§3 主要开拓巷道比较
既然开拓方法是由主要开拓巷道形式决定的，那么为选择一种技术可行、经济合理的开拓方法，就必须了解各种主要开拓巷道的优缺点。这里就各种主要开拓巷道从掘进费用、掘进速度、投资额、生产能力、运输成本以及其他因素进行比较。一、平硐与竖井比较
（1）平硐掘进费用低。平硐每米工程掘进费用比竖井低得多，且维护费用低。平硐内安装设施简单，不像竖井那样要设钢（木）梁、罐道、声光信号等设施，也不需要专设人行间。生产能力相等的情况下，每米平硐总费用（包括掘、砌和安装费用）还不到竖井的一半；用平硐开拓时的基建工程量少，平硐没有像竖井那样需要复杂的井底车场以及复杂的辅助设施（如摇台或托台、上罐等）；平硐口设置简单，不需要井架和卷扬机房；平硐不需要像竖井那么多的重型设备，所以投资费用低。
（2）平硐设施管理方便，施工条件好。平硐掘砌速度要比竖井快得多。尤其在掘进机械化水平进步较快的今天，如使用凿岩台车、立抓式装岩机等，极大地改善了掘进工作的施工条件和成巷速度，即使是大断面的平巷掘进，其速度也是竖井所不能比的（在同等条件下，平巷成巷速度是竖井建井速度的2～3倍）。因此，用平硐开拓的矿山，系统简单，基建时间短，掘进速度快，可以做到早投产，早见效。
（3）平硐排水费用低。平硐排水靠平硐排水沟自流排出（而竖井需要设专门的排水设施），大大地减少了矿井的排水费用。
（4）平硐运输设备费用低。就ф2000双筒卷扬机价格来说，其费用为同等运输平硐设备的2～3倍。（5）平硐运输费用低。在单位长度内平硐吨矿石的运输费用比竖井低得多，一般仅为提升费用的1/3.（6）平硐通风容易（如单一平硐开拓，在小型矿山，常以自然通风便可以满足生产需要）而且简单。平硐通风费用（按每吨矿石分摊的通风费用）比竖井开拓低。
（7）平硐生产安全可靠，运输远远大于竖井的运输能力，且方便管理，不像竖井提升常有坠罐、矿车坠井等事故。
由于平硐开拓具有较为显著的优点。因此在条件允许的情况下，应尽量采用。二、 竖井与斜井的比较
（1）就基建来说，为开拓同样深度，斜井比竖井长得多，但斜井开拓时，一般倾角均小于矿体最终移动角，因此斜井比竖井的石门长度短得多。尤其是当矿体为缓倾斜时，上述两点更为突出。斜井开拓的井底车场比竖井开拓的车场简单（工程量少且辅助设施少）。但是斜井的长度比竖井长，尤其是矿体倾角较缓时，斜井的长度更长，但是斜井建设速度快。
（2）在提升方面，竖井提升速度快，提升阻力小，提升能力大且提升费用低。斜井不具备这种优点，而且斜井串车提升时矿车容易掉道等，同时提升钢绳磨损较大。
（3）在地压和工程支护方面，斜井承受的地压较大，尤其在岩石不够稳固，服务年限较长，或矿井较深的条件下，因地压问题，常用竖井开拓，这时竖井断面常用圆形。在巷道管理和地压管理方面，竖井有较大的优越性。
（4）在施工方面，竖井较斜井容易实现机械化，但施工设备和辅助设备较多，工作条件差，且要求技术平较高。斜井施工较简单，需要的设备和装备少，一般说来，斜井掘进速度比竖井快。
（5）从井筒装备来看，斜井较简单，造价较低。
（6）在安全方面，竖井提升过程事故较少，而斜井事故较多，如矿车容易因脱轨、脱钩而造成跑车事故。虽然斜井设有安全人道，一旦跑车，撞人等事故常常不可避免的。
（7）在排水方面，斜井的排水管路长，所需水泵能力大，设备费、安装费和修理费较大，同时因摩擦损失消耗的功能较大，需要较多的电能转化，故斜井排水费用比竖井高。
由于斜井在安全、提升能力和机械化水平等方面的缺点，因此本来可以用斜井的开拓方案，也因此放弃斜井而采用竖井。如图20所示的方案，，由于上述因素，都由斜井改为竖井。
但是在中小型矿山和急需投产的矿山，斜井优点更突出，在我国中小型矿山中斜井应用较多，但国外竖井应用广泛。
图20 某矿斜井盲竖井开拓系统纵投影图
图21 图20的横断面图及平面图
下面我们来看一些关于竖井掘进的照片，他们正在进行建井，主副井同时掘进，采用中央对角式开拓，所拍到的照片是主井与副井的掘进，支护等工作，其中主井是赖钢建井公司在施工，拍摄照片时已经掘进达到十米左右，副井是南方的一个公司在掘进，已经达到井下30多米深。如图22～31为华联公司照片。§4 阶段高度的确定
不管用什么方法对矿床进行开拓，主要开拓巷道都是经石门通过中段平巷来与矿体连通的，这就提出了阶段高度问题。在选择中段高度时，应考虑以下因素：
1.矿体勘探类型
勘探类型指矿体沿走向和倾向的连续程度和矿体厚度变化的复杂程度。一般说来，勘探类型越高，矿体越连续且产状越稳定，中段的高度可取高些。因为矿量级别要求是由其相应的工程网度所决定的（如基建近期矿工程），中段高度应考虑矿量级网度来酌定。对那些矿体不连续或矿体分支复合、厚度变化复杂的矿体，则中段高度必须取低些，否则就会因控矿或采准工程对矿体控制不准而产生以下几种后果：
（1）在回采中矿体突然尖灭，备采矿量比预计的减少，使回采工作中途停止，从而影响了采矿或供矿能力，以致影响生产。同时，由于为整个矿房服务的采准和切割已投入，备采矿量的减少使采准切割比增加，从而增加了矿石成本。
（2）在回采过程中，矿体突然变薄（如厚度小于0.8m），而上部中段控制事实上的备采矿量，这样就势必要继续上采，为保证合理采幅，就造成了矿石的大量贫化，降低了矿石品位，增加了金属成本。
（3）在回采过程中，发现矿体局部倾角突然发生变化，使原来布置的底部漏斗负担不了变化后的矿体情况，迫使回采工作停止。如图32所示，原设计留矿法，低部采用双侧漏斗。但上部矿体突然变缓变宽，这时必须采取补救措施。即另设采准工程，另增加漏斗，然后进行回采。但是矿体变得太厚，即使是另设采准工程，也会因采场的暴露面积的增加甚至超过允许范围，而给回采工作带来不安全因素。
对于探矿类型矿体，中段太高有可能使一些中段盲矿体漏掉，因此使本来应该利用的资源白白丢掉。2、矿体厚度和倾角
（如果因矿体薄且倾角较缓（如30o～40o）而选择的是充填采矿法，则按矿体倾角架设的顺路溜矿井将达不到溜矿的目的。若提高顺路矿井的倾角，则溜矿蟛上部或下部只好越出矿体到上盘或下盘时，才能达到要求。）一般说来，矿体中等以上且矿体倾角在中等倾斜以上时，可采用高中段（35～45m）。如矿体不连续，分支复合较多，矿体厚度较小，倾角较缓时，通常采用低中段（25～30m）。§5 主要开拓巷道位置的确定
主要开拓巷道位置是否合理，对矿山的基建施工和未来生产具有深远的影响。就是说，主要开拓巷道位置直接影响基建工程量和施工条件，从而影响了基建投资和基建时间，对未来生产的采矿成本也有影响。因此，正确地确定主要开拓巷位置是矿山企业设计的一个关键问题。
确定主要开拓巷道（竖井或斜井）位置，就是确定其在垂直矿体走向方向的位置和沿矿体走向方向的位置。只要将主要开拓巷道选在矿体移动范围之外，就基本上确定了主要开拓巷道在垂直矿体走向方向的位置。根据矿石运输功最小的原则可以基本确定主要开拓巷道在沿矿体走向的位置，再考虑地表和地下的其他因素，便可以最终确定主要开拓巷道的合理位置。
影响因素
1）有充足的工业场地，能容下有关建（构）筑物、调车场、堆放场地同时应考虑不占和少占农田的要求；2）有选厂距离较短且矿石运输方便，或有较好的外部运输条件，同时根据运输的要求，稍高于选场储矿仓卸矿口的地面水平，以便利于重车下坡运行；
3）有排废石场地，并且保护废石场地安全，避免泥石流，大风扬尘、不要布置在常年主导风向方向，还应少占或不占农田耕地等；
4）有防洪条件（一般高出最大洪峰3m），避免洪水淹井事故，且不受山岭岩石崩塌、雪崩等的影响，我国易门铜矿及东川因民铜矿等有的坑口及有关建筑物位置选择不当，受岩石滚落的威胁较大，既影响安全，
又产生大量粉尘，危害居民健康；
5）有较好的地质条件，尽量避免主要开拓巷道穿过断层、含水层等不利地层，尤其 避开岩溶发育的岩层和流沙层，一般可以通过打检查钻孔等查明地质构造情况，以便更好的确定井巷的位置，方向和支护形式；6）尽量减少开拓工程量，例如改建或扩建矿山应考虑原有井巷和有关建构筑物的充分利用。
7）井巷位置还应考虑地表和地下运输联系方便，应使运输功最小，开拓工程量最小，如果一个选场或冶炼厂位于矿区内，选择井筒位置时应选取最短及最方便的路线向选厂或冶炼厂运输矿石。
8）井筒及平硐位置应尽量位于移动带以外避免压矿，距离移动带的安全距离应大于20米，否则要留设保安矿柱。
一、采空区引起的岩层移动及其对主要开拓巷道的影响
当矿石被采出后，形成采空区，这时原岩体的应力平衡状态受破坏，随后便 有采空区部分及周围岩层地压活动的出现（有时在采空区形成后一个相当长的时间，才出现地压活动），岩石逐渐变形、移动直到陷落。根据采空区的大小以及离地面的深度不同，有的在采空区形成后不长时间，地压活动会出现，迅速波及地表。有的在相隔很长一段时间后，才能影响地表。也有的因采空区容积小，与地表距离较大，将一直不会影响地表。但不管上述的哪种情况，都应引起人们的注意。如一些老矿山，在矿山生产过程中并未出现陷落现象，但在矿山末期，却出现了问题。
采空区上部地表发生崩落和移动的范围，分别叫做崩落带和移动带（图32）。采空区边界与地表崩落带和移动带边界的连线和水平面之间的夹角，分别叫做崩落角和移动角。
崩落角与移动角的大小，与采空区上部岩层的物理机械性质、层理和节理的发育程度、水文地质构造、开采深度以及所采用的采矿方法等因素有直接关系，通常在30o～80o之间。每种岩层和地质条件有其自己的崩落角和移动角。一般说来，矿体上盘岩石移动角小于下盘岩石移动角，矿体走向两端的移动角最大。表7－6为常见的岩石移动角。
地表移动带内区域为危险区，在移动地带内布置的开拓工程或地表永久性建（构）筑物将受到破坏。为确保安全，避免因地表移动而带来的损失，应将主要开拓巷道和其他需要保护的建（构）筑物布置在移动范围之外，并与地表移动带边界保持一定安全距离。
安全距离与建（构）筑物保护等级有关，按规定I级保护建（构）筑物的安全距离为20m，II级保护建（构）筑物的安全距离为10m。矿山各种建（构）筑物的保护等级见表7-7.
表7-6 岩石移动角
垂直矿体走向的岩石移动角
岩石名称
上盘β
第四纪表土、含水中等稳固片岩稳固片岩中等稳固致密岩石稳固致密岩石
45°45°55°60°65°
下盘γ45°55°60°65°70°
角δ45°65°70°75°75°
沿矿体走向的岩石移动
表7-7 地表建（构）筑物保护等级保 护 等 级
Ⅰ
设有提升装置的矿井井筒、井架、卷
Ⅱ
未设提升装置的井筒（充填井、通风
场机房；中央变电所；中央空压机房；索井等次要井筒）；架空索道支架；高压线
道装载站；锅炉房发电厂；铁路干线路基；塔；矿山专用线路；最重要的排水构筑物、车站建筑物；无法排除或泄水的天然水池和人工水池；多层住房；多层公用建筑物（戏院、医院、学校等）
上下水道、水塔、小水池和小河底；矿山行政福利建筑；单层和双层住宅及公用建筑；公路等
移动带的圈定：是根据若干个垂直于矿体走向的地质横剖面图和沿走向的地质纵剖面图，从矿体开采的最低一个水平起（当矿体不规则时，从矿体上、下盘的突出部位起），按各层岩石的不同移动角（矿体的上盘、下盘和端部），分别做直线直到最后与地面相交，然后将矿体上、下盘和端部与地表各交点逐一连线，在地形图上形成一条闭合圈，这便是所要圈定的地表移动带。
如果由于某些条件限制，主要开拓巷道或重要建（构）筑物只能布置在岩石移动带内，为安全起见，必须留有保安矿柱或采用接顶效果较好的胶结充填采矿法。
所谓保安矿柱，就是在主要开拓巷道的周围和其他地表建（构）筑物之下，在服务年限内不予开采的矿石，也就是保护主要开拓巷道和地表建（构）筑物范围内的矿体。留保安矿柱可以在岩石移动带内形成一个不发生移动的安全保护带，使位于其内的构筑物不受岩石移动的影响。
在矿山设计中，主要开拓工程的布置，应以最深开采水平为基准。若矿床采用联合开拓或分期开采，而深部的地质资料（主要指矿体产状要素）了解得比较清楚，不管二期开拓采用何种方案，在确定上部开拓工程位置时，要考虑深部（或二期工程）工程所带来的影响。
参照移动带圈定方法，确定保安矿柱，作图（见金属矿床地下开采P45）
保安矿柱的圈定，是根据构筑物、建筑物的保护等级所要求的安全距离，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。如下图表示一个比较规则的层状矿体保安矿柱的圈定方法。
（1）首先在井口平面图上画出安全区范围（井筒一侧自井筒边起距20米，另一侧自卷扬机房起距20米）。
（2）在此平面图上井筒中心线作一垂直走向剖面Ⅰ－Ⅰ，在这剖面井筒左侧，依下盘岩石移动角γ画移动界线，井筒右侧依上盘岩石移动角β画移动界线。井筒左侧和右侧移动线所截矿层的顶板和底板的点，就是井筒保安矿柱沿矿层倾斜方向在此剖面上的边界点，即点、、A1、B1。
（3）将根据垂直走向剖面Ⅰ－Ⅰ，所画岩层移动线所截矿层的顶板界点和A1 、底板界点和B1，投影在平面图Ⅰ－Ⅰ剖面线上得、、A1、B1各点，这便是保安矿柱在这个剖面倾斜方向上的边界点。用同样方法可求得剖面线上的边界点、、、，及剖面线上的边界点、、、。分别连接顶底板界点便得相应的界线。
（4）同理，根据平行走向剖面画岩层移动线，得所截矿体的顶板界点和、底板界点和、将这些点转绘在平面图的剖面线上得、、、各点，这便是保安矿柱在这个剖面上走向方向的边界点。用同样方法还可求得剖面的边界点、、、，以及剖面的边界点、、、。分别连接顶底板界点便得相应的界线。
（5）将倾斜方向矿柱顶底板界线和走向方向矿柱顶底板界线延长，相交；或在垂直走向方向和平行走向方向多做几个剖面，照上法求得顶底板界点和界线，连接起来，便得整个保安矿柱的界线。
二、按最小运输功确定开拓巷道位置
在确定主要开拓巷道位置时，应使矿床开采过程中的矿石运输费用最低。矿石的地下和地表运输费用与运输量同运输距离的乘积成正比。我们把运输量同运输距离的乘积称为运输功。运输费用的计费依据与运输距离有关，也与井筒位置有关。合理的井筒位置应在矿石的地下与地表运输功之和为最小之处。
为减少运输功，应尽可能使地下与地表之间无反向运输。此外，在使用相同的运输设备而运输距离又相近的条件下，地表运输费用往往低于井下运输费用。利用最小运输功确定主要开拓巷道位置，一般不做定量计算，而只做大概的定性分析即可。
三、主要开拓巷道位置确定方法选择主要巷道位置时的几项要求：
在选择合理位置时，不能将所有影响因素等价进行分析，设计者必须抓住其中的几个主要矛盾进行分析，然后方可得到合理的位置。
图34中，矿床的开拓方法已拟定为下盘竖井开拓。根据井下最小动输功的原则，位置1较合理，1与3处都有很好的排废石场地，且有较理想的工业场地，但若竖井定为位置1则必须形成两翼通风，即两翼均需掘通风井，这样基建工程量大，工期长，同时不利于管理。在确定竖井位置时，这将成为主要矛盾。最后确定在2 掘主竖井，在位置3掘主风井，形成了对角式通风，大大减少了基建工程量和资金，缩短了基建周期。
考虑了上述条件后，主要开拓巷道的位置就确定了。为了解井筒将要穿过的岩层情况，检查是否有利于井筒掘进和维护的因素，一般需要先打得超过10～15m，并超深于井筒3～5m。当主要开拓巷道为斜井时，需要打彼此间距不大于50m，且与井筒垂直的钻孔。在岩性较为复杂的矿田内，打的必要性是显而易见的。如某石棉矿因事先未打工程钻，竖井下掘时遇到一段较厚的破碎带，结果不得不采取特殊办法施工，这不仅拖延了工期，增加了掘进费用，也突破了基建投资概算。§5 中段（阶段）平面开拓设计
中段平面开拓设计是矿床设计的一部分，其主要内容是中段开拓平巷的布置，主要目的是满足矿岩运输、通风、排水和探矿等要求。中段需要开拓一系列的运输巷道及硐室，将矿声与主要开拓巷道（各种掘进的井筒）连接起来，从而形成完整的运输、通风和排水，给井下人员造成良好的工作环境和必要的条件。因此，中段运输巷道布置是否合理，直接影响着井下工人的安全生产和作业条件、开拓工程量、中段的运输能力乃至矿块的生产能力。
中段运输平巷一般有单轨、双轨和环形等形式。一、影响中段运输平巷布置的因素1、中段运输能力
中段运输平巷的布置，首先要满足中段生产能力的要求，即保证能够将矿石完全运至井底车场，其次阶段运输能力应该留有一定的余地，以满足发展（扩大生产）的需要。
2、矿体厚度和矿石围岩的稳固程度
当矿体厚度小于6～8m时，常采用单一沿脉巷道布置；矿体厚度在8m以上，在中小型矿山多采用单一沿脉巷道加穿脉巷道布置；只有极厚矿体，才采用环形巷道布置。中段运输巷道在可能的条件下，应布置在稳固的围岩中，避免在岩性松软吸水膨胀易风化的岩层中，以利于巷道维护，矿柱回采和掘进比较平直的巷道。
3、应贯彻探采结合的原则，中段运输巷道布置既要能满足探矿的要求，又能为今后采矿、运输所利用，这样可以不必另开探矿巷道，节省掘进费用，开拓巷道及采准巷道要起到探矿作用。
4、必须要考虑所采用的采矿方法，包括矿柱回采方法。
例如崩落法一般需要布置脉外巷道，并且要布置在阶段的移动界线以外（10米），以保证下阶段开采时做
冶金行业管理采矿学讲义
