开拓巷道的选择原则和开方案选择的主要影响因素
发布时间:2024-09-09
引言
在采矿工程领域，开拓方案的选择是矿山设计和开采过程中至关重要的一个环节。它不仅直接影响到矿山的建设周期、投资成本、生产能力及经济效益，还关系到矿山的安全生产和环境保护。本文对开拓方案的选择原则、主要影响因素进行了梳理，以期为相关从业人员提供参考。
一、开拓方案选择的重要性
开拓方案是指为了开发矿产资源，在矿区内进行基础设施建设，包括井巷工程、提升运输系统、排水通风系统等，以形成从地表到矿体的完整通道和作业环境的总体设计。选择合适的开拓方案，对于确保矿山安全、高效、经济地运行具有决定性意义。
二、主要开拓巷道的比较
1. 平硐与井筒的比较
（1）基建时间
平硐的施工相对简单，类似于巷道掘进，无需进行复杂的凿岩爆破和出渣作业，因此施工速度较快，基建时间较短。相比之下，井筒的施工需要经历凿岩、爆破、出渣等多个复杂步骤，施工周期长，基建时间相对较长。
（2）基建费用
平硐的设施较为简单，只需在平硐内设置排水沟、风水管和轨道等基本设施，因此基建费用较低。而井筒，尤其是竖井，需要安装罐道、罐梁、提升机等复杂设备，基建费用较高。斜井虽然比竖井简单，但也需要除轨道外的提升设施，费用同样不低。
（3）安全可靠性
平硐由于处于地表水平，便于通风、排水和人员疏散，因此安全可靠性较高。井筒则由于深入地下，存在坍塌、涌水等安全隐患，需要采取更为严格的安全措施。
（4）经营费用
经营费用主要包括运输、通风和排水等费用。平硐采用轨道运输，费用较低；排水只需设置排水沟，利用自然坡度自流排水，费用也很低。而井筒，尤其是竖井和斜井，需要配置专门的排水设备和通风设备，且提升设备能耗大，维护成本高，因此经营费用较高。
综上所述，在基建时间、基建费用、安全可靠性和经营费用等方面，平硐均优于井筒。因此，在条件允许的情况下，应优先考虑采用平硐开拓。
2. 竖井与斜井的比较
（1）基建工程量
竖井的基建工程量主要集中在井筒部分，井底车场和石门相对简单。斜井的井筒长度较长，但井底车场和石门可能更加复杂。因此，需要综合考虑两者的基建工程量。
（2）井筒装备
竖井的井筒装备复杂，包括罐道、罐梁、提升机等设备；斜井则主要配备轨道和卷扬提升设备。从装备复杂性和维护成本来看，竖井较高。
（3）承压性能
竖井通常采用圆形断面，承压性能优于斜井的拱形断面。在承压要求较高的矿区，竖井更具优势。
（4）生产能力
竖井的提升速度较快，提升能力较大，适用于大型矿山；斜井的提升速度较慢，但灵活性较强，适用于中小型矿山或特殊地形条件。
（5）施工难度
斜井的施工相对简单，易于掌握；竖井的施工难度较大，技术要求高。但随着机械化程度的提高，这一差距正在逐渐缩小。
（6）机械化程度
竖井的机械化程度较高，可以实现自动化和智能化生产；斜井的机械化程度虽然也在提高，但总体仍低于竖井。
综上所述，竖井和斜井各有优缺点，具体选择应根据矿区的实际情况和开采需求来确定。
3. 斜坡道与井筒的比较
（1）灵活性
斜坡道布置灵活，可以根据地形和矿体赋存条件进行调整，适用范围广泛。
（2）施工速度
斜坡道的施工速度较快，但比斜井慢，因为断面较大，需要更多的支护和加固措施。
（3）生产安全
斜坡道的生产安全性较高，便于通风、排水和人员疏散。但如果采用柴油设备，会对井下环境造成污染。
（4）机械化程度
斜坡道的机械化程度较高，可以通行自行无轨设备，提高生产效率。
（5）适用范围
斜坡道在埋藏较浅的情况下具有优势；在深部采矿时，斜坡道通常作为辅助开拓方式使用。其缺点在于，随着开采深度的增加，运输费用会显著增加，且对设备的磨损和能耗也较大。
三、开掘方案选择的原则
在选择开拓方案时，必须遵循以下基本原则，以确保方案的科学性、合理性和可行性。
1. 安全性原则
安全是矿山生产的首要条件。在选择开拓方案时，必须确保生产安全，创造良好的劳动卫生条件和生产条件。要对各种潜在的安全隐患进行充分评估，并采取相应的预防措施。
2. 技术可行性、可靠性原则
技术可行性是指所选方案能够满足矿山的生产能力需求，即提升能力。可靠性则是指方案在技术上成熟、稳定，能够在长期的生产过程中保持良好的运行状态。在选择方案时，要充分考虑未来矿场提质扩能的可能性，确保方案具有足够的弹性和适应性。
3. 经济效益原则
经济效益是评价开拓方案优劣的重要指标之一。在选择方案时，要综合考虑基建工程量、基建费用、经营费用等因素，力求在保证安全和生产能力的前提下，降低投资成本，提高经济效益。
4. 环保性原则
随着环保意识的提高，环保性也成为选择开拓方案时不可忽视的因素。所选方案应尽量减少对环境的破坏和污染，采取有效的措施保护生态环境。
5. 资源回收最大化原则
在选择开拓方案时，要充分考虑资源回收的最大化。尽量减少或避免留下保安矿柱等永久性损失，提高资源回收率。
6. 场地紧凑、外部运输条件好原则
工业场地布置应紧凑合理，尽量减少占地面积，节约土地资源。同时，外部运输条件要好，便于原材料和产品的运输。
7. 两个以上独立直达地表的安全出口原则
为确保矿山生产安全，所选方案必须设置两个以上独立直达地表的安全出口，以便于紧急情况下的人员疏散和救援。
四、开掘方案选择的主要影响因素
在选择开拓方案时，需要考虑多种影响因素，包括地表地形、矿体倾角、开采深度、生产能力、承压性能、矿岩稳固性和水文地质条件等。
1. 地表地形
地表地形是影响开拓方案选择的重要因素之一。对于矿体位于地平面以上的情况，应优先考虑平硐开拓；对于地面以下的矿体，则需根据矿体的具体赋存条件和当地的具体情况来选择井筒或斜坡道开拓。
2. 矿体倾角
矿体的倾角会影响矿石的开采难度和运输方式。一般来说，当倾角大于45度且小于15度时，适合采用竖井开拓；当倾角在15度至45度之间时，适合采用斜井开拓。当然，这也要结合矿体的其他赋存条件和开采需求来确定。
3. 开采深度
开采深度是影响开拓方案选择的关键因素之一。随着开采深度的增加，运输费用会显著增加，且对设备的磨损和能耗也较大。因此，在埋藏较深的情况下，通常不会选择斜坡道作为主要开拓方式，而是优先考虑井筒开拓（竖井或斜井）。具体选择哪种方式还需根据矿体的倾角、生产能力等因素来确定。
4. 生产能力
生产能力即提升能力是影响开拓方案选择的重要因素之一。大型矿山通常采用箕斗提升或混合竖井提升方式；中小型矿山则可能采用罐笼竖井或胶带斜井等方式。在选择方案时，要充分考虑矿山的生产规模和未来的扩产需求。
5. 承压性能
承压性能是指开拓巷道抵抗地压和水压的能力。竖井由于其圆形断面的优势，通常具有较好的承压性能；斜井和斜坡道则相对较差。在承压要求较高的矿区，应优先考虑竖井开拓。
6. 矿岩稳固性和水文地质条件
矿岩的稳固性和水文地质条件对开拓方案的选择具有重要影响。在选择开拓巷道的位置时，必须充分考虑矿岩的稳固性，避免将巷道布置在岩性松软或水文地质条件复杂的区域。同时，还要采取相应的支护和排水措施来确保巷道的安全稳定。
7. 岩层移动带的范围
岩层移动带的范围会影响工业场地的布置和主要开拓巷道的位置。在选择开拓方案时，必须充分考虑岩层移动带的范围，将所有主要开拓巷道和其他辅助开拓巷道的位置布置在岩层移动范围之外以确保其安全性和稳定性。
五、在不同的矿体赋存条件下，应该如何选择方案
在采矿工程中，矿体的赋存条件是决定开拓方案选择的关键因素之一。不同的矿体赋存条件需要采用不同的开拓方案以确保矿山的安全、经济、高效开采。以下是根据矿体赋存条件选择开拓方案的详细阐述：
一、矿体位于地平面以上
当矿体位于地平面以上时，由于地形条件的有利性，应优先考虑平硐开拓。平硐开拓具有以下优势：
基建时间短：平硐施工相对简单，基建时间较短，可以快速投入生产。
基建费用低：平硐设施简单，只需要在平硐内设置排水沟、风水管和轨道等基础设施，费用相对较低。
安全可靠：平硐开拓在地面以上进行，安全风险相对较低，便于管理和维护。
二、矿体位于地平面以下且倾角较小（小于15度或大于45度）
对于矿体位于地平面以下且倾角较小（小于15度或大于45度）的情况，竖井开拓是较为合适的选择。竖井开拓的适用条件及优势包括：
适用条件：矿体倾角小于15度或大于45度，且埋藏较深时，竖井开拓能够直接深入矿体，提高开采效率。
提升能力强：竖井提升速度快，提升能力大，适合大型矿山或需要高效提升的矿区。
承压性能好：竖井断面通常采用圆形，承压性能优于斜井和斜坡道，适合地质条件复杂的矿区。
三、矿体位于地平面以下且倾角在15度至45度之间
当矿体位于地平面以下且倾角在15度至45度之间时，斜井开拓是较为合适的选择。斜井开拓的适用条件及优势包括：
适用条件：矿体倾角适中，且埋藏不太深时，斜井开拓能够利用矿体的自然倾角进行矿石运输，减少运输费用。
施工相对简单：相比于竖井，斜井的施工难度和复杂度较低，且不需要复杂的排水系统。
灵活性高：斜井可以根据矿体的实际赋存情况进行调整，适应不同倾角的矿体开采。
四、矿体埋藏较浅且地形复杂
对于矿体埋藏较浅但地形复杂的矿区，斜坡道开拓可能是一个合适的选择。斜坡道开拓的优势包括：
灵活性高：斜坡道可以根据地形条件进行灵活布置，减少对地表的破坏。
运输便利：斜坡道可以直接将矿石和人员运输至采场，减少转运环节，提高运输效率。
适应性强：斜坡道可以适应不同倾角和不同地形的矿体开采需求。
五、综合考虑因素
在选择开拓方案时，除了矿体的赋存条件外，还需要综合考虑以下因素：
技术可行性：所选方案应满足矿山开采的技术要求，确保开采过程中的安全和效率。
经济效益：所选方案应具有较好的经济效益，能够在保证安全和生产能力的前提下降低投资成本。
环保性：所选方案应尽量减少对环境的破坏和污染，采取有效的环保措施保护生态环境。
资源回收率：所选方案应能够提高资源回收率，减少资源浪费。
综上所述，在选择采矿开拓方案时，需要根据矿体的赋存条件、技术可行性、经济效益、环保性以及资源回收率等多个因素进行综合考虑，以确保选择出最合适的开拓方案。
六、结论与展望
综上所述，开拓方案的选择是采矿工程领域中的一个重要课题。在选择过程中需要综合考虑多种因素并遵循一定的原则以确保方案的科学性、合理性和可行性。
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