矿床开拓课件

2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,1,第一节矿床开拓概述,第二节竖井开拓,第三节斜井开拓,第四节平硐开拓,第五节斜坡道开拓,第三章矿床开拓,第六节联合开拓,第七节开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,2,第一节矿床开拓概述,一、开拓巷道1、开拓巷道:为完成开拓工作掘进的巷道:平硐,竖井,斜井,斜坡道,井底车场,石门、阶段运输巷、溜井、充填井和风井。2、开拓巷道可分为：主要开拓巷道(提升运送矿石的井巷)和辅助开拓巷道(上下人员，运送废石，通风井，充填井等)二类。3、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。如果以竖井作为安全出口，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中不同类型和数量的主要开拓巷道的配合与布置。分类见课本：P148表7-1,矿床开拓概述,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,3,平硐开拓,竖井开拓,斜井开拓,矿床开拓概述,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,4,斜坡道开拓,矿床开拓概述,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,5,矿床开拓概述,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,6,一、竖井开拓：主要开拓巷道为竖井的开拓方式。二、适用条件：矿体位于地平面以下，倾角45或15提升方式：箕斗井、罐笼井、混合井三、下盘竖井开拓法优点：1.井筒保护条件好2.不用留保安矿柱3.石门总长度最短缺点：深部石门较长,1-竖井，2-石门，3-平巷4-矿体，5-上盘，6-下盘,示意图,第二节竖井开拓,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,7,四、上盘竖井开拓法条件：1.下盘岩石破碎2.下盘地表不能布置工业场地3.选厂布置于上盘,1-竖井2-石门3-平巷4-矿体5-上盘6-下盘,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,8,五、侧翼竖井开拓法条件：1.矿体走向不长。2.矿体倾角小。3.上下盘不能布置工业场地。4.上下盘岩石破碎无法掘进竖井。,1-竖井2-石门3-矿体4-地质储量界线,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,9,六、竖井穿过矿体开拓法特点：少量压矿,大量缩短石门，节省投资。,1-穿过矿体的竖井，2-下盘竖井井位，3-保安矿柱,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,10,斜井开拓：主要开拓巷道为斜井的开拓方式。一、适用条件1.矿体位于地平面以下,埋藏深度不大2.矿体倾角15-40二、下盘斜井开拓法胶带18提升设备串车25-30箕斗30-40优点:不用留保安矿柱、井筒好维护缺点:需要掘进石门,1-主斜井2-矿体侧翼辅助斜井3-岩石移动界线,示意图,第三节斜井开拓,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,11,特别说明：下盘伪倾斜斜井开拓,三者关系式为：,（a）垂直走向投影图（b）沿走向投影图,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,12,三、脉内斜井开拓法条件:矿石稳固,围岩不稳固。优点:不需掘进石门。缺:留保安矿柱。,1-脉内斜井，2-表土层，3-阶段平巷，4-矿体,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,13,四、侧翼斜井开拓法1.受地形、地质条件限制，主井只能布置在侧翼。2.走向不长，侧翼能减少运输及开拓费用。,1-斜井2-石门3-矿体侧翼岩石移动角4-矿体提示：斜井倾角及石门长度受偏角影响,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,14,平硐开拓：主要开拓巷道为平硐的开拓方式。一、适用条件:矿体位于地平面以上三大优点：运费低自然通风自流排水二、沿走向平硐开拓法：平硐的方向与矿体走向方向一致。平硐位置脉内脉外1.脉内布置优缺点优点:及时探矿,确定矿石储量和品位掘进中及时清楚矿体走向并有付产矿石产生。缺点:需采用后退式回采,1主平硐2盲竖井345溜井,第四节平硐开拓,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,15,2.脉外布置,脉外平硐开拓法（平硐在下盘）,示意图,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,16,三、垂直走向平硐开拓法平硐的方向与矿体走向方向垂直（或相交）平硐位置：上盘或下盘,下盘平硐开拓法：1主平硐2溜井3竖井4进风井5矿脉,示意图,1、垂直走向下盘平硐开拓法,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,17,上盘平硐开拓法:1阶段运输2溜井3主平硐4盲竖井,示意图,2、垂直走向上盘平硐开拓法,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,18,第五节斜坡道开拓法,用斜坡道作为矿井主要开拓巷道开拓矿床的方法叫做无轨斜坡道开拓法，简称“斜坡道开拓”。无轨自行设备是指具有轮胎或履带，无需轨道而能行走的设备，如凿岩用的台车，运矿用的汽车和铲运机等。,斜坡道开拓法,斜坡道可分为主斜坡道和辅助斜坡道两种。主斜坡道是指直通地表的用于运输矿石的斜坡道；辅助斜坡道是用于矿井辅助运输的斜坡道。,以通行无轨设备的倾斜巷道称为斜坡道。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,19,一、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,折返式斜坡道由直线段和曲线段组成，其中，直线段变换高程，曲线段改变方向。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,20,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,斜坡道开拓法,螺旋式斜坡道由曲线构成，可以是规则或不规则圆柱螺旋线或圆锥螺旋线。,与螺旋式斜坡道相比，折返式斜坡道的优点是施工简单，司机能见距离大，行车安全；缺点是线路长，工程量大。生产中广泛应用折返式斜坡道。螺旋式斜坡道最适合开拓柱状矿体。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,21,二、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矿床埋藏不深（200300m）的中、小型矿山（生产能力20100万t/a）。目前国内外非煤矿山采用斜坡道作为主要开拓巷道的很少，主要用作辅助开拓巷道。最常见的有两种情况：1、竖井开拓，斜坡道只用于无轨设备出入井下，运送人员、材料、设备并兼作通风通道(见下图)；2、采用无轨自行设备的矿山，在阶段间设辅助斜坡道，供无轨设备转移工作地点和作为行人、运料和通风通道。,斜坡道开拓法,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,22,斜坡道开拓法,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,23,第六节联合开拓法,联合开拓法,联合开拓法有两种：1、同时用两种主要开拓巷道开拓矿床；2、浅部与深部分别用不同的主要开拓巷道开拓矿床。常用第二种。最常用的联合开拓法有以下两种：一、平硐与盲竖井联合开拓（如下图所示）1、使用条件：矿体的一部分赋存于地平面以上，另一部分埋藏在地平面以下。地平面以上用平硐开拓，地平面以下用盲竖井开拓（条件适合时也可用斜井、盲斜井或斜坡道开拓）。2、优点：与明竖井相比，井筒位置不受地形条件限制，可以大大减少石门工程量；3、缺点：增加了盲竖井井口车场与提升机硐室的工程量，增加了平硐运输转载环节。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,24,联合开拓法,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,25,联合开拓法,二、明竖井与盲竖井联合开拓（如图所示）1、使用条件：矿体埋藏在地平面以下，浅部用明竖井开拓，深部用盲竖井开拓（条件适合时也可盲斜井开拓）。深部用盲竖井开拓的条件是在明竖井直接延深使提升能力不足或石门工程量太大时。我国明竖井的开拓深度一般为500600m，国外可达12002000m。因此，当开采深度超过500600m时，可考虑联合开拓。目前世界上开采深度最大的矿山为南非的卡里顿维尔金矿，开采深度达到4264m，分为两段提升。,2、优点：保证矿井的提升能力不降低，有利于减少石门工程量；3、缺点：增加了暗井上部车场和硐室工程量，占用设备多，造成多段提升，系统复杂，生产环节多，效率低。因此，在采用明竖井与盲竖井联合开拓时，应尽量加大明竖井开拓的深度。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,26,第七节开拓巷道的布置,矿区地表地形和工业场地的布置。井口要布置在安全位置，并要满足安全要求；井口位置与工业场地、地面运输系统统一考虑，合理布置。,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,影响主要开拓巷道的主要因素,开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,27,运输功的影响运输功：运输量与运输距离的乘积。主要开拓巷道位置应使地下和地面矿石运输功最小。,开拓巷道的布置,地质条件对主要开拓巷道位置的影响,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的位置。按地面运输费用与地下运输费用总和最小的原则，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。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。打检查钻孔，进一步查明主要开拓巷道布置位置的工程地质情况。,主要开拓巷道位置确定的方法,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,28,开拓巷道的布置,地表移动带圈定时要了解的几个概念：,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。移动角：指从地表移动带边界至开采最低边界或开采最突出点的连线（选择最靠外面的连线）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开采最低边界或开采最突出点的连线（选择最靠外面的连线）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。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。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,29,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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,30,地表移动带：,地表移动带V1、V2、V3矿脉编号；勘探线编号；,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,31,地表移动带圈定的方法和步骤如下：,开拓巷道的布置,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；在各勘探线剖面（垂直走向）上，从设计最低开采水平的矿体边界或矿体最突出位置（选择最靠外面的点），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（平行走向）上，从设计最低开采水平的矿体边界或突出位置（选择最靠外面的点），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；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连成闭合曲线，此闭合曲线内的范围即是地表岩土移动带。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,32,上盘和下盘地表移动带下盘岩石移动角；上盘岩石移动角；0表土层移动角；,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,33,端部地表移动带沿矿体走向侧端岩石移动角；0表土层移动角；,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,34,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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,35,开拓巷道的布置,保安矿柱的圈定保安矿柱的圈定，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。(见下图所示),2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,36,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,37,二、辅助开拓巷道位置的选择,副井位置的选择；,在确定开拓方案时，主井、副井的位置是统一考虑。,主井和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，可采用分散布置。有时候排风井兼做副井。,开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,38,主副井的布置；,中央并列式：主井和副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副井作排风井，如图所示。,开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,39,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。,主井为罐笼井的中央对角式1进风井；2副井（排风井）；3石门；4天井；5沿脉运输巷道,主井为箕斗井的中央对角式1主井；2副井（进风井）；3排风井,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,40,侧翼对角式主井（罐笼井）布置在矿体的一翼，副井布置在矿体的另一翼，由主井进风、运送人员、运送材料，副井排风，形成侧翼对角式，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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,41,溜井的布置1、溜井的用途溜井的用途：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。,2、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。,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。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。,开拓巷道的布置,a垂直式溜井；b倾斜式溜井1主溜井；2斜溜道；3卸矿硐室；4放矿闸门硐室,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,42,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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,43,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。,3、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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,44,合格块度：凡块度大小符合铲运设备容器或溜井、初碎设备入口尺寸要求。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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,45,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。储矿波动高度是储矿段高度的0.10.2倍，收缩角为4560。,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；,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(卸矿口)。溜井卸矿口的结构形状分为喇叭式与无喇叭式两种。,4、溜井的接口,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,46,溜口的结构形式a筒形单溜口；b楔（xie）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5055。在卸矿口装设格筛。,开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,47,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,斜溜道倾角应大于矿石的自然安息角，一般采用4555。,斜溜道宽度应等于或大于最大合格矿石块度的45倍，且不小于2.5米。,斜溜道高度应等于或大于最大合格矿石块度的34倍，且不小于2米。,斜溜道长度在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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,48,筒形溜口的结构参数包括：溜口高度H、溜口斜脖长度L2、溜口墙厚度b、溜口顶板倾角1、溜口内坡角、溜口底板倾角2和3、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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,49,5、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。,溜井的检查巷道1检查天井；2检查平巷；3运输平巷,7、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。计算公式如课本P181页。,6、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。见课本P180页。,开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,50,井底车场用途：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。井底车场分类：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。行车线路：调度空、重车辆的线路。辅助线路：通往各种硐室的线路。井底车场硐室：如下图所示：,（四）井底车场,井底车场：指井筒周围与阶段运输巷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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,51,竖井井底车场结构示意图1、卸矿硐室；2、溜井；3、箕斗装载硐室；4、回收散落碎矿的小斜井；5、候罐室；6、马头门；7、水泵房；8、变电整流站；9、水仓；10、清淤绞车硐室；11、机车修理库；12、调车室。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,52,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罐笼井；2箕斗井；3翻车机；4调车线路,井底车场的形式,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,53,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P175图所示。,斜井井底车场,开拓巷道的布置,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,54,环形车场一般适用于箕斗或胶带提升的大、中型斜井。,斜井环形式车场a卧式；b刀式1主斜井；2副斜井,重车线,重车线,重车线,重车线,空车线,绕道,空车线,空车线,调车线,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,55,斜井串车提升折返式车场运行线路图1、重车调车场线路；2、主井重车线；3、主井空车线；4、调车场线路；5、空车调车场线路,折返式车场一般适用中、小型矿山的斜井的串车提升。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,56,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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,57,阶段运输巷道布置的影响因素和基本要求矿体厚度的影响；矿石、围岩的稳固性的影响；应贯彻探采结合的要求；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；必须满足阶段运输能力的要求；系统简单、工程量小、开拓时间短的要求；其它技术要求；,开拓巷道的布置,(五)阶段运输巷的布置阶段运输巷道是连接井底车场与矿块的主要通道。,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,58,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,2020/5/30,矿物资源工程专业主干课程,59,脉外平巷加穿脉布置如图所示。,脉外平巷加穿脉布置（无底柱分段崩落采矿法）,上下盘沿脉巷道加穿脉布置（即环形运输布置）如图所示。,