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1、第一节 概述,1、矿床开拓:从地表掘进一系列巷道通达矿体,形成提升、运输、通风、排水和动力供应等完整的生产系统。 2、开拓巷道:为开拓矿床掘进的巷道 。 主要开拓巷道:用于提升矿石的井筒(包括盲井)以 及运输矿石的平硐和斜坡道。 按其作用 辅助开拓巷道:只起辅助作用,如副井、风井、充填 井、矿石溜井、石门和阶段运输巷。,第二章 非煤矿床开拓及其特点,图2-1 非煤矿床地下开采示意图 l主(副)井;2风井;3石门;4阶段运输巷;5矿石溜井;6废石溜井;7人行天井;8盲井;9勘探巷道;10箕斗;11矿石仓;12破碎机硐室; 13泵房;14斜坡道;15分段巷道;16采场;I7矿体;18矿柱;19装载
2、站,第一节 概述,第一节 概述,、矿床开拓解决的主要问题 合理划分井田、阶段和矿块(或盘区) 确定主要开拓巷道类型、数目和位置 确定辅助开拓巷道类型、数目和位置,第二节 地下开采的基本问题,一井田划分与矿井生产能力 1、 井田划分 矿田:划归一个矿山企业开采的矿床或其一部分。 井田:划归一个矿井或坑口开采的矿田或其一部分。 矿田有时等于井田,有时包括几个井田 划分原则:a.利用自然条件 与煤矿相比,多了无矿带以及贫矿与 富矿、氧化矿与硫化矿的分界线等矿床特征。 b.技术经济合理性 井田走向1000-1500m,垂深500-600m,部分非煤矿山的井田尺寸,第二节 地下开采的基本问题,2、矿井生
3、产能力:矿井正常生生产期间,单位时间内采出的矿石量。 国家对不同矿产规定了不同的井型。 确定矿井生产能力的原则与煤矿相同,根据储量、矿体赋存条件、开采技术条件以及外部因素,按技术可能性和经济合理性确定。,式中,Q井田工业储量;K矿石回收率;T矿井服务年限; 费石混入率。,国家规定服务年限 特大型30a;大型25a;中型20a; 小型10a,非煤矿山生产能力划分,万t/a,第二节 地下开采的基本问题,二 回采单元划分与开采顺序 1、基本概念 阶段:在缓倾斜、倾斜和急倾斜矿床的井田中,每隔一定垂直距离,掘进与矿体走向一致的阶段平巷,将矿体沿垂直方向划分成一个一个矿段,叫阶段。 其范围上下以两个阶段
4、平巷为界,左右以矿体的边界为界。 矿块:也叫采区,就是在阶段平巷中,沿矿体走向每隔一定距离掘进天井,将阶段划分成一个一个的矿块。它的上下以阶段平巷为界,左右以天井为界。 盘区:在水平和微倾斜矿床的井田中,首先在井田中掘进主要运输平巷,然后在垂直于主要运输平巷的方向上向井田边界掘进盘区平巷,将井田划分为一个一个矿段,这些矿段叫盘区。其四周被主要运输平巷、盘区平巷和井田边界所包围。,第二节 地下开采的基本问题,矿壁:在盘区范围内,沿盘区平巷每隔一定距离掘进回采平巷,将盘区划分成一个一个的矿段,这些矿段叫矿壁。 其四周被盘区平巷和回采平巷所包围。 2、回采单元划分 1)缓倾斜、倾斜和急倾斜矿体时,采
5、用井田 阶段 矿块划分方式。 阶段高度: 缓倾斜矿体一般 20-25m。 倾斜和急倾斜矿体 40-60m,阶段和矿块的划分(立面图) 已采完阶段;回采阶段;开拓与采准阶段;开拓阶段; l主井;2石门;3天井;4风井;5阶段运输巷;6矿块;,3,第二节 地下开采的基本问题,矿块长度与矿体厚度,岩石稳固性以及所采用的采矿方法有关,一般30-50m。 沿走向布置矿块 矿块布置方式 图2-3 垂直走向布置矿块 通常,开采中厚以下矿体时,沿走向布置矿块;开采厚及极厚矿体时,垂直走向布置矿块。,第二节 地下开采的基本问题,2)水平和微倾斜矿体时, 采用井田 盘区 矿壁的划分方式。 盘区尺寸:200-400
6、m*200-400m 矿壁相当于近水平煤层盘区布置时划分的区段。在有的资料上矿壁叫采区。,图2-3 矿块布置方式(水平截面) 图2-4 盘区和矿壁的划分 (a)沿走向布置矿块;(b)垂直走向布置矿块; I开拓盘区;采准盘区; l矿房;2矿柱; 回采盘区;1主井; Lb矿块长;Bb矿块宽 2风井;3主要运输巷; 4主要回风巷;5盘区上山; 6盘区下山;7矿壁运输巷; 8矿壁;9切割巷道,返回,3、 开采顺序 阶段:一般下行式,个别情况采用上行式。 前进式 矿块 后退式 混合式 以主要开拓巷道的位置作为标准划分 非煤矿床广泛采用后退式开采顺序,图2-5 阶段中矿块的开采顺序(水平截面图) (a)前
7、进式;(b)后退式;(c)混合式 l主井;2风井,图2-6 矿脉群的开采顺序 a矿体倾角;下盘移动角;上盘移动角;,矿体,第二节 地下开采的基本问题,三矿床开采步骤 非煤矿床地下开采的全过程可以分为矿床开拓,矿块采准切割(采切)和回采三个步骤。 采准:是指在已经开拓的阶段掘进一系列巷道,将阶段划分为矿块,并在矿块内为行人、通风、运料、凿岩和放矿等创造条件的采矿准备工作。类似于煤矿的采区准备。为采准而掘进的巷道,称为采准巷道。 切割:是指在已经采准完毕的矿块中开辟自由面和自由空间,为回采创造爆破和放矿条件的工作。大体上相当于煤矿长壁开采的开掘开切眼。采准与切割总体上都是回采的准备工作,统称采准切
8、割,简称采切。为进行切割工作掘进的巷道(如切割天井、拉底巷道等),称为切割巷道。 回采:在已经采切完毕的矿块中采出矿石的过程。,第二节 地下开采的基本问题,四 、矿石损失与贫化 矿石损失:矿体开采过程中造成矿石数量减少的现象。 矿石贫化:指采出矿石品位低于工业储量平均品位的现象。 贫化的原因:混入废石,高品位矿石损失或高品位粉矿流失。,第三节 矿床开拓方法 类似于煤矿的井田开拓方式,但又不完全相同。仅指主要开拓巷道及矿床整个开采深度范围内的主要开拓巷道形式。 平硐 单一开拓法 斜井 竖井 斜坡道 联合开拓法 据不完全统计,在我国非煤矿山,各种开拓方法所占的比重为:平硐开拓28,斜井开拓11,竖
9、井开拓38,联合开拓23。斜坡道作为主要开拓巷道,目前仅在(国外)少数开采深度不大的中小型矿山采用。,第三节 矿床开拓方法 一平硐开拓法 垂直走向平硐 走向平硐 由于阶段高度小,主平硐水平以上需要划分为若干个阶段才能开采,各阶段与主平硐之间增设了辅助竖井和矿石溜井。,图2-7 平硐开拓法 1主平硐;2矿石溜井;3辅助竖井;4阶段平硐;5阶段运输巷;6阶段回风巷;7回风平硐;8矿体,第三节 矿床开拓方法,二斜井开拓法 脉内斜井开拓法 按相对位置 下盘斜井开拓法 侧翼斜井开拓法,图2-8 斜井开拓法 (a) 脉内斜井开拓法;(b)下盘斜井开拓法 l主斜井;2阶段运输巷;3井底车场与石门; 4矿体;
10、5风井;6阶段回风巷,第三节 矿床开拓方法 三、竖井开拓法 下盘竖井 按相对位置 上盘竖井 侧翼竖井 多绳 提升方式 单绳,图2-9a 下盘竖井开拓法 图2-9b 上盘竖井开拓法 l主竖井;2井底车场与石门; l主竖井;2井底车场与石门; 3阶段运输巷;下盘岩层移动角; 3阶段运输巷;上盘岩层移动角,表土层移动角;l安全距离,图2-9c 侧翼竖井开拓法(立面图) 1主竖井;2井底车场; 3阶段运输巷;3矿体走向端部岩层移动角,第三节 矿床开拓方法 罐笼 容器 箕斗 矩形 断面 圆形 四、斜坡道开拓法 1、斜坡道:供无轨自行设备运行的倾斜巷道。 主斜坡道:直通地表的用于运输矿石的斜坡道。 辅助斜
11、坡道:是用于矿井辅助运输或仅供无轨自行 设备在 井下各阶段间转移的斜坡道。,图2-10 斜坡道类型 (a)折返式;(b)螺旋式,第三节 矿床开拓方法 2 斜坡道形式:折返式,螺旋式。 3、 斜坡道参数与路面结构 断面: 宽4-6m*高3.6-5m 曲率半径: 大型设备 大于20m 小型设备不小于10m 坡度(%):运输矿石与废石的斜坡道 9-11 通过大量无轨设备的长距离斜坡道 9-11 运送人员、材料和设备的一般辅助斜坡道 9-17 阶段与分段间的辅助斜坡道 16-25 路面结构:碎石、混凝土或沥青等,第三节 矿床开拓方法,4、示例,图2-11 折返式斜坡道开拓法(立面图) l主斜坡道;2阶
12、段石门;3阶段运输巷,图2-11 螺旋式斜坡道开拓法,日本神岗矿枥原矿井五号矿体,5、评价 与竖井开拓法和斜井开拓法相比,斜坡道开拓法的优点是: 受地形、工业场地和工程地质条件等制约井筒位置的因素影响较小; 矿井生产系统简单,环节少; 斜坡道兼有主井和副井的功能,利用无轨自行设备将斜坡道掘进到矿体后即可投人生产,矿床开拓快,矿井投产早; 有利于实现掘、采、装、运、卸综合机械化,劳动生产率高; 无轨自行设备机动、灵活、使用方便; 不需要提升设备和相应的地面构筑物,井口布置大大简化; 不需要轨道,节约钢材。,斜坡道开拓的缺点是: 斜坡道工程量大(与同样深度的竖井相比,工程量大36倍); 开拓深度受
13、掘进施工技术和经济因素的制约; 无轨自行设备初期投资大,维修工作量大,技术水平要求高; 无轨自行设备目前主要以柴油为动力,造成井下空气污染,使矿井通风费用增加。,6、 适用条件 适用于矿床埋藏不深(200300m)的中、小型矿山(生产能力20100万t/a)。 目前非煤矿山用斜坡道作为主要开拓巷道的还不多,而广泛用作辅助开拓巷道。斜坡道作为辅助开拓巷道,较常见的有两种情况: 采用竖井开拓法,斜坡道只用于无轨自行设备出人井下,运送人员、材料设备,兼作通风通道; 无轨自行设备用得较多的矿山,在阶段间设辅助斜坡道,供自行设备转移工作地点和作为行人、运料和通风通道。,五、联合开拓法,图2-12a 平硐
14、与盲竖井联合开拓法 图2-12b 明竖井与盲竖井联合开拓法 1主平硐;2下盘岩层移动边界; 1主明竖井;2主盲竖井; 3主盲竖井;4矿石溜井; 3井底车场与石门;4下盘岩层移动边界 5阶段运输巷;6井底车场与石门; 7回风平用;8阶段回风平用,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 一井筒布置特点 确定井同位置应遵循的原则: 安全可靠 工广布置合理 对井下开采有利 尽可能不留保护矿柱 1主井:井筒不穿过矿体且不保留保护矿柱 其原因: 井田尺寸小 矿产价值高 非煤矿床以急斜居多,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 位于矿体下盘 井筒位置 位于矿体上盘 均应位于地表移动范围以外,并留 位于矿体侧翼 一定宽度的
15、保护带 沿走向的井筒位置按矿井运输量或费用最小确定。(井上、下运输量之和) 2副井 位置确定受辅助运输和废石场位置的影响。可远离主井单独布置。 集中布置:主副井同在一个工广 分散布置:主副井不在同一个工广 有时可不设副井:矿井生产能力小(30万t/a),且埋深不大(300m); 地质条件复杂,施工困难,设一混合井。,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 3、风井 中央并列式 风井布置方式 中央对角式 侧翼对角式 非煤矿床井筒布置特点: 井筒一般不穿过矿体,布置在下盘、上盘或侧翼岩层移动范围以外,不留保安煤柱; 副井可以靠进主井集中布置,受条件限制时,也可以远离主井分散布置; 风井布置方式多采用对角式
16、。,图2-14 风井布置方式(立面)示意图 (a)中央并列式;(b)中央对角式;(c)侧翼对角式 1进风井;2阶段运输巷;3天井;4阶段回风巷;5回风井,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 二阶段平面开拓(阶段平面布置)及其特点 1阶段划分:确定合理的阶段高度和斜长 应综合考虑矿床地质条件,技术和经济三方面的因素。 一般开采缓倾斜矿体时,阶段高度小于20-25m; 倾斜和急倾斜矿体时,阶段高度40-60m. 2、阶段运输巷道布置 沿脉单巷 薄及中厚矿体 沿脉双巷 中厚和厚矿体 下盘沿脉加穿脉 厚矿体 环形运输 厚、极厚矿体或平行矿脉群,按阶段 运输巷 道的数 目及与 矿体的 相对位 置,图2-15
17、 阶段运输巷道布置方式(水平截面)示意图 (a)沿脉单巷;(b)沿脉双巷;(c)下盘沿脉加穿脉;(d)环形运输布置 l主井;2阶段石门;3风并;4沿脉运输巷;5会让站;6下盘脉外运输巷; 7联络道;8穿脉巷道;9环形绕道;10上盘脉外运输巷,图26-14 开采柱状矿体时阶段运输巷布置(水平截面图) l主井;2斜井;3石门;4辅助斜坡道;5矿石溜并; 6风井;7阶段运输巷;8切割立槽;9凿岩巷道,南非科菲丰登金刚石矿开采柱状矿体的环形运输布置,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 3 井底车场特点 折返式:容重列车在车场内同一巷道的两股线路上折返运行。 环行式:容重列车在车场内不在同一轨道上作相向运行
18、。,煤 矿,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 1)竖井井底车场 尽头式:用于罐笼提升。其特点是井筒单侧进,出车; 空重车的储车线和调车场均设在井筒一侧, 通过能力小,用于小型矿井或副井。 折返式: 其特点是井筒或卸车设备的两侧均敷设线 路,一侧进重车,另一侧出空车,空车经过 另外敷设的平行线路或从原线路变头(改变 矿车首尾方向)返回。当岩石稳固时,可在 同一巷道中敷设平行的折返线路,否则, 需另掘平行巷道。 环行式:其特点是由井筒或卸车设备出来的空车经由 绕道返回,形成环行线路。,运 行 特 点,图2-17 非煤矿井竖井井底车场 (a)尽头式;(b)折返式;(c)环形式 l罐笼;2箕斗;3翻车机
19、;4调车场,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 2)斜井井底车场: 按运行特点可分为: 折返式 串车提升的车场均为折返式 环行式 适用箕斗或胶带提升的大、中型斜井 串车斜井井筒与车场的连接方式: 旁甩式车场 吊桥车场 平车场 斜井不再延深时,由斜井井筒直接过渡 到车场,图2-18 斜井吊桥车场 l斜井;2吊桥;3吊桥车场;4信号硐室,4主运输阶段和副阶段 主运输阶段相当于设辅助水平的开采水平; 副阶段相当于煤矿 的辅助水平。,图2-20 主运输阶段和副阶段 图2-21 垂直式溜井 1主井:2井底车场与石门; (a)单段直溜井;(b)分段直溜井; 3主运输阶段运输巷;4副阶段运输巷; l主溜井;2斜溜道; 5天井;6矿石溜井 3卸矿硐室;4放矿闸门硐室,4,第四节 非煤矿床开拓的主要特点 四其他辅助开拓巷道布置 1 溜井 竖井箕斗提升溜井集中出矿系统 溜矿系统 平硐溜井出矿系统 垂直式 溜井形式 倾斜式 2、地下破碎硐室,
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