(3)主溜井:下放矿石和储存矿石,主平硐以上各阶段采下的矿石都经主溜井溜至主平硐水平,装车运出(因此又叫平硐溜井开拓法)
(4)辅助竖井:提升人员、设备、材料到各个阶段。
二、竖井开拓法
竖井开拓法以竖井为主要开拓巷道。适用条件:
急倾斜矿体(一般矿体倾角大于45o);埋藏较深的水平和缓倾斜矿体(倾角小于20o);
由于表土层太厚,以及由于其它一些特殊原因(例如流沙层、淤泥层)这种方法便于管理,生产能力较高,在矿山使用较普遍。
变形方案:
由于各种条件的不同,竖井与矿体的相对位置也会有所不同,因而这种方法又可分为穿过矿体的竖井开拓(上盘竖井开拓)、上盘竖井开拓、下盘竖井开拓和侧翼竖井开拓四种开拓方案:
1.穿过矿体的竖井开拓方案
竖井穿过矿体的开拓方案如图4所示。这种方法的优点是石门长度都较短,基建时三级矿量提交较快;缺点是为了维护竖井,必须留有保安矿柱。这种方案在稀有金属和贵重金属矿床中应用较少,因为井筒保安矿柱的留设往往是相当可观的。因此,该方案的应用受到限制,只在在矿体倾角较小(一般在20o左右),厚度不大且分布较广或矿石价值较低时方可使用。
2.下盘竖井开拓方案
下盘竖井开拓是开拓急倾斜矿体常用的方法。竖井布置在矿体下盘的移动界线以外(同时要保留安全距离),如图5a,图5b所示。从竖井掘若干石门与矿体连通。
适用条件:
优点是井筒维护条件好,又不需要留保安矿柱;
缺点是深部石门较长,尤其是矿体倾角变小时,石门长度随开采深度的增加而急剧增加。3.上盘竖井开拓方案
竖井布置在矿体上盘移动带范围之外(留有规定的安全距离),掘进石门使之与矿体连通。适用条件是:(1)从技术上看,不可能在矿体下盘掘进竖井(如下盘岩层含水或较破碎,地表有其他永久性建筑物等)。(2)上盘开拓比下盘开拓在经济上更合理(矿床下盘为高山,无工业场地,地面运输困难且费用高),如在图6所示的地形条件下,上盘开拓就更为合适。
上盘竖井开拓与下盘竖井开拓相比,有明显的缺点:上部中段的石门较长,初期的基建工程量大,基建时间长,初期基建投资也必须增加等。鉴于上盘竖井方案本身所存在的缺点,一般不采用这种开拓方案。
4.侧翼竖井开拓方案
侧翼竖井开拓方案是将主竖井布置在矿体走向一端的移动范围以外(并留有规定的安全距离),如图7所示。凡采用侧翼竖井的开拓系统,其通风系统均为对角式,从而简化了通风系统,风量分配及通风管理也比较方便。由于前面所提到的原因,小型矿山凡适用竖井开拓条件的,大都采用了侧翼竖井开拓方案。如山东省某金矿,矿体倾角40o,厚度8~14m,矿体走向长度400m,上部采用了下盘斜井开拓方案,设计深度自+5~
-120m。后期发现深部矿石品位高,且矿体普遍变厚,地质储量猛增,因此在二期工程中,设计能力由原来的150t/d增加到250t/d;中段高度由原来的25m增加到30m;采用了对角式通风系统,由原来两侧回风井(图8中的9、7)改为一条回风井8.这样,二期工程由于采用了侧翼竖井开拓方案,节省了主回风井,使工期安排更为合理。
在金属矿床的竖井开拓中,除下盘竖井开拓方案外,侧翼竖井开拓应用较多。与下盘竖井开拓方案相比较, 这种方案存在以下缺点:①由于竖井布置在矿体侧翼,井下运输只能是单向的,因而运输功大;②巷道掘进与回采顺序也是单向的,掘进速度和回采强度受到限制。
适用条件:
(1)矿体走向长度较短,有利于对角式通风,对于中小矿山,当矿体走向长度在500m左右时,适用这种方案是合理的。
(2)矿体为急倾斜,无侧伏或侧伏角不大的矿体采用侧翼竖井开拓方案,较上下盘竖井开拓方案的石门都短,如图7和图8所示。
(3)矿体上下盘的地形和围岩条件不利于布置井筒,且矿体侧翼有较合适的工业场地,这时的选厂布置在同侧为宜,这样可使矿石的地下运输方向与地表方向一致。
(4)矿体比较厚,或矿体为缓倾斜而面积较大的薄矿体。见图9。
三、斜井开拓法
斜井开拓法以斜井为主要开拓巷道,适应条件:
开采缓倾斜矿体,特别适用开采矿体埋藏不太深而且矿体倾角为20o~40o的矿床。中小型金属矿山,尤其是小型矿山。
这种方法的特点是施工简便、中段石门短、基建少、基建期短、见效快,但斜井生产能力低。变形方案:
根据斜井与矿体的相对位置,可分为下盘斜井开拓方案,如图10所示和脉内斜井开拓方案,如图11所示。(一)下盘斜井开拓方案
这种方案是斜井布置在矿体下盘围岩中,掘若干个石门使之与矿体相通,在矿体(或沿矿岩接触部位)中掘进中段平巷。这种开拓方法不需要保安矿柱,井筒维护条件也比较好。这是它的最大优点。此方案在小型金属矿山应用较多,这种方案斜井的倾角最好与矿体倾角大致相同,矿体倾角在35o~42o左右的矿体;多采用斜井倾角为25o~28o的下盘伪斜井方案。斜井的水平投影与矿体走向夹角?为:
;
式中γ—已确定的斜井倾角,γ=24o~28o;α为矿体倾角。(二)脉内斜井开拓方案
采用脉内斜井开拓方案(图11)时,斜井布置在矿体内,斜井靠近矿体下盘的位置,其倾角最好与矿体倾角相同(或相接近)。
优点:不需掘进石门,开拓时间短,投产快;在整个开拓工程中,同时开采出副产矿石,这种副产矿石可以抵消部分掘进费用;脉内斜井掘进有助于进一步探矿。
缺点:矿体倾斜不规则,尤其是矿体下盘不规则,井筒难于保持平直,不利于提升和维护;为维护斜井安全,要留有保安矿柱。因此在有色金属矿山和贵重金属矿山,这种方案应用不多。只有那些储量丰富且矿石价值不高的矿山,才可考虑使用。
四、斜坡道开拓
斜坡道有两种:一是连通地表的主斜坡道;二是阶段之间的辅助斜坡道。主斜坡道:
在没有提升井筒的矿山,主要用作运输矿岩(用皮带运输机或无轨车辆)巷道,兼做无轨设备出入,通风和其它只用;在有提升井筒的矿山,斜坡道主要是供无轨设备出入,并兼做通风和辅助运输之用。辅助斜坡道:
对无轨开采的矿山来说是必不可少的,它不仅用作铲运机等设备的转移,同时也是凿岩爆破支护检修和安装无轨设备与通风的通道,有的还作为矿岩运输或深部探矿开采之用。可以说没有辅助斜坡道,就不能充分发挥无轨设备机动灵活的特点,也就不能充分发挥无轨设备的效能,只在个别的矿山使用的无轨设备少才不设阶段间的辅助斜坡道。
按照斜坡道线路布置形式,斜坡道的基本形式有:(1)螺旋式斜坡道:
是指斜坡道线路以圆柱螺旋线或圆锥螺旋线自上而下布置,在垂直方向上每隔一定距离掘进一石门与矿体相通。
适应条件:
螺旋式斜坡道适于开采倾角较大,走向不长。埋藏较深的矿体,在高差相同时较折返式线路短,开拓工程量小,若有溜矿井或其它垂直天井配合施工时掘进出渣方便。
缺点是掘进困难,(测量定向外侧超高等)司机视距小,弯道多,行车速度小,且安全性差,车辆内外侧轮胎处于差速运行状态,故车轮的轮胎与差速都磨损比较大,路面维护困难。
(2)直线式斜坡道
与斜井开拓布置相同,只是提运矿石方式不同,斜井采用箕斗或矿车提运矿石,需布置一套完整的提升系统,直线式斜坡道则采用无轨车辆或皮带运输机。
(3)折返式斜坡道
布置的线路为直线段和曲线段(或折返段)联合组成,其中直线段变换高程,曲线段为方向变换,便于无轨设备转弯,其坡度变缓或近似水平,在整个线路中直线段较长,而曲线段较短。
适应条件:此类斜坡道适用于开采倾角较缓,埋藏较浅,走向长度较大的矿体。
优点是容易开掘,司机视距大,行车速度较大而且安全;车辆运行平稳,轮胎与差速磨损小,路面易于维护。
缺点是开掘工程量大,掘进时需要与之配合以供出渣与通风的垂直井巷较多。
一般来说,折返式斜坡道的优点突出,所以目前在国外矿山生产实践中多采用折返式斜坡道。五、联合开拓法
由于地形条件、矿床赋存、埋藏深度等情况的多变性,联合开拓法所包括的方案很多(见表1),这里介绍常用的几种联合开拓方案。
(一)上部平硐下部盲竖井开拓方案
在山岭地区,当矿体上部赋存在地平面以上、下部赋存于地平面以下时,为开拓方便和更加经济合理,矿体上部可用平硐开拓,下部可采用盲竖井开拓,如图14及图15所示。
在图14中,在平硐接近矿体处(见321m平面图)考虑盲竖井的位置时(其影响因素与单一开拓方案中的下盘竖井方案相同),应使各中段石门较短。矿石(或废石)可经盲竖井提升到321m中段,矿车在车场编组后用电机车运出硐口。
这种方案的特点是需要在321m平硐增掘井下车场和卷扬机硐室等工程。如果矿体上部离地表不远,平硐
口又缺乏排废场地时(或为了压缩排废石场占用农田面积),可采用平硐竖井通地表的联合开拓方案(图15),这时卷扬机安设在地表,井下废石提升到井口,然后排往井口废石场,而各中段矿石经竖井提升到平硐水平,经平硐运往硐口。在具体选择方案时必须多方面考虑,才能最终确定最合理的方案。
(二)上部平硐下部盲斜井开拓方案适用条件为:
①地表地形为山岭地区,矿体上方无理想的工业场地;②矿体倾角为中等(即倾角在45o~55o之间),为盲矿体且赋存于地平面以下;③如地平面以上有矿体,但上部矿体为土法开采结束,且形成许多老硐者。
优点是可以减少上部无矿段或已采段的开拓工程量,缩短斜井长度,从而达到增加斜井生产能力的目的,同时石门长度可尽量压缩,从而缩短了基建时间。
该方案的运输系统如图16所示,矿石或废石经各中段石门,由盲斜井提到323平硐的井下车场,然后经平硐运出硐口。
(三)上部竖井下部盲竖井开拓方案适应条件:
这种开拓方案(图17)一般适用于矿体或矿体群倾角较陡,矿体一直向深部延伸,地质储量较丰富的矿山。另外,因竖井或盲竖井的生产能力较大,所以中型或偏大型矿山多用这种方法。
优点是:
1)井下的各中段石门都不太长,尤其基建初期石门较短,因此可节省初期基建投资,缩短基建期。2)在深部地质资料不清的情况下,建设上部竖井;当深部地质资料搞清后,且矿体倾角不变时,可开掘盲竖井,两段提升能力适当,能保持较长时间的稳定生产。
(四)上部竖井下部盲斜井开拓方案
如前所述,当上部地质资料清楚且矿体产状为急倾斜,上部采用竖井开拓是合理的,一旦得到深部较完善的地质资料,且深部矿体倾角变缓,则深部可采用盲斜井开拓方案,如图18所示。这样可使一期工程(上部竖井部分)和深部开拓工程(下部盲斜井部分的工程量)压缩到最大限度,缩短建设时间,使开拓方案在经济上更为合理。
(五)上部斜井下部盲竖井开拓方案适应条件及特点:
这种开拓方案一般适用于矿体倾角较缓,且沿倾斜方向延伸较长,或地质储量不大以及生产能力也不大的小矿山。在小型矿山,由于各方面条件的限制,矿山设备(包括矿井提升设备)的规格宜小不宜大,这就给开采深部矿体带来不便。若矿体倾角变缓,其深部开拓可采用与上部同样的斜井,往深部形成“之”字型折返下降。实际上这种做法在经济上是不合理的:其一,斜井的维护费用较高,提升能力却较低;其二,这样会形成多(节)提升,将增加不少辅助生产人员,使井下车间管理费增加,从而增加了矿山成本;同时,因为设备多,生产环
节多,设备事故发生率也高,这又增加了生产管理中的困难。如某金矿就是因上述原因才决定深部采用盲竖井的联合开拓方案。
(六)其它主要开拓巷道与斜坡道联合开拓方案
一种是平硐、竖井、斜井等主要开拓巷道与斜坡道联合开拓;
另一种是矿体上部用斜坡道,矿体下部用盲井的联合开拓。当矿体埋藏很深如果采用单一的斜坡道开拓,则斜坡道线路过长,这不仅增加了开拓工程量,而且增大了矿石提运时间,反而限制了斜坡道运输矿石的能力,在这种情况下,可以利用上部斜坡道,下部盲井的开拓方案,
典型案例
图19为森蒂尼尔矿上部用斜坡道,下部用盲竖井联合开拓的系统图,加拿大森蒂尼尔铜矿为一急倾斜厚矿体,矿体倾角为75~85度,矿体走向150米,矿体平均厚度6米,矿石与围岩均很稳固,矿床赋存很深,整个矿床埋藏在湖底下,目前矿山已开拓至-480m水平,矿山日产量为1000t/日。
矿区附近是一休息旅游区,离矿区500m建有飞机场跑道,这要求矿山地面工业场地集中,主要开拓巷道出口必须在湖面安全区之外,在这种情况下,无论采用单一竖井斜井或斜坡道开拓,均不合适,因而该矿采用了斜坡道与盲竖井联合开拓方案,在矿体下盘湖面安全距离之外,布置一直线式斜坡道作为主要开拓巷道,斜坡道倾角25度,长660米,斜坡道掘进至-120米水平落平,在斜坡道内安装1040毫米的胶带运输机,同时布置一条并行于斜坡道的盲斜井与通风井相通,另在通风井相邻处布置一充填井,从-120米水平靠近矿体,下盘围岩中掘进一盲竖井至-480米水平,竖井分为三格,装有一台箕斗罐笼和一台箕斗。用作提升矿石与人员上下,各阶段采下的矿石通过溜矿井进入-480米水平的1600吨矿仓,经过鄂式破碎机破碎后由胶带输送机将矿石送入箕斗装载矿仓,矿石经盲竖井提升到-120米阶段卸入2000吨转载矿仓,再经过斜坡道中的胶带输送机运动地表装载站,由卡车运走。
该矿虽有矿石转载次数多的缺点,但开拓工程量少,开拓巷道布置紧凑集中,地表仅有斜坡道通风井与充填井三个地表出口,且这三个出口基本上位于与斜坡道方向一致的直线上,地表工业设施简单,工业广场占地少,便于管理,是一较合理的开拓方案。