1、官店铁矿地下采矿方法设计武汉工程大学课 程 设 计 说 明 书题 目 官店铁矿地下采矿方法设计专业班级 09级采矿工程01班学 生 汪长志 指导教师 成 绩 说明书 页插 图 幅表 格 个程 序 个 二O一一 年 十二 月十七 矿区地形地貌、地理交通及自然经济条件1.1矿区地形地貌工作区属建始县东南部的中切割中山区，其南部和北部相对较低，中部较高。中部火家包标高达1765m，南部沟谷地段标高仅1300m，相对高差达465余m。区内溪沟向西流入。 地貌1.2地理交通 苏家坪矿段位于建始县城区南东约53Km，官店铁矿西段，从官店口以西的凉水井至苏家坪一带，长约1.85Km，宽约1.32Km，面积约
2、2.44Km2，其地理坐标为东经11000421100151；北纬301348301431。行政区划隶属于湖北省恩施自治州建始县官店镇管辖。从官店口向北西，有区县公路可通往红岩寺和建始县城，并与318、209国道和正在修建的沪蓉高速公路、宜万铁路相连。矿区内有简易公路可以通行，交通尚较方便(附图1)。湖北省国土资源厅于2006年1月正式批复了建始县官店铁矿苏家坪矿区的采样试验矿区范围，划定矿区范围坐标为： 5 3346082.50 37404856.10 6 3347406.70 37404867.60 7 3347390.80 37406712.508 3346066.60 37406701
3、.30矿区面积约为2.4434平方公里，开采深度由1400米至1350米标高。湖北省恩施建始县苏家坪村交通图1.3自然经济条件区内气候温和湿润，平均年降雨量1400余毫米，57月和9月为两次主要降水期，约占年降雨量的60。年平均气温16.3，7、8月间气温最高，为3035；11月一次年2月气温一般在5以下，最低气温为零下12，此时一般高山多雪，低山多雾。本区以农业为主，盛产土豆、包谷，工业基础较差，仅有小煤矿和铁木手工作坊。 矿山开采技术条件 2.1水文地质条件 区内喀斯特发育，主要分布于下二叠统栖霞组、茅口组灰岩中，其他层位不发育。下二叠统灰岩出露地表，分布面积广，大量吸收地表水和排泄地下水
4、，故水化作用较强，使喀斯特普遍发育，见有大小不等的陷落地、犁沟、落水洞，其中下部溶洞尤为发育，并有较大的地下水流出。下二叠统灰岩中下部出露泉水较多，其喀斯特发育所在高程，最高16001710m，最低13501450m，与当地最低侵蚀基准面相比还高出8001000m以上。下二叠统灰岩溶洞发育的一般规律是先由地表陷落地、犁沟发育成落水洞，再沿裂隙溶蚀向深部发育成溶洞。 在以往勘探钻孔中，仅有少数钻孔在下二叠统灰岩中下部发现有溶洞、喀斯特现象；同时大部钻孔钻到灰岩时，一般不是漏水则是返水，并在个别钻孔中，有少量承压水出现，这说明该区喀斯特相互没有溶蚀连通，完整的喀斯特溶洞含水层尚未形成，故在下二叠统
5、灰岩中常有孤立水流出现，局部形成自流水。 喀斯特溶洞发育与矿床有水力联系，本区主要水源皆出露于下二叠统灰岩中的喀斯特溶洞发育地段。而下二叠统灰岩处于矿层之上，其底部有梁山组含煤岩系，距矿层顶部厚约3060米，裂隙发育随深度而减弱，相对的起着隔水作用。故在下二叠统灰岩中下部，有自流水涌出孔口，这也说明可能由于喀斯特垂直发育受到非喀斯特岩层的阻隔，使之起到良好的隔水作用。2.2工程地质条件1工程地质岩组的划分 区内出露中志留统一下二叠统及第四系地层，按其岩土特性可划分出如下工程地质岩组： (1)松散岩类工程地质岩组：主要为第四系砂、砾(卵)石，粉质粘土，粘土及碎、块石土组成，该岩类松软，孔隙度大，
6、易饱水，易变形，其主要工程地质问题为边坡失稳和沉陷，性质较软松。 (2)软弱岩类工程地质岩组：主要为下二叠统梁山组中的泥岩、炭质泥岩及煤层，岩性较松软，坚固性差。岩体力学强度相对较低，易风化，易发生边坡失稳等工程地质问题，在不利因素影响下易产生崩塌、滑坡等地质灾害。 (3)半坚硬岩类工程地质岩组：主要为中志留统砂页岩，岩性较坚硬。 (4)坚硬岩类工程地质岩组：区内出露的大部地层均为坚硬岩类，主要是中上泥盆统砂页岩及石英砂岩、上石炭统灰岩及白云岩、下二叠统栖霞组与茅口组石灰岩，岩性致密坚硬，稳固性好。在不利因素影响下易产生崩塌、滑坡等地质灾害。2不良工程地质现象 区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类
7、工程地质岩组，岩体相对较为稳固。但本区属鄂西南滑坡、崩塌极易发区，从地形地貌、地质构造条件和岩(土)体特征分析，本区地质灾害都极易发生。因此，在勘查开发工作过程中应加强地质灾害危险性调查与评估，特别是今后开采过程应采取有效的防范措施，防止不良工程地质现象造成危害，以确保安全。3工程地质评价鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470550Kgcm2，平行层面的抗压强度为500780Kgcm2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。主要矿体赋存于当地侵蚀基准面以上，部分埋藏浅、覆盖层薄的浅部地段适露天开采；深部可选择地形条件有利的地段进行平硐(或斜井)开
8、拓。其工程地质条件的复杂程度应属于较简单的矿床类型。2.3其他开采技术条件 根据2 001年8月1日开始实施的中华人民共和国国家标准中国地震动参数区划图(GBl8306-2001图A1)和中国地震动反应谱特征周期区划图(GBl83062001图B1)资料，本区地震基本烈度为度区。基于上述原因，本采样区在工程设计过程中需对地震予以重视，考虑到采样工作的重要性，建议在本区设计中，对采样工程及地表中小构筑物以VI度地震烈度设防，大型、特大型构筑物及断裂带附近地段以VII度地震烈度进行设防。目前本区的升降运动处于轻微上升过程，区内历史上微震活动频繁，但无破坏性地震发生，区域地壳稳定性为基本稳定。区内地
9、形地貌类型较单一、地质构造较简单，矿区总体稳定性较好。铁矿层及其顶、底板围岩，坚固性较高，化学组分较稳定，不会分解出有毒、有害的组分影响周围环境或水资源，对今后开采较为有利。采矿方法的选择及技术经济比较3.1 矿床地质条矿床地质条件 区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。但本区属鄂西南滑坡、崩塌极易发区，从地形地貌、地质构造条件和岩(土)体特征分析，本区地质灾害都极易发生。因此，在勘查开发工作过程中应加强地质灾害危险性调查与评估，特别是今后开采过程应采取有效的防范措施，防止不良工程地质现象造成危害，以确保安全。3.2 矿石和围岩的物理力学性质在岩石和围岩的物理力学中，
10、矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方方法，、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法。在岩石和围岩的物理力学中，矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方方法，、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法，它们对采矿方法的影响见表3-1表3-2-1 矿岩稳固性对采矿方法选择的影响表稳固性较适应的采矿方法可排除的采矿方法矿石围岩稳固稳固空场法崩落法稳固不稳固崩落法、充填法空场法中等稳固或不稳固稳固分层法、阶段矿房法、阶段自然崩落发、上向充填法不稳固不稳固下向进路充填法、分段崩落法空场法 区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械
11、强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470550Kgcm2，平行层面的抗压强度为500780Kgcm2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。其工程地质条件的复杂程度应属于较简单的矿床类型。由于地表不允许塌陷，可选用空场法,充填法，排除崩落法。3.3矿体倾角和厚度的影响 矿体倾角主要影响矿石在采场内的运搬方式。极倾斜矿体，可利用矿石自重运搬，而采用留矿法时，倾角大于55-60；水平矿体可用有轨运输、缓倾斜矿体可用电耙运输；倾角小于10的矿体，可采用无轨设备运搬等。矿体厚度影响采矿方法和落矿方法的选择以及矿块的布置方式等。表3-3-1 根据矿体的产状可能采用的采矿方法项目水平矿
12、体0-3缓倾斜矿体3-30倾斜矿体30-50极倾斜矿体50极薄矿脉50m阶段矿房法，分段崩落法，阶段崩落法，阶段充填法本区矿体(层)产状，受长岭背斜所控制，地表倾角在10左右，-16号至-8号勘探线深部倾角由10逐渐增大至20左右，继之变陡达25-30。铁矿层厚度和品位较为稳定，但其沿走向和倾向上也略有变化。从总的矿层厚度与品位的分布和变化情况来看，该区矿层最厚为522m，最薄为004m，一般为23m。参照表3-1矿体倾角和厚度对采矿方法选择的影响表。可采全面法、房柱法、壁式崩落法等 。矿体形状和矿石与围岩的接触情况，影响采矿方法的落矿方式、矿石搬运方式和贫化损失指标。矿体与顶、底围岩界线比较
13、明显。3.4采矿方法回收率高、贫化率、采矿方法技术比较表3-4-1采矿方法损失、贫化推荐指标表采矿方法开采条件损失率/%贫化率/%备注全面法倾斜，缓倾斜中厚及薄矿体6-1010-15浅孔落矿浅孔房柱法适用矿石和围岩稳固与较稳固的矿体；矿体厚度小于8-10m；矿体倾角小于30，价值不高或品位较低的矿石。8-108-10矿柱不回采，浅孔落矿，围岩较稳固壁式充填法开采顶板岩层不允许崩落或者缓倾斜薄矿体5-87-9进路回采，壁式推进 表3-4-2采矿方法技术比较项目名称第一方案全面法第二方案浅孔房柱法第三方案削壁式充填法矿块生产能力（t/d）60-8090-12020-30掌子面工效（t/工班）7-1
14、012-152-3矿石损失率（%）6-108-105-8矿石贫化率（%）18-205-107-9千吨矿石采切比（m/kt）135-1515-30作业安全度暴露在顶板下作业，暴露面积大，安全差低压控制较好,安全性好能够有效维护围岩，防止围岩移动，和顶板冒落，安全性好工艺与管理难易程度简单简单复杂优点工艺简单、采切工程量小、贫化小、生产率较高、成本较低、技术成熟等；采场结构和回采工艺简单，采准切割工作量小，生产能力高，通风条件好，采矿成本低。矿石回采率较高，贫化率较低。缺点由于留下的矿柱不回采，矿石损失率高，在1015以上，且顶板管理和通风管理要求严格。矿柱所占比重较大(间断矿柱占1520，连续矿
15、柱40%)，且矿柱不易采，造成矿石损失较大。回采工艺和充填工艺复杂，采矿工效较低，坑木消耗量大3.5根据各种采矿方法的特点选择浅孔房柱法 表3-5-1项目名称第一方案全面法第二方案浅孔房柱法第三方案削壁式充填法矿块生产能力（t/d）180-240250-35060-90掌子面工效（t/工班）7-1012-152-3矿石损失率（%）6-108-105-8矿石贫化率（%）10-155-107-9千吨矿石采切比（m/kt）135-1515-30作业安全度暴露在顶板下作业，暴露面积大，安全差低压控制较好,安全性好能够有效维护围岩，防止围岩移动，和顶板冒落，安全性好工艺与管理难易程度简单简单复杂优点工艺
16、简单、采切工程量小、贫化小、生产率较高、成本较低、技术成熟等；采场结构和回采工艺简单，采准切割工作量小，生产能力高，通风条件好，采矿成本低。矿石回采率较高，贫化率较低。缺点由于留下的矿柱不回采，矿石损失率高，且顶板管理和通风管理要求严格。矿柱所占比重较大(间断矿柱占1520，连续矿柱40%)，且矿柱不易采，造成矿石损失较大。回采工艺和充填工艺复杂，采矿工效较低，坑木消耗量大表3-4-2数据分析,第一种方案,贫化率较大，且留下的矿柱不回采，矿石损失率高，且顶板管理和通风管理要求严格，安全性差。第三个方案虽然矿石回采率较高，贫化率较低，但是矿块的生产能力太低，坑木消耗量大，由于由于铁矿不是贵重金属
17、价值不高所需成本将比第二个方案多。第二种方案矿石损失、贫化率比第一个方案低好多,且采场生产能力和工作面工效也比第一、三个方案高，生产安全, 耗材低, 效率高。整体上第二种方案比第一个方案、第三个方案好，所以最终选择第二种方案（浅孔房柱法）为最优方案。第四章 回采工艺及设备的选择4.1采区的布置和构成要素1.采区的布置 一般情况下采用沿矿体走向划分若干个采区。采区内，一般划分57个矿块；个别情况可增至810个矿块；亦可减至34个矿块。遇有顶板管理的需要而设置倾斜区域性矿主时，亦可按矿柱划分独立的采区。采区之间为了确保安全，需留连续性的永久矿柱。2矿块的布置矿房的长轴可沿矿体的走向布置，大断层组对
18、顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房的长轴与主要断层线成较大的倾角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿柱为不连续圆形直径为3m左右，矿柱垂直方向间距15m，沿走向间距8m，宽为矿体厚度，每5个矿房留一个34m的连续矿柱。回采时5个矿房同时回采，工作面间隔15m左右。采场内使用铲运机出矿。4.2采准切割 自底板运输巷道，向每3个矿块的中心线位置掘进联络道，用于汽车出矿。沿矿房中心线并紧贴底板掘进上山，以利行人、通风和运搬设备或材料，并作为回采时的自由面；各矿房间掘进联络平巷；在矿房下部边界处掘进切割平巷，既作为起始回采时的自由面，又可作为去相邻矿块的通道。在矿房的下部靠近联络道
19、的地方掘进一个陡坎，用于铲运机与汽车装卸矿石。4.3回采 回采顺序。沿走向自一侧向另一侧推进。为了达到每年50104t/a的产量，需要5个矿房同时作业，各工作面保持1015m的距离。1. 落矿 根据该矿的矿体厚度与品位的分布和变化情况来看，该区矿层最厚为522m，最薄为004m，一般为23m，对于不同矿块需要用不同的方案，具体如下： 当矿体厚度小于23m时，一次采全厚；当矿体厚度大于23m时，则采用分层开采，用浅眼在矿房底部进行拉底，拉底的高度2m左右，然后用上向中深孔挑顶，矿体厚度小于5m时，挑顶一次完成。 落矿时使用的凿岩设备有：1 拉底及压顶落矿时采用TY-25、YT-30、7655型凿
20、岩机2 挑顶落矿时采用TSP-45、01-45型凿岩机。2.出矿采场出矿直接使用铲运机出矿，使用汽车运出矿井。4.4采场通风采用JK582No4型局扇加强通风，新鲜风流从中段运输巷行人短天井采场；污风从采场行人通风上山上中段拉底巷道穿脉上中段运输巷回风巷排出地表。4.5采场内支护 除留有顶柱、底柱和间柱来维护采场外，矿房内还留有规则矿柱支撑顶板。当部分矿块的顶板稳固性较差时，辅以锚杆支护或锚杆加金属网支护。回采过程中矿石运搬工作在矿房空场中进行，为防止顶板浮石冒落，对于顶板不稳固的局部地段设计采用锚杆支护进行维护。对于整个顶板岩性变化大的盘区，采用水平浅孔凿岩先切顶然后喷锚支护，再回采的方法保
21、护顶板。4.6 回采率、贫化率确定的原则依据 地下采矿方法损失贫化计算应按下列原则进行：（1）地下开采设计矿石损失与贫化计算以采场（或矿块）为单位，其内容应包括矿房、矿柱的回采及出矿，最后算出全采场（或矿块）的综合损失率与贫化率。（2）对用浅孔回采的极薄或薄矿脉，采场要按可避免的贫化率和不可避免的贫化率分别计算。（3）对多金属矿山的开采，以主金属指标进行计算其损失与贫化率。（4）对铝土矿、石灰石矿硅石矿、粘土矿、菱镁矿及某些非金属矿，则按矿石加工指标计算其贫化率与损失率。4.7 主要技术指标矿块生产能力250350td；矿石损失率9 ；矿石贫化率75；凿岩台班110t；掌子面工效13. 第五章
22、 矿柱回采及采空区处理5.1矿柱回采 由于矿石价值不高，故矿柱不回采。5.2采空区处理封闭采空区，控制地压。 5.3生产期间地压观测设施地下矿床的开采，破坏了岩体的静态平衡，使空区周围的岩体应力发生变化并为建立平衡而重新分布，当达到临界变形以后，随着出现的围岩破坏和移动。由于矿床地质构造、岩层的组合结构，岩石结构和成矿因素等较复杂，因此开采所形成的空区技术状况特征也各有不同。在官店铁矿采用引伸计或者测斜计进行地压观测。利用引伸计可测定暴露面或斜坡面上二点间的距离变化。利用测斜计可测定滑动体在垂直方向上不同深度处的水平位移，确定滑动面位置。 第六章 采准、切割、回采计算6.1矿块的采准切割井巷工
23、程量 矿块内的采准切割井巷工程量主要有阶段平巷、切割平巷、中段运输平巷、联络平巷、上山、联络道以及陡坎。1.阶段平巷官店铁矿使用房柱采矿法时，阶段运输巷道布置于脉外，由于年产量只有50104t/a，故阶段运输巷道使用沿脉单巷加穿脉，巷道断面宽4m，高3m，采用半圆拱形巷道，利于对围岩压力的管理。则巷道净断面面积S=B(0.39B+H)=4(0.394+3)=18.24 （m2 ，阶段运输巷道L=17m，阶段巷道的工程量v=3*sl=18.24*17*3=930（m ）2.切割平巷切割平巷宽为3m，高2.5m，方形巷道，面积s=b*h=3*2.5=7.5（m）长度为矿房的宽度17m，则工程量。V
24、=7.5*17=127.5（m）。3.采区上山矿块中部的采区上山兼做中部运输巷道，两边的采区上山兼做回风巷道使用，其宽取2m，高取2m，长度为55m，则工程量v=s*l=2*2*55=220（m）。4.联络平巷联络平巷，一个矿房只在上部有一条，长度为17m，宽3m，高2m，工程量v=17*3*2=102（m）5.联络道由于矿体的倾角在530，联络道选择折返式，利于汽车运输和作为行人、材料运搬的通道，其宽取3m，高取3m，拱形巷道，长度约为30m，上部的联络道作为回风井使用，则工程量v=s*l*2=3*3*30*2=540 （m）。6.陡坎 陡坎在34个矿块内只布置一个，其工程量可忽略不计。6.
25、2矿块的采出矿量 矿块的平均厚度为4.29m,每个 矿房的宽度为17m，长度为55m，平均每个矿房留有4个永久间柱一个顶柱，则每个矿房的的采出矿石体积v=17*55*4.29-3.14*1.5*1.5*4.29*4-4.29*2*2*3.14=3455(m)，矿石的密度3.81m3/t，每个矿房的矿石质量m=pv=3455*3.81=13164（t ），一个矿块的采出矿量 T=3m=3*13164=39.5 （kt）6.3千吨采准、切割比表6-3-1采切比计算公式表指标名称用长度表示（m/Kt）用体积表示（m3/Kt）千吨采切比其中千吨采准比千吨切割比备注分别为采切巷道，和切割巷道的长度（m）
26、；分别为采切巷道、采准巷道和切割巷道的体积（m3）；为矿块采出矿量（包括采切副产品矿石）（Kt）采准工程包括沿脉运输巷道、上山、折返式联络道和矿房上部的联络道，切割工程包括切割平巷，采切比计算如下：K2=1000*(17*2+55+17*2+30*2)/39500=4.63 (m/kt)K2c=1000*(17*2+55+17+30*2)/39500=4.20 (m/kt)K2q=1000*17*2/39500=0.86 (m/kt) K2=1000*(930+127.5+220+102+540)/39500=48.59 (m/kt)K2c=1000*(930+220+102+540)/395
27、00=45.36 (m/kt)K2q=1000*127.5/39500=3.23 (m/kt) 表6-3-2 指标名称用长度表示（m/Kt）用体积表示（m3/Kt）千吨采切比4.63 48.59 其中千吨采切比4.20 45.36 千吨切割比0.86 3.23 6.4同时工作的矿块数房柱采矿法的每个矿块的日产量250350，这里取300，年产量为，每年按300个工作日计算需要的矿块数个由于在采准切割过程中会有部分矿石采出，所以选择同时工作的矿块数为5个。6.5每日采准、切割、矿房回采 每日采准矿块2个，切割矿块2个，回采矿块5个同时进行。以满足年产量为50万。6.6矿柱回采的出矿量 官店铁矿采
28、用房柱采矿法后矿柱不回采，故矿柱回采的出矿量为0。 6.7主要材料消耗量 表6-7-1每吨矿石主要材料消耗量材料炸药（）雷管（个）导火线（）钎子钢（）硬合金（）坑木（） 0.4 0.45 0.8 0.025 1.2 0第七章 采矿方法技术经济指标7.1矿体厚度、倾角 矿体平均厚度4.29m，倾角127.2 矿石抗压强度 鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470550Kgcm2，平行层面的抗压强度为500780Kgcm2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。7.3推荐的采矿方法 根据采矿技术比较比较推荐使用浅孔房柱法。7.4矿块构成要素 矿房的长轴可沿矿体的走向布置，大断层组对顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房的长轴与主要断层线成较大的倾角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿柱为不连续圆形直径为3m左右，矿柱垂直方向间距15m，沿走向间距8m，宽为矿体厚度，每5个矿房留一个34m的连续矿柱。回采时5个矿房同时回采，工作面间隔15m左右。采场内使用铲运机
