采礦概論第5章

采礦概論第5章第1頁，共46頁。5、金屬礦床地下開采的基本原則及開拓

5.1開采單元的劃分及開采順序?yàn)榱擞杏?jì)劃、有步驟地開采礦床，首先應(yīng)將礦床劃分成一個(gè)一個(gè)的開采單元。緩傾斜、傾斜和急傾斜礦床中，通常是將礦床劃分為井田，井田劃分為階段，階段再劃分成礦塊。水平和微傾斜礦床中，將礦床劃分為井田后，井田劃分成盤區(qū)，盤區(qū)劃分成礦壁。

礦塊和礦壁是最基本的開采單元。第2頁，共46頁。

1)礦田和井田劃歸一個(gè)礦山企業(yè)開采的礦床或其一部分，叫做礦田。劃歸一個(gè)礦井或坑口開采的礦田或其一部分，叫做井田。因此，礦田有時(shí)等于井田，有時(shí)包括幾個(gè)井田，如圖5—1。

圖5-1礦田和井田a-礦田等于井田；b-礦田包括兩個(gè)井田第3頁，共46頁。

2)階段與礦塊緩傾斜、傾斜和急傾斜礦床的井田中，每隔一定垂直距離，掘進(jìn)與礦體走向一致的階段平巷，將礦體沿垂直方向劃分成一個(gè)一個(gè)礦段，這就是階段。它的范圍，上下以兩個(gè)階段平巷為界，左右以礦體的邊界為界，如圖5—2中的I、II、IV、VI。在階段平巷中，沿礦體走向每隔一定距離掘進(jìn)天井，將階段劃分成一個(gè)一個(gè)的礦塊，礦塊也叫做采區(qū)。它的上下以階段平巷為界，左右以天井為界，如圖5—2中的6。開采單元的劃分

第4頁，共46頁。圖5-2階段和礦塊的劃分

第5頁，共46頁。3)盤區(qū)和礦壁

在水平和微傾斜礦床的井田中，首先是在井田中掘進(jìn)主要運(yùn)輸平巷，然后在垂直于主要運(yùn)輸平巷的方向上向井田邊界掘進(jìn)盤區(qū)平巷，將井田劃分成一個(gè)一個(gè)礦段，這些礦段就叫做盤區(qū)。它的四周被主要運(yùn)輸平巷，盤區(qū)平巷和井田邊界所包圍，如圖5—3中的I。再沿盤區(qū)平巷，每隔一定距離掘進(jìn)回采平巷，將盤區(qū)劃分成一個(gè)一個(gè)的礦段，這些礦段就叫做礦壁。它的四周被盤區(qū)平巷和回采平巷所包圍，如圖5—3中的6。

采單元的劃分

第6頁，共46頁。圖5-3盤區(qū)和礦壁的劃分

第7頁，共46頁。開采順序

1)井田的開采順序當(dāng)?shù)V床劃分為幾個(gè)井田開采時(shí)，一般應(yīng)優(yōu)先開采礦石品位高，可選性好，基建工程量少，運(yùn)輸、供水、供電等條件好的井田。2)階段的開采順序井田中階段的開采順序有兩種，即下行式和上行式。下行式開采是由上而下逐個(gè)(或幾個(gè))階段開采，上行式則相反。生產(chǎn)實(shí)踐中一般多采用下行式。

第8頁，共46頁。3)礦塊的回采順序階段中礦塊的回來順序，按回果工作相對(duì)主要開拓巷道（主井，主平硐）的位置，可分為三種前進(jìn)式后退式混和式生產(chǎn)實(shí)踐中后退式使用較多。

4)相鄰礦體開采順序

礦床中如果存在彼此相距很近的礦體，則應(yīng)合理地確定它們的開采順序，否則在開采過程中將相互影響，對(duì)生產(chǎn)安全和資源回收都不利。相鄰礦體的開采順序，一般是先開采位于上盤的礦體，后開采下盤的礦體。

開采順序

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礦床開采的步驟：開拓、采準(zhǔn)和切割、回采。1）開拓礦床開拓：就是從地面掘進(jìn)一系列巷道通達(dá)礦體，使地面與礦體之間構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、壓氣、供風(fēng)、供水等線路，以便在礦體中進(jìn)行采準(zhǔn)、切割和回采工作。為開拓礦床而掘進(jìn)的巷道，叫做開拓巷道。這些巷道是用來運(yùn)輸?shù)V石、廢石、材料、設(shè)備以及通風(fēng)、排水和行人的。屬于開拓巷道的有：井筒(豎井、斜井和斜坡道)、平硐、石門、井底車場(chǎng)、階段平巷、主溜井和充填井等。

第10頁，共46頁。2）采準(zhǔn)切割礦床的采堆和切割就是在已經(jīng)進(jìn)行開拓的階段或盤區(qū)中，掘進(jìn)采準(zhǔn)和切割巷道。目的是為回采工作創(chuàng)造必要的條件。它包括掘進(jìn)天井、漏斗和拉底等。礦塊中的采準(zhǔn)、切割巷道，隨采礦方法不同而異，在以后介紹采礦方法時(shí)再評(píng)細(xì)敘述。3）回采在已經(jīng)做好采準(zhǔn)、切割工程的礦塊或礦壁中，進(jìn)行大量的采礦工程叫做回采。它包括崩礦、礦石運(yùn)搬和地壓管理三項(xiàng)主要工作。

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按礦床開采的準(zhǔn)備程度，礦石儲(chǔ)量分為三級(jí)：開拓儲(chǔ)量、采準(zhǔn)儲(chǔ)量和備采儲(chǔ)量。這叫做三級(jí)儲(chǔ)量，又稱生產(chǎn)礦量。1）開拓儲(chǔ)量被完整的開拓系統(tǒng)所控制的礦床儲(chǔ)量叫做開拓儲(chǔ)量。2）采準(zhǔn)儲(chǔ)量是開拓儲(chǔ)且的一部分。凡完成了采礦方法所規(guī)定的采族工程的礦塊或礦壁的儲(chǔ)量，叫做采準(zhǔn)儲(chǔ)量。3）備采儲(chǔ)量是采準(zhǔn)儲(chǔ)量的一部分。幾完成了采礦方法所規(guī)定的切割工程的礦塊或礦壁的儲(chǔ)量，叫做備采儲(chǔ)量。

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在礦床開采初期，三個(gè)步驟是依次進(jìn)行的，在生產(chǎn)時(shí)期，必須遵循開拓超前采準(zhǔn)、切割，采準(zhǔn)、切割超前回采的原則，并貫徹“采掘并舉，掘進(jìn)先行”的方針，確保三級(jí)礦量的規(guī)定指標(biāo)以保證礦山持續(xù)、穩(wěn)定、均衡地進(jìn)行生產(chǎn)。三級(jí)礦量的指標(biāo)一般按可供生產(chǎn)的年限來表示。我國的規(guī)定是：開拓儲(chǔ)量應(yīng)有三年以上采準(zhǔn)儲(chǔ)量一年左右備采儲(chǔ)量半年左右第13頁，共46頁。5.3礦石的損失、貧化和礦山年產(chǎn)量

礦石的損失：在礦床開采過程中，由于種種原因，使礦體中一部分礦石未采下或雖已采下而散失于采場(chǎng)或巷道中，叫做礦石的損失。礦石損失的大小用損失率表示。礦石的工業(yè)儲(chǔ)量與采出礦石量之差叫做礦石的損失量。礦石的損失量與礦石的工業(yè)儲(chǔ)量的百分比，叫做礦石的損失率。如果采出礦石量是純凈的礦石量，則礦石的損失率叫做實(shí)際損失率；如果采出礦石量是包括混入的廢石在內(nèi)的礦石量，則礦石的損失率叫做視在損失率。采出礦石量與礦石的工業(yè)儲(chǔ)量的百分比，叫做礦石的回收率。

第14頁，共46頁。貧化：采下的礦石中，是混入了廢石的，因此，它的品位必然要比末采下的礦石的品位有所降低，這就叫做貧化。貧化的大小用貧化率表示。貧化率也有實(shí)際貧化率和視在貧比率之分。實(shí)際貧化率也叫做廢石混入率，就是混采下來的廢石量與采出礦石量（包括混入的廢石在內(nèi)）的百分比。視在貧化率就是原生礦石的品位和采出礦石品位之差與原生礦石的品位的百分比。

第15頁，共46頁。礦山年產(chǎn)量

礦山年產(chǎn)量是礦山每年生產(chǎn)的產(chǎn)品量。一般以年采出礦石量計(jì)算。若用日采出礦石量計(jì)算，則稱礦山日產(chǎn)量。經(jīng)濟(jì)上合理就是采出礦石成本最低的礦山年產(chǎn)量。根據(jù)這個(gè)原則，制定了我國金屬礦山經(jīng)濟(jì)上合理的礦山年產(chǎn)量和服務(wù)年限。第16頁，共46頁。礦床工業(yè)儲(chǔ)量，礦山年產(chǎn)量和礦山服務(wù)年限之間關(guān)系：5.3.2礦山年產(chǎn)量

第17頁，共46頁。礦床開拓

任何一個(gè)地下開采的礦山，都必須采用豎井、斜井、斜坡道、平硐等四種巷道中的一種或兩種以上對(duì)礦床進(jìn)行開拓。因此，這四種用作提升或運(yùn)輸?shù)V石的開拓巷道叫做主要開拓巷道。其它開拓巷道叫做輔助開拓巷道。根據(jù)主要開拓巷道的類型及數(shù)目，礦床開拓方法可分為平硐開拓法，豎井開拓法，斜井開拓法，斜坡道開拓法及聯(lián)合開拓法。

第18頁，共46頁。平硐開拓

用平硐(水平巷道)開拓礦床的方法稱為平硐開拓法。這種開拓法，礦石的轉(zhuǎn)運(yùn)一般是利用主溜井，再經(jīng)平硐運(yùn)出地面，人員、材料和設(shè)備的運(yùn)送，則利用輔助豎井或盲井提升。第19頁，共46頁。

平硐開拓法是一種最經(jīng)濟(jì)、基建時(shí)間短和安全可靠的開拓方法。凡埋藏于當(dāng)?shù)氐仄骄€以上的礦體，應(yīng)優(yōu)先采用平硐開拓法。但平硐的長度不宜太長。根據(jù)國內(nèi)實(shí)踐證明，其長度在3000～4000米以下為宜。平硐口的位置應(yīng)考慮：平硐長度短；標(biāo)高低，開采的礦量多；必須在歷年最高洪水位3米以上；能避免山崩、雪崩或火災(zāi)對(duì)平硐的危害。

第20頁，共46頁。豎井開拓

豎井開拓法是利用豎井開拓礦床的方法；在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)豎井對(duì)礦體的相對(duì)位置不同，豎井開拓法分為：下盤堅(jiān)井開拓法，側(cè)翼豎井開拓法，上盤豎井開拓法。

第21頁，共46頁。斜井開拓

斜井開拓法是利用斜井開抹礦床的方法。下盤開拓法、側(cè)翼開拓法、斜井在礦井中的開拓法。在金屬礦山中，礦體傾角為20o至45o～50o時(shí)，多采用斜井開拓法。因?yàn)樗c豎井開拓法相比，石門短得多。其中用得最多的是下盤斜并開拓法。第22頁，共46頁。斜坡道開拓

斜坡道開拓法是利用斜坡道開拓礦床的方法。根據(jù)斜坡道線路的布置形式有直線式、螺旋式和折返式。這類開拓方法適用于開采深度不大，年產(chǎn)量大等情況。由于自行式設(shè)備的廣泛應(yīng)用，在國外利用斜坡道作為運(yùn)送設(shè)備、人員等用途的輔助井的開拓法發(fā)展很快。

第23頁，共46頁。聯(lián)合開拓

聯(lián)合開拓法是用上述四種主要開拓巷道中的任意兩種相配合。開拓一個(gè)井田的開拓方法。例如：上部用豎井開拓，下部用盲豎井開拓，則稱豎井盲豎井聯(lián)合開拓法等等。

第24頁，共46頁。主要開拓巷道位置的確定

主要開拓巷道是礦井的咽喉；井口附近是礦山生產(chǎn)的工業(yè)場(chǎng)地。正確地確定它的位置，是礦山設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。

1）陷落帶和移動(dòng)帶地下采礦的結(jié)果在地下形成采空區(qū)。由于采空區(qū)周圍的巖石失去平衡，引起周圍巖層發(fā)生變形、破壞和崩落，致使地表發(fā)生移動(dòng)和陷落。地表產(chǎn)生陷落和移動(dòng)的地帶，分別叫做陷落帶和移動(dòng)帶。采空區(qū)底部與地表陷落帶或移動(dòng)帶邊界的連線與水平面的夾角叫做巖石的陷落角或移動(dòng)角。其大小與巖石的性質(zhì)等有關(guān)。

第25頁，共46頁。

主要開拓巷道應(yīng)布置在巖石移動(dòng)帶10一20米范圍以外，否則，就要在其下部留一部分礦體作為保安礦柱。

5.4.6主要開拓巷道位置的確定第26頁，共46頁。2）最小運(yùn)輸功

地面和地下運(yùn)輸費(fèi)用，影響著主要開拓巷道的選擇。運(yùn)輸量和運(yùn)輸距離的乘積叫做運(yùn)輸功，單位為噸·公里。運(yùn)輸費(fèi)用與運(yùn)輸功成正比。合理的主要開拓巷道位置，應(yīng)該位于地面與地下運(yùn)輸功之和為最小的位置。在金屬礦山中，由于地表復(fù)雜，礦體的走向長度不大，往往地形的影響超過了最小運(yùn)輸功的影響。因此，設(shè)計(jì)中對(duì)最小運(yùn)輸功只作定性分析，不作定量計(jì)算。主要開拓巷道位置的確定

第27頁，共46頁。3）地面和地下因素

地面因素包括：井口附近要有足夠的工業(yè)場(chǎng)地；選廠應(yīng)盡量利用山坡地形，以利自重運(yùn)輸；井口應(yīng)選擇安全可據(jù)的位置，與外部運(yùn)輸聯(lián)系方便；不占或少占農(nóng)田等。地下因素包括：要避免穿過流砂層，大的含水層、斷層和破碎帶等不利的工程地質(zhì)條件。主要開拓巷道位置的確定

第28頁，共46頁。軌道線路的彎曲與連接

軌道線路的彎曲

目前我國金屬礦山的井下運(yùn)輸主要采用有軌運(yùn)輸也叫軌道運(yùn)輸。車輛在彎曲的軌道上運(yùn)行與在直線軌道上運(yùn)行不同，對(duì)彎曲軌道有些特殊要求。這些要求是：

a、有合理的彎道曲率半徑；b、軌距加寬；

c、外軌抬高；

d、巷道加寬等。

第29頁，共46頁。

在線路平面上，彎道是用下列參數(shù)表示其特征的，如圖5—9。曲率中心O、曲率半徑R、曲線對(duì)應(yīng)的圓心角(又稱曲線轉(zhuǎn)角)α、曲線弧長L、切線長T、曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)(即曲線的兩個(gè)切點(diǎn)Sd和Zd)。1)彎道參數(shù)第30頁，共46頁。

車輛在彎道上行駛時(shí)，由于車輛運(yùn)行的慣性作用，它有保持原來運(yùn)行方向的趨勢(shì)；而彎道卻迫使車輛不斷改變方向。因此，在車輛前軸外輪和外軌之間不斷發(fā)生碰撞。也就是前軸外輪會(huì)以Φ角不斷碰撞鋼軌。Φ角稱為碰撞角，即某點(diǎn)的行車方向與彎道上相應(yīng)碰撞點(diǎn)的切線所成的夾角。

2)彎道曲率半徑第31頁，共46頁。

彎道的彎度越大，碰撞角也越大，行車阻力也隨著增大。為了減少行車阻力，曲率半徑應(yīng)適當(dāng)增大，但太大又會(huì)增加巷道的長度，因此，要根據(jù)碰撞角的最大容許值，求出允許的最小曲率半徑。一般常用的曲率半徑為8～10至15～20米。第32頁，共46頁。

當(dāng)車輛的兩個(gè)軸都進(jìn)入彎道后如圖5—11。由于輪軸的中心線與軌道的中心線斜交，前軸的外輪擠壓在外軌的B點(diǎn)上，而后輪的內(nèi)輪就排壓在內(nèi)軌C點(diǎn)上。如果彎道軌距和直道軌距相同，則車輪的輪緣就會(huì)擠壓鋼軌增大行車阻力，嚴(yán)重時(shí)車輪擠死在軌道上，或造成車輛脫軌事故。因此在彎道上必須加寬軌距。加寬值的大小與軸距、曲率半徑有關(guān)。軸距愈大或彎道曲率半徑愈小，則彎道軌距的加寬值愈大。第33頁，共46頁。

車輛在彎道上運(yùn)行時(shí)，由于離心力的作用，使外軌上的輪緣內(nèi)外軌擠壓。這種現(xiàn)象輕則加劇輪線與鋼軌的磨損，增加遠(yuǎn)行阻力；重則使車輛傾覆。為了消除離心力的影響，把彎道的外軌抬高，使離心力OB和礦車重力OC的合力OA與抬高后的軌面垂直，如圖5—12。這樣使車輛行駛不受離心力的影響，和在直線道上行駛一樣。4)外軌抬高第34頁，共46頁。

在彎道處，不僅軌距要加寬，巷道也要加寬。因?yàn)檐囕v在彎道上行駛時(shí)，車箱向外伸出的距離，比直線道上要大些。如果巷道不加寬，車輛與巷道壁之間的空隙就會(huì)減小，有碰人的危險(xiǎn)。因此，在彎道處巷道必須加寬。5)巷道加寬第35頁，共46頁。

列車由一條線路轉(zhuǎn)向另一條線路，必須在兩條線路的聯(lián)接處設(shè)置道岔。道岔的結(jié)構(gòu)：岔尖、基本軌、轍岔、隨軌、護(hù)輪軌、轉(zhuǎn)岔軌。

第36頁，共46頁。

1、曲線和道岔的聯(lián)接2、單向分岔聯(lián)接3、雙線對(duì)稱聯(lián)接4、三角道岔聯(lián)接5、平移聯(lián)接第37頁，共46頁。井底車場(chǎng)

井底車場(chǎng)是在井筒與石門聯(lián)接處所開鑿的巷道和硐室的總稱。它是轉(zhuǎn)送人員、礦石、廢石、設(shè)備、材料的場(chǎng)所；也是井下排水和動(dòng)力供應(yīng)的轉(zhuǎn)換中心。根據(jù)開拓方法的不同，井底車場(chǎng)分為：1、豎井井底車場(chǎng)

2、斜井井底車場(chǎng)。第38頁，共46頁。豎井井底車場(chǎng)

（1）井底車場(chǎng)線路儲(chǔ)車線路主、副井的重、空車線及停放材料的材料支線。行車線路聯(lián)接主、副井的空、重車線的繞道，調(diào)車場(chǎng)及馬頭門等。

（2）井底車場(chǎng)硐室硐室的布置原則是按照硐室的用途及其使用上的方便。與主井提升有關(guān)的各種硐室，如翻籠硐室、礦倉、箕斗裝載硐室、回收粉礦的小斜井等須設(shè)在主井附近的適當(dāng)位置上，構(gòu)成主井提升系統(tǒng)的硐室。副井系統(tǒng)的硐室包括馬頭門、水泵房、變電所、水倉及候罐室等。此外，還有設(shè)在車場(chǎng)線路入口附近的調(diào)度室及便于進(jìn)出車的機(jī)車庫和修理硐室等。1)井底車場(chǎng)結(jié)構(gòu)第39頁，共46頁。2)井底車場(chǎng)型式

井底車場(chǎng)按礦車運(yùn)行系統(tǒng)不同，分為三種：盡頭式井底車場(chǎng)；折返式井底車場(chǎng)；環(huán)形式井底車場(chǎng)。第40頁，共46頁。盡頭式、折返式井底車場(chǎng)（1）盡頭式井底車場(chǎng)：特點(diǎn)是在井簡(jiǎn)單側(cè)進(jìn)、出車，即從罐籠中拉出空車，再推進(jìn)重車。（2）折返式井底車場(chǎng)：特點(diǎn)是在井筒一側(cè)進(jìn)重車，另一側(cè)出空車，空車經(jīng)過另外敷設(shè)的平行線路或從原線路變頭(改變礦車首尾方