干货整理！地下矿山基本知识

一、开拓系统

（一）矿床开拓的基本概念

矿床开拓是为开采地下矿床从地面向地下开掘一系列的井筒、硐室、巷道以通达矿体的地下工程总称。其目的在于形成运输、提升、通风、排水、供电、供水、输送压气以及采场充填等系统，以满足采矿工艺过程的需要。形成开拓系统的井巷主要有平硐、竖井、斜井、斜坡道、各类盲井、石门、马头门、主要运输平巷、主溜井、主充填井、主回风巷、风井、井底车场及各种主要硐室等。开拓巷道名称如图3-1所示。

The development of a mineral deposit refers to the underground engineering activities involving the excavation of a series of shafts, tunnels, and chambers from the surface to access the underground ore body. The purpose of this is to establish systems for transportation, lifting, ventilation, drainage, power supply, water supply, compressed air delivery, and stope backfilling, in order to meet the needs of the mining process. The main types of shafts that form the development system include horizontal tunnels, vertical shafts, inclined shafts, ramps, various blind shafts, stone gates, head gates, main transport tunnels, main chutes, main filling shafts, main return air tunnels, air shafts, bottom terminal yards, and various main chambers. The names of the development tunnels are shown in Figure 3-1.

图3-1中，凡属于用来运输、提升矿石的井巷，不管有无地表出口，如主平硐、提升井筒、主斜坡道、盲竖井、盲斜井等，均称为主要开拓巷道而其他开拓巷道，如通风井、溜矿井、充填井、井底车场、阶段运输巷道等，在开采矿床时只起辅助开拓作用，称为辅助开拓巷道。

为开拓矿床而在一定空间内所布置的主要开拓巷道和辅助开拓巷道体系，称为矿床的开拓系统。一个独立、完整的开拓系统应能在井田范围内实现运输、提升、通风、排水、供电、供风、供水及行人等全部目的，并至少有两个独立的通地表的安全出口。

图3-2为竖井开拓系统示意图。它在井田中央布置主井、副井，两翼布置通风井；通过井底车场、石门、阶段运输平巷，建立起地表与矿体之间的联系。矿石通过溜井下放至破碎碉室，转经箕斗提升至地表人员、材料、设备及废石提升则通过副井运行。全井田通风采用对角式通风系统，由副井进风，两翼风井出风。井底车场起着连接竖井提升和阶段运输之间的交通枢纽作用。

完成这套开拓系统的整个工程，称为开拓工程。选用何种类型的主要开拓巷道进行开拓及开拓巷道在矿床内的布置方法，称为开拓方法。

（二）矿床开拓方法分类

矿床开拓方法，既包含选择主要开拓巷道的类型，又包括对选定的主要开拓巷道在矿床内进行合理的布置。因此，设定主要开拓巷道在矿床开拓中就显得极为重要。设定的正确与否，不仅直接影响到矿井的生产能力和生产的安全，而且还直接影响到开拓工程量、基建投资以及矿井的建设期限。

矿床开拓方法一般是依照所选用的主要开拓巷道类型来命名的。由于矿床赋存条件的多样性、地表地形条件的复杂性，能被用来选择的矿床开拓方法种类很多，其中有一些随着采矿技术的发展被逐渐淘汰，而另一些则随着无轨设备的广泛使用正在兴起。

根据开拓系统中所用的主要开拓巷道数目，地下矿床开拓方法可以概括为两大类单一开拓法和联合开拓法。凡用一种主要开拓巷道开拓整个井田，称为单一开拓法；如果用两种或两种以上的主要开拓巷道开拓井田，包括矿床上部用一种主要开拓巷道，下部用另一种主要开拓巷道，则称为联合开拓法。

两大类开拓方法中，又可按主要开拓巷道的类型及与矿体的位置关系，划分为各种不同的开拓方法和方案。具体分类情况见表3-1。

（三）矿床开拓方案的选择

在矿山设计中，选择矿床开拓方案是总体设计中十分重要的内容，包括确定主要开拓巷道和辅助巷道的类型、位置、数目等。

1.开拓方案选择的基本要求

矿床开拓是矿床开采的一个主要问题，它往往决定整个矿山企业建设的全貌，并与矿山总平面布置、提升运输、通风、排水等一系列问题有密切的联系。矿床开拓方案一经选定并施工之后，很难改变。为此，选择矿床开拓方案需满足下列基本要求。

（1）确保工作安全，创造良好的地面与地下劳动卫生条件，具有良好的提升、运输、通风、排水等功能。

（2）技术上可靠，并有足够的生产能力，以保证矿山企业均衡地生产。

（3）基建工程量最少，尽量减少基本建设投资和生产经营费用。

（4）确保在规定时间内投产，在生产期间能及时准备出新水平。

（5）提高资源利用率，减少矿石损失。

（6）与开拓方案密切关联的地面总布置，应不占或少占农田。

2.开拓方案选择的影响因素

（1）地形地质条件、矿体赋存条件，如矿体的厚度、倾角、偏角、走向长度和埋藏深度等。

（2）地质构造破坏，如断层、破裂带等。

（3）矿石和围岩的物理力学性质，如坚固性、稳固性等。

（4）矿区水文地质条件，如地表水（河流、湖泊等）、地下水、溶洞的分布情况。

（5）地表地形条件，如地面运输条件、地面工业场地布置、地面岩体崩落和移动范围，外部交通条件、农田分布情况等。

（6）矿石工业储量、矿石工业价值、矿床勘探程度及远景储量等。

（7）选用的采矿方法。

（8）水、电供应条件。

（9）原有井巷工程存在状态。

（10）选厂和尾矿库可能建设的地点。

二、采矿方法

地下采矿是在采区（或矿块）中进行回采作业。通常将采区再划分为矿房和矿柱，一般是先采矿房，再回收矿柱。采矿方法是开采采区（矿块）矿石的方法，它包括采准、切割及回采3项工作。

（一）采矿方法的分类

由于矿床埋藏条件复杂，矿岩性质变化大以及其他原因，应用的采矿方法种类繁多。根据回采时地压管理方法，地下采矿方法归纳为三大类空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法。

1.空场采矿法

空场采矿法由于主要依靠围岩自身的稳固性和留下的矿柱来管理地压，因此一般适用于矿岩稳固的矿体开采。其基本特点是除沿走向布置的薄和极薄矿脉以及少量房柱法外，矿块一般划分为矿房和矿柱两步骤回采，先采矿房，后采矿柱矿房回采过程中留下的空场暂不处理并利用空场进行回采和出矿等作业；矿房开采结束后，根据开采顺序的要求，在空场下进行矿柱回采根据所用采矿方法和矿岩特性，决定空场内是否留矿柱及其矿柱形式。

空场采矿法具体形式很多，但应用较为广泛的是房柱法（全面法）、留矿法、分段凿岩阶段矿房法和阶段凿岩阶段矿房法。图3-3为房柱法示意图。

2.崩落采矿法

与空场法和充填法利用围岩本身稳固性和矿柱或充填体支撑顶板岩层、被动管理地压不同，崩落法是通过有计划地强制或自然崩落围岩，消除地压存在和产生的根源，主动管理地压。其主要特点是随采矿工作面的推进，有计划地强制崩落，或借助自然应力崩落采场顶板或两帮围岩，充填采空区，以控制和管理采场地压。

崩落采矿法能实现单步骤回采矿块，消除回采矿柱时安全条件差、损失与贫化大的弊端。但其首要使用前提条件是地表允许陷落，而且由于放矿是在覆盖岩石下进行的，损失与贫化率较高，因此，一般适应于价值不高的矿体或低品位矿体的回采。随着环保问题日益受到重视，该类采矿方法使用比重有越来越小的趋势。国内外常见的崩落法回采方案包括3类有底柱分段崩落法、无底柱分段崩落法和自然崩落法。有底柱分段崩落法如图3-4所示，无底柱分段崩落法如图3-5所示。

3.充填采矿法

在回采过程中，按照回采工艺的要求，用充填料回填采空区的采矿方法称为充填采矿法。根据矿床开采技术条件和所采用的回采方案的不同，充填料可以是分次或一次充入采空区。前者称为分层充填，后者称为嗣后充填或事后充填。

充填的目的是支护岩层，控制采场地压活动防止地表沉陷，保护地表地物提供继续向上回采的工作平台（类似于留矿法功能）改善矿柱受力状态（由单轴受压变为三轴受压），保证最大限度地回收矿产资源保证安全回采有内因火灾危险的高硫矿床控制深井开采岩爆，将低深部地温保证露天、地下联合开采时生产的安全处理固体废料，保护环境。

由于充填采矿法能够最大限度地回收矿产资源，保护地下、地表环境，特别是近些年来，随着充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步，充填采矿法在有色金属矿山和贵重金属矿山开采中得到广泛应用。随着充填成