地下矿山开采
9.1地下开采的性质和范围
9.1.1地下采矿扮演的角色
如果露天采矿的优势在于它的大规模生产和最小成本能力，那么地下采矿的优势在于可以开采各种不同的矿床和可以用不同的方法来满足矿床开采条件,并且这些方法都不适用于露天开采。如今，地下采矿无法与美国矿工的生产成本或份额相竞争。回顾表6.2，我们看到，在矿石吨位方面，只有不到5％的金属和非金属，少于39％的煤是在地下矿山生产的。因此,地下采矿成为许多产品生产退居次要的角色。然而，美国在铅，钾，天然碱和锌的供应方面大部分都依赖地下采矿。 此外，其大部分煤，金，钼，盐和银也来自地下采矿。
有预测说，未来几年的地下生产是相当困难的。 许多分析人士认为，大部分近地表的矿床已经被开采。 另外，他们指出了满足所有的环境要求是需要付出巨大代价的。 然而，露天采矿设备的生产力在不断提高，而且采矿设备也可以更大的机械化，因此，采矿面积的百分比会越来越大。 不过无论是增加还是减少，都可以得出定论，地下采矿将来将继续在矿产资源的开采发挥重要作用。
9.1.2地下采矿的独特性
地下采矿中有一些开采步骤在露天采矿中是没有必要的，这些都是4.2节中会概述的。对管理因素的审查表明，对位置因素（特别是气候较差的位置因素）和环境后果的关注度较少。最重要的因素是矿石和岩石强度，地下水的存在和当地的岩石温度梯度。社会、经济~、政治和环境因素在地下开采中往往是与那些在露天开采中有很大的不同点。地下采矿中的社会，经济，政治和环境因素往往与地表采矿有很大不同。 可能需要更熟练的劳动力，由于风险增加，融资可能更困难，沉降可能成为最重要的环境问题。
所需的开发程度也有很大的不同。在露天采矿中,去除大量的覆盖层可能使开采更为复杂化。另一方面,对于大多数矿山，有限的开挖和相对较小的开口是必要的。然而,发展可能需要更昂贵的吨位计算,并可能需要更多类型的挖掘。此外,地下矿山中设有人造空气设备以保证地下矿山有足够的空气量供给。
有时,地下开采面积扩大,反之亦然。那些在采矿共促成开始之前的开口和取样就是为了提供有价值的探索信息和为额外的勘探钻探和采样提供合适的场地。同样,开口驱动也可以是被利用来勘探开采储量。例如,图3.6所示的勘探转移，几乎肯定的是会随后探索到矿山储量。
9.1.3地下开口的类型
地下开口类型可按照矿山整体布局的重要性顺序分成三个类别：
- 一级:主要岗位(如。、轴、斜率)
- 二级:水平或带开口(如。、漂移、条目)
- 三级:横向或面板开口(如。、坡道、横切)
通常,开采开口会按照这个顺序;也就是说，从主要开发开口到次级水平或区域开口，到诸如侧面或面板开口的三级开口。 然而，不同的挖掘方法存在许多变化。 例如，在煤矿开采中，条目和相关的横切线总是同时被驱动，而不管条目的类别。 还应该指出，地下采矿通常采用独特的命名。 以下列表定义了通常用于描述地下工作的一些术语和地下采矿的其他方面。 可以参考采矿术语的其他来源包括Gregory（1980），Hamrin（1982）和美国地质研究所（1997）。
沉积和空间方面
顶部:地下开挖的屋顶或上覆表面 底部:地板或潜在的地下开挖表面
底部:地下或地下开挖的底层
围岩:废石相邻的矿床
支柱:部分沉积岩覆盖一个开挖和左作为支柱
下降:沉积岩的倾角,测量水平,距离
地板:底部或潜在的地下开挖表面
下盘:围岩下的沉积岩
采空区:打破,屈服了,采空区部分存沉积岩
挂墙:高于沉积岩的围岩
支柱:未定义的矿床部分，为屋顶或悬墙提供支撑
间柱:侧墙，开挖的侧墙
屋顶:挖掘的背面、顶部或上覆表面
支柱:挖掘的一部分沉积物作为支柱留在原地
承载柱:在其表面交叉点的平板状沉积物的水平轴承
围岩:毗邻矿床的岩边界
定向条件
前方:在近水平方向推进,开放的工作面
中心:走向工作面,远离矿井入口
边界:远离工作面,走向门口
上方:向上推进
下方:向下推进
开挖条件
平硐:主要水平或近水平的地下开口,单一的表面
巷道:漏斗形开挖形成的顶部加将材料等由重力的作用从采场到放矿点
通常用于修改回采或采矿
泄漏:侧面排气通风
滑槽:利用重力将大量的材料矿石引导到装载运输工具中
横切:三级水平开口,通常连接石门、巷道、矿房
下降:二级斜向下推动水平面,有时在下降的沉积岩平面上
放矿点:装载点下的采场,利用重力向下运送散装材料，也叫联络小巷
移动位置:初级或中级水平或近水平开口,平行于沉积岩平面
入口:中二级水平或近水平开口
抬高平面:垂直或近垂直的开口，用于将材料转移到其他平面，通常与提升系统联系在一起
栅筛:粗筛选或剥皮装置,防止过大的散装材料进入材料传送系统;构建围栏,障碍物、横梁等。
运输巷道:水平开口主要用于材料处理
倾斜:二级斜开,向上连接水平有时的倾斜矿床;也斜轴
横向:二级或三级水平开口,经常在一个角度并行或运输巷道,通常提供通风或一些辅助服务
水平:系统水平开口连接轴;构成一个操作我的地平线
装入口袋:转运站加载在一个轴,绿巨人材料由本料斗、溜槽跳过
长壁:横向开发开放数百英尺(米)长,通常以表格存款
人行道:两个不同阶段之间的人员的通行
溜井:垂直或近乎垂直的开口散装材料由重力流
门户:打开或连接从一个地下开挖表面
提升:二级或三级垂直或近乎垂直的开口,驱动的上升从一个水平到另一个
匝道:二级或三级斜开,驱动连接水平,通常在一个向下的方向,用于运输
矿房:水平开发开放,通常在一个层状矿床
轴:主垂直或近乎垂直的开口,连接表面和地下运作,也垂直轴
斜坡:主要倾向于开放,通常是一个轴,连接表面和地下工作
狭槽:狭窄的垂直或倾斜在年底存款开挖掘采场提供长凳上的脸
采场:大开发开放,通常倾斜或垂直,但也可能是水平的
分段:中级或中级主要或视野,通常接近开发区域
转运站:位置的物料搬运系统,运输或吊装,散装材料之间传输的交通工具
隧道:主要水平或身体滑向接近水平的打开后,获得表面两端
底平面:低水平开口挖掘在沉积岩的一部分,通常是一个采场,诱导破碎和屈服的,还一个狭窄的切口切面对促进破损的矿床
通道:二级或三级垂直或近乎垂直的开口,向下从一个水平到另一个
图9.1展示了很多的开采开口类型,可以利用金属矿山。图9.2显示了一些煤矿的主要开口类型。
注意，现在斜坡在金属矿山和煤矿比过去更普遍,因为他们可以使用最有效的运输设备
9.2 矿床开开拓设计
矿床开拓必须考虑整个矿井设计的所有方面。由于地下开采的复杂性和费用,在开采过程中作决策时,必须特别小心，这也可能影响后续生产操作。 Hamrin（1982,2001）和Bullock和Hustrulid（2001）讨论了矿山设计和开发中的许多重要考虑因素。 以下部分将讨论最关键的问题。
图9.2 地下煤矿铺设主通道
9.2.1采矿方法
一旦决定了用地下开采,注意力就集中在开采方法的选择上。在矿山生产计划被采用之前，不应该继续发展，第一步是决定哪一类地下方法最适合：不支持，支持或完全不适用。 还要注意的是，解决方案在采矿虽然不常见，但仍然是地下矿床的选择（见第8.4节）。 如第4.8节所述，采矿方法的选择取决于与矿床有关的自然和地质条件，某些经济和环境因素以及可能与特定矿床有关的其他因素。
选择方法如此重要的原因在于它主要控制着主要开采开口的类型和位置。 如果预期由于沉降造成的表面的扰动不可避免地具有开采方法和可能的其他方法，那么所有进入开口必须位于由拉伸角限制的断裂区域之外。 如果能够确保矿井寿命期间覆盖活动矿区的地面的完整性，则主开口可以位于矿床上方更中心的位置。
图9.2.1 采矿方法图
9.2.2 生产率和矿山服务年限
各种地质和经济条件决定了已知储量的矿床和矿山的生命周期的最佳生产率。 这些包括产品的市场条件和销售价格，矿产品级，开发时间，采矿成本，融资方式，治理支持和税收政策等一些因素。
现代矿山规划中最常见的目标是优化净现值，即对矿床进行优化，以达到最大内部收益率（Arrouet，1992）。 实现这一目标的一个方法是选择租赁现金流量净现值租赁的生产率。
所有其他事情是平等的，生产率越高，矿井寿命就越短。 以前，矿井的生命周期经常在几十年。 较高的成本和更大的投资风险，矿山的生产现在往往仅限于几年。 虽然许多低档，高吨位的运营仍然有15到30年的预期寿命，但高档，低吨位运作的设计是两年至四年的寿命并不罕见 （Clanville，1984）。 然而，由于劳动力成本较高，借款成本高，行业趋势仍面临大型矿山，生产率高。 Nilsson（1982a）探讨了原因，并得出结论，这种趋势可能会持续下去。
9.2.3 主要开口方式
矿山必须在矿山早期规划阶段做出一定数量的与矿山发展相关的初始决策。他们关注的与开口方式相关的主要因素是类型、数量、形状和大小。论其必要性,这些决策通常是由主要的物料搬运系统而抉择的。影响决策的因素包括深度、形状和大小的沉积岩;表面形貌:自然和矿体和围岩的地质条件:采矿方法;和生产速度。在一开始，明智的决定可以避免以后矿山在发展过程中再进行大规模改变,因为做出改变的代价总是破坏性的和昂贵的。排序变化是矿山上常见的，经常发生在服务年限长的矿山而不应该有临时做出决定改变的行为。
9.2.3.1 开口类型
关于矿山开口类型,只有三个常见的选择是使用规律:(1)轴(垂直和垂直附近),(2)下降(斜坡或坡道),和(3)修筑或漂移。垂直轴一直是最常见深矿井开口类型。然而,现在几乎所有的轴垂直因为近乎垂直轴以至于更昂贵和导致难以发展。
因为他们的协作，主要开采方式与主要手动系统的依赖程度在增长过程中不断的下降。在煤矿,这些开口被称为斜坡(见图9.2)和煤炭矿山相关的带式输送机运输。除了在很深的矿山,煤炭矿山的主要运输利用这些开口提供低成本,消除起重系统的必要性。煤矿的斜坡上通常是在一个角度大约有15个驱动。这是或许斜坡通常是3.6倍的原因,虽然只要一个垂直轴和一个多轴的成本，但是,斜坡将造成额外的成本与储存在几年内得到的带式输送机提升机可以应用于类似的逻辑的闹剧在金属矿山这些开口通常驱动允许自由进入任何级别的矿山与柴油动力设备可以驱动螺旋形式(见图9.1)或在一个矩形形式,交错的线性部分。在每种情况下的想法都是提供一种利用移动设备在矿山上不形成任何限制。坡道弧通常不用于主运输巷道,而是根据需要,在井下使用柴油设备进行开发开口促进使用。
在任何情况下，漂移或修筑用于煤炭、非金属和工业矿产操作,沉积岩可以很容易地通过条目或修筑水平的类型(见图9.2)。矿山的具体情况通常发生在煤或非金属沉积岩,但是也很容易发现在位于山区的金属矿床。显然这种方法可以适用于许多沉积矿床和通常是一个具有成本效益的方法,开发一个如果的可能性存在的矿山。
9.2.3.2矿山开采标准
在任何给定的正开采的矿山中，矿山规划师通常利用矿床的采矿条件选择最佳的开口类型，尺寸和数量。 这些因素取决于矿山的生产率，矿床的深度，采矿系统中使用的设备类型以及从矿山中清除矿产品的主要方法在运输和采矿中，开采标准用来评估矿山的设备尺寸和生产率，以确定所需开孔的尺寸和数量。 煤矿必须有多个开口，这可能导致比金属或非金属矿更多的进入矿床。 然而，矿床的漂移或调整通常是开发矿山的最便捷的方式，这可能是选择这种开采方法的主要原因。
在轴的开采过程中,过去几十年的实践发生了变化,无孔轴是更为常见，圆轴在大型井和新矿中都普遍存在,在煤矿中,大约一半的轴现在被blind-boring方法(见9.4节)。它已成为常见的轴16英尺(4.9米)并以这种方式钻(Maloney,2000)。此外,许多煤矿企业现在使用泄漏轴简化他们的长壁通风系统。几乎所有这些都是使用blind-boring钻机钻。Raise-bored轴
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