井田内中段的开采顺序、阶段内矿块的开采顺序以及相邻矿体之间的开采顺序进行深入解析
发布时间:2024-08-28
开采顺序的深入解析与扩写
在采矿学领域，开采顺序是一项至关重要的设计决策，它直接关系到矿产资源的有效利用、开采成本的控制、安全生产以及环境保护等多个方面。本文将对井田内中段的开采顺序、阶段内矿块的开采顺序以及相邻矿体之间的开采顺序进行深入解析，以期为采矿工程师及相关从业人员提供更为全面、深入的理解与参考。
一、引言
矿产资源是支撑国民经济发展的重要物质基础，其合理开发与利用对于保障国家经济安全、促进可持续发展具有重要意义。在地下采矿中，开采顺序作为采矿设计的重要组成部分，其合理性直接影响到矿产资源的回收率、开采效率、生产成本以及矿山的安全与稳定。因此，科学合理地设计开采顺序是采矿工程师必须面对的重要课题。
矿体或矿床是规模较大的矿石聚集体，储量动辄数十万吨至数亿吨，延展规模小则数百米，大则数公里。为了实现矿产资源有序、合理化开发，首先必须将矿体划分为不同的开采单元，并根据合理的开采顺序和开采单元进行回采作业。一般来说，对于井田的开采顺序没有特殊要求，主要考虑矿块的开采顺序和相邻矿体之间的开采顺序。接下来我们重点介绍矿块的回采顺序和相邻矿体的回采顺序。
二、井田内中段的开采顺序
1. 下行式与上行式的定义与特点
井田中段的开采顺序主要有两种形式：下行式和上行式。下行式开采是指先开采上部中段，后开采下部中段，由上而下逐中段进行开采；而上行式开采则相反，先开采下部中段，后开采上部中段，由下而上逐中段进行。这两种开采方式各有其特点和适用条件。
下行式开采：优点在于可以提前回收投资，因为上部中段的矿石往往品位较高、开采条件较好，能够较早地产生经济效益。同时，下行式开采有利于矿山的排水和通风工作。然而，下行式开采也存在一定的风险，如地压管理难度较大，需要采取更为复杂的地压控制措施。
上行式开采：优点在于基建工程量相对较小，可以先利用已有的开拓系统进行开采，减少初期投资。此外，上行式开采还有利于矿山的稳定和安全，因为随着开采的深入，矿山的地压会逐渐得到释放。然而，上行式开采也存在一些不足，如矿石回收率可能受到一定影响，因为下部中段的矿石品位可能相对较低，且开采条件可能更为复杂。
为了更好地说明这两种形式的区别，我们用下面这张图来进行说明。大家可以看到，这个矿体被划分为四个不同的中段。
这张图说明了下行式开采顺序，也是大多数矿体开采的做法。从图中可以看出，一中段、二中段、三中段、四中段分别代表不同的作业阶段。Ⅰ中段表示已开采完毕，Ⅱ中段表示正在进行回采作业，Ⅲ中段表示在进行采准作业，Ⅳ中段表示在进行开拓作业。而下面的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ中段则没有进行任何作业。这种方式的好处是可以提前进行矿石的回采，以回收投资。但如果采用上行式开采，则必须先完成主要的开拓井巷和巷道才能进行作业。
可以看出，下行式作业可以提前回收投资，更快见效。但从基建投资和见效快的角度来看，下行式比上行式更有优势。如果从地压方面考虑，两者各有优劣。但目前还没有一个绝对的专家说法，认为上行式或下行式更优。
2. 开采顺序的选择依据
在选择井田中段的开采顺序时，需要综合考虑多种因素，包括矿体的赋存条件、矿石品位、开采技术条件、地压管理难度、经济效益以及环境保护要求等。具体来说，可以从以下几个方面进行考虑：
矿体赋存条件：包括矿体的形态、产状、规模以及矿岩的物理力学性质等。这些因素将直接影响到开采方式的选择和开采顺序的确定。
矿石品位：一般来说，上部中段的矿石品位往往较高，经济价值较大。因此，在条件允许的情况下，优先开采上部中段有利于提前回收投资并产生经济效益。
开采技术条件：包括开采方法、开采设备、采场布置以及采场管理等。这些因素将直接影响到开采效率和安全生产水平。在选择开采顺序时，需要充分考虑开采技术条件的限制和约束。
地压管理难度：地压管理是地下采矿中的重要环节之一。不同开采顺序下的地压管理难度存在显著差异。在选择开采顺序时，需要充分考虑地压管理的复杂性和可行性。
经济效益：开采顺序的选择将直接影响到矿山的经济效益。在综合考虑各种因素的基础上，需要选择能够最大化经济效益的开采顺序。
环境保护要求：随着社会对环境保护要求的不断提高，矿山开采过程中的环境保护问题也日益受到关注。在选择开采顺序时，需要充分考虑环境保护的要求和限制，以减少对环境的负面影响。
三、阶段内矿块的开采顺序
阶段内矿块的开采顺序是地下采矿中的重要环节之一。它直接关系到矿块的回采效率、矿石回收率以及采场的安全与稳定。根据采矿学的相关理论和实践经验，阶段内矿块的开采顺序可以分为前进式开采、后退式开采和混合式开采三种形式。
1. 前进式开采
前进式开采是指当阶段运输平巷掘进一定距离后，从靠近主要开采井巷的矿块开始回采，然后向井田边界依次推进。这种开采方式的优点在于可以边掘进边回采，有利于提高回采效率和矿石回收率。同时，前进式开采也有利于采场的通风和排水工作。然而，前进式开采也存在一定的缺点，如运输巷道的维护工作量较大，且随着开采的深入，地压管理难度会逐渐增加。
2. 后退式开采
后退式开采则是指在阶段运输平巷掘进到井田边界后，从井田边界的矿块开始向主要开拓井巷方向依次回采。这种开采方式的优点在于运输巷道的维护工作量较小，因为当第一个采场采完之后，运输巷道只起到通风作用而不再具有运输作用。此外，后退式开采还有利于矿山的稳定和安全因为随着开采的深入，地压会逐渐得到释放，降低了地压管理的难度。然而，后退式开采也存在一些不足，如初期投入较大，因为需要先将运输平巷掘进到井田边界才能开始回采；同时，后退式开采在回采过程中可能会遇到更为复杂的开采条件，如矿岩的稳固性降低等。
3. 混合式开采
混合式开采则是在初期采用前进式开采，当运输平巷掘进到井田边界后，再改用后退式回采。这种开采方式结合了前进式开采和后退式开采的优点，既可以在初期快速推进回采作业，提高回采效率和矿石回收率，又可以在后期减少运输巷道的维护工作量，降低生产成本。然而，混合式开采在转换开采方式时需要进行相应的调整和优化，以确保开采过程的顺利进行。
为了更好地说明三种方式的区别，我们用以下图形来说明。
在图示中，有两种开采方式：前进式开采和后退式开采。前进式开采是从主井开始，向井田边界推进；后退式开采则是从井田边界开始，向主井或主要巷道方向推进。无论是前进式开采还是后退式开采，都可以分为双翼开采和单翼开采。例如，a上的Ⅰ和Ⅱ都属于双翼开采，而b和c则分别属于单翼开采和单翼侧翼开采。
在选择前进式开采和后退式开采时，需要考虑它们各自的优缺点。通常情况下，前进式开采是从主要运输巷道向井田边界推进，所有运输巷道都需要一直进行维护。而后退式开采则是从井田边界向主井方向推进，当第一个采场采完之后，运输巷道只起到通风作用，不再具有运输作用，因此其维护工作量将减少。因此，与后退式开采相比，前进式的维护工作量更大。
前进式的回采可以在一边掘进巷道，然后一边回采，这样可以提前进行回采作业。因此，出现了我们后面第三种前期采用前进式，后期采用后退式的回采顺序。
四、相邻矿体的开采顺序
在地下采矿中，如果存在多条相邻的矿体，合理确定各矿体之间的开采顺序对于保障开采安全、提高开采效率具有重要意义。根据矿体之间的相对位置、无矿带厚度、矿体倾角以及岩石移动角等因素，相邻矿体的开采顺序可以分为混采、先上盘后下盘开采以及根据具体情况确定的开采顺序等多种情况。
1. 混采方式
当相邻矿体间无矿带厚度较小且矿体稳固性较好时，可以采用混采方式。即相邻矿体和中间夹石可混合开采，以提高开采效率和矿石回收率。混采方式要求采矿工程师在开采设计中充分考虑矿体之间的相互影响和制约关系，采取合理的开采措施和技术手段，以确保开采过程的安全和稳定。
2. 先上盘后下盘开采
当相邻矿体间无矿带厚度较大且矿体倾角小于或等于围岩移动角时，一般先开采上盘矿体再开采下盘矿体。这是因为先开采上盘矿体可以减小对下盘矿体的影响范围，降低开采难度和风险。同时，先开采上盘矿体还有利于矿山的排水和通风工作。然而，在具体实施过程中需要根据矿体的实际情况和开采条件进行合理的调整和优化。
3. 根据具体情况确定的开采顺序
当相邻矿体间无矿带厚度较大且矿体倾角大于围岩移动角时，开采顺序的确定需要根据矿体之间夹石层厚度、矿岩稳固性及采用的采矿方法等多种因素进行综合考虑。一般来说，也倾向于先开采上盘矿体再开采下盘矿体；但如果采用充填法开采等特殊采矿方法时，也可以考虑先开采下盘矿体再开采上盘矿体的方式。无论采用何种开采顺序都需要进行充分的论证和试验以确保开采过程的安全和稳定。
为了更好地说明，我们看下面这张图形。
这个图形中有两个矿体，分别是一号矿体和二号矿体。矿体的倾角分别是原始的α角、上盘移动角β和下盘移动角γ。如果我们先开采下盘矿体，那么在一号矿体采完之后，矿体所形成的空区会造成延时移动范围，也就是由上盘移动角β来表示。这种移动区域会影响二号矿体的开采，因此通常情况下我们会先开采上盘再开采下盘，这样就不会影响到一号矿体。
从c图可以看出，如果α比γ大，无论是上盘还是下盘，都会相互影响。通常情况下，我们先采上盘再采下盘，影响较小。如果矿体的倾角大于岩石移动角，岩石移动的影响范围会直接影响另一个矿体。如果矿体的倾角小于岩石移动角，岩石移动范围不会影响下半矿体。因此，在选择相邻矿体开采顺序时，需要考虑矿体之间的无矿带范围和岩石移动角、矿体倾角的影响。
五、开采顺序的优化与实践
在实际采矿过程中，开采顺序的优化是一个持续不断的过程。采矿工程师需要根据矿山的实际情况和开采条件不断进行调整和优化以确保开采过程的高效、安全和稳定。具体来说可以从以下几个方面进行努力：
加强地质勘探工作：通过详细的地质勘探工作掌握矿体的赋存条件、矿石品位以及矿岩的物理力学性质等信息为开采顺序的确定提供可靠依据。
引进先进采矿技术：积极引进和应用先进的采矿技术和设备提高开采效率和矿石回收率降低生产成本和能耗。
加强地压管理工作：建立完善的地压监测系统和预警机制及时发现和处理地压异常情况确保矿山的安全和稳定。
注重环境保护：在开采过程中注重环境保护采取合理措施减少对环境的破坏和影响实现绿色开采和可持续发展。
开展技术创新与研发：鼓励和支持技术创新与研发工作不断探索新的开采方法和技术手段提高开采效率和经济效益推动采矿行业的持续健康发展。
六、结论
开采顺序作为采矿设计的重要组成部分其合理性直接影响到矿产资源的回收率、开采效率以及矿山的安全与稳定。本文在原有文档的基础上结合采矿学及地下采矿开采顺序的学科知识对井田内中段的开采顺序、阶段内矿块的开采顺序以及相邻矿体之间的开采顺序进行了深入解析与扩写。通过本文的介绍和分析希望能够帮助采矿工程师及相关从业人员更好地理解和掌握开采顺序的设计原则和方法为矿山的科学合理开采提供有力支持。
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