分散，因而会造成经济上的不合理，此时可划分几个井田开采。 （5）划分井田时应当考虑几个方面的问题 照顾到自然赋存条件，及地表地形条件。往往以地面的河流、湖泊、铁路干线，水库、大的断层等来划分，（或如杨杖子矿、大北岭和寺前矿是由于上部两矿体中间有一个无矿带，就依无矿带划分成两部分，松北矿单独划为一个井田，因距离远）（弓矿现分三个井田，主要的矿质量及一条沟分为，另外上含铁带和下含铁带也分不同井田开采，因上下距离大）。 照顾到生产管理上的方便。 要考虑到国民经济的需要。 考虑技术经济的合理性。总之，要进行综合分析。二、阶段、矿块和盘区采区的概念（一）阶段和矿块的概念（1）阶段阶段就是在开采缓倾斜，倾斜和急倾斜矿床时，在井田中每隔一定的垂直距离，掘进与走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为矿段，把这个矿段叫做阶段。 （2）阶段高度阶段高度是指上、下两个阶段运输平巷之间的垂直距离。阶段高度变化范围阶段高度变化范围很大。对于缓倾斜矿体，阶段高度通常小于2030米；急倾斜矿体，阶段高度通常为5060米，个别也有达到80120米左右的。但是，对于不同的采矿方法，则所需求的阶段高度是不同的。 （3）影响阶段高度的主要因素阶段高度主要取决于矿体的赋存条件，采矿方法。只要条件许可，适当的增加阶段高度，可以减少阶段数目，降低开拓、采准工程量，减少矿石损失和贫化。因此，近年来有增加阶段高度的趋势。（受凿岩设备等限制条件）图11 阶段和矿块的划分（见PPT14）（4）矿块在阶段中沿走向每隔一定距离，掘进天井连通上、下两个相邻的阶段运输平巷，将阶段再划分为独立的回采单元，我们把这样的回采单元叫做矿块。矿床的赋存条件不同，则开采矿块的方法也不同。（二）盘区和采区的概念（1）盘区 当开采水平和微倾斜矿床时， （即矿体倾角或），两矿体又相距很近时，此时无论先采哪条矿脉，都会因采空区围岩移动而相互影响。图21 矿体倾角大于围岩移动角相邻矿体开采顺序（见PPT24）在这种情况下，相邻矿体的开采顺序，应当根据矿体之间夹石层的厚度，矿石和围岩的稳固性，所选取的采矿方法和技术措施而定。一般是用先采上盘矿体，后采下盘矿体的开采顺序。如果夹石层不大，采用充填结成凿矿法时，也可以采用由下盘向上盘的开采顺序。（3）当围岩不够稳固时，为了加快回采强度，并且为了缩小采空区对围岩的影响，则往往上盘矿体与下盘矿体同时回采。也即对矿脉群进行平行开采的办法。但这种方法仅适用于矿脉比较少的情况下。（四）在同一个井田的数个矿体，往往有贫富不均，厚薄不均，大小不一及开采条件难易等不同复杂条件。在这种条件下，应遵循以下原则未开采，即：贫富兼采，薄厚兼采，大小兼采，难易兼采。若不以此原则开采，将会破坏合理的开采顺序，将会造成严重的资源损失。第二章 矿床开拓1 开拓方法分类综和国内外金属矿山采用的矿床地下开拓方法，大致可分为单一开拓和联合开拓两大类。开拓方法是按主要开拓巷道类型进行分类的，每一类单一开拓法又可按照主要开拓巷道与矿体的位置关系进一步划分。主要开拓巷道在矿床开拓中占有及其重要的地位，其选择设计是否合理，不仅直接影响到矿井的生产能力和生产安全，而且还直接影响到开拓工程量和基建投资的大小以及矿井建设时间的长短，所有这些都是评价与衡量开拓方法的标志。常用的开拓方法见表1。除此之外，斜坡道开拓以及与其相关的联合开拓也逐渐增多。表1 开拓方法分类表（见PPT2）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.沿矿体走向；2.平硐与矿体走向相交（上盘/下盘；正交/斜交）1.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（脉内斜井）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、深部为盲斜井斜坡道开拓螺旋式折返式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，是开拓方法选择的依据，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空间较充分的排废石场地。防洪要求（高于当地历年洪水水位3米），防止滑坡、泥石流影响，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。下面介绍比较常用的开拓方法。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，即只有矿床赋存于山岭地区，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。图1下盘平硐开拓法示意图（见PPT3）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。如图1和图2。如有以下情况者，就需要考虑平硐与矿体斜交的方案：与矿体走向正交时，由于地势不利而加长了平硐长度；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；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。图2 上盘平硐开拓示意图（见PPT4）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。图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。3、开拓工程主要有：（1）主平硐：运输矿石、材料、行人、通风、排水、兼备井筒及主要运输巷道的功能。（2）辅助平硐：行人、通风、排出废石。（3）主溜井：下放矿石和储存矿石，主平硐以上各阶段采下的矿石都经主溜井溜至主平硐水平，装车运出（因此又叫平硐溜井开拓法）（4）辅助竖井：提升人员、设备、材料到各个阶段。二、竖井开拓法竖井开拓法以竖井为主要开拓巷道。适用条件：急倾斜矿体（一般矿体倾角大于45）；埋藏较深的水平和缓倾斜矿体（倾角小于20）；由于表土层太厚，以及由于其它一些特殊原因（例如流沙层、淤泥层）这种方法便于管理，生产能力较高，在矿山使用较普遍。变形方案：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）、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留设往往是相当可观的。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5a，图5b所示。从竖井掘若干石门与矿体连通。适用条件：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，石门长度随开采深度的增加而急剧增加。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（留有规定的安全距离），掘进石门使之与矿体连通。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，初期的基建工程量大，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814m，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；中段高度由原来的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比较， 这种方案存在以下缺点：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；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。适用条件：（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和图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9。三、斜井开拓法斜井开拓法以斜井为主要开拓巷道，适应条件：开采缓倾斜矿体，特别适用开采矿体埋藏不太深而且矿体倾角为2040的矿床。中小型金属矿山，尤其是小型矿山。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