地下矿山开拓系统图编制——黑金刚播报
发布日期：2025-11-20
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作者：转自矿山大课堂公众号
开拓系统图是基于正投影原理，将井田地质条件与开拓巷道布局系统可视化呈现的工程图件。其核心是通过 1:2000 或 1:5000 比例尺，整合井筒、车场、运输大巷、回风系统等工程要素，直观反映矿井开拓方案、阶段划分、生产系统及地质构造，是矿山规划、建设、延深改造的核心依据。- 清晰呈现井筒位置、巷道布局、开采水平设置等核心参数，为采区设计、井巷施工提供几何基准。
- 支持井巷工程量计算、材料需求估算及工期推演，是投资预算与成本控制的基础数据来源。
- 采区巷道布置图、通风系统图等均需以此为底图，确保各生产系统空间关系精准匹配。
地质要素是开拓系统图的基础信息层，精准标注对矿井开拓的合理性与安全性至关重要。井田边界作为资源开采的法定界限，需明确界定，其坐标与拐点信息必须精确无误，这是避免越界开采、保障资源有序开发的前提。煤层底板等高线则直观呈现煤层的起伏形态，通过等高线的疏密程度，能判断煤层的倾角变化，为巷道沿煤层走向和倾向的布置提供直观依据。在某煤矿的开拓设计中，依据煤层底板等高线，将运输大巷布置在煤层倾角平缓区域，有效降低了运输难度和设备磨损。最小可采厚度等厚线用于圈定具有开采价值的煤层范围，对于低于最小可采厚度的区域，在开拓规划中可提前排除或作为特殊资源进行储备。断层交面线和火成岩侵入区是地质构造的关键标志，断层可能导致煤层错动、破碎，增加巷道支护难度与突水风险；火成岩侵入区会改变煤层结构与煤质，在开拓系统图上清晰标注这些区域，能指导工程人员提前制定针对性的支护、防水和开采工艺调整方案 。井筒是矿井与外界连通的咽喉，其形式（竖井、斜井或平硐）取决于地形、地质和开采规模等因素。主井通常承担煤炭提升任务，副井负责人员、设备和材料运输以及通风、排水等辅助功能 。井筒的深度和方位角决定了其在地下的空间位置，深度测量需精确到厘米级，方位角误差控制在极小范围内，以确保井筒与井底车场、各水平巷道的准确对接。工业场地保护煤柱范围的划定，是为了防止井筒及工业设施因周边开采而受到破坏，保护煤柱的尺寸计算需综合考虑上覆岩层性质、开采深度和煤层厚度等因素，通过力学模型和经验公式确定。阶段划分是将井田沿垂直方向划分为若干开采段，每个阶段设有相应的开采水平。开采水平标高的确定，要兼顾煤层赋存条件、提升能力和排水系统的合理性。井底车场作为井筒与大巷的连接枢纽，其形式（环形式、折返式等）影响着运输效率和通过能力。运输大巷的层位选择需考虑煤层稳定性、围岩条件和运输要求，坡度一般控制在 3‰ - 5‰，以满足煤炭和物料的自溜运输，长度则根据井田走向长度和采区划分确定。回风系统布局包括回风大巷、回风井和联络巷道，要确保通风顺畅、风流稳定，满足井下各作业地点的风量需求，防止瓦斯积聚和火灾隐患。首采区位置的选择是矿井开采的战略决策，需综合考虑煤层赋存条件、地质构造、地面设施和初期投资等因素。一般优先选择煤层厚度大、地质条件稳定、靠近井筒和工业场地的区域作为首采区，以降低开采成本和缩短建设周期。采区上下山布置决定了采区内煤炭和物料的运输方式和方向，其坡度、断面尺寸和支护形式要根据运输设备、通风要求和围岩稳定性进行设计。开采顺序遵循先近后远、先易后难、先薄后厚的原则，合理安排各采区和工作面的开采顺序，确保矿井生产的连续性和稳定性。保护煤柱范围的划定是实现绿色开采、保障地面安全的重要措施。对于地面建（构）筑物，如居民区、学校、医院等，要根据建筑物的重要性和开采影响程度，确定合理的保护煤柱尺寸和形状；对于水体，如河流、湖泊、水库等，要设置防水煤柱，防止因开采导致水体溃入井下；对于铁路等交通干线，要确保煤柱的稳定性，避免因开采引起路基沉降和轨道变形。在某矿区，通过精确计算和合理划定保护煤柱，成功避免了因开采对地面村庄和铁路的影响，实现了资源开发与环境保护的协调发展。以建井地质说明书、煤层底板等高线图为基础，提取地层岩性、构造分布、水文参数等基础数据。建井地质说明书详细记录了井田地质构造、地层特征、煤层赋存状况等信息，是绘制开拓系统图不可或缺的基础资料。煤层底板等高线图则直观展现了煤层的起伏形态和产状变化，通过对其分析，可获取煤层倾角、走向等关键参数，为巷道布置提供重要依据。在某煤矿绘制开拓系统图时，通过对地质资料的深入分析，准确掌握了断层的位置和落差，避免了巷道穿越断层，确保了工程的安全和顺利进行。纳入井田边界、阶段划分、巷道断面尺寸、设备选型等开拓设计成果，确保图面反映最优工程布局。井田边界的确定明确了资源开采的范围，阶段划分决定了矿井的开采顺序和开采水平的设置，巷道断面尺寸需根据运输设备、通风要求和行人安全等因素综合确定，设备选型则直接影响到矿井的生产能力和效率。在某金属矿山的开拓设计中，根据矿体的赋存条件和开采规模，合理选择了竖井开拓方式，并确定了合适的井筒直径和深度，同时优化了巷道断面尺寸和设备选型，提高了矿井的生产效率和经济效益。基于地形控制网数据，绘制等高线、经纬网，定位工业广场与井筒地表投影，确定图面基准坐标系。地形控制网数据为底图构建提供了精确的地理坐标信息，通过绘制等高线，能直观呈现地形的起伏变化，经纬网则为图面提供了统一的坐标系统，便于确定各工程要素的位置。工业广场是矿井生产和管理的核心区域，井筒地表投影的准确定位，确保了井筒与地面设施的准确连接。在某煤矿的开拓系统图绘制中，通过高精度的地形控制网数据，精确绘制了等高线和经纬网，清晰展示了工业广场和井筒的位置，为后续的巷道布置和工程设计奠定了坚实基础。按投影规则（煤层倾角＜45° 用平面图，≥45° 用立面图），分层标注各水平巷道，用不同线型区分运输、回风、充填等功能系统。投影规则的正确应用，能使巷道布置在图面上得到最清晰、准确的展示。分层标注各水平巷道，可直观反映不同水平的工程布局和相互关系。采用不同线型区分运输、回风、充填等功能系统，便于快速识别和理解各系统的走向和作用。在某金属矿山，由于矿体倾角较大，采用立面图绘制开拓系统图，清晰展示了各水平巷道的垂直关系和通风、运输系统的布局，为矿山的生产管理提供了直观有效的参考。规范标注巷道名称、断面尺寸（宽 × 高）、坡度（‰）、标高（m）及保护煤柱尺寸，确保工程参数可直接指导施工。巷道名称的标注应简洁明了，便于识别和记忆。断面尺寸、坡度、标高和保护煤柱尺寸等参数的准确标注，是施工过程中控制工程质量和安全的关键依据。在某煤矿的开拓系统图中，对各巷道的参数进行了详细标注，施工人员可根据图纸直接获取施工所需的各项参数，避免了因参数不清导致的施工错误和安全隐患。成图后需进行空间逻辑校验，重点核查不同水平巷道垂距、井筒与车场衔接角度、通风路线阻力匹配性，通过三维建模工具验证巷道贯通精度，避免平面图示与立体空间冲突。不同水平巷道垂距的核查，确保了巷道之间的安全距离和合理布局；井筒与车场衔接角度的准确性，影响着运输效率和车辆行驶安全；通风路线阻力匹配性的校验，保证了通风系统的稳定运行和风量分配的合理性。通过三维建模工具，可将二维图纸转化为三维模型，直观展示矿山的空间结构，验证巷道贯通精度，提前发现并解决潜在的空间冲突问题。在某大型煤矿的开拓系统图校验中，利用三维建模工具发现了一处巷道贯通误差，及时进行了调整，避免了施工中的重大失误，确保了矿山工程的顺利进行。依据 KA/T 20.1-2024 标准，开拓系统图中必须明确双安全出口的位置，这是保障井下人员在紧急情况下能够迅速撤离的关键通道。双安全出口应保持畅通无阻，不得被设备、物料等堵塞。斜坡道作为矿山运输和人员通行的重要通道，其坡度应≤15%，这样的坡度既能满足运输设备的行驶要求，又能确保车辆行驶的安全和稳定性。转弯半径≥设备最小转弯半径的 1.5 倍，以防止车辆在转弯时发生侧翻或碰撞事故。在某金属矿山的开拓系统设计中，严格按照标准要求设置斜坡道的坡度和转弯半径，有效提高了运输效率和安全性。提升系统的安全间隙是确保提升设备正常运行和人员安全的重要参数，必须符合 GB 16423 规定。提升容器与井壁、梁、管路、电缆等之间的最小安全间隙，要根据井筒深度、提升设备类型等因素进行精确计算和确定。在某煤矿的提升系统设计中，通过对安全间隙的严格把控，避免了提升容器在运行过程中与周围设施发生碰撞，保障了提升系统的安全运行。这些安全设施的合规布局，是矿山安全生产的基础，在开拓系统图上必须清晰、准确地标注，以便于工程人员在施工和生产过程中严格遵守。平硐开拓是一种较为常见的开拓方式，在图示时需标注硐口标高与排水坡度。硐口标高决定了平硐与地面的相对位置，对于平硐的施工和使用具有重要意义。排水坡度一般设置为 3‰ - 5‰，以保证硐内积水能够顺利排出，避免积水对设备和人员造成影响。竖井开拓则需体现井架位置与提升设备轮廓，井架是竖井提升系统的重要支撑结构，其位置的确定要考虑到提升设备的运行和维护需求。提升设备轮廓的标注，能直观展示提升设备的外形尺寸和安装位置，为设备的选型、安装和调试提供依据。联合开拓法是采用两种或两种以上的主要开拓巷道进行井田开拓的方法，其图示要点在于重点标注不同类型井筒衔接段的空间坐标。在某矿山的联合开拓系统中，上部采用平硐开拓，下部采用竖井开拓，在平硐与竖井的转换硐室处，准确标注了其结构参数，包括硐室的长度、宽度、高度以及与平硐和竖井的连接方式等。这些参数对于转换硐室的施工和设备安装至关重要，能够确保不同类型井筒之间的顺利衔接，提高矿山的生产效率和安全性。生产矿山的开拓系统图需每季度更新一次，及时标注新增巷道、报废工程及地质揭露变化。随着矿山生产的不断进行，新的巷道会不断开挖，部分工程可能会因各种原因报废，地质条件也可能会发生变化。及时更新开拓系统图，能使工程人员准确掌握矿山的最新情况，为生产决策提供依据。基建期图纸需经总工程师签字确认，这是对图纸准确性和可靠性的重要保障。总工程师作为矿山技术的负责人，对图纸进行严格审核和签字确认，确保图面与现场工程进度同步，避免因图纸与实际情况不符而导致的施工错误和安全隐患。在某矿山的基建期，由于总工程师对开拓系统图的严格审核和及时更新，有效避免了施工过程中的多次失误，保证了工程的顺利进行。地下矿山开采是一个复杂的系统工程，涉及多个专业领域，建立多专业协同工作流至关重要。地质、测量、采矿、机电等专业应形成紧密的联审机制，在开拓系统图的编制过程中，各专业人员共同参与，充分沟通。地质人员提供详细的地质信息，包括地质构造、矿体赋存状态等，为巷道布置提供地质依据；测量人员确保图纸的坐标系统准确无误，提供精确的测量数据；采矿人员根据地质条件和开采工艺，设计合理的巷道布局和开采方案；机电人员则根据采矿设计，规划设备安装空间和管线敷设路径。在某矿山的开拓系统设计中，为了确保溜井破碎机硐室的合理布置，采矿人员与机电人员密切配合。采矿人员根据矿石运输量和溜井的位置，确定硐室的大致位置和尺寸，机电人员则根据破碎机的型号和安装要求，对硐室的空间进行详细设计，预留出足够的设备安装和检修空间，并标注了设备基础的位置和尺寸。同时，他们还与地质人员沟通，确保硐室避开地质构造复杂区域，保证硐室的稳定性。在标注管线敷设路径时，各专业人员共同协商，综合考虑通风、排水、供电等需求，避免不同管线之间的交叉冲突，确保管线布置合理、安全、高效。通过这种多专业协同工作流，有效避免了后期工程冲突，提高了矿山建设的效率和质量。随着信息技术的飞速发展，数字化工具在地下矿山采矿图纸编制中发挥着越来越重要的作用。推荐使用 AutoCAD Map 3D 或矿山专用绘图软件，这些软件具有强大的功能，能够极大地提升设计效率与精度。AutoCAD Map 3D 是一款功能强大的地理信息系统（GIS）软件，它基于 AutoCAD 平台开发，集成了二维绘图和三维建模功能。在地下矿山开拓系统图的编制中，利用 AutoCAD Map 3D 可以实现巷道三维建模与平面图纸的联动。通过导入地质数据和测量数据，能够快速构建三维地质模型和巷道模型，直观展示矿山的地下空间结构。在三维模型中，可以清晰地看到巷道的走向、坡度、断面尺寸等信息，以及巷道与地质构造、矿体的空间关系。同时，三维模型与平面图纸相互关联，在三维模型中进行的修改会实时反映在平面图纸上，反之亦然，确保了图纸的一致性和准确性。矿山专用绘图软件则针对矿山行业的特点进行了专门设计，具有更贴合矿山工程需求的功能。这些软件通常支持工程量自动统计，通过对巷道模型的分析，能够快速准确地计算出井巷工程量，包括巷道的长度、体积、支护面积等，为工程预算和成本控制提供了可靠的数据支持。此外，一些矿山专用绘图软件还支持通风网络解算数据导入，将通风系统的解算结果直观地展示在图纸上，帮助工程师分析通风效果，优化通风系统设计。在某金属矿山的开拓系统设计中，使用矿山专用绘图软件进行图纸编制，通过导入通风网络解算数据，发现了部分巷道通风不畅的问题，及时调整了通风系统布局，提高了通风效率，保障了矿山的安全生产。标准化图式库建设是提高地下矿山采矿图纸编制质量和效率的重要措施。制定企业级图例规范，统一井筒、车场、硐室等符号样式，能够使图纸更加规范、清晰，便于技术人员理解和使用。在图例规范中，明确规定每个符号的形状、颜色、大小和含义，确保不同项目的图纸中相同的工程要素采用一致的符号表示。对于井筒符号，规定圆形表示竖井，矩形表示斜井，不同颜色区分主井和副井；对于车场符号，根据车场的形式（如环形式、折返式等）设计不同的符号，并标注清晰的文字说明。建立常用巷道断面模块库也是标准化图式库建设的重要内容。将常见的巷道断面形状（如梯形、拱形、矩形等）和尺寸进行整理，形成标准的巷道断面模块。在绘制开拓系统图时，只需从模块库中选择合适的模块，即可快速绘制巷道断面，提高绘图效率。同时，模块库中的巷道断面参数经过严格的计算和验证，保证了其合理性和安全性。在某煤矿的开拓系统图绘制中，使用标准化图式库，技术人员能够快速准确地绘制图纸，不同专业的人员对图纸的理解更加一致，有效减少了沟通成本和错误率。此外，标准化的图纸便于技术交流与档案管理，为矿山的长期发展提供了有力支持。开拓系统图作为地下矿山的 “空间蓝图”，其编制质量直接影响工程安全性与经济性。采矿工程师需以地质为基础、以规范为准绳、以实用为导向，精准把控图示要素与绘制流程，使图纸不仅是技术文件，更成为指导矿山全生命周期管理的核心工具。通过持续优化图示标准与引入数字化技术，可进一步提升开拓系统图的工程价值，为智能矿山建设奠定空间数据基础。
