矿山地下开采安全技术管理(继续教育)韶关9.15.ppt

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1、地下开采安全技术管理,授课人：xxxx,1、矿井开拓方式有哪几种？ 2、回采顺序（阶段、矿块、矿房）分别是怎样的？ 3、矿井通风方式？各自的优缺点？ 4、井巷掘进通风，其局扇安装及风筒布置有何要求？ 5、按地压管理方法，地下采矿方法分为哪几类？ 6、房柱法、浅孔留矿法的适用条件？ 7、冒顶片邦事故的预防措施？,一、地下开采概述,1、地下开采术语 矿床是指在空间上具有一定位置、形状、大小的矿石聚集体。 矿石：凡是地壳内的矿物体，按现代技术经济水平，能以工业规模从中提取国民经济所必须的金属或其它矿物产品的，叫矿石。 矿田划归一个矿山企业开采的矿床或其中一部分 井田在一个矿山企业中一个矿井开采的全部

2、矿床或其中一部分 矿井：具有独立完整开采系统的坑口,阶段:在开采倾斜矿体时,在井田中每隔一定的垂直距离掘进沿走向阶段运输巷道,将井田划分为一个个的长条形的矿段称阶段。 阶段高:两阶段运输巷道的垂直距离。 矿块:在阶段范围内,沿走向,每隔一定的距离.垂直走向掘进天井,将阶段划分为更小的块段称矿块。 盘区:开采微倾斜矿体时,如果矿床的厚度不超过允许的阶段高度，则在井田内不再划分阶段，在井田内沿走向掘进运输巷,将井田划分为长条形矿段称盘区。 采区:在盘区内,垂直走向掘进运输巷道,将盘区划分为更小的矿段叫采区。,I -已采完阶段， -正在回采阶段，-开拓、采准阶段，-开拓阶段 H -矿体垂直延伸深度，

3、h -阶段高度，L -矿体的走向长度 1-主井，2 -石门，3 -天井，4 -排风井，5 -阶段运输巷道，6 -矿块,2、地下开采的步骤 金属矿矿床地下开采分为开拓，采准，切割，回采工作四个步骤。 （1）开拓: 从地表掘进一系列巷道到达矿体,建立地表与矿体的通路,建立提升、运输、通风、排水、供电、供水、供风、行人等系统. 开拓方式有立井开拓、斜井开拓、平垌开拓、联合开拓。 （2）采准： 在完成开拓工作的阶段内,掘进采准巷道,将阶段划分为矿块,并在矿块内形成行人、通风、凿岩、出矿等系统.,（3）切割: 在完成采准工作的矿块内,掘进切割、拉底巷道,开辟切割空间,为大规模回采开辟自由面和补偿空间、为

4、出矿创造条件. （4）回采: 在完成切割工作的矿块内,大量的回收矿石,包括落矿、运搬、地压管理。 a.落矿:通过爆破的方法崩落矿石。 b.运搬:将矿石从矿块内移动到阶段运输巷道。 c.地压管理:通过各种方法处理采矿留下的采空区。,回采顺序： 阶段的回采，从上到下，先采上阶段，再采下阶段。 同一阶段内矿块的回采，由外到里，先井田边界再到井田中心，也叫后退式回采。 矿块通常划分为矿房，矿房的回采，由下往上。,掘进与支护,水平巷道掘进，目前普遍采用凿岩爆破法。其主要工序包括：凿岩、爆破、岩石装运和支护； 辅助工序包括：工作面通风、排水、接管道、照明、铺轨和测量等。 从凿岩开始到装岩、铺轨和支护完毕，

5、为一个掘进循环，巷道由此向前掘进了一段距离。,凿岩爆破,（1）炮眼布置 巷道掘进的爆破工作是在只有一个自由面的狭小工作面进行的，俗称独头掘进。 掘进工作面的炮眼，按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼（如图4-2所示） 其爆破顺序必须是延期起爆，即先爆掏槽眼，然后起爆辅助眼，最后起爆周边眼。,图4-2 平巷掘进的炮眼布置 1掏槽眼；2辅助眼；3周边眼,掏槽眼倾斜角依岩石可爆性不同而定，一般取5070。 每对炮眼底部间距一般取1020cm 炮眼深度与掘进断面面积、掘进机械化程度和爆破技术水平有关。现有条件下单轨平巷的炮眼深度多在1.52.5m之间。 巷道掘常用的炸药是铵梯炸药和铵油炸药，采用

6、电雷管、火雷管或导爆管起爆。,矿井通风系统,图4-35中央式通风系统,图4-36 对角双翼式通风系统,矿井通风方式有抽出式、压入式和混合式3种。,1）抽出式 主扇位于回风井，利用主扇提供的负压抽出污浊空气（图4-37）。 抽出式是金属矿山普遍采用的通风方式，优点：可利用副井进风，进风段风速小，人行、运输条件好；不需专用进风井巷和井口密闭；排烟速度快，且风流主要在回风段调节，不妨碍人行运输，便于维护管理 缺点是：当工作面经崩落空区与地表沟通时较难控制漏风；污风通过主扇，腐蚀性较大。,图4-37 抽出式通风,压入式 主扇位于进风井，利用主扇提供的正压压入新鲜空气，排出污浊空气（图4-38）。 其优

7、点是：可利用采空区、崩落区或回风段其他通地表的井巷组成多井巷回风减少阻力，回风道密闭工程量少，维护费用低；矿井风压呈正压状态，可减少井巷、空区、矿岩裂隙中有毒有害气体的析出量；新鲜风流通过主扇，腐蚀性较小。其主要缺点是：进风井巷维护困难；进风段风速大，对人行运输不利，劳动条件差；在回风段风压低，排烟速度慢。,图4-38压入式通风,混合式 进风井主扇压入新鲜空气、回风井主扇采用抽出污浊空气的联合通风方式（图4-39）。,图4-39 混合式通风,工作面通风,工作面通风的目的 把爆破产生的炮烟和大量粉尘，在短时间内排出工作面。以利装岩工作进行； 正常供给工作面新鲜空气，排出凿岩和装岩产生的粉尘及污浊

8、空气，降低工作面温度，创造较好的工作环境。 由于巷道掘进是独头施工，难以形成贯穿风流，一般采用局部扇风机通风，爆破后通风时间一般不少于40min，人员才能进入工作面进行装岩工作。,井巷掘进通风方式可分为压入式、抽出式和混合式3种，其中以混合式通风效果最佳,图4-5 压入式通风 图4-6 抽出式通风 1局扇；2风筒 1局扇；2风筒,图4-7 混合式通风,特别注意： 压入式和抽出式的局扇必须安装在新鲜风流流过的巷道内，并距掘进巷道口的距离不得小于10米 压入式通风的风筒距工作面的距离应在10米内 抽出式通风的风筒距工作面的距离应在5米内,岩石装运 把掘进工作面爆破下来的岩石装入矿车运出工作面，就是

9、岩石的装运作业，亦称出渣，是一项比较繁重的工作，约占掘进循环时间的40%50%。,平巷掘进中使用较多的装载设备是铲斗式装岩机和矿车，如图4-8所示。,图4-8 装岩机装岩过程示意图,巷道支护 支护材料包括木材、金属材料、石材、混凝土、钢筋混凝土、砂浆等。 过去巷道支护大多是架设棚式支架与砌筑石材（或混凝土）整体式支架 现在喷锚支护在矿山得到了广泛的应用。 为防止松软岩层在掘进工作面的顶板冒落，永久支架落后于掘进工作面的距离不得超过3米。,斜进、立井、天进掘进（见P88-97） 主斜井（箕斗斜井）倾角为2530； 矿车组斜井（包括材料斜井）不得大于25； 胶带运输机斜井一般不大于18。,二、采矿

10、方法分类及特征,1、采矿方法：是研究矿块内矿石的开采方法，是研究采准、切割、回采工作在空间、时间上的有序组合，是采准、切割、回采工作的总称。 按照回采时地压管理方法将地下采矿方法分为3类，即空场法、充填法和崩落法。 （1）空场法 在矿体中形成的采空区主要依靠围岩自身的稳固性和留下的矿柱来支撑顶板岩石，采空区不做特别处理。 （2）充填法 利用充填物料将回采过程中形成的采空区进行充填，以限制顶板岩层移动和地表沉降。 （3）崩落法 崩落法是随着矿石被采出，有计划地崩落矿体的覆盖岩石和上下盘围岩来充填空区，消除地压发生的原因，主动管理地压。,2、采矿方法选择影响因素 1）矿石和围岩的物理力学性质，尤其

11、是矿石和围岩的稳固性； 2）矿体倾角和厚度：矿体倾角主要影响矿石在采场中的运搬方式；矿体厚度则主要影响落矿方法的选择以及矿块的布置方式等； 3）矿体形状和矿石与围岩的接触情况，主要影响落矿方法、矿石运搬方式和损失与贫化指标； 4）矿石的品位和价值：开采品位较高的富矿和贵重、稀有金属时，往往要求采用回收率高、贫化率低的采矿方法， 5）矿体埋藏深度：埋藏较深的矿体（如超过800m）开采时，地压增高，会出现岩爆现象，此时应考虑采用充填法。 6）地表是否允许陷落。如不允许陷落，则在采矿方法选择时应优先考虑能保护地表的采矿方法，如充填法；,三、采矿方法具体介绍,1、空场采矿法 （1）房柱法 房柱法是回采

12、矿岩稳固的水平和缓倾斜中厚以下矿体的常用采矿方法。其特点是在回采单元中划分矿房、矿柱并相互交替排列，回采矿房时留下规则的矿柱，维护采空区顶板。所留矿柱可以是连续的或间断的，间断矿柱一般不进行回采。图示为浅眼房柱法的概念图。,图4-20 浅眼房柱法 1阶段运输平巷；2矿石溜井；3切割平巷；4电耙绞车硐室； 5切割天井（上山）；6矿柱；7炮眼,1）适用条件 矿石和围岩(顶板)稳固 矿体的倾角30 矿体的厚度6米 2）构成要素： 矿块长度(斜长)40-60米 矿房宽度:(走向)8-20米 顶底柱宽度:4-6米 矿柱:间距5-8米,3-7米.,3）采准和切割工作： 阶段运输巷:沿走向.下盘岩石内,距矿

13、体5-8米 溜井:断面1.81.8,间距8-20米,先行人通风，后溜矿。 切割平巷:矿脉内，沿脉走,行人.通风. 硐室:222正对溜井, 天井（上山）:垂直走向,矿脉内近底板22, 联络平巷:矿脉内近顶板沿脉，回风出口。 4）回采工作 矿厚小于3m时，一次采全厚，大于3m时，分层回采。 从切割平巷与上山交口处拉底，高度2.53m，炮眼排距0.60.8m，间距1.2m，孔深2.43m；,拉底结束后进行挑顶，回采上部矿石，炮眼排距0.81.0m，间距1.21.4m，孔深2m；若矿厚小于5m，则一次完成，大于5m时，则以2.5m高的上向梯段分层挑顶。 采空区维护：不回采矿柱，依靠矿柱和围岩稳固性维护

14、。 （2）浅孔留矿法 1）适用条件和特点 矿石和围岩(顶板)稳固 矿体的倾角：55 矿体的厚度：0.810米 特点：使用浅孔落矿，自下而上分层回采，每次采出的矿石暂时只放出1/3左右（称局部放矿），其余的存留于采空场中，作为继续上采的工作平台和对围岩起支撑作用，待回采作业全部结束后，再全部放出（称为集中放矿）。,浅孔留矿法 1阶段运输平巷；2天井；3联络道；4采下的矿石； 5回风平巷；6放矿漏斗；7间柱；8顶柱；9底柱,2）构成要素 阶段高度：3050m 矿块长度：4060m 矿柱尺寸：间柱宽26m，顶柱厚23m，底柱高46m 3）采准和切割工作 运输平巷:沿走向.下盘岩石内,距矿体5-8米

15、天井：布置在间柱中，每隔45m掘进连络巷。 漏斗：布置在矿体下盘，沿走向间隔57m,下部与运输平巷相通。 拉底巷道、辟漏：拉底高度22.5m，宽度不小于1.2m，漏斗颈规格一般为1.51.51.71.8，拉穿拉底巷后扩帮刷大成漏斗。 4）回采工作：分层回采，采高23m, 工作包括：打眼、爆破、通风、局部通风、局部放矿、撬顶及平场、大量放矿等。 炮眼排距11.2m,间距0.81.0m,孔深1.31.8m。 采场通风：足够风量，风速不低于0.25m/s，,2、充填采矿法 1）上向分层（或进路）充填法 将矿块划分为矿房、矿柱，先采矿房，后采矿柱。矿房自下而上分层（水平分层或倾斜分层）回采，每回采一个

16、或若干个分层后，及时进行充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件；矿柱按合理的回采顺序用充填法或其他合适的方法开采。 2）嗣后充填采矿法 在矿岩稳固性较好的条件下，可以采用嗣后（事后）充填法，其主要特征是：在阶段内，将矿体交替划分为矿房和矿柱，先用空场法回采矿柱，待整个矿柱回采完毕后，一次进行胶结充填，形成人工矿柱，胶结体达到养护时间后，在人工矿柱保护下，用同样的方法回采矿房，矿房回采完毕后，一次进行非胶结充填。由于充填工作是在矿块的整个阶段内一次完成，因此，该方法亦称为阶段充填法。,3、崩落采矿法 其主要特点是：随采矿工作面的推进，有计划地强制崩落，或借助自然应力崩落采场顶板或两帮围岩

17、，充填采空区，以控制和管理采场地压。 崩落采矿法能实现单步骤回采矿块，消除回采矿柱时安全条件差、损失与贫化大的弊端。但其首要使用前提条件是地表允许陷落，而且由于放矿是在覆盖岩石下进行的，损失与贫化率较高，因此，一般适应于价值不高的矿体或低品位矿体的回采。随着环保问题的日益重视，该类采矿方法使用比重有越来越小的趋势。,四、开采安全管理,1、地下开采安全规程中的规定 1）地下采矿，应按设计要求进行。 2）每个采区（盘区、矿块），均应有两个独立的便于行人的安全出口。（两出口水平距离相隔30米以上） 3）溜矿井不应放空。溜井口不准有水流入； 4）应建立顶板分级管理制度。对顶板不稳固的采场，应有监控手段

18、和处理措施。 5）在密集支柱中，每隔35m应有一个宽度不小于0.8m的安全出口， 6）放顶若未达到预期效果，应作出周密设计，方可进行二次放顶； 6）放顶后，应及时封闭落顶区，禁止人员入内； 7）撤柱后不能自行冒落的顶板，应在密集支柱外0.5m处，向放顶区重新凿岩爆破，强制崩落； 8）各分段回采完毕，应及时封闭本分段的溜井口。 9）矿柱回采应与矿房回采同时设计。,2、地压安全管理 （1）地压管理的基本方法： 利用矿岩本身的强度保留必要的支撑矿柱，以保持采场的稳定性； 采取各种支护方法，支撑回采工作面，以维持其稳定性； 充填采空区，支撑围岩并保持其稳定性； 崩落围岩，使采场围岩应力降低，并使其重新

19、分布，达到新的应力平衡。 （2）发生冒顶片帮的原因 1）采矿方法不合理和顶板管理不善。 2）缺乏有效支护。 3）检查不周和疏忽大意。 4）浮石处理操作不当。,（3）冒顶事故的预兆 通常会：发生响声、掉渣、片帮、断缝、脱层、漏顶、淋雨增加 （4）冒顶片帮事故的预防 1）选用合理的采矿方法。 2）搞好地质调查工作。 3）加强工作面顶板的管理与支护和维护。 4）及时处理采空区。 5）坚持正规循环作业。 6）加强对顶板和浮石的检查与处理。,案例1： 广西合浦县恒大石膏矿“5.18”冒顶事故,2001年5月18日凌晨3时30分,广西合浦县恒大石膏矿发生重大冒顶事故,造成29人死亡,直接经济损失456万元

20、. 事故的直接原因: 1.主要巷道护巷矿柱明显偏小又不进行整体有效支护 2.矿房矿柱留设不规则,随着采空面积不断增加,造成局部应力集中. 3.在围岩遇水而强度降低情况下,首先在局部应力集中处产生冒顶,之后出现连锁反应,导致北边采区大面积顶板冒落,通往三水平北边作业区的所有通道垮塌、堵死,案例2： 宽城建龙铁矿“3-14“边邦脱落事故,2002年3月14日11时50分，宽城建龙铁矿由于特殊地质构造引发回采工作面边邦突然脱落事故，造成3人死亡，直接经济损失17万余元。 主要原因: (I)由露天采矿刚转入地下开采，管理人员和作业人员井下工作经验不足。 (2)该区域构造多为倾向断层，截止事故发生前未发

21、现过断层，因此未能引起人们 对该处安全工作的足够重视。 (3)技术管理薄弱，地质调查不够深人。 (4)现场管理人员责任意识不到位，未能及时发现该处顶盘情况的变化,（5）处理冒顶事故的基本原则 1）探明冒顶区范围和被埋、压、截堵的人数及可能的所在位置，并分析抢救、处理条件，采取不同的抢救方法。 2）迅速恢复冒顶区的正常通风，如一时不能恢复，则必须利用压风管、水管或打钻向埋压或截堵的人员供给新鲜空气。 3）在处理中必须由外向里加强支护，清理出抢救人员的通道。必要时可以向遇险人员处开掘专用小巷道。 4）在抢救处理中必须有专人检查和监视顶板情况，加强支护，防止发生二次冒顶.） 5)在抢救中遇有大块岩石

22、，不许用爆破方法处理，如果威胁遇险人员则可用千斤顶、撬棍等工具移动石块，救出遇险人员。,五、通风、防排水、防灭火管理,1、通风方法及通风安全管理 （1）机械通风和自然通风 机械通风是采用专门的机械设备（扇风机）来促使井下空气流动。通常有压入式和抽出式. 自然通风是靠自然压差促使空气流动的。自然通风只能作为机械通风的一种补充手段。,(2)通风安全管理 根据冶金矿山安全规程规定，井下通风要满足以下要求： （1）井下采掘工作面进风流中的空气成分（按体积计算），氧气不低于20%，CO2不高于0.5%。 （2）井下所有作业地点的空气含尘量不得超过2mgm-3，入风井巷和采掘工作面的风源含尘量不得超过0.

23、5mgm-3。 （3）井下破碎硐室、主溜矿井等处的污风要引入回风道，井下炸药库和充电硐室空气中的氢含量不得超过0.5%，并且必须有独立的回风道；井下所有机电硐室，都必须供给新鲜风流。 （4）采场、二次破碎巷道和电耙巷道，应利用贯穿风流通风。,2、排水工艺及安全管理 （1）排水方式 矿井排水方式有自流式和扬升式两种。 自流式排水是使坑内水自行流到地面，是最经济的排水方法，但只适用于平硐开拓的矿山； 扬升式排水是借助排水设备，将水扬至地面。采用井筒开拓的矿山，都必须采用这种方法。 （2）排水系统 扬升式排水主要有直接排水、接力排水、集中排水等3种布置系统。 1）直接排水。各阶段都设置水泵房，分别用

24、各自的排水设备将水直接扬至地面。 2）接力排水。下部水平的积水，由辅助排水设备排至上水平主排水设备所在水平的水仓内，然后由主排水设备排至地表。 3）集中排水。上部水平的积水，通过下水井、下水钻孔或下水管道引入下部主排水设备所在水平的水仓内，然后由主排水设备集中排至地表。 （3）排水设备 矿井排水设备主要包括水泵和水管。,(4)排水安全管理 1）存在水害的矿山企业，建设前应进行专门的勘察和防治水设计。勘察和设计应由具有相应资质的单位完成。防治水设计应为矿山总体设计的一部分，与矿山总体设计同时进行。 2）水害严重的矿山企业，应成立防治水专门机构，在基建、生产过程中持续开展有关防治水方面的调查、监测

25、和预测预报工作。 3）矿井（竖井、斜井、平硐等）井口的标高，应高于当地历史最高洪水位1m以上。 4）容易积水的地点，应修筑泄水沟；泄水沟应避开矿层露头、裂缝和透水岩层； 漏水的沟渠和河流，应及时防水、堵水或改道； 5）排到地面的井下水及地表集中排水，应引出矿区； 6）雨季应设专人检查矿区防洪情况； 7）地面塌陷、裂缝区的周围，应设截水沟或挡水堤；,8）有用的钻孔，应妥善封盖。报废的竖井、斜井、探矿井、钻孔和平硐等，应封闭，并在周围挖掘排水沟，防止地表水进入地下采区； 9）影响矿区安全的落水洞、岩溶漏斗、溶洞等，均应严密封闭。 10）废石、矿石和其他堆积物，应避开山洪方向，以免淤塞沟渠和河道。

26、11）矿山企业应调查核实矿区范围内的小矿井、老井、老采空区，现有生产井中的积水区、含水层、岩溶带、地质构造等详细情况，并填绘矿区水文地质图。 12）对积水的旧井巷、老采区、流砂层、各类地表水体、沼泽、强含水层、强岩溶带等不安全地带，应留设防水矿（岩）柱。 13）对接近水体的地带或可能与水体有联系的地段，应坚持“有疑必探，先探后掘“的原则，编制探水设计。 14）掘进工作面或其他地点发现透水预兆，如出现工作面“出汗“、顶板淋水加大、空气变冷、产生雾气、挂红、水叫、底板涌水或其他异常现象时，应立即停止工作，并报告主管矿长，采取措施。,案例3： 广西南丹“7.17”特别重大透水事故,2001年7月17

27、日3时40分在广西壮族自治区南丹县大厂镇拉甲坡矿发生了81人死亡的严重透水事故，直接经济损失8000余万元。 事故发生经过 月日下午点，南丹县龙泉矿冶总厂拉甲坡矿和相邻的龙山矿、田角锌矿共有多名职工下井作业。日凌晨时左右，拉甲坡矿号工作面进行了两次爆破作业，在冲击波的作用下，隔水岩体被击穿，形成一长径米、短径米的透水洞口，使其上部采空区、老塘和巷道的积水大量涌入拉甲坡矿，淹没个工作面，并淹没相邻的龙山矿个工作面、田角锌矿个工作面，造成名矿工死亡，直接经济损失余万元。,案例3： 广西南丹“7.17”特别重大透水事故,事故原因 经调查，这是一起因南丹县大厂矿区非法开采，以采代探，乱采滥挖，矿业秩序

28、混乱，违章爆破引发透水的特别重大责任事故。,案例4： 苍山县大槐树铝矶土矿“5-17“透水事故,2002年5月16日22时，位于苍山县沂堂镇大槐树村东南的铝矶土矿发 生透水事故，此次事故造成5人死亡，直接经济损失37万余元。 事故直接原因 ： 铝矶土矿北翼是老采空积水区，在生产过程中，遇断层发现导水，但作 业中未采取任何措施，放炮时诱发北三中段巷道隔离薄弱带(0.7米)透水。,3、井下防火和灭火安全管理 (1)应结合湿式作业供水管道，设计井下消防水管系统。 (2)井下消防供水水池容积应不小于200m3。 (3)井下各种油类，应单独存放于安全地点。 (4)井下柴油设备或油压设备，出现漏油应及时处理。 (5)井下输电线路和直接回馈线路通过木制井框、井架和易燃材料的部位，应采取有效的防止漏电或短路的措施。,6）发现井下起火，应立即采取一切可能的方法直接扑灭，并迅速报告矿调度室；火源无法扑灭时，应封闭火区。 7）电气设备着火时，应首先切断电源。在电源切断之前，只准用不导电的灭火器材灭火。 8）主管矿长接到火灾报告后，应立即组织有关人员，查明火源及发火地点的情况，根据矿井火灾应急预案，拟定具体的灭火和抢救行动计划。同时，应有防止风流自然反向和有害气体蔓延的措施。 9）需要封闭的发火地点，可先采取临时封闭措施，然后再砌筑永久性防火墙。,课程结束, 谢谢大家!,