地下矿山开采安全技术

金属非金属地下矿山是指开采金属矿石、放射性矿石以及作为化工原料、建筑材料、辅助原料、耐火材料及其他非金属矿物（煤炭除外）的地下矿山。

地下开采是通过地表向下掘进一系列通达矿体的井巷来开采矿石的方法，具有投资少、适应性强、占地面积小等优点。

地下开采是一个复杂的生产过程，必须综合运用地质、开拓、掘进、运输、提升、通风、爆破、动力、安全技木及组织管理等科学枝术。

第一节地下开采概述一、开采范围与开采顺序（一）矿区、矿田和井田划归一个公司或矿务局开采的矿床叫矿区，划归一个矿山开采的矿床或其一部分叫矿田，划归一个矿井（坑口）开采的矿床或其一部分叫井田。

一个矿区可包括一个或几个矿田，一个矿田可包括一个或几个井田。

矿区、矿田和井田绝大多数是按自然赋存条件划分的。

生产中往往将一个大矿体或比较邻近的若干矿体划为一个井田进行独立开采。

一般认为井田的走向长度500～800m，深度500～600m，开采较为经济合理。

（二）阶段和采区在井田范围内开采倾斜和急倾斜矿床时，每隔一定的垂直高度要掘进与矿床走向一致的主要运输平巷，将井田沿垂直方向划分为一个个的矿段，这种矿段称为阶段或中段。

阶段的长度等于井田边界沿走向的长度，阶段高度等于上下两个相邻阶段平巷间的垂直距离。

缓倾斜矿床的阶段高度通常为20～30m，急倾斜矿床的阶段高度通常为50～60m，也有高达80～120m的。

阶段高度主要取决于矿体的赋存条件和使用的采矿方法。

合理的阶段高度应在保证安全的前提下，使开采每吨矿石的总费用最小，新阶段的准备时间最短。

在阶段范围内，沿矿体走向把阶段划分成若干采区或矿块。

它是进行采矿工作的基本单元，一般都有采区运输、通风、联络等通道，可独立地完成全部回采工作。

采区的范围是：沿倾斜方向以上下两个阶段平巷为界，沿走向以采区天井为界（有时以间柱中心线或假想的垂直分界线为界），采区的大小用采区长度、采区高度及采区的宽度尺寸表示。

（三）开采顺序井田中阶段的开采顺序一般是由上而下，先采上部阶段，后采下部阶段，称为下行开采。

在某些特殊条件下也可采用由下往上的回采顺序，即上行开采。

在阶段中，各采区沿走向的开采顺序是以主井或主平硐为标准的。

主井或主平硐位于阶段的中部或附近时，则主井或主平硐把阶段划分为两翼，两翼可同时回采，也可以一翼采完后再采另一翼。

前者称为双翼回采，后者称为单翼回采。

主井或主平硐位于阶段的端部时，整个阶段均在主井或主平硐的一侧，此时阶段的回采称为侧翼回采。

在阶段的每翼中，采区沿走向的开采顺序是由主井或主平硐向井田边界方向回采，称为前进式回采；由井田边界向主井或主平硐方向回采，称为后退式回采。

初期向井田边界前进式回采，当阶段采准完成后，又从井田边界开始后退式回采时，称为联合式回采。

当开采相邻较近的矿体时，特别是开采平行矿脉群时，应先开采上盘的矿体，后开采下盘的矿体。

当把采区划分为若干矿房和矿柱后，先采矿房，后采矿柱，称为二步骤开采。

而采区不划分矿房、矿柱时，阶段以采区为单位一次采完，称步骤开采。

二、开采步骤地下矿山开采的主要步骤如下。

1．开拓工作指从地面掘进一系列井巷达到矿床，使矿床连通地面，形成行人、运输、通风、排水、供电、供风、供水等系统。

2．采准工作指在已开拓完毕的矿床里，掘进采准巷道，将阶段划分成矿块作为回采的独立单元，并在矿块内创造行人、凿岩、放矿、通风等条件。

采准系数是指每一千吨矿块采出矿石总量所需掘进的采准、切割巷道米数。

3．切割工作指在已采准完毕的矿块内，为大规模回采矿石开辟自由面和自由空间。

4．回采工作包括落矿、运搬和地压管理等三项主要作业。

（1）落矿是以切割空间为自由面，用凿岩爆破方法崩落矿石。

一般根据矿床的赋存条件、所采用的采矿方法及凿岩设备，选用浅孔、中深孔、深孔和药室等落矿方法。

（2）矿石运搬是指在矿块内把崩下的矿石运搬到阶段运输巷道，并装入矿车。

运搬方法主要有重力运搬和机械运搬（电耙、装运机、汽车等）。

（3）地压管理是指在回采过程中或矿石采出后，为保证开采工作的安全，对采场、矿柱、巷道及上下盘围岩所发生的变形、破坏、崩落等地压现象采取必要的技术措施，控制地压和管理地压，消除地压所造成的不良影响。

三、地下开采矿山安全生产的基本条件（1）地下开采矿山的井口和平硐及其主要构筑物的位置应不受岩移、滑坡、滚石、地表塌陷、山洪暴发和雪崩的威胁。

井口标高应在历年最高洪水位l～3rn以上。

（2）主要井巷的位置应布置在稳定的岩层中，避免布置在含水层、断层和受断层破坏的岩层中，特别是在岩溶发育的地层的流砂中。

若难以避开时，应由专门设计，并报主管部门批准。

（3）每个生产矿井，必须有两个独立的能上下人的直达地表的安全出口，两个出口之间的距离不能小于30m；各个生产中段（水平）和各个采场必须要使两个能上下人的安全出口与直达地表的安全出口相通。

矿山两个通往地面的安全出口中，如有一个出口不适于人员通行时，应停止坑内采掘工作，直至修复或设置新出口时为止。

（4）采矿方法和开采顺序合理，并符合安全规程的要求。

（5）选用适应顶板特点的支护型式和器材，井下巷道断面的宽度和高度应满足生产和行人的要求。

（6）矿井有完整、合理的通风系统，采用机械通风；新矿井、新水平（区段）、新采区的开采应按设计的要求形成通风系统，井下通风构筑物、设备设施的设置和质量以及通风的风质、风量、风速要符合矿山安全规程的要求。

（7）矿井开采的防排水、防尘供水、供电、照明安全可靠，对开采中产生的噪声、振动、有毒有害物质等有预防措施。

（8）提升运输系统的安全保护和信号装置齐全可靠，其设备的选择、安装、试运转要符合安全要求；按规定选择电气设备、仪器仪表，其安装和保护装置符合要求并安全可靠。

（9）尾矿和排上场的设置符合安全规程的要求。

（10）有自燃倾向的矿井需安装完善的防灭火系统，消防器材、材料配置及数量要符合要求。

（11）按规定建立矿山救护组织，配备救护器材，制定了事故应急救援预案。

（l2）安全生产规章制度健全，按要求设置安全管理机构，配置安全管理人员，对特种作业人员按规定进行教育培训与考核，持证上岗。

第二节井巷工程安全技术一、矿床开拓及安全要求为了开发地下矿床，首先需要从地表向地下掘进一系列井巷通达矿体，使地表与矿床之间形成完整的运输、提升、通风、排水、行人、供电、供水等生产系统，这些井巷的开掘工作称为矿床开拓。

为开拓矿床而掘进的井巷称开拓井巷，所有的开拓井巷在空间的布置体系就构成了该矿床的开拓系统。

开拓井巷分为主要开拓井巷和辅助开拓井巷。

凡属主要运输、提升矿石和矿内通风的井巷，均为主要开拓井巷；采矿时仅起辅助作用的井巷称为辅助井巷，如通风井、充填巷道、专用安全出口、水泵站积水仓等。

（一）矿床开拓方法根据主要开拓巷道形式的不同，矿床开拓可分为：平硐、竖井、斜井、斜坡道和联合开拓五大类。

按井巷与矿床的相对位置可分为：下盘开拓、上盘开拓和侧翼开拓。

矿床开拓方法分类见表6–1。

（二）平硐开拓平硐开拓适用于开采赋存于侵蚀基准面以上山体内的矿体，具有建设速度快、简便经济、安全可靠和管理方便等特点。

根据平硐与矿体的相对位置，平硐开拓有沿矿体走向（沿脉）布置和垂直矿体走向（穿脉）布置两种方案。

一般布置在下盘围岩，主平硐长度较短和工业场地开阔的地方。

平硐是行人、设备材料运输、矿渣运输和管线排水等设施的通道，同时还是矿井通风的主要巷道。

因此，平硐必须设有人行道、排水沟、躲避碉室和各种管线铺设的空间，以满足安全和实现多种功能的需要。

主平硐运输可以是有轨的，也可以是无轨的，有轨运输又分为单轨和双轨两种。

无轨运输一般均用单车道布置，其中设有错车场。

平硐运输坡度为3‰～4‰重车下坡。

平硐开拓时应注意的安全问题主要有：（1）当矿石有黏结性或围岩不稳固时，矿石可采用竖井、斜井下放或用无轨自行设备经斜坡道直接将矿石运往地表。

（2）主平硐排水沟的通过能力，应保证平硐水平以下矿床开采时，水泵在20小时内正常排出一昼夜涌水量。

主平硐水沟坡度一般为3‰～5‰。

（3）平硐人行道，有效净高不得小于1．9m，有效宽度应满足：人力运输的巷道不小于0．7m；机车运输的巷道不小于0．8rn；无轨运输的巷道不小于1．2m；带式输送机运输的巷道不小于1．0m。

（4）平硐出口位置不受山坡滚石、山崩和雪崩等危害；其出口标高应在历年最高洪水位1m以上，以免被洪水淹没；同时也应稍高于贮矿仓卸矿口的地面水平。

（三）竖井开拓当矿体埋藏在地表以下倾角大于45°或倾角小于45°而埋藏较深的矿体，常采用竖井开拓。

当开采深度超过800m，年产量80万吨以上时，无论矿床倾角如何，应优先考虑竖井开拓。

按竖井与矿体的相对位置，坚井开拓可分为下盘竖井、上盘竖井、侧翼坚井和穿过矿体（矿脉）竖井四种布置方案，如图6–1和图6–2分别为下盘竖井和上盘竖井开拓示意图。

竖井按提升容器可分罐笼井、箕斗井和混合井；按用途可分主井和副井。

竖井开拓时应该注意的安全问题主要有：（1）主副井尽可能布置在矿体厚度大部分的中央下盘，且尽量集中布置，不占用或少占用农田。

井口标高应高出当地历史最高洪水位1m以上。

在中央或主副井之间布置破碎系统时，主副井间距应在50～100m之间。

应避免压矿，并布置在开采后地表移动区之外20m远的地方。

（2）提升竖井作为安全出口时，必须设有提升设备和梯子间。

梯子和梯子间平台等构件，要有足够的强度并要考虑防锈蚀措施。

梯子间的设置，必须符合《金属非金属矿山安全现程》的规定。

（3）位于地震区的竖井出口，当井深超过300m时，每隔200m左右应在井筒附近设一休息室（硐），并与梯子间平台相通。

当设计地震烈度为8～9度时，处于表土段的井筒直至基岩内5m，必须用双层钢筋混凝土作井颈；靠近井口的各种预留硐口（压气管硐、水管硐、通讯硐）应尽量错开布置，避免在同一水平截面或竖直面内将井壁削弱过多，必要时井壁需进行加固。

（4）井筒有淋水时，马头门以上1～2m处须设集水圈。

（5）深井地温随深度的增加而增加，必须采取降温措施，井筒断面应考虑制冷管道的敷设和增加备用管道的位置。

（四）斜井开拓斜井开拓适用于开采倾斜或缓倾斜矿体，特别是埋藏较浅的倾角为20°～40°的层状矿体。

该法具有施工简便、投产快、工程量少和投资小等优点，在中、小型矿山应用较为广泛。

斜井井筒的倾角根据矿体产状、矿山规模和使用的提升设备确定，一般不大于45°。

按斜井和矿体的相对位置，通常有脉内斜井开拓、下盘脉外斜井开拓、侧翼斜井开拓三种开拓方式。

斜井开拓时的安全要求主要有。

（1）下盘斜井必须与矿体保持一定的距离，其距离应根据矿体下盘变化确定，一般应大于15m。

脉内斜井必须在井筒两侧留保安矿柱8～I5m。

（2）斜井倾角大于或等于12°时，斜井一侧须设人行台阶；倾角大于15°时，应加设扶手；大于30°时，应设梯子。