地下金属矿床采矿技术

1、地下金属矿床采矿技术,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/ 10

2、0 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50200m2。,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

3、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200800m2。, 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

4、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530。, 倾斜矿床：倾角为 3055。, 急倾斜矿床：倾角大于55。,金属矿床的工业特征, 按矿体厚

5、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11 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0.84m之间。, 中厚矿体：厚度为415m。, 厚矿体：厚度为1540m。,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

6、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

7、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

8、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=QQ0+R (12) 金属量平衡式： T=(QQ0)+R (13) 由式(12)得：R=TQ+ Q0，代入式(13)，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,(14),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(12)得：Q0=Q+RT

9、，代入式(14)，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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、 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

15、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

16、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。

17、,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35年3年 采 准 矿 量1.52年1年左右 备 采 矿 量612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

18、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，ta S 矿体水平面积，m2； 矿石体重，tm； 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，0.71.0。,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

19、度和生产能力, 开采系数 用每l m2 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，ta； Q 矿床工业储量， t； T 矿井服务年限，a

20、； 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

21、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

22、；,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2530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

23、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1545，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

24、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

25、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

26、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

27、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；

28、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

29、,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、

30、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

31、 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

32、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

33、（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1015米。 贮矿波动高度是贮矿段高度的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。 溜井卸矿口的结构形状分为喇

34、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5055。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4555。,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。,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。,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

35、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

36、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

37、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

38、；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

39、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

40、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，

41、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

42、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

43、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

44、过00024 ；井下空气中二氧化硫浓度不得超过00005。,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

45、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

46、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 （141） 式中 h摩井巷摩擦阻力，Pa； 井巷摩擦阻力系数，NS2/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=

47、R摩 式中 R摩摩擦风阻，NS2/m8。 则（1）式可写成： h摩= R摩Q2 （142）,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 （143） 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，NS2/m4 ；

48、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

49、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

50、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

51、。 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

52、 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；

53、（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

54、）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

55、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=4NK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1.201.25 2） 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

56、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、

57、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

58、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

59、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