地下金属矿床采矿技术

地下金属矿床采矿技术 主讲 邓红卫 2010 8 主要内容 一 矿床开采总论 矿石和废石的概念是相对的 一 矿石与废石 1矿石 地壳中能提取国民经济所必须的矿物产品的集合体 2矿体 在现代技术经济条件下 能以工业规模开采的矿石聚集体 3矿床 一个或数个矿体及其周围的岩石和地层 构造等整个含矿地段 4废石 在矿体周围的岩石 围岩 以及夹在矿体中的岩石 夹石 不含有用成分或含量过少 当前不宜作为矿石开采的集合体 金属矿床的工业特征 二 矿石品位指矿石中有用成分的含量 常用百分数或g t g m3表示 坚固性 指矿 岩 石抵抗外力的性能 坚固性的大小 常用坚固性系数f表示 f C 100 坚固性影响凿岩速度 炸药消耗量和地压管理 三 矿石和围岩的物理力学性质 硬度 指矿 岩 石抵抗外来机械作用的能力 硬度影响凿岩设备和破碎方法的选择 也影响劳动生产率 材料消耗和采矿成本 金属矿床的工业特征 稳固性 指矿 岩 石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能 稳固性和坚固性既有联系又有区别 根据矿岩的稳固程度 可将矿岩的稳固性分为五级 中等稳固 不支护的允许暴露面积为50 200m2 极不稳固 掘进巷道或采矿时 不允许有暴露面积 否则可能产生片帮或冒落现象 不稳固 不支护的允许暴露面积在50m2以内 金属矿床的工业特征 矿岩稳固性影响到井巷的维护 采矿方法及地压管理方法的选择 稳固 不支护的允许暴露面积为200 800m2 极稳固 不支护的允许暴露面积在800m2以上 结块性指采下的矿石在遇水和受压 并经过一段时间后又重新连结成块的性质 矿石的结块性对矿石的运输和采矿方法选择有影响 金属矿床的工业特征 矿石的氧化会降低选矿回收率 矿石的自燃 会使井下温度上升 并可能引发地下火灾 对矿井通风 爆破方法和采矿方法的选择有特殊的要求 氧化性指硫化矿石在水和空气的作用下 变为氧化矿石的性质 自燃性指高硫矿石 在空气中氧化并放出热量 经过一定时间后 温度升高 引起自燃的性质 金属矿床的工业特征 矿岩破碎后的体积与其原岩体积之比 称为碎胀系数 或松散系数 矿岩碎胀性对矿岩运输提升有影响 含水性指矿岩吸收和保持水分的性能 矿岩含水性对放矿 运输 箕斗提升及矿仓贮存和采矿 巷道支护等带来困难 碎胀性指矿岩破碎后体积增大的性质 金属矿床的工业特征 层状矿床 脉状矿床 块状矿床 四 金属矿床的分类 按矿体形状分类 金属矿床的工业特征 矿体的倾角影响到采场中矿石的运搬方式和矿床开拓方法的选择 按矿体倾角分类 水平和微倾斜矿床 倾角小于5 缓倾斜矿床 倾角为5 30 倾斜矿床 倾角为30 55 急倾斜矿床 倾角大于55 金属矿床的工业特征 按矿体厚度分类 矿体的厚度 指矿体上盘与下盘间的垂直距离或水平距离 前者称垂直厚度或真厚度 图1 1中的a 后者称水平厚度 图1 1中的b 图1 1矿体厚度1 矿体上盘 2 矿体下盘3 矿体 矿体倾角 金属矿床的工业特征 极厚矿体 厚度大于40m 矿体的厚度大小对于采矿方法的选择和开拓工程布置有影响 矿体按厚度的不同 可分成五类 极薄矿体 厚度在0 8m以下 薄矿体 厚度在0 8 4m之间 中厚矿体 厚度为4 15m 厚矿体 厚度为15 40m 金属矿床的工业特征 矿床赋存条件不稳定 矿石品位变化大 地质构造复杂 矿石和围岩的坚固性大 矿床的含水性 五 金属矿床的特点 金属矿床的工业特征 矿石损失率 指在开采过程中损失的工业储量与原工业储量之比率 矿石回收率 指采出的纯矿石量与工业储量之比率 损失率和回收率均用百分数 表示 一 矿石损失和贫化的概念 矿石损失与损失率 矿石损失指在开采过程中造成矿石在数量上的减少 矿石损失和表示方法 矿石损失与贫化 废石混入率 混入采出矿石中的废石量与采出矿石量之比率 用百分数 表示 矿石贫化率 采出矿石品位比原矿石品位降低的百分率 矿石损失与贫化是评价矿床开采的主要指标 它反映了资源的利用情况和采出矿石的质量情况 2 矿石贫化与贫化率 矿石贫化指在开采过程中 由于各种原因造成矿石质量的降低 矿石贫化和表示方法 矿石损失与贫化 由于地质条件和水文地质条件等引起的矿石损失 需留保安矿柱而不能回采的损失 采下损失 主要包括采下后残留在采场内不能运出的矿石损失和运输过程中的损失 未采下损失 主要包括设计应当开采而未采下的损失 矿块内留下的永久性矿柱不能采出的矿石损失 二 矿石损失与贫化的原因 1 矿石损失的原因 非开采损失 开采损失 矿石损失与贫化 有用成分氧化或被析出 1 矿石损失与贫化计算公式设Q 矿体 矿块 工业储量 t Q0 开采过程中损失的工业储量 t R 混入采出矿石中的废石量 t T 采出矿石量 t 矿石贫化的原因 因矿体边界控制不好 夹石未剔出或在覆岩下放矿等原因混入了废石 高品位粉矿流失 三 矿石损失与贫化计算 矿石损失与贫化 矿石量平衡式 T Q Q0 R 1 2 金属量平衡式 T Q Q0 R 1 3 由式 1 2 得 R T Q Q0 代入式 1 3 得矿石损失率q的计算公式 工业储量矿石的品位 采出矿石 包含混入的废石 的品位 混入废石的品位 根据矿体 矿块 开采结果 可列出如下矿石量和金属量各自平衡的方程式 q 1 4 矿石损失与贫化 废石混入率与矿石贫化率是表示在开采过程中矿石质量降低的两个不同概念的指标 应当分别进行计算 由式 1 2 得 Q0 Q R T 代入式 1 4 得废石混入率的计算公式 矿石贫化率是指工业储量矿石品位与采出矿石品位之差对工业储量矿石品位之比 矿石贫化率的计算式为 矿石损失与贫化 间接法 地质测量人员不能进入采场进行实地观测 则只能用间接法计算 选择合理的开拓方法 尽可能少留或不留保安矿柱 矿石损失与贫化的计算程序 直接法 地质测量人员进入采场进行实地观测 可用直接法计算矿石损失率与废石混入率 四 降低矿石损失与贫化的措施 加强地质测量工作 为采矿设计和生产提供可靠的地质资料 以便正确确定采掘范围 减少废石混入量和矿石损失量 矿石损失与贫化 加强生产管理 建立健全质量监测 管理和控制体系 减少矿石贫化与损失 选择合理的开采顺序 及时回采矿柱和处理采空区 选择合理的采矿方法及其结构参数 改进采矿工艺 减少回采的损失与贫化 选择合理的底部出矿结构 推广无轨出矿设备和振动出矿设备 加强放矿管理 提高矿石回收率 降低矿石贫化率 选择适宜的提升 运输方式和容器 避免多次转运矿石 减少粉矿损失 矿石损失与贫化 第三节对矿床开采的要求 三 对提高开采技术水平的要求 一 基本要求 确保矿床开采工作的安全及良好的劳动条件 劳动生产率高 不断提高开采强度 矿石的损失贫化小 降低矿石成本 二 对环境保护的要求 二 矿床地下开采基本概念 井田的划分及其范围 应根据国民经济的需要 矿床的自然条件以及技术经济的合理性综合分析来确定 一 矿田和井田 矿田 指划归一个矿山企业开采的全部矿床或矿床的一部分 2井田 指在一个矿山企业中 划归一个矿井 坑口 开采的全部矿床或矿床的一部分 开采单元划分及开采顺序 阶段在开采缓倾斜 倾斜和急倾斜矿床时 在井田中每隔一定的垂直距离 掘进一条或几条与走向一致的主要运输巷道 将井田在垂直方向上划分为若干矿段 二 阶段和矿块 开采单元划分及开采顺序 阶段高度 上下两个相邻阶段运输巷道底板之间的垂直距离 图中的h 阶段和矿块的划分 已采完阶段 正开采阶段 开拓 采准阶段 开拓阶段H 矿体垂直埋藏深度 h 阶段高度L 矿体走向长度1 主井 2 石门 3 天井4 排风井 5 阶段运输平巷 6 矿块 影响阶段高度的因素 开采单元划分及开采顺序 矿块矿块 指在阶段中沿走向每隔一定距离将矿体再划分为独立的开采单元 图中6 阶段高度的确定 阶段的合理高度应符合下列条件 吨备采矿量分摊的基建费和经营费最小 能及时准备新阶段 作业的安全性高 与采用的采矿方法相适应 兼顾原有探矿巷道的利用 开采单元划分及开采顺序 盘区在开采水平和微倾斜矿床时 如果矿床的厚度不超过允许的阶段高度 则在井田内不再划分阶段 每隔一定距离用运输巷道划分井田的开采范围 如图所示 盘区和采区划分 开拓盘区 采准盘区 回采盘区1 主井 2 副井 3 主要运输巷道 4 盘区运输道 5 采区运输巷道 6 采区 7 切割巷道 三 盘区和采区 开采单元划分及开采顺序 下行式的开采顺序 是由上而下逐个阶段 或几个阶段 开采 上行式则相反 前进式开采 后退式开采 混合式开采 四 矿床的开采顺序 井田中阶段的开采顺序 阶段中矿块的开采顺序 按开采工作相对于主要开拓巷道 主井 主平硐 的推进方向 阶段中矿块的开采顺序可分为三种 开采单元划分及开采顺序 双翼开采 图a 单翼开采 图b 侧翼开采 图c 阶段中矿块的开采顺序 前进式开采 后退式开采 相邻矿体的开采顺序 矿体倾角小于或等干围岩的移动角时 应从上盘向下盘开采 图a 开采单元划分及开采顺序 矿体倾角大于围岩移动角 两矿体相距很近时 无论先采那个矿体 都因采空区围岩移动而相互影响 图c 相邻矿体的开采顺序a b 矿体倾角小于或等于岩石移动角 c 矿体倾角大于岩石移动角 矿体倾角 上盘岩石移动角 下盘岩石移动角 相邻两条矿脉 开采单元划分及开采顺序 从地面掘进一系列巷道通达矿体 使地面与地下形成完整的提升 运输 通风 排水以及动力供应等系统 以便把人员 材料 设备 动力和新鲜空气送入地下 同时把矿石 废石 矿坑水 污浊空气等送到地面 一 矿床开采步骤 可分为开拓 采准 切割和回采四个步骤 矿床开拓 为此目的而掘进的巷道 称为开拓巷道 矿床开采步骤和三级矿量 平硐开拓 竖井开拓 斜井开拓 矿床开采步骤和三级矿量 矿块采准和切割 矿块的采准工作 在已完成开拓的矿块中 掘进采准和切割巷道 将阶段划分成矿块 并在矿块内创造行人 凿岩 放矿 通风等条件的工作 矿床开采步骤和三级矿量 矿块切割工作 在进行或已完成了采准工作的矿块里 开辟自由面和自由空间 为大规模回采矿石创造良好的爆破和放矿条件并把漏斗颈扩大成漏斗等工作 回采工作在进行或已完成切割工作的矿块中 进行的大量采矿工作 常用采切系数和采切工作比重两项指标衡量采切工程量的大小 采切工作量是比较采矿方法优劣的一个重要指标 矿床开采步骤和三级矿量 地压管理 对采矿形成的采空区 引起矿柱和上下盘围岩发生变形 破坏 移动等地压现象 采取技术措施控制地压和管理地压 消除地压产生的不良影响 落矿 以切割空间为自由面 借助凿岩爆破方法来崩落矿石 矿石运搬 指在矿块内把崩下的矿石 运搬到阶段运输巷道 并装入矿车 矿床开采步骤和三级矿量 二 三级矿量 将生产矿量按开采准备程度划分为开拓矿量 采准矿量和备采矿量三级 称为三级储量 开拓矿量 指凡开掘完成设计规定的开拓系统中的井巷 形成完整的提升 运输 通风 排水系统和采准以前需进行的生产探矿工程 在此范围内所控制的矿量 矿床开采步骤和三级矿量 指在开拓矿量的基础上 全部完成采矿方法所规定的采准巷道工程 在此范围内的矿量 三级矿量是保证矿山正常生产的一项重要指标 采准矿量 备采矿量 指在采准矿量的基础上 全部完成采矿方法所规定的切割工程 可以立即进行回采的矿量 矿床开采步骤和三级矿量 三级矿量的计算 我国现行规定三级矿量用生产保有期限来表示 三级矿量保有期限定额三级矿量类别黑色金属矿山有色金属矿山开拓矿量3 5年3年采准矿量1 5 2年1年左右备采矿量6 12个月6个月左右 根据上表所列三级矿量保有期限 可以算出各级矿量 矿床开采步骤和三级矿量 矿床开采强度 指矿床开采的快慢程度 常用的矿床开采强度指标为回采工作年下降深度和开采系数 地下金属矿山矿床开采年下降深度查表 根据采矿技术水平 矿床自然条件和矿床可采的技术经济条件 合理地选取矿床开采年下降深度指标 一 矿床开采强度 年下降深度 开采强度和生产能力 式中h 年下降深度 m A 矿井生产能力 t aS 矿体水平面积 m2 矿石体重 t m r 废石总混入率 K 矿石总回采率 KH 矿体厚度修正系数 查表 Kq 矿体倾角修正系数 查表 E 地质影响系数 0 7 1 0 在设计阶段 该指标可作为验证计算矿山生产能力的方法之一 年下降深度的计算公式如下 h 开采强度和生产能力 开采系数用每lm2矿体的水平面积每年 或月 采掘吨数 矿山年下降深度随矿体厚度的减小 倾角的增大及同时开采阶段数增加而增大的 CK 开采强度和生产能力 指在正常生产时期 单位时间内采出的矿石量 矿井生产能力 是矿床开采的主要技术经济指标之一 矿井生产能力 是根据矿床地质条件 资源条件 技术经济条件 综合分析经济 技术 安全和时间因素等确定的 它应该具体地体现国家的技术经济政策和最大限度地满足国民经济发展的需要 二 矿井生产能力 确定矿井生产能力的依据 开采强度和生产能力 式中A 矿井生产能力 t a Q 矿床工业储量 t T 矿井服务年限 a K 矿石总回收率 r 废石总混入率 我国金属矿山经济上合理的矿井生产能力和服务年限可查阅资料 矿井服务年限 矿床工业储量 矿井生产能力和矿井服务年限之间 有下列关系 A 开采强度和生产能力 经济上合理的矿井生产能力和服务年限 开采强度和生产能力 三 矿床开拓 一 开拓巷道开拓巷道是为开拓矿床而掘进井巷 开拓巷道可分为 主要开拓巷道和辅助开拓巷道二类 开拓系统 指不同种类 数量的开拓巷道在空间配合布置的整体 井田的开拓系统至少有两个独立的通地表的安全出口 如果以井筒作为安全出口 则必须在井筒中设置梯子间 二 开拓方法及其分类开拓方法 指形成井田开拓系统的不同类型和数量的主要开拓巷道的配合与布置 地下矿床开拓概述 以平硐为主要开拓巷道开拓矿床的方法 称为平硐开拓法 一 平硐开拓法的分类1 垂直矿体走向下盘平硐开拓法 下盘平硐开拓法1 主平硐 2 主溜井 3 辅助竖井 4 进风井 5 矿体 平硐开拓法 上盘平硐开拓法1 主平硐 2 主溜井 3 辅助竖井 4 进风井 5 矿体 沿矿体走向平硐开拓法 脉内沿脉平峒开拓法1 主平硐 2 主溜井 3 辅助竖井 4 进风井 5 矿体 垂直矿体走向上盘平硐开拓法 二 平硐开拓法的特点 1 主平硐以上各阶段采下的矿石通过溜井下放到主平硐水平 然后用矿车运出地表 2 人员 设备 材料由辅助盲竖井或盲斜井提升到各个阶段 3 新鲜风流通过主平硐 辅助盲竖 斜 井进入上部各工作地点 污风从回风井巷排出地表 4 地下水沿主平硐水沟自溜到地表硐口 平硐开拓法 三 平硐开拓法适用条件当矿体 或其大部分 赋存在当地地平面以上 5 供风 供水 供电等从主平硐进入 沿井巷到达各工作点 平硐开拓法 用斜井为主要开拓巷道开拓矿床的方法 称为斜井开拓法 一 斜井开拓法的分类1下盘斜井开拓法 如图所示 下盘斜井开拓法 斜井开拓法 脉内斜井开拓法 侧翼斜井开拓法 斜井开拓法 二 斜井开拓法的特点 1 当斜井的倾角大于25 30 时 采用箕斗或台车提升矿石 当斜井的倾角 30 时 一般使用矿车串车提升 当斜井倾角小于18 时 可采用胶带运输机运矿 2 人员 设备 材料由斜井下放到各个阶段 3 新鲜风流通过斜井进入各阶段工作地点 污风从回风井巷排出地表 4 地下水汇集到井底水仓 通过水泵和管道排到地表硐口 斜井开拓法 三 斜井开拓法的适用条件当矿体赋存在地平面以下 倾角为15 45 埋藏不深 地表无过厚的表土层时 可采用斜井开拓法 5 供风 供水 供电等从主平硐进入 沿井巷到达各工作点 斜井开拓法 以竖井为主要开拓巷道开拓矿床的方法称为竖井开拓法 一 竖井开拓法的分类1下盘竖井开拓法 如图所示 下盘竖井开拓法 2上盘竖井开拓法 如图所示 上盘竖井开拓法 竖井开拓法 侧翼竖井开拓法 二 竖井开拓法的特点根据矿井年产量和井深的不同 竖井采用不同的提升设备 1 采用箕斗或罐笼提升矿石 2人员 设备 材料由竖井下放到各个阶段 3新鲜风流通过斜井进入各阶段工作地点 污风从回风井巷排出地表 竖井开拓法 4 地下水汇集到井底水仓 通过水泵和管道排到地表硐口 5 供风 供水 供电等从竖井进入 沿阶段运输巷道到达各工作点 当矿体赋存在地平面以下 矿体倾角 45 或倾角 15 且埋藏较深时 采用竖井开拓法 三 竖井开拓法的适用条件 竖井开拓法 以通行无轨设备的倾斜巷道开拓井田矿床的方法 称为斜坡道开拓法 一 斜坡道开拓的分类 折返式斜坡道开拓法 如图所示 折返式斜坡开拓法1 斜坡道 2 石门 3 阶段运输巷道 斜坡道开拓法 螺旋式斜坡道开拓法 如图所示 螺旋斜坡道开拓1 斜坡道 2 石门 3 阶段运输巷道 二 斜坡道开拓的特点通地表的主斜坡道主要用于汽车运输矿石 并兼作无轨设备出入 通风和运送设备材料 三 斜坡道开拓的适用条件 开拓深度较小 矿井规模不大 斜坡道维护容易 斜坡道开拓法 一 平硐与盲竖井联合开拓法 平硐与盲竖井开拓法 二 明竖井 或明斜井 与盲竖井 或盲斜井 联合开拓法 明竖井与盲竖井开拓法 联合开拓法 矿区地表地形和工业场地的布置 井口 平硐口 要布置在安全位置 并要满足安全要求 采空区岩石移动对主要开拓巷道位置的影响 一 主要开拓巷道的位置选择 选择主要开拓巷道的主要因素 井口位置与工业场地 地面运输系统统一考虑 合理布置 开拓巷道的布置 矿石集中几个点运出时井筒沿矿体走向位置的选择 矿石分散运出时井筒位置的求法 主要开拓巷道位置应使地下和地面矿石运输功最小 矿石集中几个点运出时最小运输功的位置 矿石分散运出时最小运输功的位置 开拓巷道的布置 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 地质条件对主要开拓巷道位置的影响 主要开拓巷道位置确定的方法 移动带 指在地表出现岩层变形的范围 崩落带 指在移动带内地层出现裂缝塌陷的范围 开拓巷道的布置 影响岩层移动角的因素很多 主要有岩石性质 地质构造 矿体厚度 倾角 开采深度以及使用的采矿方法等 移动角 指从地表移动带边界至开采最低边界的联线与水平面所成的倾角 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 崩落角 指从地表崩落带边界至最低开采边界的联线与水平面所成的倾角 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 开拓巷道的布置 岩层移动带及移动界线 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 开拓巷道的布置 地表岩土移动带圈定的方法和步骤如下 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 参照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 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 开拓巷道的布置 开拓巷道的布置 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 开拓巷道的布置 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 开拓巷道的布置 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 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 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 开拓巷道的布置 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 保安矿柱的圈定 开拓巷道的布置 二 辅助开拓巷道位置的选定 副井位置的选定 在确定开拓方案时 主井 副井的位置是统一考虑 副井应尽可能采用集中布置 即与主井靠近布置 但二井筒间距应不小于30m 如地表地形条件和运输条件不允许集中布置 采用分散布置 集中布置与分散布置各有优缺点 开拓巷道的布置 通风井 主回风井 的布置 中央并列式进风井和排风井均布置在矿体中央 如图所示 两井相距不小于30m 如井上建筑物采用防火材料 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 中央对角式 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 开拓巷道的布置 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 进风井 2 排风井 3 石门 4 天井 5 沿脉运输巷道 中央对角式1 主井 2 副井 进风井 3 排风井 开拓巷道的布置 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 开拓巷道的布置 溜井的布置溜井的用途是依靠重力从采场或上部阶段转放矿石 矿石溜井 或废石 废石溜井 到下部阶段或矿仓 根据溜井所服务的不同阶段数目 分为单阶段溜井和多阶段溜井 开拓巷道的布置 溜井的形式 根据不同的倾角 溜井分为垂直溜井和倾斜溜井 多阶段垂直溜井又分为分枝垂直溜井和分段控制垂直溜井 溜井的不同形式a 垂直式溜井 b 倾斜式溜井 c 瀑布式溜井 d 接力式溜井 e 阶梯式溜井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 开拓巷道的布置 2 溜井的结构参数 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 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 开拓巷道的布置 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 开拓巷道的布置 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10 15米 贮矿波动高度是贮矿段高度的0 1 0 2倍 收缩角为45 60 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 5 2 0米 开拓巷道的布置 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 溜井的接口 开拓巷道的布置 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 喇叭口处倾斜坡度应大于50 55 在卸矿口装设格筛 开拓巷道的布置 溜井的中口结构 溜井中口 指多阶段溜井与它所服务的中间阶段的接口 如图所示 溜井的中口结构1 溜井 2 卸矿硐室 3 斜溜道 4 格筛 倾角应大于矿石的自然安息角 一般采用45 55 宽度应等于或大于最大合格矿石块度的4 5倍 且不小于2 5米 高度应等于或大于最大合格矿石块度的3 4倍 且不小于2米 长度在15米以内 溜井用斜溜道与中间阶段的卸矿硐室连接 开拓巷道的布置 筒形溜口的结构参数包括 溜口高度 溜口斜脖长度 溜口额墙厚度 溜口顶板倾角 溜口内坡角 溜口底板倾角 双溜口中心距离等 溜井的下口结构 溜井下口 指溜井与装矿水平 或称放矿水平 的接口 溜井的溜口处设置闸门 用来控制向矿车的放矿量 开拓巷道的布置 溜井的检查巷道1 检查天井 2 检查平巷 3 运输平巷 溜井的生产能力取决于上口的卸矿能力和下口的放矿能力 卸矿能力与放矿能力又取决于上口与下口所处平巷运输的能力 溜井的布置主要与装卸 运输矿石和溜井的安全 管理等因素有关 开拓巷道的布置 溜井的检查巷道溜井的检查巷道包括检查天井和检查平巷 它为各阶段转运矿石 废石 人员设备材料以及为排水 供电等其它工作服务 是井下各阶段运输的枢纽 根据开拓方法的不同 可分为竖井井底车场和斜井井底车场 井底车场的线路 巷道 储车线路 井底车场里储放空 重车辆的线路 如图所示 四 井底车场 井底车场 指井筒周围与阶段运输巷道之间所开掘的巷道和硐室的总称 竖井井底车场 开拓巷道的布置 井底车场结构示意图 开拓巷道的布置 尽头式 折返式和环形式等三种形式 井底车场形式示意图 a 尽头式 b 折返式 c 环形式1 罐笼 2 箕斗 3 翻车机 4 调车线路 行车线路 调度空 重车辆的线路称为行车线路 井底车场硐室 井底车场的形式 开拓巷道的布置 辅助线路 通往各种硐室的线路称为辅助线路 井底车场形式选择应在满足生产能力要求的条件下 尽量使结构简单 以节省工程量 方便管理 生产操作安全可靠 并易于施工与维护 分为 折返式车场和环形式车场两种形式 如图所示 环形车场一般适用于箕斗或胶带提升的大 中型斜井 折返式车场一般适用中 小型矿山的斜井的串车提升 斜井井底车场 开拓巷道的布置 五 阶段运输巷道的布置阶段运输巷道是连接井底车场与矿块的主要通道 为阶段开拓服务的运输平巷称为主要运输平巷 串车斜井井筒与车场的连接方式有三种 旁甩式 吊桥 平车场 如图所示 a 甩车道 b 吊桥 c 平车场1 斜井 2 甩车道 3 吊桥4 吊桥车场 5 信号硐室 6 人行口 7 重车道 8 空车道 开拓巷道的布置 阶段运输巷道布置的影响因素和基本要求 必须满足阶段运输能力的要求 矿体厚度 矿石 围岩的稳固性 应贯彻探采结合的原则 必须考虑所采用的采矿方法 包括矿柱回采方法 符合通风要求 系统简单 工程量小 开拓时间短 其它技术要求 开拓巷道的布置 单一沿脉布置分为脉内布置和脉外布置 单线会让式和双线渡线式 单一沿脉平巷布置a 单线会让式 b 双线渡线式 下盘双巷加联络道 即下盘环形式或折返式 布置 下盘沿脉双巷加联络道布置 阶段运输巷道的布置形式及其应用 开拓巷道的布置 脉外平巷加穿脉布置如图所示 脉外平巷加穿脉布置 上下盘沿脉巷道加穿脉布置 即环形运输布置 如图所示 环形运输布置 开拓巷道的布置 平底装车布置 平底装车布置 阶段矿石的运输可分为分散运输与集中运输两种方式 分散运输宜用于竖井罐笼提升 斜井串车或台车提升的中小型矿井 集中运输水平的设置主要用于箕斗井提升或平硐开拓的大中型矿井 集中运输水平的设置 开拓巷道的布置 六 地下硐室的布置地下硐室按其用途不同 有地下破碎及装载硐室 水泵房和水仓 地下变电硐室 地下炸药库及其它服务性硐室等 地下破碎站的布置形式a 分散旁侧式 b 集中旁侧式1 运输阶段卸矿车场 2 主溜井 3 破碎硐室 4 箕斗井 开拓巷道的布置 主水泵站阶段排水系统 地下炸药库1 库房 2 雷管检查室 3 放炮工具室 4 炸药发放室 5 电气设备室 6 防火门 7 栅栏 8 铁门 9 运输巷道 开拓巷道的布置 确保工作安全 创造良好的地面与地下劳动卫生条件 建立良好的提升 运输 通风 排水等系统 一 矿床开拓方法选择的基本要求及其影响因素 选择矿床开拓方案的基本要求 技术上可靠 并有足够的生产能力 以保证矿山企业均衡地生产 基建工程量最少 尽量减少基本建设投资和生产经营费用 矿床开拓方法选择 确保在规定时间内投产 在生产期间能及时准备出新水平 不留和少留保安矿柱 以减少矿石损失 地面工业总布置 应不占或少占农田 影响矿床开拓方案选择的因素 地形地质条件 矿体赋存条件 地质构造破坏情况 矿石和围岩的物理力学性质 矿区水文地质条件 矿床开拓方法选择 地表地形条件 矿石工业储量 矿石工业价值 矿床勘探程度及远景储量等 选用的采矿方法 水 电供应条件 原有井巷工程存在状态 选厂和尾矿库可能建设的地点 二 选择矿床开拓方案的方法和步骤 开拓方案初选 开拓方案的初步分析比较 开拓方案的技术经济比较 矿床开拓方法选择 四 矿井通风 第一节矿井通风的任务与矿井空气 一 矿井通风的基本任务矿矿生产是地下作业 自然条件比较复杂 只有少数井巷与地面相通 因此 矿井通风是保证矿井安全的最主要的技术手段之一 在矿井建设和生产过程中 必须源源不断地将地面空气输送到井下各个用风地点 其主要任务是 1 提供井下足够的新鲜空气 以供人员呼吸 2 把井下的及稀释和排除井下有毒 有害气体和矿尘 3 创造良好的矿井工作环境 保证井下有适合的气候条件 及适宜的温度 湿度与风速 以利于工人劳动和机器运转 二 矿井空气1 矿井空气中的主要成分地面空气进入矿井以后即称为矿井空气 一般地说 地面空气的成分是固定的 它主要由氧 氮 二氧化碳三种气体组成 按体积的百分比数计为 氧 20 96 氮 79 二氧化碳 0 04 矿矿安全规程 规定 采掘工作面的进风流中 氧气浓度不得低于20 采掘工作面的进风流中 二氧化碳浓度不得超过0 5 总回风流中二氧化碳浓度不得超过0 75 当采掘工作面风流中二氧化碳浓度超过1 5 或采区 采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1 5 时 必须停工处理 2 矿井空气中的有害气体矿井空气中所含有的对人体健康及生命安全有威胁的 切气体 均称为有害气体 除瓦斯 CH4 外主要有一氧化碳 CO 二氧化硫 SO2 二氧化氮 NO2 硫化氢 H2S 氢气 H2 氨 N2 等 这些有毒有害气体对矿矿井下作业人员人身健康和安全有极大危害 规程 规定 井下空气中一氧化碳的浓度不得超过0 0024 井下空气中二氧化硫浓度不得超过0 0005 一 空气压力表示一条水平巷道 在巷道内风流 空气 能从A点向B点流动 是因为A点的压力大于B点的压力 由此可以引出两个概念 一是A点或B点的压力 称为点压力 二是A点与B点之间存在着压力差 1 点压力空气的点压力可以用绝对压力和相对压力来表示 1 绝对压力 某点的绝对压力是以真空为基准 以 0 压为起算点所计量的压力 所以 绝对压力总是正值 其单位通常用帕 Pa 表示 通常说的大气压力就是指绝对压力 一个标准大气压力值为101 325Pa 2 相对压力 某点的相对压力是以当地的大气压力为基准所计算的压力 若大于当地的大气压力的为正压 小于当地的大气压力的为负压 故相对压力有正值和负值之分 相对压力的单位通常是帕 Pa 表示 2 两点压力差由于A B两点压力大小不相等 因而在A B两点之间就存在压力差 由于这种压力差是由矿井通风机或自然因素造成的 故压力差又叫通风压力 它是用来克服巷道通风阻力并使风流按照规定的风速流动的动力 其数值可以通过计算或仪器测定得到 二 井巷通风阻力当空气沿井巷运动时 由于风流的粘滞性 惯性以及井巷周边对风流的阻滞 扰动作用而形成的通风阻力 它是造成风流能量损失的原因 上面已经提到 通风机或自然因素所形成的通风压力是用来克服矿井通风阻力的 所以通风压力和通风阻力是作用力与反作用力的关系 即数值相等 作用方向相反 故通风阻力值就是矿井通风需要的风压值 矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类 1 摩擦阻力空气沿井巷流动时 由于流层之间的摩擦和流体与井巷周边壁面之间的相互摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力 也称沿程阻力 它与巷道断面的大小 形状 支架型式 巷道壁的粗糙程度有关 在矿井通风中 常用风流的压能损失h摩来表示摩擦阻力 其值的大小按下式计算 h摩 LUQ2 S3 14 1 式中h摩 井巷摩擦阻力 Pa 井巷摩擦阻力系数 N S2 m4 牛 秒2 米2 L 井巷长度 m U 井巷周边长度 m Q 井巷中流过的风量 m3 s 通常令上式中 LU S3 R摩式中R摩 摩擦风阻 N S2 m8 则 1 式可写成 h摩 R摩Q2 14 2 2 局部阻力空气流经井巷的某些局部地点 如井巷突然扩大 突然缩小 急转弯以及分岔或汇合等 造成风流速度和方向的突然变化 导致均匀风流产生紊乱的涡流与撞击 因而在局部地点产生的附加阻力称为局部阻力 其值可按下式计算 h局 R局Q2 14 3 式中h局 井巷局部阻力 Pa R局 产生局部阻力地点的局部风阻 Ns2 m8 综合以上所述 井巷的通风总阻力h阻 h摩 h局 R摩 R局 Q2 R总Q2 14 4 式中h阻 井巷通风总阻力 Pa R总 井巷通风总风阻 N S2 m4 Q 井巷中流过的风量 m3 S 三 降低通风阻力的措施1 减小井巷摩擦阻力系数 对于服务年限长的主要井巷 应尽量采用巷道周壁表面光滑的支护方式 对于棚式支护 应尽量架设整齐 必要时背好帮顶等 2 保证有足够大的井巷断面 特别是主要进 回风流巷道断面扩大对降低风阻效果明显 3 尽量缩短通风路线长度 因为巷道的摩擦阻力与巷道长度呈正比 因此应尽量缩短风路的长度 4 避免巷道内风量过于集中 巷道摩擦阻力与风量的平方成正比 若巷道内风量过于集中 摩擦阻力会大大增加 因此 应尽可能使矿井的总进风早分开 使矿井的总回风晚汇合 5 降低局部阻力 应尽量避免巷道急拐弯 避免巷道断面突然扩大 突然缩小 尽量避免在主要巷道内任意停放车辆 堆积木材 器材等 第三节矿井通风动力 一 自然通风使空气获得能量 产生自然风压 使其沿井巷流动 这种自然力主要是由地面温度的变化 使矿井风侧和回风侧空气温度发生差异而引起的 规程 规定 矿井必须采用机械通风 自然通风只能在特定条件下使用 二 机械通风机械通风是矿井通风的主要动力 按其服务范围可以分为三种 1 主要通风机 简称主扇 主要用于全矿井或矿井的一翼 部分 2 辅助通风机 简称辅扇 主要服务于矿井网络的某一分支 如采区或工作面 以帮助主要通风机供风以保证该分支的风量 3 局部通风机 简称局扇 主要用于独头掘进的井巷等局部地区通风 矿用通风机按其构造又可分为离心式通风机和轴流式通风机两类 1 离心式通风机 图14 3离心式通风机1 动轮 2 螺形外壳 3 扩散器 4 通风机轴 5 止推轴承 6 径向轴承 7 前导器 8 轴承架 9 齿轮联轴器 10 制动器 11 机座 12 吸风口 13 通风机房 14 电动机 15 风硐 2 轴流式通风机 图14 4轴流式通风机1 集风口 2 流线罩 3 前导器 4 第一级动轮 5 中间整流器 6 第二级动轮 7 后整流器 8 扩散器 9 通风机架 10 电动机 11 通风机房 12 风硐 13 流线形导风板 第四节矿井通风系统 一 矿井主要通风机的工作方式矿井主要通风机的工作方式主要有抽出式通风和压入式通风两种 1 抽出式2 压入式通风3 抽出和压入混合式通风 图14 5矿井主要通风机的工作方法a 抽出式通风 b 压入式通风 c 抽出和压入混合式通风 二 矿井通风方式按照矿井进风井和回风井相互位置关系 可把矿井通风方式分为三种基本类型 1 中央式 又可分为中央并列式和中央分列式两种 2 对角式 又可分为两翼对角式和分区对角式两种 3 混合式 混合式是中央式和对角式或中央并列式和中央分列式所组成的一种综合形式 它是老矿井进行深部开采时常采用的通风方式 中央并列式 图14 6中央并列式通风1 进风井 2 出风井 3 总进风巷 4 总回风巷 5 总回风石门 中央分列式 图14 7中央分列式通风1 进风井 2 出风井 3 总进风巷 4 总回风巷 对角式 图14 8对角式通风1 进风井 2 出风井 3 总进风巷 4 总回风巷 中央式与对角式比较优点 1 矿井总回风巷可以随采区接替逐步开掘 因而建井工期短 总回风巷的维护费用低 2 回风井筒数目少 同时运转的风机台数少 容易管理 3 当进风井口及井底车场附近发生火灾需要反风时 容易实现 缺点 1 随着向边界采区开采 总回风巷不断延长 通风线路随之加长 因而通风阻力不断增加 2 矿井生产期间 由于井下巷道阻力不断增加 阻力变动范围大 难以保证通风机在高效率状态下运转 3 矿井总进风和总回风风流反向平行流动 容易发生漏风 4 在矿井生产的中后期 多采区同时生产时矿井通风系统关联性太强 系统独立性差 系统防灾抗灾能力差 三 矿井反风矿井进风口 井筒 井底车场附近一量发生火灾 为缩小灾情 出 有时需要反风 即改变风流方向 规程 规定 矿井 矿井主要通风机必须有反风装置 必须能在10min内改变巷道中的风流方向 风流方向改变后 供风量应小于正常风量的40 1 离心式通风机的反风2 轴流式通风机的反风 图14 9离心式通风机反风示意图1 2 反风风门 3 反风绕道 图14 10轴流式通风机反风设备系统图1 2 通风机 3 反风绕道 4 百叶窗 a b 反风风门 第五节矿井总风量的计算 一 矿井配风原则 方法和依据1 配风原则和方法 根据实际需要 由里向外 配风 即首先确定井下各用风地点 如采掘工作面 硐室 火药库等 所需的风量 然后逆风流方向加上各风路中允许的漏风量 求得各风路上的风量和矿井的总进风量 根据求得的矿井总进风量再加上空气体积膨胀的风量 这项风量约为总进风量的5 即得矿井总回风量 2 配风的依据 1 氧气含量的规定 2 瓦斯 氧化碳等有害气体安全浓度的规定 3 风流速度的规定 4 空气温度的规定 5 空气中悬浮粉尘安全浓度的规定 二 生产矿井总进风量的计算生产矿井总进风量是指井下各工作地点的需风量和各条风路中损失风量的总和 根据 规程 规定 矿井需要的风量 Q 应按下列要求分别计算 并选取其中的最大值 1 按井下同时工作的最多人数计算矿井总需风量 Q矿进 4 N K矿通m3 min式中 N 井下同时工作的最多人数K矿通 矿井通风系数 一般取1 20 1 252 按采矿 掘进 硐室及其它地点实际需要风量的总和计算 Q矿进 Q采 Q掘 Q硐 Q其它 K矿通m3 min式中 Q采 采矿工作面实际需要风量的总和 m3 min Q掘 掘进工作面实际需要风量的总和 m3 min Q硐 硐室实际需要风量的总和 m3 min Q其它 矿井除了采矿 掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量总和 m3 min 三 新设计矿井风量的计算设计矿井的风量 可参照邻近生产矿井的通风资料 按生产矿井的风量计算方法进行计算 对新矿区 无邻近生产矿井参照时 可参照省内气候 矿山地质 开采技术条件相类似的生产矿井的风量计算方法进行计算 第六节采区通风系统 一 采区通风采区通风系统是矿井通风系统的核心单元 是采区生产系统的重要组成部分 它包括采区进风 回风和采矿工作面进回风巷道等组成的风路连接形式及采区的风流控制设施 所谓采区通风系统是指风流进入采区 沿采区巷道清洗工作面后排出采区的整个风流流动路线 在准备采区时 必须在采区内构成通风系统以后方可开掘其它巷道 采矿工作面必须在构成全风压通风以后 方可回采 采区进 回风巷必须贯穿整个采区长度或高度 严禁将一条上山 下山或盘区的风巷分为两段 其中一段为进风巷 另一段为回风巷 采区内一般布置三条上山 一条为运输上山 一条为轨道上山 一条专用回风上山 瓦斯涌出量小的小矿矿可布置两条上山 第六节采区通风系统 图14 11采区通风系统1 主要进风巷 2 运输上山 3 区段运输平巷 4 回采工作面 5 区段回风平巷 6 轨道上山 第六节采区通风系统 二 采矿工作面通风由采矿工作面及其进 回风巷道所构成的通风路线叫采矿工作面通风系统 采矿工作面的通风系统可有多种形式 如 U 型 Y 型 W 型和 H 型等通风系统 1 U 型通风系统 这种通风系统最为简单 采用最广泛 但它的缺点是 采矿工作面的采空区一侧的上隅角容易积聚瓦斯 2 Y 型通风系统 这种通风系统对解决回风流瓦斯浓度过高或上隅角积存瓦斯具有良好效果 但要求工作面的上顺槽沿采空区一翼全长预先掘出 且在回采期内要始终维护 3 W 型通风系统 这种通风系统适用于工作面较长的情况 4 还有 Z 型通风系统 第六节采区通风系统 U形通风系统 Y形通风系统 W形通风系统 Z形通风系统 第七节掘进通风方法 掘进通风方法有总风压通风 引射器通风和局部通风机通风三种 局部通风机通风的通风方式主要有压入式 抽出式和混合式通风三种 图14 15掘进通风方法a 压入式通风 b 抽出式通风 c d 混合式通风 第八节矿井通风构筑物 一 风门在人员和车辆需要通行 而不能让风流通过的巷道中 需要设置通风构筑物 这种既要切断风流又能保证行人通车的通风构筑物称为风门 二 风墙风墙 又称密闭 是用来切断风流或封闭采空区 防止瓦斯向巷道扩散的一种构筑物 风墙按服务年限不同可分为临时性风墙和永久性风墙两类 临时性风墙由于服务年限短 可用木板 可塑性等材料修筑 永久性风墙要用不燃性材料 如砖 料石或水泥等 修筑 图14 16风墙1 观测孔 2 注浆孔 3 放水孔 三 风桥在进风巷道与回风流平面交叉处 为防止风流短路 使进回风分离 需要设置通风构筑物 这种用于隔开两条互相交叉的进 回风流的构筑物称为风桥 图14 17风桥a 铁筒式风桥 b 混凝土风桥 c 绕道式风桥 四 井口封闭装置在安设扇风机的井筒内 空气压力与大气压力之间存在较大压力差 为防止井内风流和地面大气短路 其井口必须有封闭装置 以使井口和地面大气隔开 对于通风 提升共用的井筒 应将整个井楼密闭起来 出风斜井井口一般都要安设风门 以便把地面与井下空气隔离 同时对扇风机起到防爆安全作用 五 矿井运输和提升 第一节矿井运输 提升的任务及方式 矿井运输与提升是矿石生产过程中必不可少的重要环节 矿石从回采工作面采出之后 就开始了它的运输过程 通过各种相互衔接的运输方式将矿石从工作面运至井底车场 再经提升设备或其它运输设备提升或运至地面 另外 人员和设备等也需要运送 运输和提升方式的选择 主要取决于矿床的埋藏特征 井田的开拓方式 采矿方法及运输工作量的大小 井下常用的运输方式有输送机运输和轨道运输 对于倾角较大 一般在17 以上 运输距离较短的倾斜巷道和回采工作面 也可采用溜槽或溜井运输 矿井的主 副提升通常采用绞车提升 而在倾角小于17 且运输量大的斜井也常采用输送机运输 第二节输送机运输 输送机有刮板输送机和胶带输送机两类 刮板输送机是用刮板链牵引 在槽内运送散料的输送机 其特点是结构简单 牢固 装载和卸载高度低 但运行阻力大 易碾碎物料 噪音和能耗大 它适用于岩矿井下采 掘工作面 采区平巷 上 下山巷道运送矿石或矸石 但沿倾斜向上运输时 倾角不得大于35 沿倾斜向下运输时 倾角不得大于25 胶带输送机主要用于采区顺槽 倾角小于17 的倾斜巷道 地面生产系统和选岩厂中的矿石运输 在一些大型矿井的主要运输平巷和斜井中 也可采用胶带输送机运输 一 刮板输送机刮板输送机按结构可分为刚性和可弯曲两种型式 刚性输送机多为早期出现的刮板输送机 输送能力小 结构简单 轻便 可弯曲刮板输送机多采用矿用圆环链牵引 主要用于移动场合 在岩矿井下采岩工作面中广泛使用 常配合大功率采岩机使用 是缓倾斜长壁式采岩工作面主要的矿石运输设备 按用途分类有 工作面刮板输送机 拐角刮板输送机 桥式转载机和仓式刮板输送机 可弯曲刮板输送机主要出机头部 机尾部 过渡糟 中部槽 刮板链以及辅助部件组成 可弯曲刮板输送机 二 胶带输送机 一 胶带输送机的类型1 刚性机架胶带输送机2 挂式胶带输送机3 可伸缩式胶带输送机可伸缩式胶带输送机的特点是机身可以很方便的伸缩 比普通胶带输送机多一个储带装置 可以随输送机缩短而储存50 100m一卷的胶带 当胶带储满时 利用收发胶带装置将胶带成卷取出 它是目前综合机械化采区的顺槽配套设备 可伸缩式胶带输送机 图18 2可