解锁联合开拓法--黑金刚播报
发布时间：
2025-06-20
一、前言
在矿业开采的广袤领域中，联合开拓法犹如一颗璀璨的明珠，闪耀着独特的光芒。当我们提及联合开拓法时，其定义简洁而有力：根据地形和矿体的赋存条件，将平硐、竖井、斜井、斜坡道开拓法中的两种主要开拓巷道组合起来，用于开拓一个或几个矿体，这便是联合开拓法的核心内涵。
想象一下，在复杂多样的地质环境中，矿体的赋存状态千差万别。有的矿体一部分悠然地躺在地平面以上，仿佛在向人们展示它的存在，而下部却如同神秘的巨人，延伸至地平面以下，隐藏着无尽的宝藏；有的矿体走向漫长，厚度可观，延深也颇为深邃，呈急倾斜的姿态屹立在大地之中。面对如此复杂的矿体赋存条件，单一的开拓方法往往显得力不从心，如同用一把钥匙去开启无数把不同的锁，难以达到理想的效果。
例如，在一些山区，若仅采用平硐开拓法，对于延伸至地平面以下的矿体部分就无法有效开采；而若只用竖井开拓法，对于地平面以上的矿体开采则可能面临成本过高、效率低下等问题。此时，联合开拓法便应运而生，它就像是一位智慧的工匠，巧妙地运用不同的工具（开拓巷道），根据矿体和地形的特点，量身定制出最适合的开采方案，从而实现高效、安全、经济的开采目标。
联合开拓法在矿业开采中的地位举足轻重，它是解决复杂矿体开采问题的关键技术手段。随着矿产资源需求的不断增长以及易开采资源的逐渐减少，越来越多的矿山面临着复杂地质条件下的开采挑战。联合开拓法凭借其能够充分适应各种地形和矿体赋存条件的优势，为这些矿山的可持续发展提供了有力保障。它不仅能够提高矿产资源的回收率，减少资源浪费，还能降低开采成本，提高矿山的经济效益。同时，合理的联合开拓方案还能保障开采过程的安全性，减少事故发生的概率，对保护矿山工作人员的生命安全和生态环境具有重要意义。可以说，联合开拓法的应用与发展，直接关系到矿业的兴衰，是推动矿业进步的重要力量。
二、联合开拓法的主要类型与适用场景
（图片来自慕课东北大学金属矿床地下开采 徐帅、安龙 ）
（一）平硐与井筒联合开拓法
在山岭地区，当矿体呈现出一部分赋存在地平面以上，另一部分延伸到地平面以下的赋存状态时，平硐与井筒联合开拓法便成为了一种行之有效的选择。这种开拓法充分利用了平硐开拓在地形条件允许时的经济简便性，以及井筒开拓对于深部矿体开采的适应性。
以新冶铜矿为例，其采用的便是平硐与盲竖井联合开拓法。在该矿的开拓系统中，地平面以上的矿体部分通过平硐进行开拓。平硐开拓具有诸多优势，每米巷道掘进和支护费用相对较低，掘进速度快，能够高效地将地平面以上的矿石开采并运输出来。而且，平硐可以利用溜井下放矿石和自然排水，无需配备矿石提升设备、排水设备、井架以及井底车场等一系列复杂设施，这大大降低了基建费用和生产经营费用。同时，平硐多采用电机车运输，运输能力大、费用低，且工作安全、简便、可靠。
而对于延伸至地平面以下的矿体，新冶铜矿则采用了盲竖井进行开拓。深部采出的矿石，首先需经盲竖井提升，将矿石从深部提升至平硐水平。盲竖井的存在解决了深部矿体开采的提升难题，使得深部矿石能够顺利地被提升到一定高度。然后，矿石再通过平硐进行转运，最终到达地表。这种联合开拓方式，巧妙地结合了平硐和盲竖井的优点，实现了对整个矿体的有效开采。在一些山岭地区，若矿体均赋存在地平面以下，但受地表地形限制不宜开掘明井筒时，也可采用平硐与盲井筒联合开拓法，通过平硐作为运输通道，盲井筒进行深部开采，从而实现对矿产资源的高效开发。
（二）竖井与盲井联合开拓法
当面临开采深度很大的矿体时，如果仅采用一段竖井提升，会面临诸多挑战。所需提升设备功率过大，这不仅意味着更高的设备购置成本和能源消耗，还对设备的性能和可靠性提出了极高的要求；深部石门过长，会增加矿石运输的距离和成本，降低运输效率，同时也增加了巷道维护的难度和成本。在这种情况下，竖井与盲井联合开拓法就显示出了其独特的优势。
具体而言，当矿体埋藏很深或延深很大，或者深部矿体倾角变缓，致使一段竖井提升发生困难，深部石门过长时，采用竖井与盲井联合开拓是一种明智的选择。上部用明竖井进行开拓，利用明竖井提升速度快、提升能力大、工作安全可靠等优点，承担起上部矿体的开采和提升任务。对于下部矿体，则根据具体的赋存条件，选择用盲竖井或盲斜井进行开拓。若矿体深部偏角变大，延伸向一方侧翼，或者深部发现有盲矿体，通过合理布置盲井，可以更好地适应矿体的变化，实现对深部矿体的有效开采。
例如，某矿山在开采过程中，随着开采深度的增加，原有的竖井提升系统逐渐难以满足需求。经过详细的地质勘探和技术经济分析，该矿山采用了竖井与盲竖井联合开拓法。上部的明竖井继续发挥其高效提升的作用，而下部的盲竖井则针对深部矿体的特点进行布置和施工。这种联合开拓方式，有效地解决了深部矿体开采的难题，提高了矿山的开采效率和经济效益，保障了矿山的可持续发展。
（三）斜井与盲井联合开拓法
当矿体上部倾角缓下部倾角变陡，或者在开采过程中开采深度不断增加，导致上部斜井的提升能力不足，难以满足深部矿体开采的需求，或者由于地压增大，上部斜井的巷道承压能力无法适应深部开采的要求时，斜井与盲井联合开拓法便成为了一种可行的解决方案。
这种开拓法主要有两个方案。其一为斜井与盲竖井联合开拓法，当深部存在盲矿体时，这种方案能够很好地发挥作用。通过上部的斜井进行浅部矿体的开采和运输，利用斜井在开采缓倾斜和倾斜矿床时石门长度较短的优势。而对于深部的盲矿体，则通过盲竖井进行开拓和提升，实现对深部盲矿体的有效开采。
另一种方案是斜井与盲斜井联合开拓法，适用于开采深度很大，用上部斜井无论从提升能力或巷道承压能力方面，均不适宜于继续延深的条件。在这种情况下，改用两条小断面盲斜井代替主斜井往下开拓。小断面盲斜井的布置可以更好地适应深部开采的复杂条件，降低巷道承压，同时也能在一定程度上满足深部矿体的提升需求。例如，某矿山在开采过程中，随着深度的增加，上部斜井的提升能力逐渐无法满足生产需求，且巷道变形严重。经过评估，采用了斜井与盲斜井联合开拓法，成功解决了深部开采的问题，保障了矿山的正常生产。
（四）平硐（或井筒）与斜坡道联合开拓法
在矿山开采中，单一斜坡道开拓虽然具有人员、材料可以直接由地表用汽车运送到工作地点，各种自行无轨设备能够自由通行于采掘工作面、井下车库与地面之间，省去通过井筒时拆装设备和复杂转运工作等优点，从而提高矿山劳动生产率。然而，它也受到无轨自行设备合理运输距离的限制，一般适用于开拓 200 - 300m 以内深度的矿体。
当开采深度超过这一范围时，平硐（或井筒）与斜坡道联合开拓法就成为了一种更为合适的选择。这种联合开拓法可以充分发挥平硐（或井筒）在深部开采中的提升和运输优势，以及斜坡道在无轨设备通行方面的便利性。斜坡道的出口和线路布置十分灵活，能够根据矿山的实际地形和矿体赋存条件进行合理规划。同时，斜坡道便于与井下破碎站或矿仓进行衔接，使得矿石在井下的转运更加高效。例如，在某矿山中，通过平硐与斜坡道联合开拓，斜坡道直接与井下破碎站相连，采出的矿石可以通过无轨设备快速运输到破碎站进行初步处理，然后再通过平硐提升到地表，大大提高了矿石的开采和运输效率，降低了生产成本。
三、联合开拓法的技术要点与实施关键
（一）巷道设计与施工
在联合开拓法中，平硐、竖井、斜井、盲井和斜坡道等巷道各自有着独特的设计要点。平硐作为水平巷道，通常设有 3 - 7‰的坡度，这一坡度设计至关重要。一方面，它能够确保列车在平硐内平稳运行，不至于因坡度问题导致运行困难或安全隐患；另一方面，合理的坡度有利于水流的自然排出，避免平硐内积水影响生产作业 。平硐的断面尺寸则需依据运输设备的类型和数量、通风要求以及行人需求等多方面因素来综合确定。例如，若采用大型电机车运输，平硐的断面尺寸就需要足够大，以保证电机车能够安全、顺畅地通行，同时还要预留一定的空间用于通风管道和行人通道的设置。
竖井的设计则更为复杂，其深度需精确根据矿体的埋藏深度来确定，确保能够准确地到达矿体位置。直径的设计要充分考虑提升设备的选型和提升能力，如采用箕斗提升时，需要根据箕斗的尺寸和提升量来确定竖井的直径，以满足矿石提升的需求。同时，竖井的垂直度要求极高，在施工过程中必须严格控制偏差，否则会影响提升设备的正常运行，甚至可能引发安全事故。
斜井的倾角和长度设计直接关系到提升效率和运输成本。倾角的选择要综合考虑矿体的倾角、提升设备的性能以及施工难度等因素。一般来说，当矿体倾角较缓时，斜井的倾角也应相应较小，以减少提升设备的功率消耗和钢丝绳的磨损；而当矿体倾角较陡时，斜井的倾角则可适当增大，但也要确保提升设备的安全运行。斜井的长度则需根据矿体的赋存情况和开拓方案来确定，过长的斜井会增加基建成本和运输难度，过短则无法满足开采需求。
盲井的位置和深度确定同样需要精准的地质勘探和详细的开采规划。盲井通常用于深部矿体的开采，其位置应选择在能够有效开采深部矿体且便于与其他开拓巷道连接的地方。深度则要根据深部矿体的具体位置来确定，以确保能够顺利地将深部矿石提升到合适的水平。
斜坡道的坡度和断面尺寸设计则主要考虑无轨设备的通行需求。坡度一般较小，以方便无轨设备的上下行驶，同时要保证车辆在行驶过程中的稳定性和安全性。断面尺寸要能够容纳无轨设备的通行，并预留一定的空间用于通风和行人。
不同的地质条件对巷道施工技术提出了严峻的挑战。在岩石破碎的区域，巷道掘进难度大增，施工过程中极易出现岩石坍塌等安全事故。因此，需要采用特殊的掘进方法，如超前支护掘进法，即在掘进前先对巷道周围的岩石进行支护，然后再进行掘进作业，以确保施工安全。支护方式的选择也至关重要，常见的有锚杆支护、锚索支护、喷射混凝土支护以及联合支护等。锚杆支护通过将锚杆锚固在岩石中，提供一定的锚固力，防止岩石松动和坍塌；锚索支护则适用于岩石破碎较为严重的区域，通过锚索的强大拉力来稳定岩石；喷射混凝土支护能够及时封闭岩石表面，防止岩石风化和剥落；联合支护则是将多种支护方式结合起来，发挥各自的优势，以达到最佳的支护效果。在实际施工中，需要根据地质条件、巷道用途和服务年限等因素，综合选择合适的支护方式，确保巷道的稳定性和安全性。
（二）提升与运输系统规划
在联合开拓法中，深部采出的矿石需要经过一系列复杂的流程才能最终到达地表。以平硐与盲竖井联合开拓法为例，深部采出的矿石首先要经盲竖井提升，盲竖井就像是一条通往地下宝藏的垂直通道，将矿石从深深的地下提升至平硐水平。在这个过程中，提升设备的选型至关重要。罐笼和箕斗是常见的提升容器，罐笼具有多功能性，不仅可以用于提升矿石，还能用于运输人员和设备，在一些需要频繁运输人员和设备的矿山中应用广泛；而箕斗则以其大容量、高效率的特点，成为矿石提升的首选，尤其在大型矿山中，能够快速、大量地将矿石提升到指定水平。
当矿石被提升至平硐水平后，便进入了平硐转运环节。平硐作为连接地下与地表的重要通道，承担着将矿石运往地表的重任。在平硐运输中，电机车是常用的运输设备，其运输能力大、费用低，能够高效地将矿石运输到地表。同时，为了提高运输效率，还可采用皮带运输机等连续运输设备，实现矿石的不间断运输。皮带运输机具有运输量大、运输速度快、运行稳定等优点，能够大大提高矿石的运输效率，降低运输成本。
运输系统的优化对于提高矿山生产效率和降低成本具有重要意义。在运输线路的规划上，应尽量缩短运输距离，减少运输环节，避免出现迂回运输和重复运输的情况。同时，要合理安排运输设备的运行时间和运行顺序，提高设备的利用率，降低设备的能耗。例如，可以采用智能调度系统，根据矿石的产量、运输需求和设备的运行状态，实时优化运输线路和设备调度，实现运输系统的高效运行。
（三）安全与通风保障措施
通风系统对于矿山开采的安全至关重要，它就像是矿山的呼吸系统，为井下作业人员提供新鲜空气，排出有害气体和粉尘。通风方式主要有压入式、抽出式和混合式三种。压入式通风是将新鲜空气通过风机压入井下，使井下空气压力高于外界大气压，从而将有害气体和粉尘排出井外；抽出式通风则是通过风机将井下的有害气体和粉尘抽出井外，使井下空气压力低于外界大气压，新鲜空气自然流入井下；混合式通风则是将压入式和抽出式通风结合起来，发挥两者的优势，在一些大型矿山或通风条件较为复杂的矿山中应用广泛。
通风设备的选择应根据矿山的规模、开采深度、通风阻力等因素来确定。主要通风机是通风系统的核心设备，其功率和风量要能够满足矿山的通风需求。在选择主要通风机时，要考虑风机的性能、可靠性和节能性等因素。同时，还需要配备相应的通风管道和通风构筑物，如风门、风桥、风墙等，以确保通风系统的正常运行。通风管道的材质和直径要根据通风量和通风阻力来确定，确保通风效果良好；风门、风桥、风墙等通风构筑物则用于控制风流的方向和风量，保证各作业地点有足够的新鲜空气供应。
除了通风系统，矿山开采还面临着诸多安全风险，如火灾、水灾、瓦斯爆炸等。因此，必须采取一系列有效的安全保障措施。在防火方面，要加强对井下电气设备的管理，定期检查和维护电气设备，防止电气设备短路、过载等引发火灾。同时，要严格控制井下明火的使用，禁止在井下吸烟和使用明火取暖。在水灾防治方面，要加强对矿山水文地质条件的勘探和监测，提前制定防治水方案。对于可能存在的涌水区域，要采取堵水、排水等措施，确保井下作业安全。在瓦斯防治方面，要加强对瓦斯的监测和管理，安装瓦斯监测传感器，实时监测井下瓦斯浓度。当瓦斯浓度超过规定值时，要及时采取通风、瓦斯抽采等措施，降低瓦斯浓度，防止瓦斯爆炸事故的发生。
四、联合开拓法的优劣势剖析
（一）优势尽显
联合开拓法在应对复杂地形和矿体赋存条件方面展现出了卓越的适应能力。在实际的矿山开采中，地形和矿体的情况千变万化，单一的开拓方法往往难以满足所有的开采需求。联合开拓法通过巧妙地组合不同类型的开拓巷道，能够根据具体的地形和矿体赋存条件，量身定制出最适合的开采方案。在山岭地区，当矿体一部分赋存在地平面以上，另一部分延伸到地平面以下时，平硐与井筒联合开拓法就能够充分发挥平硐开拓在地表部分的经济优势和井筒开拓在深部矿体开采的适应性，实现对整个矿体的有效开采。这种高度的适应性，使得联合开拓法能够在各种复杂的地质条件下顺利开展开采工作，大大拓宽了矿山开采的范围和可行性。
从开采效率和成本控制的角度来看，联合开拓法也具有显著的优势。通过合理选择和组合开拓巷道，可以优化矿石的提升和运输流程，提高开采效率。在竖井与盲井联合开拓法中，上部用明竖井进行开拓，利用其提升速度快、提升能力大的优点，能够快速地将上部矿体的矿石提升到地表；下部用盲竖井或盲斜井进行开拓，针对深部矿体的特点进行布置，确保深部矿石的顺利开采和提升。这样的组合方式，避免了单一竖井提升在深部开采时可能面临的提升设备功率过大、深部石门过长等问题，提高了开采效率，同时也降低了能源消耗和设备维护成本。合理的联合开拓方案还可以减少不必要的巷道掘进和设备购置，降低基建成本和运营成本，提高矿山的经济效益。
在资源回收率方面，联合开拓法同样表现出色。由于它能够更好地适应矿体的赋存条件，减少了保安矿柱的留设。保安矿柱的留设虽然是为了保障矿山开采的安全，但也会导致一部分矿产资源无法被开采，造成资源的浪费。联合开拓法通过精准的巷道布置和开采方案设计，最大限度地减少了保安矿柱的数量和规模，使得更多的矿产资源能够被开采出来，提高了资源回收率。这对于缓解我国矿产资源短缺的现状，实现矿产资源的可持续利用具有重要意义。同时，提高资源回收率也意味着减少了对新矿山的开发需求，降低了对环境的破坏，有利于生态环境保护。
（二）挑战与不足
尽管联合开拓法具有诸多优势，但它也面临着一些挑战和不足。其中，掘进工程量大是一个较为突出的问题。由于联合开拓法需要采用两种或两种以上的主要开拓巷道，这就意味着需要掘进更多的巷道。不同类型的巷道在设计、施工和支护等方面都有各自的要求，这增加了施工的复杂性和难度。平硐、竖井、斜井等巷道的施工工艺和技术要求各不相同，施工过程中需要不断地调整施工方案和设备，这不仅增加了施工的时间和成本，还可能导致施工质量的不稳定。大量的掘进工程还会产生大量的废石，这些废石的处理和堆放也是一个需要解决的问题，处理不当可能会对环境造成污染。
建设周期长也是联合开拓法的一个不足之处。复杂的掘进工程和施工工艺，使得联合开拓法的建设周期相对较长。在建设过程中，需要进行详细的地质勘探、方案设计、施工组织等工作，每一个环节都需要耗费大量的时间和精力。而且，由于涉及多种开拓巷道的施工，不同巷道之间的衔接和协调也需要精心安排，一旦出现问题，就可能导致工期延误。建设周期长不仅会增加资金的占用时间和成本，还会影响矿山的早日投产和收益，对于一些急需矿产资源的企业来说，可能会造成一定的经济压力。
设备投资和运营成本高也是联合开拓法需要面对的问题。为了满足不同开拓巷道的提升和运输需求，需要配备多种类型的设备。在平硐与盲竖井联合开拓法中，需要配备盲竖井提升设备和平硐运输设备，这些设备的购置成本本身就较高。而且，不同设备的维护、保养和更新也需要投入大量的资金和人力。设备的运行还需要消耗大量的能源，这进一步增加了运营成本。对于一些小型矿山企业来说，高昂的设备投资和运营成本可能会超出其承受能力，限制了联合开拓法的应用。
联合开拓法对技术要求高，管理难度大。由于涉及多种开拓巷道和复杂的开采工艺，需要专业的技术人员进行设计、施工和管理。技术人员需要具备丰富的矿山开采知识和经验，熟悉各种开拓巷道的特点和施工技术，能够根据不同的地质条件和矿体赋存情况制定合理的开拓方案。在管理方面，需要协调不同施工队伍和设备之间的工作，确保施工进度和质量。还需要对设备进行有效的维护和管理，保障设备的正常运行。如果技术人员的专业水平不足或者管理不到位，就可能导致开采过程中出现安全事故、设备故障等问题，影响矿山的生产和效益。
五、小结
联合开拓法作为一种应对复杂地形和矿体赋存条件的高效采矿方法，在现代矿业中占据着举足轻重的地位。通过将平硐、竖井、斜井、斜坡道等不同类型的开拓巷道进行有机组合，联合开拓法能够精准地适应各种复杂的地质环境，实现对矿产资源的高效、安全、经济开采。
从概念和背景来看，联合开拓法是在单一开拓方法难以满足复杂矿体开采需求的背景下应运而生的。随着矿产资源开采的不断深入，越来越多的矿山面临着复杂的地形和矿体赋存条件，联合开拓法的出现为这些矿山的可持续发展提供了有力保障。
在主要类型与适用场景方面，联合开拓法涵盖了平硐与井筒联合开拓法、竖井与盲井联合开拓法、斜井与盲井联合开拓法以及平硐（或井筒）与斜坡道联合开拓法等多种类型。每种类型都有其独特的适用条件，平硐与井筒联合开拓法适用于矿体一部分赋存在地平面以上，另一部分延伸到地平面以下的情况；竖井与盲井联合开拓法适用于开采深度很大的矿体；斜井与盲井联合开拓法适用于矿体上部倾角缓下部倾角变陡等情况；平硐（或井筒）与斜坡道联合开拓法适用于开采深度超过单一斜坡道开拓范围的矿体。
技术要点与实施关键是联合开拓法成功应用的关键所在。巷道设计与施工需要充分考虑不同巷道的特点和地质条件，确保巷道的稳定性和安全性；提升与运输系统规划要合理选择提升设备和运输方式，优化运输线路，提高运输效率；安全与通风保障措施则是保障矿山安全生产的重要环节，通风系统要确保井下空气的新鲜和有害气体的排出，同时要采取有效的安全措施，预防火灾、水灾、瓦斯爆炸等事故的发生。
联合开拓法具有显著的优势，它能够高度适应复杂地形和矿体赋存条件，提高开采效率，降低成本，提高资源回收率。然而，它也面临着一些挑战和不足，如掘进工程量大、建设周期长、设备投资和运营成本高、技术要求高、管理难度大等。
注：文章部分内容参考了 慕课东北大学金属矿床地下开采 徐帅、安龙 的课件
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