竖井开拓法：地下宝藏的垂直通道——黑金刚播报
发布时间：
2025-06-25
前言
在采矿领域，竖井开拓法是一种极为关键的开拓方式，它指的是从地面向下掘进垂直井筒，以此来开拓矿床。这一方法在整个采矿过程中占据着举足轻重的地位，是实现地下矿产资源高效开采的重要手段。竖井就像是连接地表与地下宝藏的垂直生命线，为人员、设备、材料的运输以及矿石的提升搭建起了关键通道，其重要性不言而喻。
（图片来自慕课东北大学金属矿床地下开采 徐帅、安龙 ）
适用条件剖析
竖井开拓法并非适用于所有的矿体开采场景，它有着特定的适用条件。当矿体赋存在地平面以下，且满足矿体倾角≥45°，或＜15° 而埋藏较深时，竖井开拓法便能发挥其独特优势 。
当矿体倾角≥45° 时，采用竖井开拓，矿石可以借助重力作用较为顺畅地在井筒内实现运输，这极大地提高了运输效率，降低了运输成本。例如，在一些开采急倾斜矿体的矿山中，竖井开拓法能够很好地适应这种陡峭的矿体条件，让矿石快速地从地下深处被提升至地面。像某些金矿的开采，由于其矿体倾角较大，采用竖井开拓后，矿石运输变得高效有序，提升了整个矿山的生产效率。
而当矿体倾角＜15° 且埋藏较深时，其他开拓方法可能会面临诸多难题 。比如斜井开拓法，如果应用在这种情况下，斜井的长度会变得非常长，不仅增加了开拓成本和难度，而且在后期的运输和维护上也会面临巨大挑战。而竖井开拓法在此时就显示出其优势，它能够以相对较短的井筒实现对深部矿体的开采，缩短了运输距离，提高了生产效率。对于埋藏较深的矿体，竖井开拓可以减少水平巷道的长度，降低通风、排水等系统的建设和运营成本。
竖井类型与特点
在竖井开拓法中，竖井依据提升容器的差异，可分为罐笼竖井、箕斗竖井以及混合竖井这三种类型，它们各自有着独特的适用场景和显著特点。
罐笼竖井
罐笼竖井在年产量小于 30 万 t、井深 300m 左右的中小型矿山中应用广泛。它最大的优势就在于其灵活性 。罐笼可以方便地提升人员，为矿山工作人员的上下班提供了安全、便捷的运输方式。对于材料的运输，罐笼也能够轻松胜任，无论是小型的工具、设备零部件，还是建筑材料等，都能通过罐笼顺利地运送到井下各个工作地点。在提升小型矿石量方面，罐笼同样表现出色。它可以根据实际生产需求，灵活调整提升的频率和数量，满足中小型矿山在矿石开采和运输过程中的多样化需求 。在一些小型金属矿山，由于其年产量较低，井深也相对较浅，采用罐笼竖井能够很好地适应矿山的生产规模和开采条件，实现人员、材料和矿石的高效运输。
箕斗竖井
箕斗竖井则在年产量大于 50 万 t、井深大于 300m 的大中型矿山中发挥着关键作用 。这类竖井的核心优势在于其具备强大的提升能力，能够高效地提升大量矿石。箕斗的设计专门针对矿石运输，其容积较大，可以一次性装载较多的矿石，大大提高了矿石的提升效率。在大型煤矿或金属矿山中，每天需要开采和运输大量的矿石，箕斗竖井就成为了实现高效生产的重要保障。通过快速、连续地提升矿石，箕斗竖井能够满足大中型矿山对矿石产量的高要求，确保矿山的生产活动顺利进行，提高矿山的经济效益 。
混合竖井
当矿山的年产量处于 30 - 50 万 t 这个区间时，选择何种竖井类型就需要通过技术经济比较来谨慎决定，而混合竖井在这种情况下展现出了独特的优势 。当开拓深度较大时，建设多个竖井会极大地增加工程成本和施工难度，而混合竖井可以将罐笼和箕斗的功能结合在一个井筒内，减少了井筒的数目，从而降低了开拓工程量和建设成本。在地质条件复杂的区域，如存在断层、破碎带等情况时，减少井筒的数量可以降低施工的风险和难度，提高施工的安全性和效率。混合竖井能够综合罐笼和箕斗的优点，既可以提升人员和材料，又能够高效地运输矿石，为矿山的生产提供了更加灵活、全面的解决方案 。
竖井与矿体相对位置的开拓方式
在竖井开拓法中，根据竖井与矿体相对位置的不同，可分为下盘竖井开拓法、上盘竖井开拓法和侧翼竖井开拓法这三种主要类型，它们各自有着独特的特点和适用场景。
下盘竖井开拓法
下盘竖井开拓法，是指在矿体下盘岩石移动带以外掘进竖井，随后掘进阶段石门，以此通达矿脉。这种开拓方法在实际应用中具有显著的优点。其井筒的保护条件极为出色，由于竖井位于矿体下盘岩石移动带以外，在矿体开采过程中，井筒几乎不会受到开采活动的影响，无需预留保安矿柱。这不仅保障了井筒的安全稳定，使其在长期的开采过程中能够持续可靠地运行，而且避免了因留保安矿柱而造成的矿石资源浪费，提高了资源的回收率。在一些金属矿山的开采中，采用下盘竖井开拓法，井筒历经多年开采依然保持良好状态，为矿山的持续生产提供了坚实保障。
（图片来自慕课东北大学金属矿床地下开采 徐帅、安龙）
然而，下盘竖井开拓法也存在一定的局限性。随着开采深度的不断增加，石门的长度会相应加长。这是因为随着开采深度的加大，从竖井到矿体的距离也在增大，为了连接竖井和矿体，石门就需要不断延伸。当矿体倾角变小时，这种情况会更加明显，下部石门的长度会特别长。石门长度的增加，会导致掘进工程量大幅上升，需要投入更多的人力、物力和时间来完成石门的掘进工作。石门长度的增加还会使运输成本提高，因为矿石需要在更长的石门中运输，增加了运输设备的能耗和维护成本，同时也降低了运输效率。
上盘竖井开拓法
上盘竖井开拓法，是在矿体的上盘岩石移动带以外掘进竖井，之后通过阶段石门通达矿脉。这种开拓方法在某些特定条件下具有一定的适用性。当矿体下盘是高山，而上盘地形平坦时，采用上盘竖井开拓法，能够有效缩短井筒的长度。在山区的一些矿山，下盘地势陡峭，施工难度极大，而采用上盘竖井开拓法，能够充分利用上盘平坦的地形，降低井筒建设的难度和成本。如果上盘有足够的工业场地，生产与生活联系方便，且矿区内部与外部运输条件均好，总运输费用低，那么上盘竖井开拓法也是一个不错的选择。上盘有开阔的场地可以建设选矿厂和其他配套设施，方便矿石的加工和运输，减少了运输环节的成本和时间。当遇到下盘地质条件复杂，不能避开破碎带或流砂层和涌水量很大的含水层时，上盘竖井开拓法可以避免在这些复杂地质条件下建设井筒，降低了施工风险和难度。
（图片来自慕课东北大学金属矿床地下开采 徐帅、安龙）
不过，上盘竖井开拓法也存在一些明显的缺点。由于上盘石门比下盘长，这就造成了初期基建工程量大。在项目建设初期，需要投入大量的人力、物力和资金来掘进长长的石门，这不仅增加了建设成本，还延长了建设时间，导致投产慢。在建设初期，需要采购大量的掘进设备、支护材料，雇佣大量的施工人员，这些都增加了项目的资金压力。较长的建设时间也使得矿山不能及时投入生产，错过市场机会，影响经济效益。而且，上盘竖井开拓法的投资相对较高，这在一定程度上限制了其应用范围。
侧翼竖井开拓法
侧翼竖井开拓法，即将竖井布置在矿体的侧翼，然后掘进井底车场和石门，从而通达矿体。这种开拓方法在特定的条件下能够发挥出独特的优势。当上、下盘地形和岩层条件不利于布置井筒，而矿体侧翼有合适的工业场地，选厂和尾砂库以布置在矿体的侧翼为宜时，侧翼竖井开拓法就成为了一种可行的选择。在一些矿山中，上、下盘的地形复杂，存在断层、破碎带等不良地质条件，无法安全地布置井筒，而矿体侧翼的地质条件相对稳定，有足够的空间建设工业场地，此时采用侧翼竖井开拓法就能够顺利开展矿山建设和生产。当矿体倾角较缓，竖井布置在下盘或上盘时石门都很长时，侧翼竖井开拓法可以避免过长石门的掘进，降低了工程难度和成本。如果矿体沿走向长度小，阶段巷道的掘进时间不长，运输费用也不大，侧翼竖井开拓法也能够很好地适应这种情况。
（图片来自慕课东北大学金属矿床地下开采 徐帅、安龙）
但是，侧翼竖井开拓法也存在一些不足之处。由于井筒布置在矿体侧翼，巷道掘进和井下运输只能是单向的，这就导致掘进速度受到限制。在掘进过程中，设备和人员的通行受到限制，材料和矿石的运输也不够便捷，从而影响了掘进的效率。当矿体倾角变化较大时，侧翼竖井开拓法的适应性较差，可能需要对开拓方案进行调整，增加了开采的复杂性和成本。
竖井开拓法的应用案例
为了更直观地了解竖井开拓法在实际采矿作业中的应用，我们可以通过具体的案例进行深入分析。
弓长岭铁矿中央竖井开拓系统
弓长岭铁矿作为采用竖井开拓法的典型矿山，其中央竖井开拓系统的构建十分完善。该系统涵盖了西北风井扇风机房、斜坡道、矿石溜井、平硐、硐口、扇风机房、破碎硐室、车场石门等多个关键部分。这些部分紧密协作，共同确保了整个矿山开采作业的高效与安全。
在矿石运输方面，中央竖井承担着关键的运输任务，通过竖井，从地下深处开采出来的矿石能够快速、高效地被提升至地表。这一过程大大提高了生产效率，满足了矿山大规模生产的需求。在竖井的提升过程中，采用了先进的提升设备和技术，确保了矿石运输的安全性和稳定性。同时，通过合理规划运输路线和调度运输设备，进一步提高了运输效率，降低了运输成本。
在通风方面，西北风井扇风机房以及其他相关的通风设施共同作用，为井下作业人员创造了良好的工作环境。它们能够有效地排出井下的有害气体，引入新鲜空气，保障了作业人员的身体健康和生命安全。通风系统还能够调节井下的温度和湿度，提高作业人员的舒适度，从而提高工作效率。
该系统还为矿山的进一步扩展提供了便利条件。随着矿山开采规模的不断扩大，原有的开拓系统需要具备一定的扩展性，以满足未来的发展需求。弓长岭铁矿中央竖井开拓系统在设计之初就充分考虑了这一点，预留了一定的扩展空间，使得矿山在后续的发展过程中能够更加顺利地进行扩建和改造。
某铅锌矿上盘中央竖井开拓系统
某铅锌矿地处山区，矿体倾角较缓，且埋藏较深。经过全面且细致的综合评估，该矿山最终决定采用上盘中央竖井开拓法进行开采。这种开拓方法的选择，是基于对矿山实际地质条件和开采需求的深入分析。
由于矿体倾角较缓，采用上盘竖井开拓法能够充分利用重力作用，使矿石在运输过程中更加顺畅，从而降低了运输成本。在运输过程中，矿石可以借助重力沿着特定的运输通道向下滑动，减少了运输设备的能耗和磨损，提高了运输效率。
竖井位于矿体上盘，这一位置优势使得排放井下涌水变得更加便捷。井下涌水是矿山开采过程中需要重点关注的问题之一，如果涌水不能及时排出，将会对矿山的生产和安全造成严重威胁。该铅锌矿通过将竖井布置在上盘，能够更好地利用地形条件，将涌水顺利地排出井下，确保了井下作业的安全。
通过采用上盘中央竖井开拓法，该铅锌矿不仅显著提高了生产效率，还成功降低了生产成本。高效的矿石运输和便捷的涌水排放，为矿山的可持续发展奠定了坚实的基础。在生产过程中，生产效率的提高意味着能够在单位时间内开采更多的矿石，增加了矿山的产量和经济效益。而生产成本的降低，则提高了矿山的市场竞争力，使其在激烈的市场竞争中能够占据更有利的地位。
小结
竖井开拓法作为一种重要的采矿开拓方式，在现代采矿工业中发挥着不可替代的作用。其独特的适用条件，使得在面对特定矿体时，能够展现出其他开拓方法所无法比拟的优势。罐笼竖井、箕斗竖井和混合竖井的多样化类型，满足了不同生产规模矿山的需求，为矿山的高效开采提供了有力保障。
根据竖井与矿体相对位置而划分的下盘竖井开拓法、上盘竖井开拓法和侧翼竖井开拓法，各自适用于不同的地质和地形条件。它们在实际应用中，通过合理的选择和运用，有效地解决了不同矿山在开拓过程中所面临的各种问题，提高了矿山的开采效率和经济效益。
通过弓长岭铁矿中央竖井开拓系统和某铅锌矿上盘中央竖井开拓系统这两个实际案例，我们清晰地看到了竖井开拓法在实际应用中的成功实践。这些案例充分证明了竖井开拓法在提高生产效率、降低生产成本、保障安全生产等方面的显著效果。
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