金属矿山斜井与平硐联合开拓系统设计

矿井开拓系统是矿山的骨架，决定了矿石运输、通风排水、人员通行等全生命周期的运行效率。在多年的采矿工程实践中，我经手过不少开拓系统设计，其中斜井与平硐联合开拓方案在山地和丘陵地区的金属矿山中应用广泛，但技术细节上的坑也特别多。今天来系统梳理一下这个方向的技术要点。

一、斜井与平硐联合开拓的适用条件

联合开拓不是随意组合，而是根据矿体赋存条件和地形地貌来决定的。根据《有色金属矿山井巷工程设计规范》（GB 50915-2013），开拓方案的选择应综合考虑矿体倾角、埋深、地形、围岩条件、生产能力等因素[1]。
斜井+平硐联合开拓的典型适用场景：

条件	要求
地形	山地或丘陵，地表标高远高于矿体顶部
矿体倾角	20°~50°（中倾斜矿体最为适宜）
矿体埋深	上部出露地表或浅部，深部延伸较大
生产规模	中型及以上（年产量≥30万吨）
围岩条件	中硬以上（），断层破碎带较少

行业普遍认为，当地形高差超过200m、矿体上部出露地表时，平硐可以作为上部水平的有效开拓巷道，而深部则用斜井延伸。这种"上平硐下斜井"的方案，既能利用地形实现上部矿石的自溜运输，又能保证深部开拓的灵活性。

二、斜井设计关键技术参数

2.1 斜井倾角选择

斜井倾角是设计中最关键的参数之一，直接影响提升能力、运输安全和施工难度。根据《金属矿山开采技术规范》（GB/T 51270-2018）和工程实践经验[2]：

• • 串车提升斜井：倾角一般取25°~30°，最大不超过35°
• • 箕斗提升斜井：倾角一般取25°~35°，最大不超过40°
• • 胶带输送机斜井：倾角一般不超过18°（大倾角胶带可达25°，但可靠性降低）

倾角选择的约束公式：
最优牵引阻力载荷
实际工程中，倾角往往由矿体倾角和围岩条件决定，而非纯粹计算。我的经验是：宁低勿高——倾角偏小虽然增加了斜井长度，但运输安全性和设备可靠性显著提高。

2.2 斜井断面设计

斜井断面尺寸取决于提升设备规格、管线布置和安全间距。根据GB 50915-2013的要求[1]：

• • 串车提升斜井净宽不小于2.4m，净高不小于2.2m
• • 箕斗提升斜井净宽不小于3.0m，净高不小于2.5m
• • 胶带输送机斜井需在一侧设置检修人行道，宽度不小于0.8m

人行道侧与提升设备之间的安全间距：
安全（人行道侧）安全（非人行道侧）

2.3 斜井支护设计

斜井穿过不同岩层时，支护方案需要分层设计。根据《工程岩体分级标准》（GB/T 50218-2014）的BQ值分级[3]：

围岩级别	BQ值	支护方案
Ⅰ~Ⅱ级	>450	喷射混凝土50~80mm，局部锚杆
Ⅲ级	350~450	锚杆+钢筋网+喷射混凝土100~150mm
Ⅳ级	250~350	锚杆+钢筋网+喷射混凝土+钢支架
Ⅴ级	<250	钢支架+钢筋网+喷射混凝土+注浆

锚杆长度计算公式：
锚杆松动圈稳定层锚固段
其中松动圈厚度可通过声波测试确定，锚固段长度一般取0.3~0.5m。

三、平硐设计关键技术参数

3.1 平硐位置选择

平硐位置的选择需要兼顾运输、排水和通风三个功能。根据GB 50915-2013的要求[1]：

• • 平硐口应设在最高洪水位以上1.5m
• • 平硐纵向坡度一般为3‰~5‰（向硐外排水）
• • 平硐长度一般不超过3000m（超过时需做通风和运输专项论证）

平硐纵坡计算：
起点终点平硐‰
坡度过大不利于有轨运输，过小则排水困难。实践中3‰是常用的经济坡度。

3.2 平硐与斜井的衔接

联合开拓的难点在于平硐与斜井的衔接。常见的衔接方式有三种：
方式一：平硐直接与斜井井口衔接。 适用于地形高差较小、平硐和斜井在同一标高交汇的情况。优点是运输系统简单，缺点是平硐口场地要求大。
方式二：平硐通过溜井与斜井衔接。 上部水平通过平硐运输到溜矿井，矿石经溜井放到下部斜井水平。优点是充分利用重力运输，缺点是溜井磨损大、堵矿风险高。
溜矿井直径的确定公式：
溜井
其中  为最大矿石块度。一般金属矿山溜矿井直径不小于2.5m[2]。
方式三：平硐通过石门与斜井交汇。 平硐延伸到矿体附近，通过石门与斜井连通。适用于矿体走向与斜井方向不一致的情况。

四、联合开拓的通风系统设计

联合开拓的通风系统设计比单一开拓方式复杂得多。根据《金属非金属地下矿山通风技术规范》（AQ 2019-2020）的要求[4]，联合开拓通风设计需遵循以下原则：
第一，进回风系统必须独立。 平硐和斜井不能同时兼作进风和回风，必须明确分工。通常的做法是：平硐进风，斜井回风（或反之），利用地形高差形成的自然风压辅助通风。
自然风压计算：
其中  为进回风口高差， 为进回风温度差。
第二，多水平同时作业时需设风门或风桥。 防止风流短路，确保各水平风量分配合理。
第三，深部通风需考虑主扇选型。 联合开拓系统的总风阻较大，主扇选型时应留有15%~20%的裕量：
主扇设计主扇计算

五、工程案例——西北某金矿联合开拓改造

西北某金矿原采用单一斜井开拓，年产量15万吨。随着矿体深部延伸至-800m以下，单一斜井的运输能力和通风条件已无法满足生产需求。2019年，矿上决定进行联合开拓改造。
设计方案：

• • 上部（+200m~0m水平）：利用现有平硐+溜矿井系统
• • 中部（0m~-400m水平）：新建1条主斜井（倾角28°，净宽3.5m，胶带运输）
• • 深部（-400m~-800m水平）：新建1条盲斜井（倾角25°，箕斗提升）

改造效果：

指标	改造前	改造后
年产量	15万吨	30万吨
矿石运输成本	18元/吨	12元/吨
井下通风风量	45m³/s	85m³/s
井下最高温度	32℃	27℃
人员升井时间	55分钟	25分钟

改造后的通风系统采用"平硐进风+斜井回风"的方式，利用210m的进回风口高差产生的自然风压（约50Pa），使通风能耗降低了约8%。

六、常见设计误区

误区一：斜井倾角照搬矿体倾角

不少设计人员简单地将斜井倾角设为与矿体倾角一致，这在矿体倾角变化大时会导致斜井穿层频繁，围岩条件恶化，支护成本大增。正确做法是斜井倾角应尽量保持恒定，通过调整与矿体的水平距离来适应矿体倾角变化。

误区二：平硐纵坡忽略排水要求

有些设计将平硐纵坡设为水平（0‰），结果雨季时硐内积水严重。3‰~5‰的坡度看似增加了运输距离，但排水效果和运行安全性远优于平坡。

误区三：衔接方式不验算溜矿能力

平硐通过溜井与斜井衔接时，溜矿井的通过能力必须与斜井提升能力匹配。溜矿井的通过能力计算：
溜井矿石松散
其中  为溜井截面积，矿石 为矿石移动速度， 为矿石容重，松散 为松散系数。实际工程中，溜矿井通过能力应不小于提升能力的1.2倍[2]。

七、发展趋势

联合开拓系统设计正在向以下几个方向发展：
智能化运输系统。 胶带输送机斜井配合智能调度系统，可实现无人化运输。矿石流量、胶带张力、电机温度等参数实时监测，故障预警准确率可达85%以上。
数字孪生辅助设计。 利用三维地质模型和数值模拟，在设计阶段就可以模拟不同开拓方案的通风效果、运输效率和围岩稳定性，大幅降低设计返工率。
绿色化排水设计。 平硐自流排水是最节能的排水方式，联合开拓中应优先利用平硐实现上部水平的自流排水，减少机械排水能耗。
 

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参考引用

[1] 《有色金属矿山井巷工程设计规范》（GB 50915-2013）[S]. 北京：中国计划出版社，2013.
[2] 《金属矿山开采技术规范》（GB/T 51270-2018）[S]. 北京：中国标准出版社，2018.
[3] 《工程岩体分级标准》（GB/T 50218-2014）[S]. 北京：中国计划出版社，2014.
[4] 《金属非金属地下矿山通风技术规范》（AQ 2019-2020）[S]. 北京：应急管理出版社，2020.
[5] 《采矿手册》编委会. 采矿手册（第3卷）[M]. 北京：冶金工业出版社，2006.