Question

矿床开采

Answer 1

（一）矿床开采单位的划分

一般矿床都占有较大面积和有丰富的储量，为了有计划地进行开发，常将矿床按矿体赋存条件，由大到小分为若干部分（开采单位），划归相应的采矿企业（生产单位）进行开采。

一般把矿床的分布范围称为矿区，通常划归一个矿务局（或公司）开采。处于同一地质构造、同一成因的全部矿床，称矿田（煤矿则称煤田）。如果矿田规模较大，可划分为若干部分，每一部分由一个矿井（坑口）进行开采，称为井田（图12-1），井田的边界可以是人为边界或自然边界。开采时，还必须把井田分成较小的部分，对倾斜矿层，常沿其倾斜方向按一定标高把矿层分成若干个平行于走向的长条部分，称为阶段（或称中段），其上下分界面称为水平，如0m水平、-50m水平等（图12-2）。当阶段较小时，开采可沿全阶段一次开采；如阶段面积较大，还应进一步划分成n个采区，每个采区沿倾斜布置n个开采工作面，称区段。

图12-1 矿区、矿田、井田划分示意图

图12-2 阶段及分区布置方式示意图

Ⅰ—阶段垂高；Ⅱ—阶段斜长

阶段的开采顺序，一般情况下自上而下进行。

（二）矿床开采方式

矿床开采方式一般为露天开采或地下开采，某些矿床采用两种方式联合开采。

1.露天开采

当矿体埋藏较浅且厚度较大或开采深埋矿床的浅部矿体时，可采用露天方式开采。露天开采是从地面较大面积上直接向深处开掘，一般是把矿层分割为一定厚度的水平分区，由上而下梯状开采，从而形成工作面并采出矿石，其优点是施工简便，采掘能力大、效率高、成本低、劳动环境好。露天开采时直接在地面开挖采矿工程，其总体称为露天采（矿）场（图12-3）。

图12-3 露天采矿场示意剖面图

1—台阶；2—台阶坡面；3—排水沟；4—矿体；5—台阶面坡角

图12-4 地下开采井巷示意图

1—竖井（或称井筒，立井）；2—斜井；3—平硐；4—暗井（盲井）；5—溜井；6—石门；7—矿门；8—溜道；9—上山（道）；10—下山（道）；11—小井；12—露天采矿场；13—光层平巷；14—矿层平巷

2.地下开采

开采埋藏在地下深处的矿产，多采用地下开采方式，即利用各种类型的巷道，使用不同的采矿方法，从地下开采出矿石。地下开采应用的巷道，如图12-4所示。

1）垂直巷道（直立巷道）：①竖井（或称立井），由地面进入地下的大口径井筒，系主要垂直通道；②小井，与地面相通作通风或安全出口或临时提升用的小型竖井，有时也称风井；③暗（盲）井，与地表不直接相通的竖井，主要用于从下水平往上水平提升矿石；④溜井，连接上、下水平，无通往地面出口的竖井，用于自上而下溜放矿石。

2）水平巷道：①平硐，由地面掘进的主要水平巷道；②平巷，沿岩层或矿层走向开挖的水平巷道，分别称岩层平巷或矿层平巷，平巷不直接与地面相通；③石门和矿门，在地下垂直（或斜交）矿体走向，开掘在岩层和矿层中的水平巷道。

3）倾斜巷道：①斜井，在地面掘进的有一定倾角的大口径井筒，是主要倾斜通道；②溜道，在地下自上而下溜矿用的倾斜巷道；③上山（道），在地下沿矿体倾斜向上开掘的巷道，一般位于开采水平运输大巷以上；④下山（道），在地下沿矿体倾斜向下开掘的巷道，一般位于开采水平运输大巷以下。

以上介绍的是单一巷道，采矿生产时则是把各种巷道有机地结合起来综合使用，统称为巷道（坑道）系统，其中，把由一个井筒在地下联结形成的整个井巷系统称为矿井或矿坑。

垂直巷道（竖井）的四壁称帮，下面称底，水平和倾斜巷道的顶称顶板，底称底板，两侧亦称帮，前进开掘的面称工作面或掌子面，采矿工作面也称回采面，回采后的空间称采空区。

（三）矿床开采的步骤

一般分为开拓、采准和回采三个步骤。

图12-5 开拓系统示意图

1）开拓：系指从地面到矿体开掘一系列的井（垂直的）、巷（水平的），建立运输、通风、排水和供水等系统，这些井巷统称为开拓井巷，开拓是采矿的第一个步骤。开拓巷道包括：竖（斜）井筒、平硐、暗（盲）井、石门、阶段平巷、主溜井、井底车场等（图12-5），其中用作提升或运输矿石的称主井（或主平硐），主要用于提升人员、材料、废石或通风的称为副井，多数矿井还开凿有专用的风井。

2）采准：采准就是采矿前的准备工作，其主要任务是对阶段（或称中段）作进一步的分割，开掘采准巷道，把阶段进一步划分为采区或矿壁，创造回采条件，同时作为行人、运输、通风之用。

3）回采：系指从采区或矿壁中大量采出矿石的生产过程。采矿过程完成后即形成采空区。

图12-6 阶段与采区示意图

在采矿初期，开采、采准、回采是依次进行的。投产后，实行“采掘并举，掘进先行”的方针，保证开拓超前采准，采准超前回采（图12-6）。

掘进和回采破坏了自然条件下矿岩的受力平衡状态，巷道周围岩体因之受力不平衡，产生了矿山压力，它可使巷道变形、冒顶、塌落，以致摧毁矿山设备和造成人身伤亡。为安全采矿，应加强对巷道（即对地压）管理，多数情况下是进行支护或采用其他措施。

在巷道中进行的地质、水文地质工作，都要在支护之前进行。

（四）地下采矿方法简介

根据对采空区和地压的不同处理，将地下采矿方法分为以下四类。

1）自然支撑法：在矿石和围岩均较稳定的矿区里，可采用自然支撑采矿法（图12-7）。主要有以下两种方法：①空场法，即对采空区不作处理，主要适用于围岩稳定的薄228矿层；②留矿柱法，在采空区之间保留适当的矿柱支护顶板。

图12-7 自然支撑采矿法采区示意图

1—上阶段水平；2—本阶段水平；3—顶柱；4—底柱；5—间柱；6—上部崩落废石；7—矿房、矿柱界线

2）人工支撑法：即随回采工作面的推进，采用人工的方法（水泥柱、木柱）支撑顶板。

3）充填法：即对采空区用碎石、泥沙（或尾沙、水沙）或水泥进行人工充填。该方法对围岩破坏性小，顶板岩层下落的移动量小，但成本较高，主要适用于条件复杂（如水下采矿等）、价值高的矿床。

4）崩落法：让采空区顶部崩落充填采空区，故对顶板岩层破坏较大，主要适用于围岩不稳定的矿区。在能沟通富水含水层的地段或在城市、地表水体和重要道路桥梁下面，不允许用崩落法采矿。

（五）采空区顶板岩体破坏特征

开采矿体在地下形成采空区，采空区上方顶板岩层失去支撑和平衡，在矿山压力的作用下，会产生变形和破坏，即引起顶部岩体的开裂、塌落和移动，按顶板岩层的破坏程度和形式，可将整个破坏影响区在剖面上分为3个带（图12-8）。

图12-8 顶板破坏分带示意图

（据北京煤炭科学院，1985）

a—不规则冒落；b—规则冒落；c—严重断裂；d—一般开裂；e—微小开裂；f—冒落带；g—裂隙带；h—整体移动带；i—破裂带

1）冒（崩）落带：直接顶板分裂为碎块向下垮落的范围。可分为不规则冒落段和规则冒落段。这一带岩石碎胀，堆积、透水性好，可形成上部地下水或地表水向下灌入的通道，引起突水，一般不允许这一带发展到上部强含水层或地表水体。

2）裂隙带：在冒落带之上大量出现切层、离层的采动裂隙的范围。该带可分为三段：严重断裂段、一般开裂段、微小开裂段。该带裂隙连通性好、透水性强，当该带达到补给水源时，能使矿坑涌水量急剧增加，甚至造成突水。

3）岩层整体移动带：该带位于裂隙带之上，一般表现为地层整体弯曲变形或剪切位移，或带内整体弯曲下落，一般不产生裂隙，不会构成充水通道。