地下开采设计

倾斜厚矿体铁矿床地下开采开拓方法选择课程设计说明书组别：第二十组班级：采矿1301学号：201217202012171320121724姓名：温鹏牛奔肖尊志2016年5月6日目录第1章设计基础资料 31.1基本条件 31.2设计基础图纸 31.3开采技术条件 4第2章生产能力计算 42.1矿山服务年限 42.2矿山生产能力 42.2.1生产能力计算 42.2.2生产能力验证 4第3章开拓方案选择 43.1阶段高度确定 43.2移动角选择 43.3地表移动带圈定 4第4章开拓方案选择 44.1开拓方案初选 44.2开拓方案A 54.2.1主要开拓工程的位置确定 54.2.2阶段运输巷道设计 54.2.3开拓方案三视图 54.3开拓方案B 54.3.1主要开拓工程的位置确定 54.3.2阶段运输巷道设计 54.3.3开拓方案三视图 54.4开拓方案技术比较 54.5开拓工程布置 5第1章设计基础资料1.1基本条件铁矿矿体埋深400m，矿体总体走向128°，倾向38°，水平倾角45°，水平真厚度平均30m，属于倾斜厚矿体，地表到下-200m，岩层属于第四纪土，-200～-400m岩层属于含水中等稳固岩，-400～-500m岩层属于稳固片岩。矿石及上、下盘围岩稳固。1.2设计基础图纸基于平面图-生成勘探线剖面图和纵剖面图以及一张中间位置的平面图A3图框中，打印出来。1.3开采技术条件一般来说，必须有工业价值的矿床，然后才能考虑开采问题。因为我国富铁矿石不多，品位越高，质量越好，我国的工业品位定在大于45%，含磷越低，铁矿石的冶炼和分选的成本越低，是冶炼厂青睐的，价格越较高。开采设备分两种： 1.露天开采：成本低，利润高，主要是利用挖崛机，装载机，汽车，风钻机，炸药等。2.地下开采：成本较高，还需要坑道支架和通风设备，铺设矿山轨道，利用专门设备小火车运到地表。如果是向冶炼厂提供矿石，联系到火车车皮就可以，如果是提供半成品，还需要一套设备，最小型的也要100多万元，把矿石磨细，进行初步分选（需要大量的水，要求含铁量在90%以上），然后提供给冶炼厂。至于对于资源的合理利用的问题，矿山的开采单位一般很难做到，开采时会给环境造成污染和破坏，而矿渣基本上没有什么用处，如果是冶炼厂，会把矿石中的其他元素分离出来，用做其他用途。开采技术条件：矿体围岩属于稳定中等含水片岩，裂隙不发育，岩石比较完整且稳固，力学强度较高，周围地压情况简单，没有地压集中，岩石稳定性较好。该矿体赋存条件简单，结构稳定，工程地质条件为简单性类型，矿脉及上下盘岩石基本处于稳定状态，对矿体开采有良好的保护作用。水文地质条件：矿体围岩为分布广，厚度大，致密坚硬，稳固性良好，岩体具有含水性，裂隙水发育，矿脉两侧被包围，涌水量较大。地下水补给主要靠大气降雨，平巷设计时应具有5‰左右的坡度，有利于自然排水，地下水淹没坑道的危险性较小。第2章生产能力计算2.1矿山服务年限预计14年采完，年产量12.9万吨，基建期1年，闭坑1年，服务年限16年。1.估算可采储量根据切出的剖面图，利用CAD中的area命令，计算出每一勘探线剖面图上矿体的面积，求出平均值作为垂直走向的剖面面积。同时根据水平剖面图，粗略计算矿体走向长度。平均面积乘以走向长度得出矿体体积。铁矿石的容重，在此取3.9t/m3。1号勘探线剖面图上矿体面积：1793.0000m22号勘探线剖面图上矿体面积：1883.0000m23号勘探线剖面图上矿体面积：2264.0000m24号勘探线剖面图上矿体面积：2488.6000m2沿走向（即垂直剖面线方向）矿体面积平均值为：2107.1500m2。矿体走向长度约为200.39m。矿体体积：2107.1500m2×200.39m=422251.79m3矿体质量：422251.79m3×3.9t/m3=165万吨2.2矿山生产能力2.2.1生产能力计算根据矿床开拓设计手册，当前冶金工业部规定的矿山规模和经济合理服务年限如表所示：表2-1合理服务年限表矿山规模矿山企业生产能力（万吨/a）矿山企业经济合理服务年限（a）黑色金属矿山有色金属矿山大型及特大型200以上100以上≥25中型60~20020~100≥18小型60以下20以下≥10（表详见《采矿手册》第七卷第38页）根据上表可以得出，此矿山为小型规模矿山。开采的服务年限应该大于10年，取此矿山服务年限为10年，则生产能力A=165万t/13年=12.7万t/a2.2.2生产能力验证（1）.按技术可能性验证矿山企业年生产能力按技术可能性确定矿山生产能力的方法有三种，即按可能布置的矿块数，按年下降速度及按新水平准备时间。本设计仅采用按年下降速度来验证矿山年生产能力。按矿床开采年下降速度方法确定矿山年生产能力的实质是根据采矿技术条件类似矿山的开采强度经验指标，概括地求出年产量A。,(t/a)式2-1式中：H—回采工作年下降深度，m/a；S—矿水面，m2V—矿容，t/m3K—矿回率，%；'—废混率，%；E—地影系，一般.E=0.7—0.9；K1—矿厚的正数K2—矿倾的正数表2矿床开采年下降深度按矿体厚度和倾角的修正系数矿体厚度/m矿体厚度修正系数K1<51.255～151.015～250.8>250.6矿体倾角/(°)矿体倾角修正系数K2901.2601.0450.9300.8由于该矿山厚度为30m，平均倾角为45°，因此采用单阶段回采，确定矿床年下降深度为15m，由表2确定K1=0.6，K2=0.8｡K1及K2在类比矿山条件一般情况，若设计矿山矿体的厚度和倾角大于类比矿山时，可取K1=1.1—1.2，K2=0.7—0.9的系数，反之，可取K1根据矿床开采年下降深度按矿体厚度和倾角的修正系数表【1】，本矿体平均厚度35米，矿体厚度修正系数取0.6，矿体倾角约为40°，倾斜矿体，矿体倾角修正系数取0.87。最终年下降开采深度为：H=30m*0.6*0.87=15.66m矿体水平面积：S=7936.85m2矿石容重：v=3.9t/m3矿石回收率：K=90%废石混入率：ρ=20%地质影响系数：E=0.9矿体厚度修正系数：K1=矿体倾角修正系数：K2=依据上述年产量计算公式：式2-2计算出年产量A=12.9万吨/年（2）按经济合理性确定年生产能力的方法有两种，一是按最小成本法确定生产能力，另一种按合理的服务年限确定生产能力，本设计仅按第二种方法校核矿山年生产能力。式2-3式中：K—矿石的综合回收率，%；—废石混入率，%；A—矿山年生产能力，t/a；T—计算服务年限，a；T==14年矿山总服务年限：T=t1+t2计算服务年限：T=t2+12(t1+t式中t1—由投产至达产的时间，单位a；此矿山取t2—正常生产阶段，此矿山取t3—矿山结尾期间（即产量逐渐下降阶段），单位a。矿山取t矿山总服务年限：T=t1+t2+t3计算服务年限：T=t2+12(t1+t3)=14在校核矿山生产能力时，还应计算出矿山达到设计生产能力的正常生产能力不能小于整个服务年限的三分之二，即t2≮2T/3计算得符合山达到设计生产能力的正常生产能力不能小于整个服务年限的三分之二。确定经济合理的服务年限，主要是从矿山固定资产折旧以及生产时期的经济效果方面考虑的，也即主要是从如何更加合理地，有效地利用国家的基建资金，来考虑矿山的服务年限。因此要求矿山服务年限应与其固定资产平均使用年限大体相适应。在小型矿山中地面上常用的简易的建筑物、构筑物、其使用年限在10年左右，一般工业建筑物、构筑物的使用年限在20年左右；大型矿山常用的钢结构、钢筋混凝土结构的工业建筑物、构筑物使用年限在30年以上。大型矿山所用的重型设备的折旧年限，可达20—30年；小型设备仅为10—15年左右。若加强设备的维护管理，机械设备的使用年限，可超过上述数字。基于上述对生产能力的校核，设定年生产能力为12.9万吨/年是合理的。矿山的服务年限：正常生产期为14年，基建期为1年，矿山结尾期为1年，矿山总服务年限为16年。第3章开拓方案选择3.1阶段高度确定按阶段开拓和采准时间计算出阶段高度在一定矿山年产量的条件下，增加阶段高度可以改善矿床回采的总回收指标，并可降低开拓采准和回采矿柱的超额费用所摊至每吨矿石上的数额；并可使阶段回采时间增长，为新阶段的建立赢得了时间，并对开采阶段的回采时间有必要的超前关系，依此公式来确定最小阶段高度。式3-1式中：——计算出最小的阶段高度S——矿床的水平面积，相当于同时开采的采场面积，=1232；A——矿山年产量；A=12.9万吨/a；W——开拓和采准时间对回采的超前系数，一般取W=1.5；T——下一阶段开拓、采准所需时间，取1.5年；ρ——矿石的贫化率；——矿石体重；——矿石回收率；；将数据代入得：Hmin>31.4m综合该矿体的赋存条件属于稳固片岩，岩性单一，岩石较完整不易破碎。而且类比一些类似矿山开采倾斜矿体的经验（阶段高度一般为40-60m）【2】，阶段高度不宜过大，另一方面，为了减少采切工程量，故综合考虑决定阶段高度以40m划分一个中段。3.2移动角选择地表到地下-200m岩层属于第四纪表土，查表得上盘移动角45°下盘移动角45°，走向端部移动角45°-200～-400m岩层属于含水中等稳固片岩，查表得上盘移动角45°下盘移动角55°，走向端部移动角65°-400～-500m岩层属于稳固片岩，查表得上盘移动角55°下盘移动角60°，走向端部移动角70°3.3地表移动带圈定勘探线剖面图上按矿体设计开采的最低水平画出矿体下盘和上盘的岩石移动线（在岩层中按岩石移动角画移动界限，遇土层时按表土的移动角画移动线），如图所示图3-1图3-1Ⅰ号勘探线剖面图图3-2图3-2=2\*ROMANII号勘探线剖面图图3-3=3\*ROMANIII号勘探线剖面图图3-4=4\*ROMANIV号勘探线剖面图图3-5沿矿体走向剖面图图3-6地表地形图第4章开拓方案选择4.1开拓方案初选根据矿体条件，初选2-3种可能的开拓方案。铁矿矿体埋深400m，矿体总体走向128°，水平倾角45°，水平真厚度平均30m，属于倾斜厚矿体，地表到下-200m，岩层属于第四纪土，-200～-400m岩层属于含水中等稳固岩，-400～-500m岩层属于稳固片岩。矿石及上、下盘围岩稳固。地表到地下-200m岩层属于第四纪表土，查表得上盘移动角45°下盘移动角45°，走向端部移动角45°-200～-400m岩层属于含水中等稳固片岩，查表得上盘移动角45°下盘移动角55°，走向端部移动角65°-400～-500m岩层属于稳固片岩，查表得上盘移动角55°下盘移动角65°，走向端部移动角70°。开拓方案有：开拓方法分类表开拓方法主要开拓巷道的形式和位置单一开拓法平硐开拓1．沿矿体走向；2.平硐与矿体走向相交竖井开拓1．竖井穿过矿体；2.竖井在矿体上盘；3.竖井在矿体下盘；4．竖井在矿体侧翼斜井开拓1．斜井在矿体下盘；2.斜井在矿体中斜坡道开拓1.螺旋式斜坡道开拓2.折返式斜坡道开拓联合开拓法平硐盲竖井开拓矿体上部为平硐、深部为盲竖井平硐盲斜井开拓矿体上部为平硐、深部为盲斜井竖井盲竖井开拓矿体上部为竖井、深部为盲竖井竖井盲斜井开拓矿体上部为竖井、深部为盲斜井斜井盲竖井开拓矿体上部为斜井、深部为盲竖井斜井盲斜井开拓矿体上部为斜井、深部为盲斜井4.2开拓方案一下盘斜井开拓法，侧翼对角式风井，平巷斜溜井溜矿，采用箕斗提矿，充填式采矿方法。4.2.1主要开拓工程的位置确定在移动带外围25米处，矿体下盘开凿斜井，井筒标高30米。地下400米开凿平巷，设计40米一个中段，平巷宽5.5米，高3.5米。在矿体25米处设计斜溜井。4.2.2阶段运输巷道设计1.阶段运输设计的布置，首先要满足阶段生产能力的要求，即既能保证将矿石运至井底车场，又可以满足以后扩大生产时的需要。该矿阶段生产能力小，在此选择单一沿脉巷道布置2.矿体厚度在15-30m，多选择一条下盘沿脉巷道加穿脉巷道，或者两条下盘沿脉巷道加联络巷道。本矿山矿体厚度为35米左右，也可以采用这样的方法。4.2.1.1阶段运输巷道形式脉外平巷加穿脉布置，从线路布置上讲，采用双线交叉式，即在沿脉巷道中铺设双线，穿脉巷道中铺设单线。4.2.1.2运输巷道断面确定考虑到该矿的年产量以及阶段运输巷道形式，运输巷道确定为单轨运输，支护采用喷射混凝土支护，-400m出现矿但是上不有含水岩石所以巷道坡度定为5‰。4.2.3开拓