矿山地下开采技术的投资少，适应性强，占地面积小

第一节　矿山地下开采

地下开采是掘进井巷采出煤炭或其他矿产品的技术，具有投资少、适应性强、占地面积小等优点。地下开采需要开凿井筒通至地下、掘进巷道、布置采区和采煤工作面，安装机电设备，试运转后进行采煤；采煤工作面要及时支护，采煤之后的采空区要进行处理；采出的煤要运到地面。随着煤炭的采出，采煤工作面要不断移动，因此要边生产边掘进巷道，以保证采煤工作能够不断地进行。

为保证井下正常生产，必须有完善的运输、提升、通风、排水、动力供应、通讯、照明等生产系统；为保证安全生产，要防治矿井的水、火、瓦斯、矿尘及顶板等灾害。总之，要以开采为中心，同时搞好掘进、运输、提升、通风、排水、动力供应等生产环节及其相互间的配合。

一、地下开采概述

（一）开采范围

1.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为500～800m，深度为500～600m，开采较为经济合理。

2.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，也有的高达80～120m。

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。

（二）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，称一步骤开采。

（三）开采步骤

地下矿山开采的主要步骤如下。

1.开拓工作

开拓工作是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

采准工作是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

切割工作是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

回采工作包括落矿、矿石运搬和地压管理三项主要作业。

（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。

二、矿床开拓

（一）概　述

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（图2-1）。

图2-1　矿床开拓系统图

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、充填巷道、专用安全出口、水泵站积水仓等。

矿床开拓的任务是在划分井田以后，确定主要开拓巷道和辅助开拓巷道的类型、位置和数量，计算基建总工程量和基建投资，安排基建进度，最终以最经济的手段和最短基建时间，提供一个有利于安全生产的采矿条件。矿床开拓方案的确定是关系到矿山总体布置和对矿山生产具有长远影响的重要决策，它必须符合生产安全、开拓工程量小、投资小、经营费用低、投产早和便于管理的原则。因此，对矿床开拓方案的决定通常有如下要求:

（1）选择井口和平硐位置时，应避开地表可能发生塌陷、滑坡、山洪冲击和有雪崩危害地区，井口与平硐标高一般应在历年最高洪水水位以上1～3m处。

（2）主要井巷口的位置应有足够的场地，以便布置各种建筑物、构筑物、安排调车场、堆放材料、排弃废石，不占和少占农田，并考虑到复田条件。

（3）井筒位置一般应在采空区岩石移动带以外，否则，应保留保安矿柱。金属矿床开采时的主要井巷一般应布置在矿体下盘岩石移动带以外，只有下盘工程地质条件恶劣时，才考虑将主要井巷布置在上盘或侧翼。

（4）主要井巷位置应尽量选在稳固岩层中，避开含水岩层、断层破坏带和溶洞发育带。确定主要井筒、平硐、长溜井位置时，应检查钻孔和地层剖面图。并且所选择的井巷位置应使地下与地表运输功最小和避免单向运输、避免地表与地下有反向运输。

（5）按缩短井建时间和井巷工程量最小的原则，选择主要与辅助开拓巷道的位置与数量。对较长的井巷工程，一般应增加措施性工程，以缩短掘进时间。生产矿井至少有两个通往地表的安全出口，两个出口之间的距离不得小于100m（煤矿为30m），矿体走向长度超过1 000m时，应在两端增设安全出口。为防止加工厂对井口的污染及井口排出废风和废水对工业区以及生活区的污染，进风井口距采石场应大于250m，距选厂应大于300m，距回风井应大于100m，并位于上述地点常年主导风向上侧。

（6）在确定井巷断面时，先根据生产量决定设备容量及外形尺寸，考虑运输提升时的安全间隙。确定的断面尺寸，还应适合井巷内风流速度、各种管道的安装等。

（7）位于地震区的矿山，应从地震部门取得震级与烈度资料，按有关抗震设计规范、规程设计井巷及有关建筑物与构筑物。特别是对安全出口需要慎重对待，在地震区，如竖井与斜井在技术经济比较中相差不大时，应优先选择斜井方案。在发生灾变时，斜井可以步行出入，比竖井优越。

（二）开拓方法

开拓方法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。按井巷形式的不同可划分为平硐、竖井、斜井、斜坡道和联合开拓五大类。矿床开拓方法分类如表2-1所示。

表2-1　矿床开拓方法分类表

（三）平硐开拓

由地表掘进水平巷道（平硐）直接通到矿体进行开采，以平硐作为主要开拓巷道的开拓方法叫平硐开拓。巷道约有3‰到7‰的坡度。

平硐是行人、设备材料运输、矿碴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、躲避硐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。根据平硐与矿床的相对位置不同，可分为以下几种开拓方法。

1.垂直矿体走向下盘平硐开拓法

当矿脉和山坡的倾斜方向相反时，则由下盘掘进平硐通达矿脉开拓矿床，这种开拓方法叫做下盘平硐开拓法，如图2-2所示。

图2-2　下盘平硐开拓法

1.主平硐；2.主溜井；3.辅助竖井；4.入风井；5.矿脉

2.垂直矿体走向上盘平硐开拓法

当矿脉与山坡的倾斜方向相同时，则由上盘掘进平硐通达矿脉开拓矿床，这种开拓方法叫做上盘平硐开拓法，如图2-3所示。

采用下盘平硐开拓法或上盘平硐开拓法时，平硐通达矿脉，可对矿脉进行补充勘探。我国各中小型脉状矿床广泛采用这种开拓方法。

图2-3　上盘平硐开拓法

1.阶段平硐；2.溜井；3.主平硐；4.辅助盲竖井

3.沿矿体走向平硐开拓法

当矿脉侧翼沿山坡露出，平硐可沿脉走向掘进，成为沿脉平硐开拓法，如图2-4所示。平硐一般设在脉内，但当矿脉厚度大且矿石不够稳固时，则平硐设于下盘岩石中。

平硐开拓时主要应注意以下安全问题:

（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。

图2-4　脉内沿脉平硐开拓法

1.主平硐；2.辅助盲竖井；3、4.主溜井；5.溜井

（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0.8m；无轨运输的巷道不小于1.2m；带式运输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，其中出口标高应在历年最高洪水位1m以上，以免洪水淹没，同时也应稍高于驻矿仓卸矿口的地面标高。

（四）竖井开拓

对矿体埋藏在地表以下倾角大于45°或倾角小于45°且埋藏较深的矿体，常采用竖井开拓。当开采深度超过800m，年产量80万t以上时，无论矿床倾角如何，应优先考虑竖井开拓。

使用竖井开拓时，通常用主井和副井分别承担提升矿石、废料、物料、人员和通风任务。根据具体条件，除主副井以外，经常还另设通风井、辅助提升井和安全出口等。

按竖井与矿体的相对位置，竖井开拓可分为下盘竖井、上盘竖井、侧翼竖井和穿过矿体（矿脉）竖井四种布置方案。

1.下盘竖井开拓

在矿体下盘围岩布置竖井的称为下盘竖井开拓，它用阶段石门通达矿体。下盘竖井开拓对井筒保护条件较好，一般不需留保安矿柱。缺点是石门随开采深度而增长，尤其矿体倾角变小时，下部石门则更长，使开拓量增加。

下盘竖井开拓适用于急倾斜矿体的开拓。若矿体倾角等于或小于下盘岩石移动角，竖井应布置在地表表土层移动角之外；若矿体倾角大于岩石移动角，则竖井应布置在下盘岩体移动范围之外，如图2-5所示。

2.上盘竖井开拓

在矿体上盘围岩中布置竖井的称为上盘竖井开拓，从竖井掘石门通至矿体。上盘竖井开拓上部阶段石门较长，基建时间较长，初期投资大。因此，只有在矿体上盘地形条件较好，工业场地便于布置，投资省，运费低，下盘岩体地质条件较复杂或有河流、湖泊等情况下才考虑使用，如图2-6所示。

图2-5　下盘竖井开拓法

1.下盘竖井；2.阶段石门；3.沿脉巷道；γ₁、γ₂.下盘岩石移动角；γ′表土层移动角；l.下盘竖井至岩石移动界线的安全距离

图2-6　上盘竖井开拓图

1.上盘竖井；2.石门；3.沿脉巷道；l.上盘竖井至岩石移动界线的安全距离；β.上盘岩石移动角

图2-7　侧翼竖井开拓法

1.侧翼竖井；2.阶段巷道；δ.矿体走向端部岩石移动角；3.矿体；4.地质储量界线

3.侧翼竖井开拓

将竖井布置在矿体的一侧称为侧翼竖井开拓。采用这种开拓方式，其井下各阶段巷道的掘进和井下运输线路只能是单向的，掘进及运输线路较长，掘进速度受到一定的影响。通常适用于下列情况:

（1）上下盘岩体工程地质条件复杂，破碎带、流砂层较厚难以通过，无法设置竖井，而侧翼工程地质条件较好。

（2）上下盘地表工程及工业场地布置受地形条件限制，而侧翼有较合适的工业场地。

（3）选矿厂及尾矿设施宜放在侧翼，地下矿石运输和地表矿石流向一致。

（4）矿体倾角较缓，走向长度较短，掘进量小，运输费用较低，如图2-7所示。

竖井开拓时主要应注意以下安全问题:

（1）主副井宜布置在矿体厚度大的中央下盘，尽可能集中布置，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。

（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（压力管硐、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处须设积水圈。

（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。

（五）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、工程量少和投资少等优点，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°。

按斜井与矿体的相对位置，通常有三种开拓方式:

（1）脉内斜井开拓。斜井布置在矿体内的称为脉内斜井开拓。它适用于厚度不大、沿倾斜方向变化不大、产状比较规整的矿体。此法主要具有投资少、投产快、在基建期即可回收部分副产矿石等优点，如图2-8所示。

（2）下盘脉外斜井开拓。斜井布置在矿体下盘围岩中的称为下盘脉外斜井开拓。它具有不需留保安矿柱、斜井倾角不需改变、井筒维护条件和提升条件较好等优点，如图2-9所示。

图2-8　脉内斜井开拓

1.脉内斜井；2.沿脉巷道

图2-9　下盘脉外斜井开拓

（3）侧翼斜井开拓。在矿体的一侧布置斜井的称为侧翼斜井开拓。因地表地形条件所限，在矿体下盘不宜或不可能布置斜井，或因矿石运输方向的要求，在矿体一翼布置斜井。

斜井开拓时主要应注意的安全问题如下:

（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8～15m。

（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。斜井人行道必须符合下列规定:人行道的有效宽度不小于1.0m；人行道的有效净高不小于1.9m；运输物料的斜井，人行道与车道之间应设坚固的隔墙。

（3）矿车组斜井井筒一般应取同一角度，中途不宜变坡；特殊情况下斜井下段倾角可大于上段倾角2°～3°。

（六）斜坡道开拓

斜坡道开拓是采用无轨运输方式的开拓方法。采场与地表通过斜坡道直接连通，矿石、矿碴可用无轨运输设备直接由采场运至地面，人员、材料和设备等可通过斜坡道上下运输，十分方便，从而简化了采矿工序，如图2-10所示。

图2-10　斜坡道开拓示意图

（a）螺旋斜坡道；（b）折返斜坡道1.折返道；2.螺旋道；3.石门；4.矿体

目前国内不少小矿山采用拖拉机和农用汽车运输铁矿石时，一般也采用简易的斜坡道开拓。斜坡道的宽度和高度根据运输设备确定，一般多为3m×3m～4m×5.5m。坡度一般为10%～15%。其运输路线布置有直线式、折返式和螺旋式三种，一般直线式和折返式斜坡道使用较多。

斜坡道开拓主要应注意以下安全问题:

（1）斜坡道须设错车道和信号闭锁装置；错车道的长度和宽度应视行驶设备尺寸而定。

（2）斜坡道断面应根据无轨设备的外形尺寸和运行速度、斜坡道用途、支护形式、风水管和电缆等布置方式确定，并符合下列规定:①人行道宽度不应小于1.2m；②无轨设备与支护之间的间隙不应小于0.6m；③无轨设备顶部至巷道顶板的距离不应小于0.6m。

（3）斜坡道坡度应根据采用的运输设备类型、运输量、运输距离和服务年限经技术经济比较确定。用于运输矿石时，其坡度不大于12%；运输材料设备时，其坡度不大于20%。

（4）斜坡道的弯道半径应根据运输设备类型和技术规格、道路条件、行车速度及路面结构确定，一般应符合下列规定:①通行大型无轨设备的斜坡道干线的弯道半径不小于20m，中间联络道或盘区斜坡道的弯道半径不小于15m；②通行中小型无轨设备的斜坡道的弯道半径不小于10m。

（5）斜坡道路面结构应根据其服务年限、运输设备的载重量、行车速度和密度合理确定，一般采用混凝土路面。

（6）斜坡道应设置排水沟，并需定期清理，以保证水流畅通。

（七）联合开拓

用上述任意两种或两种以上的方法对矿床进行开拓称为联合开拓法。它取决于矿体赋存条件、地形特征、勘探程度、开采深度、机械化程度等因素。联合开拓主要适用于下列条件:

（1）受地形或矿石和围岩条件限制，矿床需用平硐或井筒或斜坡道联合开拓。

（2）由于矿床浅部和深部是分期勘探和分期开拓的，当开拓深部时，不宜再延深原有井筒，因而，另用其他主要开拓巷道开拓深部，形成联合开拓。

（3）矿床上部和下部的储量或矿体位置变化很大，不可能用一种方式开拓。

（4）改建或扩建老矿山，保留原有开拓系统，且增加新的开拓井巷，而形成联合开拓。

常用的联合开拓法有平硐竖井（明井或暗井）、平硐斜井（明井或暗井）、斜坡道竖井、斜坡道斜井、平硐斜坡道以及平硐、竖井或斜井与斜坡道联合开拓等。

1.平硐与井筒联合开拓

平硐与井筒联合开拓有下列形式:

（1）平硐上部的矿石有黏结性或自燃性，或因矿石与围岩均不稳固，因而平硐上部不宜使用溜井放矿，主平硐上部的矿石经竖井或斜井将矿石下放到平硐。

（2）平硐下部各阶段的矿石经井筒提升到主平硐水平，从平硐运出，如图2-11所示。

（3）竖井或斜井的井口标高大于工业场地的标高，因此，地下的矿石提升到一定高度转入平硐运出地表。

图2-11　平硐与盲竖井联合开拓法

1.主平硐；2.盲竖井；3.溜井；4.沿脉巷道

图2-12　明竖井与盲斜井联合开拓法

2.明井与盲井联合开拓

明井与盲井联合开拓的形式与应用条件为:

（1）由于探矿不足，浅部按已探明的储量建了明竖井开拓。在继续探明深部后，深部用盲井开拓，形成明井与盲井联合开拓，如图2-12所示。

（2）当继续探矿后发现深部矿石储量减少，或矿体距明井太远，延深原来主井筒不合适，因而，深部改用小型盲竖井（斜井）联合开拓。

（3）深部矿体倾角变缓，延深原有井筒则阶段石门太长，因而，另用盲斜井联合开拓。

3.平硐、井筒与斜坡道联合开拓

由于无轨运输设备的发展，斜坡道开拓方法逐渐增多，因而也形成平硐与斜坡道联合开拓，或井筒与斜坡道联合开拓方案。

（1）主平硐与盲斜坡道联合开拓。平硐上部各阶段使用溜井下放矿石。平硐水平以下各阶段的矿石用卡车经盲斜坡道运到主平硐，再沿主平硐一直运到地表。

（2）斜井与斜坡道联合开拓。上部各阶段采用斜井开拓，用串车、箕斗提升矿石，或用带式输送机运输。深部矿体或边缘矿体采用盲斜坡道开拓。深部各阶段或边缘的矿石用坑内卡车经斜坡道运到斜井井底破碎硐室，破碎后经斜井运出地表。

（3）竖井与斜坡道联合开拓。竖井与斜坡道联合开拓有:用竖井提升矿石，斜坡道用于辅助作业，如大中型矿井，地下无轨设备较多，为了出入方便和运送人员、材料、设备，斜坡道可直通地表；对于某些深矿井，竖井提升能力有富余，深部矿体变缓变小，储量不大，延深主井在经济上不合理，则下部改为斜坡道开拓。

三、矿井开采

（一）煤矿开采

1.采煤工艺

煤矿开拓和掘进必需的巷道之后，形成了进行采煤作业的场所称为采煤工作面，又称“回采工作面”、“采场”。采煤工作面的长度一般在120～200m。最初形成的沿采煤工作面始采线掘进，以供安装采煤设备的巷道，称为开切眼。随着工作面的向前推进，被采空的空间越来越大，而采煤工作面通常只需4～6m的工作空间进行采煤作业，必须加以支护，多余部分空间就要依次废弃。采煤后废弃的空间称为采空区，又称“老塘”，如图2-13所示（沿工作面推进方向所作的剖面）。

图2-13　工作面和采空区

（a）开切眼；（b）在开切眼附近；（c）正常回采区

采煤工作空间内可用多种破落煤炭的方法，回采工作需要有多项工序来完成。采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间、空间上的相互配合称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为回采工艺过程。回采工艺过程包括破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区五道主要工序。这些工序按破煤、装煤、运煤、移输送机、支护、处理采空区的顺序依次进行。

按不同的破煤与支护方法，回采工艺可分为爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺和综合机械化采煤工艺。爆破采煤工艺又称“炮采”，指在长壁工作面用爆破方法破煤和装煤、人工装煤、输送机或溜槽运煤和单体支柱支护采空区的采煤工艺。普通机械化采煤是用浅截式滚筒采煤机落煤、装煤，利用可弯曲刮板输送机运煤，使用单体液压支柱和铰接顶梁组成的悬臂式支架支护的采煤方法。综合机械化采煤是指采煤的全部生产过程，包括落煤、装煤、运煤、支护、顶板控制以及回采巷道运输等全部实现机械化的采煤方法。

2.开采方法

采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上的相互配合叫做采煤方法。不同的采煤工艺和回采巷道的布置方式，就形成不同的采煤方法。采煤方法虽然种类较多，但归纳起来，基本上可以分为壁式和柱式两大体系。前者占95%，后者占5%。

（1）壁式体系采煤法。根据煤层厚度不同，对于薄及中厚煤层，一般采用一次采全厚的单一长壁采煤法；对于厚煤层，一般是将其分成若干中等厚度的分层，采用分层长壁采煤法。按照回采工作面的推进方向与煤层走向的关系，壁式采煤法又可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法两种类型。长壁工作面沿煤层走向推进的采煤方法，即为走向长壁采煤法；长壁工作面沿煤层倾斜推进的采煤方法，即为倾斜长壁采煤法，如图2-14所示。

图2-14　壁式采煤法

（a）走向长壁采煤法；（b）倾斜长壁采煤法1、2.区段运输、回风平巷；3.采煤工作面；4、5.条带运输、回风斜巷

（2）柱式体系采煤法。分为房式、房柱式及巷柱式三种类型。房式及房柱式采煤法的实质是在煤层内开掘一些煤房，煤房与煤房之间以联络巷相通。回采在煤房中进行，煤柱可留下不采，或在煤房采完后再回采煤柱。前者称为房式采煤法，后者称为房柱式采煤法。

（二）非煤矿山开采

1.采矿方法分类

采矿方法就是根据矿床赋存要素和矿石与围岩的物理学性质等因素所确定的矿石开采方法。它包括采区的地压控制、结构参数、回采工艺等。金属矿床由于赋存条件复杂，矿石和围岩物理学性质差异很大，以及其他因素等，故采矿方法种类繁多。

采矿方法分类应满足下列基本要求:①分类应反映采矿方法最主要的特征；②分类应简单明了，防止庞杂和繁琐，但要包括国内外目前应用的主要采矿方法；③分类必须反映采矿方法的实质，作为选择和研究采矿方法的基础。

为了便于认识各种采矿方法的特殊本质，了解各种采矿方法的适用条件及发展趋势，研究和选择合理的采矿方法，需将繁多的采矿方法择其共性加以归纳分类。根据回采时地压的管理方法不同，采矿方法划分为三大类:空场采矿法、充填采矿法、崩落采矿法，如表2-2所示。

（1）空场采矿法。将采区划分为矿房、矿柱，分两步骤回采采区，先采矿房后采矿柱，回采矿房时采场呈空场状态，依靠矿柱和矿岩自身的稳固性控制地压。

（2）充填采矿法。在矿房或采区中，随着回采工作面的推进，用人工支撑的方法来控制地压和形成工作场地。

（3）崩落采矿法。随着矿石被采出，有计划地自然崩落或强制崩落矿体顶部的覆盖岩石或上下盘岩石来充填采空区，以控制采区地压和处理采空区。地表允许崩落是使用本采矿法的必要前提之一。

表2-2　地下矿山采矿方法的分类及其使用条件

2.空场采矿法

空场采矿法适用于矿岩中等以上稳固、矿岩接触面较明显、形态较稳定的矿体。其特点是将矿体沿走向划分成矿房和矿柱，分两步骤回采；矿房回采时，采空区顶板主要依靠矿岩自身的稳固性和矿（岩）柱来支撑；矿房回采完毕后，有计划地回采矿柱或不采矿柱，并及时处理采空区。空场采矿法的优点是成本低，生产能力和劳动生产率高。缺点是采空区留下大量矿柱，且回采困难，采空区需处理。

空场采矿法可分为分层（单层）空场法、分段空场法和阶段空场法（阶段矿房法）。分层空场法又分为全面采矿法、房柱采矿法和留矿采矿法。

（1）全面采矿法。全面采矿法一般用于开采矿石和围岩都稳固的缓倾斜薄及中厚矿体，该方法的基本特点是:在划分的盘区或矿块内，布置沿矿体走向或逆倾斜方向全面推进的回采工作面，也可沿阶段的走向不划分矿块，回采工作面沿走向连续推进。回采过程中形成的采空区，依靠围岩自身的稳固性与回采过程中不采的贫矿或夹石形成的不规则矿柱共同维护。如果开采价值贵重或品位高的矿石，也可架设混凝土支柱、木柱或木垛等代替矿柱，以减少矿石损失。(www.chuimin.cn)

全面采矿法对矿体的形状和倾角适应性较强，矿块的采准和切割工作简单，工程量小，通风良好，回采工艺也不复杂，采矿成本比较低。主要缺点是:采空区顶板暴露面积大，不够安全，而且当矿体厚度大时，顶板的观察和处理较困难。因此，这种采矿方法主要适用于水平及缓倾斜、矿石和围岩均稳固、品位不富或价值不高的薄及中厚矿体。如果对采场顶板采用锚杆加固，在顶板岩石不太稳固的条件下也可采用全面采矿法。

（2）房柱采矿法。房柱采矿法主要用于开采矿石和围岩都稳固的水平和缓倾斜矿体。根据矿体倾角的大小，将井田划分成矿块或盘区，在矿块或盘区内交替布置矿房和矿柱，回采矿房时，留规则的连续或间断矿柱支撑顶板，这就是房柱采矿法的基本特征，并因此而得名。它与房柱采煤法很相似。如果矿房顶板不够稳固时，还可辅以锚杆、配合矿柱加强对顶板的支护效果。房柱采矿法既可用于薄矿体，也可用来开采厚矿体和极厚矿体。因此，房柱采矿法在围岩的稳固性和矿体的厚度方面，比全面采矿法的应用范围更广，所以在国内外金属矿、非金属矿中都有应用，如图2-15所示。

图2-15　房柱采矿法

1.运输巷道；2.放矿溜井；3.切割平巷；4.电耙硐室；5.上山；6.联络平巷；7.矿柱；8.电耙绞车；9.凿岩机；10.炮孔

房柱采矿法主要适用于矿石和围岩都稳固、倾角在30°以下、矿石价值不高或品位较低的矿体。国外一些开采缓倾斜矿体的矿山在开采上述矿床时，由于采用机械化设备完成采、装、运和采场支护等作业，房柱采矿法的应用比重高达80%～90%，说明它是一种很有发展前途的采矿方法。

（3）留矿采矿法。留矿采矿法在空场采矿法中是开采薄及极薄矿脉的重要方法，至今仍然广泛应用。留矿采矿法的基本特征是:回采工作自下而上分层进行，每次崩落的矿石只放出1/3左右，其余暂时留在矿房中，作为工人继续回采作业的工作台，待矿房全部采完后，再全部放出。留矿采矿法与急倾斜煤层的仓储式采煤法较为相似。这种采矿方法根据其是否在采场内对采下的矿石进行分选，有普通留矿法和选别留矿法之分。

3.充填采矿法

用充填材料充填采空区进行地压管理，充填是这类采矿方法必不可少的工序。充填采矿法适用于地表需要保护、矿石经济价值高、上部或相邻矿体暂不开采、矿石或围岩具有自燃性和开采技术条件复杂的矿床；适用于开采任何厚度、任何倾角，矿石和围岩从稳固到极不稳固，以及形态复杂的矿体。充填采矿法分为干式充填采矿法、水砂充填采矿法和胶结充填采矿法。

这里主要介绍与充填采矿法区别较大的上向水平分层充填采矿法、下向分层充填采矿法和开采极薄矿脉时的分采（削壁）充填采矿法。

（1）上向水平分层充填采矿法。上向水平分层充填采矿法适用于开采倾斜和急倾斜矿体，它的基本特征是:将矿块划分为矿房和矿柱，分两步骤回采。矿房划分成水平分层，自下而上逐层回采，同时向上逐层充填，称为上向水平分层充填采矿法，如图2-16所示。

（2）下向分层充填采矿法。当开采不稳固的高品位矿石或贵重矿石时，如采用上向水平分层充填采矿法，工人势必在暴露的顶板下作业，安全难以保障。如将分层的回采和充填顺序改为由上而下，并为每个分层建造牢固的人工顶板，则可有效地解决安全问题，这样就形成了下向分层充填采矿法。因此，下向分层充填采矿法的基本特征就在于自上而下分层回采并逐层充填，每个分层的回采作业都是在上一分层人工假顶的保护下进行。此外，这种采矿方法不划分矿房和矿柱，整个矿块一步回采，如图2-17所示。

（3）分采（削壁）充填采矿法。开采厚度小于0.3～0.4m的极薄矿脉时，为使回采作业空间达到最小的允许宽度（一般0.8～0.9m），就必须采掘部分围岩，而矿石与围岩一般分别回采，采下的矿石运出后，以开掘的围岩充填采空区，并作为工人继续作业的工作台，这种方法称为分采充填采矿法。分采充填采矿法又称为削壁充填采矿法，属于干式充填。此法既可开采水平和缓倾斜矿体，也可开采倾斜和急倾斜矿体，但一般多用于开采急倾斜的极薄矿体。

4.崩落采矿法

通过崩落围岩进行地压管理，这类采矿方法无须对矿块作进一步划分，而是以矿块为单元一个步骤回采，回采过程中强制或自然崩落围岩充填采空区。

崩落采矿法适用于地表允许陷落，矿体上部无较大的水体和流砂，矿石价值中等以下，不会结块，品位不高，并允许有一定损失和贫化的中厚和厚矿体。尤其是对上盘围岩能大块自然冒落和中等稳固的矿体最为理想。

常用的崩落采矿法有单层崩落采矿法、有底柱分段崩落采矿法、无底柱分段崩落采矿法及阶段崩落采矿法。单层崩落采矿法与单一走向长壁全部垮落采煤法很相似。

（1）有底柱分段崩落采矿法。有底柱分段崩落采矿法主要用于开采急倾斜中厚以上矿体。它的基本特征是:将矿块沿倾斜方向划分成分段，每个分段下部都设出矿底部结构（有底柱），采下的矿石自崩落废石层下从分段底部结构放出，废石随矿石放出而充填采空区。

图2-16　上向分层水力充填采矿法

1.顶柱；2.充填井径；3.矿石堆；4.人行滤水井；5.放矿溜井；6.主副钢筋；7.人行滤水井通道；8.上盘运输巷道；9.穿脉巷道；10.充填体；11.下盘运输巷道

图2-17　下向分层水力充填采矿法

1.人工假顶；2.尾砂充填体；3.矿块天井；4.分层切割平巷；5.溜矿井；6.运输巷道；7.分层采矿巷道

由于落矿方式的不同可以分为水平深孔落矿有底柱分段崩落法和垂直深孔落矿有底柱分段崩落法两种。水平深孔落矿有底柱分段崩落法矿块结构明显，每个块段均有独立的出矿、通风、行人及运送材料设备的完整系统，在崩落层下部一般要开掘补偿空间，以进行自由空间爆破。垂直深孔落矿有底柱分段崩落法矿块结构不明显，矿块之间没有十分明确的界限，它落矿采用挤压爆破，并且连续回采。

（2）无底柱分段崩落采矿法。无底柱分段崩落采矿法主要用于开采急倾斜厚矿体。它的基本特征是:将矿块划分为分段，分段不设底部结构（无底柱），落矿和出矿等回采工作都在巷道中进行，崩落围岩管理地压。

（3）阶段崩落采矿法。阶段崩落采矿法主要用于开采急倾斜厚矿体。它的基本特征是:不划分分段，而是沿阶段全高落矿，崩落围岩管理地压。根据落矿方式的不同，可以分为阶段自然崩落法和阶段强制崩落法两种。

阶段自然崩落法又称矿块崩落法，其特征是整个阶段上的矿石在大面积拉底后借助自重与地压作用逐渐自然崩落，并能破成碎块，如图2-18所示。

图2-18　阶段自然崩落法结构示意图

阶段强制崩落法根据补偿空间的位置和情况不同分为以下三种方案:向水平补偿空间落矿的阶段强制崩落法、向垂直补偿空间落矿的阶段强制崩落法及无补偿空间连续回采挤压爆破阶段强制崩落法。

四、提升运输

地下矿山生产过程中，矿石和废石从采掘作业面运送到矿仓、选厂或废石场，各种设备、器材运送到作业地点以及作业人员上下班，都离不开运输和提升工作。提升运输是矿山开发中不可缺少的重要环节，对矿山的安全和生产至关重要。

矿山运输提升的方式是根据矿床的开采方法、开拓方式及经济技术条件确定的，而主要运输提升设备的选用又影响开采、开拓方案的确定。地下矿山根据运输提升井巷的不同分为平巷运输、斜井提升和竖井提升。

（1）平巷运输。平巷运输按动力不同可分为人力推车和机械运输；按运输设备不同可分为机车运输、无极绳运输等；机车运输又可分为内燃机车运输、架线式电机车运输和蓄电池电机车运输。

（2）斜井提升。斜井提升按设备不同可分为斜井轨道提升和斜井胶带输运机提升；斜井轨道提升又可分为斜井箕斗提升和斜井串车提升。

（3）竖井提升。竖井提升按提升容器的不同可分为罐笼提升、箕斗提升以及建井时用的吊桶提升；按提升机的不同可分为单绳缠绕式提升和多绳摩擦式提升；按提升方式不同可分为双罐笼提升、单罐笼提升及单罐笼平衡锤提升等。

（一）矿山运输

矿山运输方式有轨道运输、运输机运输、井下卡车运输和架空索道运输。对于煤矿而言，其运输方式主要有轨道运输、皮带运输；对于地下金属矿山主要使用轨道运输。

1.轨道运输

轨道运输是地下开采矿山主要的运输方式，在露天矿场的运输中也占有重要的地位。轨道运输的主要设备有轨道、矿车、牵引设备和辅助机械设备等。

矿车按用途分为运货矿车、人车和专用矿车（如炸药车、水车）以及运送设备器材的材料车和平板车等，运货的矿车主要有固定车厢式、翻斗式、侧卸式和底卸式等。

牵引设备，在斜巷（斜坡）中主要用绞车（卷扬机）通过钢丝绳牵引（提升）车辆。在平巷和坡度很小的坡道主要用机车；少数矿山在平巷（坡）和斜巷（坡）还使用了无极绳牵引设备。

辅助机械设备主要有翻车机、推车机、爬车机、阻车器等。这些设备对于提高运输提升系统的生产效率、减轻劳动强度和实现运输机械化具有重要作用。

（1）轨道。铺设轨道是为了减少车辆运行的阻力。轨道铺设应牢固而平稳，并且有一定的弹性，以缓和车辆运行的冲击，延长轨道和车辆的使用年限。轨道线路应力求成直线，坡度合乎要求，同时尽量保持平坦一致，弯道的曲率半径应尽量大些，以利于行车。轨道主要由钢轨、轨枕、道床和连接件等组成。

1）钢轨。钢轨的作用是承托和引导运行的车辆，它直接承受车辆的作用力，并将它传递到轨枕上去。中、小型矿山常用的钢轨规格有8kg/m、11kg/m、15kg/m、18kg/m和24kg/m等。钢轨越重，强度越大，稳定性越好。

2）轨枕。轨枕的作用是承受钢轨传来的载荷，并将它传递到道床上。常用轨枕有木质和钢筋混凝土两种。轨枕的规格取决于轨型及轨距，轻轨枕木厚度一般为100mm和120mm，长度为轨距的1.8～2.0倍，轨枕间距一般为0.7～0.9m。

3）道床。道床的作用是承受轨枕传来的压力，并把它均匀地分布到路基底板上。道碴的材料是碎石，其块度为20～40mm。在水平或倾角10°以下的轨道线路，轨枕下面的道碴厚度不得少于100mm，道碴应埋没轨枕的2/3。

4）连接件。轨道连接件的作用是在纵向把钢轨接在一起，并将钢轨固定在轨枕上。钢轨之间用鱼尾板及螺栓连接。钢轨与轨枕的连接是通过道钉钉入轨枕后用钉头将轨底紧紧压在轨枕上面或用埋入轨枕的螺栓及螺帽、压板将轨底压紧。

5）轨距。轨距是指直轨道上两根钢轨轨头内侧的距离。矿山窄轨运输的标准轨距为600mm、762mm和900mm，其中600mm最为普遍。

（2）弯道。

1）曲线半径。车辆在弯道上行驶时，由于离心力作用和轮缘与轨道间的阻力作用，增加了运行的困难。离心力和弯道阻力与车辆运行速度、弯道半径和车辆轴距等因素有关，因此最小曲线半径应根据运行速度和轴距来确定。一般当行车速度小于1.5m/s时，弯道的曲线半径不小于轴距的7倍；速度大于1.5m/s时，曲线半径不小于轴距的10倍。

2）轨道加宽。车辆通过弯道时，如轨距和直道相同，则轮缘就会挤压钢轨，阻力增大，车轮甚至挤死在轨道上，或造成脱轨事故。因此，在弯道上必须加宽轨距。

3）外轨抬高。车辆在弯道上运行时，由于离心力的作用，使车轮向外轨挤压，加剧轮缘与钢轨的磨损，增加运行阻力，甚至出现翻车事故。为了平衡离心力，在弯道处要将外轨抬高。

（3）道岔。为了使车辆由一条线路驶向另一条线路，需在线路交叉处铺设道岔。道岔的类型很多，一般可分为单开道岔（向右或向左）、渡线道岔、菱形道岔和对称道岔等，如图2-19所示。

图2-19　道岔形式

1.右向道岔；2.左向道岔；3.渡线道岔；4.菱形道岔；5.对称道岔

单开道岔由岔尖、基本轨、转辙机构、辙岔、过渡轨、护轮轨组成。岔尖是一端刨刷成尖形的钢轨，与基本轨的工作边紧贴。通过操作转辙机构来移动岔尖的位置，从而实现车辆的转线运行。

（4）矿车。矿车是井下轨道运输的主要设备。按照卸载方法不同，分为固定车箱式矿车、V型翻斗车、前倾式矿车、侧卸式矿车和底卸式矿车。

根据生产的要求，按容积（或载重吨位）制造一系列大小不同的各式矿车。固定车箱式矿车坚固耐用，自重小，容积为0.5～4m³，应用最广。它的缺点是卸载时要推进翻笼，因此只能在固定地点卸载。

V型翻斗车卸载方便，主要用来运废石，将废石提至地面后，可在废石场卸载线上任一地点卸载。缺点是行驶不够稳定，载重量不能太大，容积为0.5～1.2m³。

侧卸式矿车在车的一侧有一滑轮，在卸载处滑轮经过导轨使侧帮打开卸载。这种矿车卸载方便迅速，列车不必解体，近年来使用它的矿山日益增多。缺点是侧帮活门易漏粉矿，矿车容积为1.7～4.3m³。

前倾式矿车容积一般都很小，载重1t左右，主要用于小型矿山人力运输，它在轨道尽头的翻车装置上卸载。

底卸式矿车的车底一端是活的，在卸载处车底一端的滑轮经过一段下凹的曲轨使车底打开卸载。这种矿车卸载方便，清扫车箱容易，漏粉矿少，是近年来出现的一种新型矿车，大型矿山常用。

将一定数量的矿车用连接器连在一起组成列车。矿车连接器由铁环和插销组成。大型矿车有的采用自动连接器。除运载矿石和废石的矿车外，还有专门运送材料的材料车、运送人员的人车以及炸药车等辅助运输车辆。

（5）电机车。井下运输用的电机车有架线式和蓄电池式两种。架线式电机车由受电弓子将电流自架空导线通入电机车的电动机，利用轨道做回路返回。这种电机车一般是用直流电做电源，因此要在地下设变流所将交流电变成直流电（个别矿山也有用交流电机车的）。这种电机车结构简单，运转维护容易，运输费用低。它的缺点是只能在架线的巷道中运行，弓子受电与架线接触处经常发生火花，不能用于有瓦斯爆炸危险的矿山。

蓄电池电机车由本身附带的蓄电池供电，每工作一班要回到充电站更换蓄电池。它不需架线也不产生火花，但设备费和运输费用高，因此只用于有瓦斯爆炸危险的矿山，或在运距不大、未安架线的临时巷道中做辅助运输。

（6）轨道运输的辅助设备。为了提高提升和调车场的生产效率，减轻工人劳动强度，实现运输机械化，常在装车站、井底车场和地面运输轨道中设置翻车机、推车机、爬车机、阻车器和限速器等辅助设备。

2.运输机运输

（1）胶带输送机运输。胶带输送机是以胶带兼作牵引机构和承载机构的连续运输设备。它可运送矿石、废矿、粉末状物料和成件物品，具有结构简单、噪音小、生产效率高等优点，因此在矿山广泛应用，如图2-20所示。

图2-20　胶带运输机

（a）胶带运输机；（b）皮带运输机的机身断面图

（2）刮板运输机。刮板运输机又叫链板运输机，主要用于回采工作面的运输，也可用于采区巷道和掘进工作面的运输。可沿水平巷道，也可沿倾斜巷道运输。沿倾斜向上运输时，倾角不超过35°，沿倾斜向下运输时，倾角不超过25°。

3.井下卡车运输

井下卡车运输是一种柴油无轨运输，国外地下矿山已广泛使用。据有关资料统计，美国、澳大利亚等国家无轨运输占总产量的80%以上。由于地下矿山无轨装、运、卸设备的发展，推动了世界地下矿山无轨化。近年来我国无轨运输也有很大发展。

4.架空索道运输

架空索道是通过架设在空中的钢丝绳来运输货物的。在地形复杂的金属矿山，索道可以直接跨越较大的河流和沟谷，翻越陡峭的高山，因而可以缩短两点间的运输距离，减少基建的土石方工程量，并且无须构筑桥梁涵洞。架空索道在矿山主要用来运输矿石，也可用来运送废石、材料等物品，如图2-21所示。

图2-21　双绳式架空索道示意图

1.矿仓；2.给矿溜槽；3.矿斗；4.调车钢轨；5.行车钢丝绳与调车钢丝绳联接点；6.行车钢丝绳；7.牵引钢丝绳；8.主动摩擦轮；9.卸载拨动杠杆；10.弯曲钢轨；11.扇形托绳座；12.行车钢丝绳的锚绳基础；13.行车钢丝绳配重；14.牵引钢丝绳托轮；15.支架

（二）矿井提升

矿井提升即井筒中的运输工作，是全矿运输系统中的重要环节，尤其是竖井和斜井开拓的矿山。提升设备主要供各种矿山的竖井及斜井作升降人员、提升或下放矿石、废石、材料、设备和工具等用。其耗电量一般占矿井总耗电量的20%～40%，是地下开采矿山的四大设备之一，有地下矿山“咽喉”之称。矿井提升设备由提升机、提升容器、提升钢丝绳、井架、天轮以及装卸载附属设备组成。矿井提升机的工作是使罐笼或箕斗在矿井中以高速作往复运动，要求提升机运行准确，安全可靠。否则，一旦发生事故，不仅会使全矿生产陷于停顿，而且有可能造成人身伤亡事故（尤其是运送人员）。矿井提升机由机械和电气装置组成，如图2-22所示。

提升设备可从不同角度进行分类:

（1）按用途划分，可分为主井提升设备和副井提升设备。主井提升设备主要用于提升煤炭或矿物；副井提升设备主要用于提升矸石，升降人员、设备，下放材料等。

（2）按提升容器划分，可分为箕斗提升设备和罐笼提升设备。箕斗提升设备用于主井提升；罐笼提升设备用于大型矿井的副井提升，也可兼作小型矿井的主井提升。

图2-22　矿井提升机组成图

（3）按提升机类型划分，可分为缠绕式提升设备和摩擦式提升设备。

（4）按井筒倾角划分，可分为立井提升设备和斜井提升设备。

图2-23为竖井普通罐笼提升设备示意图。罐笼2位于井底车场进行装载，另一罐笼则正处于地面卸载水平。两条提升钢丝绳5的一端接罐笼，另一端绕过位于井架6上的天轮4以相反的方向缠绕并固定在提升机3的两个卷筒上，启动提升机后，位于井底且已装载完毕的重载罐笼经井筒1被提升至地面，同时位于地面卸载水平且已卸载完毕的空载罐笼被下放，如此往复完成提升工作。

图2-23　竖井普通罐笼提升设备示意图

1.井筒；2.罐笼；3.提升机；4.天轮；5.钢丝绳；6.井架；7.井架斜撑

斜井有箕斗提升、台车提升、串车提升三种容器，与竖井提升容器的区别在于斜井提升设备的容器有轮子在轨道上运行。图2-24为斜井串车提升系统示意图，图2-25为竖井箕斗提升设备示意图。井下开采的矿石通过阶段运输平巷运到位于井底车场硐室1中的翻车器卸入井下矿仓2内，再通过装载设备的闸门3将矿石装入停于井底的箕斗4中，此时另一箕斗7位于地面井架6的卸载曲轨8中。翻卸的矿石可通过地面矿仓9运走，两条提升钢丝绳14，一端与箕斗相连，另一端则绕过井架上的两个天轮11而引至提升机房13，且以相反方向缠绕在提升机12的两个卷筒上，起动提升机，可将位于井底已装载完毕的重载箕斗4经井筒提至地面。同时将位于地面卸载曲轨中且已卸载完毕的空载箕斗经井筒下放至井底，如此箕斗往复进行提升工作。如图2-26所示，在井底车场卸载站底卸式矿车6卸下的矿石，经破碎后通过矿仓底部的气动闸门7以及振动给矿机、皮带运输机等运至箕斗记重装矿闸门8，然后经记重装矿闸门装入位于井底的箕斗4中。与此同时，另一箕斗借安装在井塔上的卸载直轨使箕斗底门开启，矿石卸入地面矿仓。

图2-24　斜井串车提升系统示意图

1.重矿车；2.斜井井筒；3.空矿车；4.钢丝绳；5.天轮；6.提升机

图2-25　竖井箕斗提升设备示意图

1.井底车场硐室；2.井下矿仓；3.闸门；4.箕斗；5.井筒；6.井架；7.箕斗；8.卸载曲轨；9.地面矿仓；10.闸门；11.天轮；12.提升机；13.提升机房；14.钢丝绳

图2-26　竖井多绳箕斗提升设备示意图

1.井塔；2.多绳摩擦式提升机；3.首绳；4.底卸式箕斗；5.卸载直轨；6.底卸式矿车；7.闸门；8.记重装矿闸门；9.尾绳

五、矿井通风

矿井通风是矿山企业持续、安全、正常、高效生产的先决条件。矿井通风的基本任务是不断地向井下作业地点供给足够数量的新鲜空气，稀释和排出各种有毒、有害、放射性和爆炸性气体以及粉尘，调节气候条件，确保作业地点良好的空气质量，创造一个安全、舒适的工作环境，保证矿工的安全和健康，提高劳动生产率。

矿井通风系统是指向矿井各作业地点供给新鲜空气，排除污浊空气的通风网络、通风动力及其装置和通风控制设施（通风构筑物）的总称。矿井通风系统与井下各作业地点相联系，对矿井通风安全状况具有全局性影响，是搞好矿井通风防尘的基础工程。无论新设计的矿井还是生产矿井，都应把建立和完善矿井通风系统作为搞好安全生产、保护矿工安全健康、提高劳动生产率的一项重要措施。矿井通风系统按服务范围分为统一通风和分区通风；按进风井和回风井在井田范围内的布局分为中央式（中央并列式和中央分列式）、对角式（两翼对角式和分区对角式）通风和混合式通风。此外，阶段通风网络、采区通风网络和通风构筑物也是通风系统的重要构成要素，防止漏风、提高有效风量率是矿井通风系统管理的重要内容。

（一）统一通风和分区通风

一个矿井构成一个整体的通风系统称为统一通风。一个矿井划分为若干个独立的通风系统，风流互不干扰，称为分区通风。拟定矿井通风系统时，首先要考虑采用统一通风还是分区通风。

统一通风，全矿一个系统，进风排风比较集中，使用的通风设备也较少，便于集中管理，对于开采范围不太大、采掘顺序正规、生产工作集中、控制设施好、管理水平高的矿井，特别是深矿井，采用全矿统一通风比较合理。

分区通风具有风路短、阻力小、漏风少、费用低以及网路简单、风流易于控制、有利于较少风流串联和合理进行风量分配等优点，因此在一些矿体埋藏较浅且分散的矿山或矿井开采浅部矿体的时期得到了广泛应用。但是，由于分区通风需要具备较多的进排风井，它的推广使用就受到一定的限制。是否适合分区通风，主要看开凿通达地表的通风井巷工程量的大小或有无现成的其他井巷可供利用。一般来说，在下述条件下，采用分区通风比较有利:

（1）矿体埋藏较浅且分散，开凿通达地表的通风井巷工程量较小，或有现成的井巷可供利用。

（2）矿体埋藏较浅、走向长、产量大，若构成一个通风系统，风路长，漏风大，网路复杂，风量调节困难。

（3）开采围岩或矿石有自然发火危险的规模较大的矿井。

分区通风不同于在一个矿区内因划分成几个井田开拓而构成的几个通风系统。分区通风的各系统处于同一开拓系统之中，井巷间存在一定的联系。分区通风也不同于多台风扇机在一个通风系统中联合作业。分区通风的各系统不仅各具独立的通风动力，而且还各有完整的进回风井巷，各系统之间相互独立。实行分区通风应合理划分通风区域。通常将矿量比较集中、生产上密切相关的地段划在一个通风区域内。

（二）进出风井的布置

每一通风系统至少有一个可靠的进风井和一个可靠的回风井。在一般情况下，均以罐笼提升井兼作进风井，箕斗井和箕斗、罐笼混合井则不做进风井。这是因为装卸矿过程中产生大量粉尘能造成风流污染的缘故。排风井通常均为专用，因为排风风流中含有大量的有毒气体和粉尘。根据进风井的相对位置，可分为以下三种布置方式:

（1）中央式通风。进风井和出风井大致位于井田走向的中央，而且彼此靠近，一般相距30～50m，如图2-27所示。这种方式由于漏风严重等缺点，现场采用不多，仅在矿体埋藏较深，或受地形、地质条件限制，在矿田两翼不宜开掘风井时，可考虑采用。

（2）对角式通风。进风井位于矿体中央，出风井位于矿体走向两翼，即两翼对角式；或者进风井在矿体一翼，出风井在矿体另一翼，即单翼对角式，如图2-28所示。由于这种布置方式具有风流线路短、风压损失小、漏风少、排出的污风距工业场地较远等优点，在我国矿山中广泛使用。

（3）混合式通风。进出风井由三个以上井筒组成，并按中央式和对角式混合布置，如图2-29所示。它适用于矿体走向长、多矿体、多井筒的矿山。

图2-27　中央式通风

图2-28　对角式通风

进风井与回风井的布置形式虽可归纳为上述几类，但由于矿体赋存条件复杂，开拓、开采方式多种多样，在矿井设计和生产实践中，要结合各矿具体条件，因地制宜，灵活运用，而不要受上述类别的局限。

图2-29　混合式通风

（三）矿井通风网路

矿井中风流的引进、分布、汇集和排出是通过许多彼此连接的井巷进行的。风流通过的井巷所组成的巷道网称为通风网路。由于井下各种井巷纵横交错，通风网路的连结形式十分复杂。但最基本的形式有以下三种:

（1）串联通风网路。两条或两条以上的井巷首尾相连接，中间没有分岔的连接形式称为串联通风网路。串联网路中，各条巷道通风量相等，不能调节；通风总阻力较大，前段巷道的污风流经后面的巷道，污染作业环境。因此，各工作面之间应尽量避免串联通风。

（2）并联通风网路。两条或两条以上的井巷在同一点分开，又在另一点汇合，中间无交叉巷道的连接形式称为并联通风网路。在并联网路中，通风总风阻比任一分支巷道的风阻小；各分支巷道的风流是独立的，通风效果好，可以进行风量调节。因此，矿井中应尽量采用并联通风网路。

（3）角联通风网路。在两并联巷道之间，另有一条或几条巷道相连通所构成的网路称为角联通风网路。在该网路中，由于对角巷道的风流方向不稳定，有时可能无风，给通风管理工作造成困难。因此，应尽量避免角联通风网路。

（四）矿井通风动力

为了将地面新鲜空气不断输送到井下，并克服井巷阻力而流动，使工作面获得所需风量，矿井通风系统中必须有足够的通风动力。矿井通风的动力有两种:自然风压（称自然通风）和扇风机风压（即机械通风）。

1.自然通风

（1）基本概念。凡是利用自然条件产生通风压力促使矿井空气在井巷中流动的通风方法称为自然通风。自然通风形成的原因主要是由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回风井里的气温出现差异，使进、回风井空气重率不同，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。在自然风压的作用下风流不断流过矿井形成自然通风。

由于自然通风是因为进、回风井空气重率的不同形成的，因此自然通风受地面空气温度变化的影响很大。在冬季，由于地面温度低，进风井空气重率大，风流由进风井向出风井方向流动（正方向）；夏季则风流方向相反（负方向）；在春秋季节，由于地表与井内空气温差不大，自然风压很小，有时可能造成风流停滞现象。在高山地区，因昼夜温差大，风流方向可能昼夜间发生改变。正因为自然风压的大小及风流方向极不稳定，所以矿井不能采用单一的自然通风，而应采用机械通风。

对于装有通风动力的矿井，上述自然通风风压依然存在。若设通风动力在回风侧抽出式或在进风侧压入式工作，当炎热季节温度很高的地面空气流入进风井巷以后，其热量虽然不断传给岩石，但最终仍然形成进风井里的空气重率还小于回风井里的空气重率，进风井空气柱的重量比回风井的还轻，这时自然风压的方向就与通风动力的通风方向相反，形成阻力，通风动力不仅要克服井巷通风阻力，还要克服反向的自然风压。在冬季，情况正好相反，自然风压能够帮助通风动力去克服井巷通风阻力。

（2）自然通风的特性。实践表明，自然通风对矿井有效通风的作用，有时表现为积极的一面，有时却表现为消极的一面。因此，要深入认识矿井自然通风的特点和规律，以便能够更好地利用和控制自然通风。

根据现有的研究和认识，自然通风的规律和特点如下:

图2-30　自然风压的变化

1）影响自然风压的因素

①地表气温的变化。由于矿区地形、开拓方式和矿井深度的不同，以及是否采用主扇通风，地表气温变化对自然风压的影响程度也有所不同。对于山区平硐开拓的矿井，或者井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大，因而自然风压的变化较大，一年之间自然风压的大小和方向一般表现为如图2-30所示的变化；特别是平硐开拓的矿井，在夏秋季节有时一日数变，甚至还受天气变化的影响。

在侵蚀基准面以下竖井开拓的深矿井，由于地温随深度增加而增加，地面空气进入矿井后与岩体发生热交换，地表气温的影响就比较小了，从而自然风压大小一年内虽有变化，大体方向一般不太可能变化，特别是有主扇通风的情况下。

②矿井深度。可以近似地认为，自然风压的大小与矿井深度成正比。深达1 000余米的矿井，“自然通风能”约占总通风能的30%。有一个1 000m深的矿井，主扇运转时风量为90m³/s，而当主扇停止运转时自然通风量仍达20～65m³/s。

③地面大气压。由于地面大气压变化不大，从而它对自然风压的影响也很小。

④矿井内空气的成分和湿度。各种气体的气体常数是不同的。按照道尔顿定律，可以算出含有不同气体成分的空气气体常数，由此可以算出它对空气密度的影响。但在一般情况下，这种影响很小，在计算自然风压时可不予考虑。空气湿度的影响一般也不予考虑。但是，在深矿井中，从回风井排出空气时，空气常呈过饱和状态，空气中含有不少液态水分，排走这些水分必然要消耗附加的能量。如果矿井没有主扇，这份能量消耗就有赖于空气做的功（即自然通风能），从而削弱了原可用于全矿通风的风压。

⑤扇风机工作的影响。主扇工作对自然风压大小的影响甚小，一般予以忽略。但是，在主扇反风时，人为地形成了新的风流方向，原来的进风井成为回风井；若在冬季，由于岩体热量传给空气，使原进风井内气温增高，这种温差关系（两井筒内）既已形成，即使主扇停止运转，自然风流仍能保持主扇反风时的方向。也就是说，主扇反风能形成一个与原来自然风压方向相反的新的自然风压。

⑥风量的影响。冬季，如果风量增大，进风井冷空气增多，进风井内平均气温略有降低，那么自然风压少许增大；夏季则相反。但是，对于一般矿井这种影响不大，为计算简便，可忽略不计，而认为自然风压不随风量而变。

2）矿井有几个水平，各个水平皆有各自的自然风压。当没有主扇而是自然通风时，各水平的自然通风量取决于各自水平的自然风压和相关的风阻；即使上部水平原已采完和封闭，而后一旦偶然开启，也不会出现用主扇通风式时的那种上部短路现象而显著影响下部水平的通风量。当有主扇通风时，各个水平的自然风压将与主扇共处于矿井通风网络中联合作业，全矿井巷及其各个水平的通风流状况（风向与风量大小），应作具体分析才能了解。

3）水平深的矿井。竖井开拓、进回风井对角式布置、自然通风时，由于进风气温的变化，故常见上部水平停风或者风流反向，而下部水平却始终保持一定的风流方向。

2.机械通风

利用矿井扇风机旋转产生的压力，促使矿井空气流动的通风称为机械通风。

矿用扇风机按其用途可分为三种:①用于全矿井或矿井某一翼（区）的，称为主力扇风机，简称主扇；②用于矿井通风网路内的某些分支风路中借以调节其风量、帮助主扇工作的，称为辅助扇风机，简称辅扇；③用于矿井局部地点通风的，它产生的风压几乎全部用于克服它所连接的风筒阻力，称为局部扇风机，简称局扇。

（1）矿用扇风机按其构造原理可分为离心式扇风机与轴流式扇风机两大类。

①离心式扇风机。离心式扇风机主要由动轮（工作轮）、螺旋形机壳、吸风管和锥形扩散器组成。有些离心式扇风机还在动轮前面装设具有叶片的前导器（固定叶轮）。前导器的作用是使气流进入动轮入口的速度发生扭曲（前导器叶片给风机导向），以调节扇风机产生的风压。动轮是由固定在主轴上的轮毂和其上的叶片所组成；叶片按其在动轮出口处安装角的不同，分为前倾式、径向式和后倾式三种。工作轮入风口分为单侧吸风和双侧吸风两种。

②轴流式扇风机。轴流式扇风机主要由工作轮、圆筒形外壳、集风器、整流器、前流线体和环行扩散器所组成。集风器是一个壳呈曲面形、断面收缩的风筒。前流线体是一个遮盖动滑轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风器构成环形入风口，以减小入口对风流的阻力。工作轮是由固定在轮轴上的轮毂和等距安装的叶片组成。叶片的安装角θ可以根据需要来调整。一个动轮与其后的一个整流器（固定叶轮）组成一段。为提高产生的风压，有的轴流扇风机有两段动轮。

当动轮叶片（机翼）在空气中快速扫过时，由于翼面（叶片的凹面）与空气冲击，给空气以能量，产生了正压力，空气则从叶道流出；翼背牵动背面的空气而产生负压力，将空气吸入叶道，如此一吸一推造成空气流动。空气经过动轮时获得了能量，即动轮的工作给风流提高了全压。

整流器用来整流由动轮流出的旋转气流以减少涡流损失。环形扩散器是轴流式风机的特有部件，其作用是使环状气流过渡到柱状（风硐或外扩散器内的）空气流，使动压逐渐变小，同时减小冲击损失。

（2）根据扇风机安装位置不同，主要扇风机的工作方式可以分为抽出式、压入式和混合式三种。

①抽出式。扇风机安装在出风井井口附近。在扇风机的作用下，整个通风系统的空气压力低于地面大气压力，矿井内空气呈负压状态，称为负压通风，如图2-31所示。

适用条件:回风段易于维护，与地表沟通的通道少的充填法矿井；矿体埋藏较深或回采后采空区易于密闭及覆盖岩层厚、透气性不强的崩落法矿井；贯通地表的运输平硐多，不宜多处安装自动风门的矿井；矿石围岩有自燃发火危险的矿井。

②压入式。扇风机安装在进风井井口附近。在扇风机作用下，整个通风系统的空气压力大于地面大气压，矿井内空气呈正压状态，属正压通风，如图2-32所示。

图2-31　抽出式通风示意图

图2-32　压入式通风示意图

适用条件:回风段与地表沟通多，难于密闭和维护，如平硐开拓的钨矿及由露天转地下的矿井；进回风井口高差大，及高海拔平硐溜井开拓的矿井；矿体埋藏较浅，回采区有大量井巷通地表或覆盖岩层较薄、透气性强的崩落法矿井；矿体端部勘探不清，只能用临时性回风小井以及受地形条件限制，无适当位置设回风井和主扇的矿井；矿岩节理裂隙发育的含铀金属矿井。

③混合式。两台或两台以上的扇风机，一台为压入式，一台为抽出式，如图2-33所示。

适用条件:矿井主要漏风段在需风段，而进回风段均易密闭和维护；不允许风流经由崩落采空区漏风的矿井；矿井的进、回风段漏风都很大，为了使矿井风压分布均匀，降低高风压区段的风压以减少漏风；通风线路长，矿岩节理裂隙发育的含铀金属矿井。

图2-33　混合式通风示意图

六、矿井防水和排水

（一）矿井防水

如果只用加强排水的方法来治理矿井水患，很显然是一种比较消极的办法，有时还可能造成地表水与井下水的往复循环，正确的途径是贯彻以防为主、防排结合的方针。井下涌水的发生，必须具备水源和涌水通路两个条件，因此一切防水措施都应从消除水源及杜绝涌水通路两方面着手。矿井防水可分为矿床疏干、地面防水、地下防水。

1.矿床疏干

矿床疏干是借助巷道、疏水钻孔等手段，在基建前或基建过程中，即采矿之前就先降低地下水位，以保证采掘工作安全和正常而采取的一种措施。

疏干方法有:①深井泵疏干法（亦称为地表疏干法）。它是在需要疏干的地段，在地面钻凿大口径钻孔安装深井泵或深井潜水泵，依靠孔内水泵的排水工作，降低地下水位。它适用于疏水性良好、含水丰富的含水层。②巷道疏干法。它是利用垂直地下水流动方向布置的若干疏干巷道，有时还经常配合从疏干巷道钻凿的疏水钻孔以降低地下水位的疏干方法，这种方法疏干的效果比较好。

2.地面防水

地面防水主要是防止汇水面积不大的坡面径流或小型季节性河流（旱季流量很小，雨季水量骤增）的洪水，实际上也就是防洪问题。由于防洪与农田水利关系十分密切，因此在考虑防洪工程时，应注意保护农田水利工程，不占或少占农田，在满足矿山防洪的前提下应尽量考虑农田水利的要求。防止地表水进入矿井十分重要，特别是在雨季山洪暴发时，突然而来的大量洪水均能沿着与井下相连的通路注入矿井造成水灾。在雨季前后都应对所有防水工程进行详细检查，在洪水期，要发动群众，组织防汛队伍，准备必要的防洪器材。

3.地下防水

地下防水的任务是预防突然涌水，限制和阻挡地下水进入矿井。使用防渗帐幕来解决整个矿山防治地下水问题已取得了成功，这就是我国矿山防水工作的新途径。为了在发生水灾的情况下能与水源隔绝，应在适当的地点构筑防水门或防水墙。防水门设置在既要防水又要运输行人的巷道内，防水墙设置在需要永久截水的地方。

（二）矿井排水

矿井排水方式可分为自流式和扬升式两种。自流式排水是利用平硐自然排水。扬升式排水是借助水泵将水排至地面，可分为固定式和移动式两种，井下水泵房一般都是固定式的。只有在掘进竖井和斜井时，才将水泵吊在专用的钢丝绳上，随掘进面前进而移动。

矿井排水系统可分为独立排水系统、接力排水系统和集中排水系统，如图2-34所示。对于独立排水系统，每个水平设水泵房直接排水，如图2-34（a）；对于接力排水系统，下水平水排至上水平直至排到地表，如图2-34（b）；对于集中排水系统，各水平的水汇集在一起再排至地表，如图2-34（c）。

图2-34　矿井排水系统图

七、其他系统

矿井其他系统有供风系统、供水系统、供配电系统、地面生产系统以及监测监控系统等。