矿床开采的科学规划:盘区、采区划分与开采顺序解析
发布时间:2024-06-29
在采矿工程领域,矿床的高效、安全开采是一项复杂而系统的工作,涉及地质勘查、工程设计、开采技术及环境保护等多个方面。本文旨在深入探讨盘区与采区的定义、划分原则,以及矿床开采的顺序,结合采矿实践中的具体案例,为读者提供一个全面的理论框架和实践指导。
一、 盘区的概念及范围
概念:
盘区是针对特定类型矿床(尤其是水平或微倾斜矿床)中的一种组织划分方式。在高度较小,无法按照传统阶段划分的矿床中,为了便于采矿作业,会采用盘区运输巷道来进一步细分井田。盘区是垂直方向上的基本开采单元,通过盘区运输巷道将矿体分割成若干个便于管理和开采的区域。
在缓倾斜和急倾斜矿田中,我们通过阶段和矿块来把井田里面的矿体进一步的划分。当开采水平和微倾斜矿床的时候,咱们讲水平和微倾斜矿床和内倾角小于5度这么缓,那么在高度上可能连一个阶段都没法划分,所以说再用阶段的概念就不合适了。这时候为了采矿工作的方便,采用盘区运输巷道。将井田进一步的划分成不同的区域,这种区域称为盘区。所以说在垂直方向上,由于它的高度比较小,我们通过盘区运输巷道将井田进一步的划分成盘区。
范围界定:
盘区的边界直接对应于井田的边界,宽度则由相邻两个盘区运输巷道之间的距离来确定,而长度则根据实际采矿需要灵活设定,一般介于10到40米或30到60米之间。盘区内通过回采巷道与相邻盘区相连,这些巷道不仅提供了物流通道,还为盘区之间创造了独立的回采单元,即采区。
盘区是以井田的边界作为盘区的边界,以相邻两个盘区运输巷道之间的距离作为盘区的宽度。长度可以取决于采矿的需要,这是盘区相对的概念。
二、 采区的概念及范围
概念:
采区是在盘区内部,沿矿体走向进一步细分出来的回采单元。每个采区代表了一个独立的开采区域,其划分主要依据与主要开拓巷道的位置关系,分为前进、后退或混合回采模式。采区是直接进行采矿作业的基本空间单位,其设置旨在优化资源的回收效率和作业安全性。
范围界定:
采区的范围受到盘区的限制,其具体界限由盘区的运输巷道和回采巷道共同决定。采区的大小和形状依赖于矿体的形态、地质条件以及所采用的采矿方法。采区内部的开采顺序和方式(如单翼、双翼或侧翼开采)则根据具体的开采技术、矿岩稳定性和经济效益等因素来确定。
三、盘区与采区的区别和联系
区别:
层级关系:盘区是更高一级的组织单位,负责整个垂直方向上的空间划分;而采区是盘区内部的细分,专注于具体的回采作业。
功能定位:盘区主要服务于运输和物流,确保开采出的矿石能够有效运出;采区则聚焦于采矿作业本身,包括巷道掘进、矿石开采和废石处理等。
空间尺度:盘区在垂直方向上覆盖的范围更广,包含多个采区;采区则更为精细,是直接进行采矿操作的局部空间。
联系:
相互依存:盘区为采区的设立提供了基础框架,采区的合理布局和高效运营依赖于盘区的科学划分。
协同作业:盘区和采区共同构成了井田内的开采网络,盘区运输巷道和回采巷道的布局必须相互协调,以确保矿石的顺畅运输和有效开采。
开采顺序:在阶段间或阶段内部的开采顺序规划中,盘区和采区的开采策略需要统一考虑,以实现整个矿床的有序、高效开采。
总的来说,盘区和采区是采矿工程中不可或缺的组织单元,它们通过明确的分工合作,确保了采矿作业的高效执行和矿产资源的最大化利用。在实际操作中,矿企会根据矿床的具体特征和开采条件,灵活调整盘区与采区的划分方案,以适应不同的开采需求和环境要求。
三、阶段间的开采顺序
接下来讲矿床的开采顺序怎么采呢?我们又分三种情况。第一种在我们阶段间的回采顺序,就是我们通过这个阶段的划分,把井田划分成不同的阶段。阶段之间的回采顺序包括两种,一种叫下形式,一种叫上形式。所谓下形式是自上而下进行开采,先采上阶段而后才下阶段,由上而下逐个阶段进行开采。这种情况在生产中一般用的比较多,因为下形式我们前期投入比较小。
比如说我们随着前期探矿的完成,我们就可以决定采矿了。我们的工程就可以先在探明的矿体部分进行施工,宣布和外围的矿体没有探明情况下继续进行探矿。当未来探明之后,再进行延伸,就不需要把工程一步到位。
所以说在我们资金不足的情况下,探矿程度不高的情况下,通常采用下行式。这样一边生产一边资金进行回笼,同时还进一步进行深度探矿,避免浪费。所以下行式的安全条件也比较好,所以我们多用下行式。
上行式恰恰相反,划分成阶段之后,先采下阶段,先采最下面阶段,然后从最下面往上面来回采,叫做上行式。是什么情况用的比较多呢?当地表条件比较差。比如说我们在采矿过程中要进行掘进,掘进有很多废石,你废石要运出地表,可是地表没有地方堆放,那怎么办呢?你要采用上行时的下面踩完之后有采空区,那采空区就直接可以把它废石进行回填了,这种情况用的比较多。
近年来上行式使用有增多的趋势,其原因是什么呢?与现在我们这绿色开采,国家对环保要求比较,严格要求减少对地表中废石的堆放。所以我们提出绿色开采,提出废石不出坑,废石不出坑怎么办呢?你采用“上形式”把有用的东西拿出来之后,把没用的废石直接堆放这个空间里面。所以说这些年来上行时有适用增多的趋势。
小结:
阶段间的回采顺序主要分为“下形式”和“上形式”。下形式即自上而下的开采方式,先开采上层阶段,逐步向下推进,适用于资金紧张、探矿程度较低的情况,因其初始投资较小,且能边生产边进行深度探矿,降低了投资风险。上形式则相反,先开采最下层阶段,逐渐向上回采,尤其适用于地表条件较差的地区,因为它利用采空区回填废石,符合现代绿色开采理念,减少了地表废石堆存,顺应了环保要求的提升。
四、阶段内部的回采顺序
那么阶段内部的回采顺序是怎么样的呢?咱们前面讲了阶段内部是矿块,那么讲矿块之间的回调顺序是怎样的呢?主要是指相对于主要开拓巷道的位置关系,作为位置关系肯定有个相对位置参照谁。所以说我们是参照主要开拓向道的位置,分为前进、后退还是混合。所以前进相对谁前进,后退相对谁后退一定要清楚。
相对你主要的开拓巷道,比如说主井、平硐的位置,以他们作为基准点是前进还是后退,那么前进的开采是什么意思呢?当阶段运输平巷掘进一定距离之后,从靠近主要开拓巷道的位置开始,向井田的边界开始推进,就是从这个主要开拓巷道开始往前走,一边推进一边采矿。具体可以从单翼回采(一边回采),可以双翼回采(两边一起去采),还可以侧翼回采从一头向另外一头回采。所以前进式开采也分为三种,分为单翼、双翼和侧翼。
前进式开采的优点:大家知道一边向前掘进一边采矿,那么你这个矿井基建期就比较短。什么叫基建期比较短?我一向向前施工,一边进行采矿,采矿石就可以销售,就可以资金回笼,所以投产就比较快。缺点大家知道要往前面采巷道,就需要不断的维护,它是增加了巷道维护的费用。
后退是开采是什么概念?当阶段运输巷道一下推到井田边界之后,从井田边界的矿块开始到主要开拓巷道这个位置回依次回采。倒退式开采就需要先把工程都打完,打完之后再开始采矿。这种方式也可以分为双翼、单翼和侧翼回踩。
回退回采的优点:巷道维护费用低,为什么呢?从两端往回退采,采完之后向到它就塌了,不管它了。它的缺点是初期的这个基建时间比较长,你需要把所有的工程打到头才能去投产。
混合式就初期采用前进式,当前的阶段运输平巷掘进完毕后后改一个后退式,这时候就是叫混合式。先前进后面采用后退式,这时候兼顾了两种方式的优点缺点,生产管理比较复杂。所以我们讲前进式也好,回退式也好,混合式也好,需要根据实际生产的情况做选择。在实际生产中大家要注意,只有当矿藏埋藏条件比较简单的时候,矿岩非常稳固,要求尽早在阶段中开展这个采矿工作的时候,我们才采用这个前进式。大部分情况下我们还采用后退式比较好,因为后退式开采优点是还是比较多的。好了,这是我们讲的阶段内的回采顺序。小结:
阶段内部的开采主要围绕矿块展开,其回采顺序取决于与主要开拓巷道的相对位置,可分为前进式、后退式和混合式。前进式从主巷道附近开始,向井田边界推进,优点在于缩短建设周期,快速实现资金回笼,但需持续维护巷道;后退式则是先完成所有巷道工程后再开始开采,虽初期投入大,但后期巷道维护成本低;混合式则结合两者优势,初期前进开采,后期转为后退,灵活性高但管理复杂。选择哪种开采方式需综合考虑矿岩稳定性、埋藏条件及经济因素。
五、相邻矿体间开采顺序
当井田中有多条矿体的时候,我们还存在一个矿体间的开采顺序。所以相邻矿床的开采顺序大家注意,当一个矿体开出来的时候,往往会造成这个矿体附近的围岩发生变形和移动。如果两条矿体相距较近的情况下,分两种情况。第一种,当矿体的倾角小于等于煤岩的崩落角的时候,这时候下盘矿体的开采将会影响上盘矿体的安全。但是反过来说,上盘矿体的开采不会影响下盘矿开采安全。此时候我们就先采上盘矿体后才下盘矿体。第二种情况,当矿体倾角大于围岩的工作角,两条矿体相距较近的情况,不管先采哪条矿体,他们都互相影响。这时候两条矿体就可以同时开采,同时开采就可以减少它们之间的互相影响。
小结:
当井田中存在多条矿体时,开采顺序还需考虑矿体间的相互影响。若下盘矿体的倾角小于等于围岩崩落角,应优先开采上盘矿体,反之,当倾角较大时,两矿体可同时开采以减少相互影响。此外,绿色开采策略强调“废石不出坑”,促使上形式开采的应用日益增多,体现了现代采矿业对环境保护的高度重视。
六、结论与展望
综上所述,矿床的开采是一个涉及多方面考量的复杂工程,正确划分盘区与采区,合理安排开采顺序,是提高采矿效率、降低成本、保障安全并实现可持续发展的关键。随着技术进步和环保标准的提升,绿色开采理念将更加深入人心,推动采矿行业向更加智能化、环境友好型的方向发展。未来,如何在保证经济效益的同时,最小化对环境的影响,将是采矿领域持续探索的重要课题。通过不断优化开采策略,引入新技术新方法,我们有理由相信,采矿活动将更加高效、安全、环保,为社会经济发展贡献更多力量。