选择主要开拓巷道位置时应考虑的因素——黑金刚播报
发布时间:
2025-07-23
引言
在采矿工程领域,开拓巷道的位置选择堪称关键环节,其重要性不容小觑。开拓巷道作为连接地下开采区域与地表的关键通道,是整个采矿作业得以顺畅开展的重要枢纽。它不仅肩负着矿石与废石的运输重任,更是通风、排水、供电等诸多系统的重要依托,对整个采矿作业的效率、成本、安全以及可持续性都有着深远影响。

位置适宜的开拓巷道,能够显著降低矿石的运输成本,提升运输效率,减少能耗。与此同时,还能保障矿井通风良好,降低井下有害气体的浓度,为作业人员创造安全、舒适的工作环境。而倘若开拓巷道的位置选择不当,将会导致运输路线过长、运输难度加大,进而使运输成本大幅攀升,甚至可能引发安全事故,对矿山的正常生产构成严重威胁。因此,在采矿工程设计与实施过程中,深入、全面地考量各种因素,精准、科学地选择开拓巷道的位置,是确保采矿作业高效、安全、经济开展的关键前提,值得我们给予高度重视并深入研究。
地形地质
矿区地形的影响
矿区地形千差万别,山地、平原、丘陵等不同地形地貌,对开拓巷道位置的选择有着显著的限制与要求。在山地地形中,山体的坡度、起伏状况以及山谷、山脊的分布等因素,都需要我们着重考虑。比如,为了有效避免滑坡、泥石流等地质灾害对开拓巷道的威胁,我们必须要远离那些地质条件不稳定的区域。这些区域的岩石可能较为破碎,土体的稳定性较差,一旦遭遇强降雨、地震等因素的影响,就极有可能引发滑坡等灾害,给巷道的安全带来巨大隐患。
与此同时,在山地中选择开拓巷道位置时,还需要充分考虑地形对运输线路的影响。我们要尽可能地使巷道与地表运输线路实现顺畅衔接,减少运输过程中的高差变化和弯道数量,从而降低运输成本,提高运输效率。例如,在山谷地区布置巷道出口时,要确保出口处有足够的空间来布置调车场和堆放场,以便于矿石的装卸和运输。而在平原地区,虽然地形相对平坦,施工难度相对较小,但也需要考虑地下水位、土壤承载能力等因素。如果地下水位过高,可能会导致巷道积水,影响巷道的稳定性和正常使用。因此,在选择巷道位置时,要选择地下水位较低、土壤承载能力较强的区域,以确保巷道的安全和稳定。
地质构造与矿体埋藏条件
地质构造和矿体埋藏条件是影响开拓巷道布置的核心因素。褶皱、断层、节理等地质构造,会使岩石的完整性和稳定性遭到破坏,进而增加巷道施工和维护的难度。在褶皱区域,岩层的弯曲变形可能会导致岩石的受力不均,容易出现岩石破碎、垮塌等现象。因此,在布置巷道时,要尽量避开褶皱的轴部等应力集中区域,选择在褶皱的翼部等相对稳定的部位布置巷道。
断层则是更为复杂的地质构造,它不仅会使岩层发生错动,还可能导致岩石破碎、地下水涌出等问题。如果开拓巷道穿越断层,就需要采取特殊的支护措施和防水措施,以确保巷道的安全。比如,在断层处可以采用加强支护的方式,如增加锚杆、锚索的数量和长度,或者采用混凝土浇筑等方式来加固巷道。同时,还要做好防水工作,防止地下水涌入巷道,影响巷道的正常使用。
矿体的深度、走向、倾角等埋藏条件,直接决定了开拓巷道的布置形式和方向。为了最大程度地减少矿石的损失和贫化,提高采矿效率,巷道的布置必须紧密贴合矿体的形态和赋存规律。当矿体埋藏较深时,可能需要采用竖井开拓的方式,以确保能够顺利到达矿体。而当矿体的走向和倾角发生变化时,巷道的布置也需要相应地进行调整,以保证能够有效地开采矿石。在实际工作中,我们需要通过详细的地质勘探,获取准确的地质构造和矿体埋藏信息,运用先进的技术手段和科学的方法,对巷道布置方案进行优化设计,从而确保开拓巷道的布置既符合地质条件,又能满足采矿生产的需求。
生产与勘探
矿井生产能力与服务年限
矿井生产能力与服务年限在开拓巷道位置选择中扮演着极为关键的角色。不同生产能力和服务年限的矿井,对开拓巷道的要求有着显著差异。
大型长期矿井通常拥有较大的生产规模和较长的服务年限,其开拓巷道的布置必须充分考虑长期稳定性和高效性。这类矿井的开拓巷道往往需要承担大量矿石的运输任务,因此要尽量缩短运输距离,降低运输成本。为了实现这一目标,开拓巷道通常会布置在矿体的中央位置,这样可以使矿石的运输功最小。例如,在一些大型金属矿山中,将竖井布置在矿体中央,通过阶段石门与各开采阶段相连,形成高效的运输网络,大大提高了矿石的运输效率。同时,由于服务年限长,巷道的稳定性至关重要,需要选择在地质条件稳定、岩石坚固的区域,以减少巷道维护的工作量和成本。在一些地质条件复杂的矿区,会采用先进的支护技术和监测手段,确保巷道在长期使用过程中的安全稳定。
相比之下,小型短期矿井由于生产规模较小、服务年限较短,可以在一定程度上简化开拓系统,降低基建成本。对于一些储量较小的小型矿山,可以采用侧翼开拓的方式,利用矿体一侧的地形条件,直接将矿石运输到地面,减少了开拓巷道的工程量。小型矿井的开拓巷道布置相对灵活,可以根据实际情况进行调整,以适应矿体的变化和开采需求。 但在简化的同时,也不能忽视安全和生产的基本要求,要确保巷道能够满足通风、排水等基本功能。
矿床勘探程度的作用
矿床勘探程度是确定开拓巷道位置的重要依据,它直接关系到我们对矿体形态、规模、产状以及地质构造等信息的掌握程度。
当勘探程度不足时,我们对矿体的了解存在诸多不确定性,这就给开拓巷道位置的确定带来了很大困难。在这种情况下,为了降低风险,我们需要预留一定的调整空间。例如,在矿体边界勘探不够精确的情况下,开拓巷道的布置不应过于靠近矿体边界,以免在后续开采过程中发现矿体变化而导致巷道无法使用或需要大量改造。可以适当加大巷道与矿体边界的距离,或者采用一些临时开拓巷道,待勘探工作进一步深入、对矿体有更准确的认识后,再进行永久性巷道的布置。在一些早期勘探的矿山中,由于对矿体的深部情况了解有限,先采用了简单的斜井开拓方式,随着勘探的深入,再根据新的地质资料对开拓系统进行优化和完善。
而当勘探程度过高时,虽然我们对矿体的信息掌握得非常详细,但也可能会因为过于追求精确而导致开拓成本增加。在确定开拓巷道位置时,我们要综合考虑勘探成本与开拓成本的关系,避免过度勘探带来的资源浪费。例如,在一些已经进行了大量勘探工作的矿区,虽然对矿体的每一个细节都了如指掌,但在选择开拓巷道位置时,仍要从经济合理的角度出发,不能仅仅为了满足勘探的精确性而选择成本过高的方案。要在保证安全生产和高效开采的前提下,充分利用已有的勘探成果,选择最优的开拓巷道位置。总之,矿床勘探程度与开拓巷道位置的确定是相互关联、相互影响的,我们要在两者之间找到一个平衡点,以实现矿山的可持续发展。
环境与安全
岩石性质与水文地质
岩石性质与水文地质条件是开拓巷道位置选择中不可忽视的重要因素。不同的岩石性质,如软岩、硬岩等,对巷道的稳定性和施工难度有着显著影响。软岩具有强度低、变形大、易风化等特点,在软岩中掘进巷道,容易出现巷道变形、坍塌等问题,给施工和后期维护带来极大挑战。在一些富含黏土矿物的软岩地层中,巷道开挖后,由于岩石的膨胀性,会导致巷道围岩压力增大,巷道断面缩小,严重影响巷道的正常使用。因此,在软岩地区布置开拓巷道时,需要采用特殊的支护方式,如增加支护强度、采用可缩性支护等,以提高巷道的稳定性。同时,要加强对巷道围岩的监测,及时发现并处理巷道变形问题。
硬岩虽然强度较高,但在节理、裂隙发育的情况下,也会降低岩石的整体性和稳定性,增加施工难度。在硬岩中掘进巷道,可能会遇到岩石破碎、垮落等问题,需要采用合适的爆破参数和施工方法,以减少对岩石的破坏。在一些节理裂隙密集的硬岩矿区,采用光面爆破技术,可以有效控制爆破对围岩的影响,减少岩石的破碎程度。此外,还要根据岩石的性质选择合适的掘进设备,提高施工效率。
地下水的存在同样会对巷道稳定性产生不利影响。地下水可能会软化岩石,降低岩石的强度,增加巷道坍塌的风险。地下水还可能导致巷道积水,影响施工进度和人员安全。在地下水位较高的地区,巷道施工过程中可能会出现涌水现象,如不及时处理,会造成巷道被淹,设备损坏,甚至危及人员生命安全。因此,在选择开拓巷道位置时,要充分了解矿区的水文地质条件,采取有效的防水、排水措施。可以通过设置防水闸门、排水泵站等设施,确保巷道在施工和使用过程中的安全。
地面灾害与洪水位
地面灾害和洪水位是影响开拓巷道安全的重要外部因素。山坡滑坡、山崩和雪崩等地面灾害,可能会直接摧毁开拓巷道及其相关设施,造成严重的人员伤亡和财产损失。在山区采矿时,山体的稳定性至关重要。如果开拓巷道布置在山坡不稳定的区域,一旦发生滑坡等灾害,巷道将被掩埋,导致矿井停产。为了避免这些灾害的影响,在选择开拓巷道位置时,要对矿区的地形地貌进行详细勘察,评估地面灾害发生的可能性。要避开那些容易发生滑坡、山崩的地段,选择地质条件稳定的区域布置巷道。在巷道出口周围设置挡土墙、护坡等防护设施,以增强对地面灾害的抵御能力。
确保井巷出口标高高于历年最高洪水位 3m 以上,是保障开拓巷道安全的重要措施。如果井巷出口标高低于最高洪水位,在洪水来临时,巷道可能会被淹没,导致矿井内的设备损坏、矿石损失,甚至引发瓦斯爆炸等安全事故。在一些河流附近的矿区,洪水的威胁尤为严重。为了满足这一要求,在进行矿山规划时,要充分收集当地的水文资料,准确确定历年最高洪水位。在设计井巷出口时,要根据最高洪水位合理确定标高,并采取相应的防洪措施,如修筑防洪堤、设置排水渠道等,确保洪水不会倒灌进入巷道。同时,要定期对防洪设施进行检查和维护,确保其在关键时刻能够发挥作用。
其他关键因素
避免压矿与留保安矿柱
井筒(或平硐)位置避免压矿是资源合理利用和保障矿山可持续发展的必然要求。若井筒(或平硐)压矿,会导致部分矿体无法开采,造成资源浪费。在一些矿体储量有限的矿山,压矿可能会使矿山的服务年限缩短,增加开采成本,降低经济效益。为了避免压矿,我们要通过精确的地质勘探,确定矿体的准确边界和范围,运用先进的三维建模技术,直观地展示矿体的形态和空间位置,从而为开拓巷道位置的选择提供科学依据。在设计过程中,要严格按照规范要求,确保井筒(或平硐)位于矿体的安全距离之外。
然而,在某些特殊情况下,当井筒(或平硐)无法完全避开矿体时,就需要留设保安矿柱。保安矿柱的留设必须遵循严格的原则,以确保其能够有效支撑顶板,防止围岩移动和垮塌,保障矿井的安全生产。保安矿柱的形状和尺寸应根据矿体的厚度、倾角、岩石性质以及开采深度等因素综合确定。一般来说,保安矿柱的宽度和高度要满足一定的安全系数,以保证其在整个开采过程中的稳定性。
在计算保安矿柱的尺寸时,常用的方法有经验公式法和数值模拟法。经验公式法是根据大量的工程实践经验总结出来的,具有一定的参考价值。根据矿体的厚度和岩石的坚固性系数,可以通过特定的公式计算出保安矿柱的最小宽度。数值模拟法则是利用计算机软件,对矿山开采过程进行模拟,分析不同保安矿柱尺寸下围岩的应力、位移变化情况,从而确定最优的保安矿柱尺寸。通过数值模拟,可以直观地看到保安矿柱在开采过程中的受力情况和变形趋势,为保安矿柱的设计提供更加准确的依据。实际应用中,我们通常会将两种方法结合起来,相互验证,以确保保安矿柱的设计既安全可靠又经济合理。
工业场地与原有设施利用
井巷出口需要足够的工业场地,这是矿山正常生产和运营的基础条件。足够的工业场地能够为布置各种建筑物、调车场、堆放场等提供空间,确保矿山的生产流程顺畅进行。在工业场地内,需要建设选矿厂、机修车间、仓库等建筑物,以满足矿石加工、设备维修和物资储存的需求。调车场则是保证矿石和设备运输高效有序的关键设施,它能够实现车辆的调度、编组和装卸作业。堆放场则用于临时存放矿石、废石等物料,方便后续的处理和运输。如果工业场地不足,将会导致建筑物布置拥挤,调车场和堆放场无法正常使用,从而影响矿山的生产效率和安全。在一些小型矿山中,由于工业场地狭窄,选矿厂和仓库之间的距离过近,导致运输通道狭窄,车辆通行困难,不仅降低了运输效率,还增加了安全隐患。因此,在选择井巷出口位置时,要充分考虑工业场地的需求,确保有足够的空间来满足矿山的生产和运营需要。
在改建、扩建矿山时,充分利用原有设施可以显著降低基建成本,缩短建设周期,提高矿山的经济效益。原有井巷、建筑物和构筑物等设施,经过多年的使用和维护,已经具备一定的基础和条件。如果能够合理利用这些设施,就可以减少新建设施的工程量和投资。在原有井巷的基础上进行延伸或改造,可以避免重新开凿井巷的巨大成本和风险。利用原有建筑物作为办公场所或仓库,也可以节省新建建筑物的费用和时间。为了更好地利用原有设施,我们需要对原有设施进行全面的评估和检测,了解其结构状况、使用性能和安全隐患。根据评估结果,制定合理的利用方案,对原有设施进行必要的改造和升级,使其能够满足新的生产要求。在利用原有井巷时,要对井巷的支护、通风、排水等系统进行检查和维护,确保其安全可靠。同时,还要结合新的开采工艺和设备,对井巷的断面尺寸、坡度等进行优化,提高井巷的运输能力和效率。总之,合理利用原有设施是改建、扩建矿山中实现资源节约和效益提升的重要措施。
小结
综上所述,选择主要开拓巷道位置是一个复杂且关键的决策过程,需要全面考量众多因素。从矿区地形、地质构造和矿体埋藏条件,到矿井生产能力及井巷服务年限,再到矿床的勘探程度,每个因素都对开拓巷道的位置选择有着重要影响。岩石性质与水文地质条件、地面灾害与洪水位等环境安全因素,以及避免压矿、留保安矿柱、工业场地和原有设施利用等其他因素,也都不容忽视。
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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