地下采矿的矿产开采单元划分的详细探讨

发布时间:2024-08-27

地下采矿的矿产开采单元划分的详细探讨

引言

在地下采矿领域，矿床开采单元的合理划分是实现矿产资源高效、有序开采的基石。随着采矿技术的不断进步和矿产资源需求的日益增长，对开采单元的划分提出了更为精细和科学的要求。矿体或矿藏是规模较大的矿石聚集体，其储量动辄数十万吨，甚至数亿吨，延展规模小则数百米，大则数公里。因此，为了实现矿产资源的有序合理化开采，必须将矿体或矿藏划分为不同的勘察单元，并根据合理的勘察顺序对单元进行逐步回采作业。本文将对矿田与井田、矿块与采区的划分进行了深入剖析，旨在为采矿工程师和相关研究人员提供参考和借鉴。

一、矿田与井田的划分

1.1 矿田的定义与意义

矿田，作为矿山企业开采活动的核心区域，指的是一个矿山企业开采的所有或部分矿床范围。矿田的规模大小直接反映了矿山企业的生产能力和资源储量。对矿田的合理规划和划分，不仅关乎到矿产资源的有效利用，还直接影响到矿山企业的经济效益和社会效益。

1.2 井田的概念与划分依据

井田，则是在矿产企业中划归一组矿井或坑口开采的所有或部分矿田。井田的划分是矿山可行性研究及初步设计阶段必须确定的重大问题之一。其划分依据主要包括以下几个方面：

• 企业规模与环境因素：企业规模的大小直接影响井田的范围。同时，企业和外围的环境因素，如地形、地貌、交通条件等，也是井田划分时需要考虑的重要因素。

• 矿床勘察程度：由于矿产勘探的复杂性和不确定性，井田的划分需要留出一定的余地，以应对未来可能发现的矿体或矿藏。

• 矿床赋存特征：包括矿体的走向、长度、倾向和倾角等，这些特征直接影响井田的开采顺序和方式。

• 地表地形条件：地表的地形条件是否允许布置多个井田，也是井田划分时需要考虑的因素之一。

• 矿山生产能力：矿山的生产能力决定了井田的数量和规模。如果一个井田无法满足生产能力，就需要分成多个井田进行开发。

1.3 矿田与井田的关系

矿田与井田之间既有联系又有区别。通常情况下，矿田大于或等于井田。在某些情况下，矿田可能等于一个井田；而在更复杂的矿山中，矿田可能包含多个井田。这种关系体现了矿山开采的复杂性和多样性。

通过图A，我们可以看到矿田等于井田A；而图B则有两组井田，即B包括1井田和2井田。通过这些图，我们可以了解到矿田有时等于井田，有时不等于井田。通常情况下，矿田大于或等于井田。例如，湘西金矿有两个坑口，一个是沃溪坑口坑口和鱼儿山坑口。井田的划分及其范围的确定是矿山可行性研究及初步设计阶段必须确定的重大问题。只有井田范围确定后，后续的开拓工程、地表工业场地布置等总图设计才能够继续进行。

二、矿块与采区的划分

矿块与采区是最小的独立回采单元。那么在什么情况下划分矿块，又在什么情况下划分采区呢？针对缓倾斜、倾斜或急倾斜矿体时，我们通常将井田进一步划分为阶段和矿块。首先，我们来了解一下什么是阶段。在井田中，每隔一定垂直距离掘进与矿体走向一致的运输巷道，把井田在垂直方向上划分为若干矿段，这些矿段就称为阶段。我们以这张图来进行说明。这张图说明了矿体从上至下划分为一阶段、二阶段、三阶段、四阶段，底下还有五阶段、六阶段。每个阶段的距离是以运输巷道的底板到上一个运输巷道的底板之间的垂直距离。

阶段高度通常以所在水平的标高来表示，例如-1200米中段，实际上它的标高水平为1200米。其大小取决于以下几个因素。首先，矿体的赋存特征是一个重要因素。例如，矿体的倾角，矿体的倾角越大，其高度也会越大；矿体倾角越小，其终端高度也就越小。其次，矿岩的物理性质，尤其是矿岩的稳固性，也是影响阶段高度的重要因素。稳固性越大，阶段高度的值也就越大。最后，所采用的开拓方法和操作方法也会影响阶段高度的取值。例如，充填采矿法和空场采矿法对阶段高度的影响就不同。在空场采矿法中，采矿床的空气高度很大，因此阶段高度越大意味着空气的体积会越大；而在充填采矿法中，空气高度的影响较小。因此，不同的开采方法和开拓方法也会影响阶段高度的取值。

一般来说，矿柱的回采难度比矿房的回采难度大，条件也差。如果矿柱越多，对矿石的回采率和回收率的影响就越大。因此，阶段高度越大，矿柱的数量就越少。第五个因素是矿床的勘探程度和矿体的形态变化程度。如果矿体的勘探程度越详细，对矿体的阶段高度的取值就越清楚。

2.1 矿块的定义与划分原则

矿块是地下采矿中最小的独立回采单元。在井田中，每隔一定垂直距离掘进与矿体走向一致的运输巷道，将井田在垂直方向上划分为若干矿段，这些矿段就称为阶段。而矿块则是在阶段中按一定尺寸进一步划分的独立回采单元。那么矿块是如何划分的呢？我们用这张图来说明矿块的划分。矿块的划分原则主要包括以下几个方面：

• 矿岩稳固性：矿岩的稳固性直接影响矿块的尺寸和结构参数。稳固性越好的矿岩，矿块的尺寸可以相对较大；反之，则需要缩小矿块的尺寸以提高开采安全性。

• 采矿方法：不同的采矿方法对矿块的尺寸和结构参数有不同的要求。因此，在划分矿块时，需要充分考虑所采用的采矿方法。

• 经济指标：矿块的划分还需要考虑基建投资和运行成本等经济指标。合理的矿块划分可以降低基建工程量和运行成本，提高矿山企业的经济效益。

2.2 采区的定义与划分时机

在开采水平和微倾斜矿体时，如果矿体的厚度不超过允许的阶段高度，那么在井田内就不需要再划分阶段，而是使用盘区运输巷道将井田划分为若干长方形的矿段，称为盘区。在盘区的基础上，可以进一步划分采区。采区是在勘察水平和微倾斜矿体时最小独立的回采单元。

采区的划分时机主要取决于矿体的赋存条件和采矿方法的选择。在矿体赋存条件简单、采矿方法适宜的情况下，可以较早地进行采区的划分；反之，则需要推迟采区的划分时机以确保开采的顺利进行。

三、开采单元划分的综合考量

3.1 技术因素

在开采单元划分过程中，技术因素是不可忽视的重要方面。技术因素主要包括矿床的赋存特征、矿岩的物理性质、采矿方法和开拓方法等。这些因素直接影响开采单元的划分方案和开采效果。因此，在划分开采单元时，需要充分考虑技术因素并进行综合评估。

3.2 经济因素

经济因素也是开采单元划分时必须考虑的重要因素之一。经济因素主要包括基建投资、运行成本、矿石回收率等。合理的开采单元划分可以降低基建工程量和运行成本，提高矿石回收率，从而增加矿山企业的经济效益。因此，在划分开采单元时，需要进行详细的经济分析以优化划分方案。

3.3 安全因素

安全是地下采矿的生命线。在开采单元划分过程中，必须始终将安全放在首位。安全是地下采矿活动中最基本且最重要的考量因素。开采单元的划分不仅影响开采效率和经济效益，更直接关系到矿工的生命安全和矿山的稳定运行。因此，在划分开采单元时，必须全面评估矿岩的稳定性、地应力分布、地下水文条件等潜在的安全风险，并据此制定合理的安全措施和应急预案。

首先，矿岩的稳定性是划分开采单元时必须考虑的首要因素。对于稳定性较差的矿岩，需要采取更加精细的划分方式，缩小开采单元的尺寸，以减少开采过程中可能发生的垮塌和冒顶等安全事故。同时，还需要加强支护措施，确保开采作业的安全进行。

其次，地应力分布也是影响开采单元划分的重要因素。地应力的大小和方向直接影响矿岩的稳定性和开采过程中的安全性。因此，在划分开采单元时，需要充分考虑地应力的影响，采取合理的开采顺序和方式，以减少地应力对开采过程的干扰和破坏。

此外，地下水文条件也是不可忽视的安全因素。在开采过程中，地下水可能对矿岩的稳定性造成影响，甚至引发突水等严重安全事故。因此，在划分开采单元时，需要充分了解地下水文条件，制定有效的防水和排水措施，确保开采作业的安全进行。

3.4 环保与可持续发展

随着社会对环境保护和可持续发展的重视程度不断提高，地下采矿活动也需要更加注重环保和可持续发展。在开采单元划分过程中，需要充分考虑环保要求和可持续发展的原则，采取科学合理的划分方式和开采措施，减少对环境的影响和破坏。

首先，开采单元的划分需要遵循最小化生态破坏的原则。在划分开采单元时，需要充分考虑矿山的生态环境和自然景观，尽可能减少对环境的破坏和干扰。同时，还需要制定详细的生态修复计划，对开采过程中受损的环境进行及时修复和恢复。

其次，开采单元的划分还需要考虑资源的综合利用和可持续发展。在划分开采单元时，需要充分评估矿体的品位和储量，制定合理的开采方案，确保资源的最大化利用。同时，还需要注重废弃物的处理和利用，采取科学有效的措施减少废弃物的产生和排放，实现资源的循环利用和可持续发展。

四、开采单元划分的实践案例

为了更直观地理解开采单元划分的实际应用，以下将介绍几个实践案例。

案例一：某大型金矿的矿田与井田划分

某大型金矿位于山区，矿体规模庞大、储量丰富。该金矿在开采前进行了详细的矿田与井田划分工作。根据企业规模、矿床勘察程度、矿床赋存特征、地表地形条件以及矿山生产能力等因素，将矿田划分为多个井田进行开采。每个井田都配备了完善的开采系统和基础设施，确保了开采工作的顺利进行和矿产资源的有效利用。

案例二：某铜矿的矿块与采区划分

某铜矿主要开采急倾斜矿体。为了实现高效、安全的开采作业，该铜矿对矿块与采区进行了精细的划分。首先，将井田在垂直方向上划分为若干阶段；然后，在每个阶段中按一定尺寸将阶段划分为若干矿块；最后，在矿块的基础上进一步划分采区进行开采。这种划分方式不仅提高了开采效率，还有效降低了开采过程中的安全风险。

五、结论与展望

综上所述，开采单元的合理划分对于实现地下采矿的高效、有序和安全具有重要意义。通过综合考虑技术因素、经济因素、安全因素以及环保与可持续发展要求等多个方面，可以制定出科学合理的开采单元划分方案。未来随着采矿技术的不断进步和矿产资源需求的日益增长，开采单元划分将面临更多的挑战和机遇。因此，我们需要不断加强研究和实践探索，不断优化开采单元划分方案和技术手段以适应新的形势和需求。同时还需要加强国际合作与交流借鉴国际先进经验和技术成果推动我国地下采矿事业持续健康发展。