摘 要

地下开采方法一直是矿山的重要研究课题。如何有效，安全地开采我国巨大的地下资源宝藏更是研究中的重中之重，虽然我国矿山的地下开采已经有了许多年的发展，但和国际上相比还是仍有差距。国外矿山的地下开采无轨化运输方案技术娴熟。而针对我国的地质条件特征，以及地下有轨运输基建时间长，投资大的弊端，该设计结合黄梅龙源石膏有限公司下新石膏矿进行开采方案设计

本文的第一章介绍了黄梅龙源石膏有限公司下新矿区的工程概况，矿体数量及资源量等；第二章详细地介绍了大型地下非金属矿山的无轨式开拓运输方案，第三章根据黄梅县当地的水文地质情况设计了防治水方案。第四章为无轨化开拓下的开采工艺，其中包括开采方法，结构参数和回采方式等；第五章则是矿山的总平面布置以及相关的注意事项；第六第七章则是对矿山的安全环保方面进行设计。

该设计方案的优点是基建时间短，汽车运输方式机动灵活，作业安全，效益高，可以作为地下非金属矿山设计研究的一个典型案例。

关键词：地下开采；开采方案；非金属矿山；无轨式；

Abstract

Underground mining methods have always been an important research topic for mines. How to effectively and safely mine our country’s enormous treasures of underground resources is even more important in our research. Although the underground mining of China's mines has been developed for many years, there is still a gap compared with the international community. The underground mineless rail transport scheme of foreign mines is highly skilled. In view of the geological conditions in China and the long infrastructure and underground transportation costs, the design of this project is combined with the design of a new gypsum mine under Huangmei Longyuan Gypsum Co., Ltd.

The first chapter of this article introduced the project overview of the new mining area of Huangmei Longyuan Gypsum Co., Ltd., the number of ore bodies and the amount of resources, etc.; Chapter 2 introduced in detail the trackless development and transportation program of large-scale underground non-metallic mines. Based on the local hydrogeological conditions in Huangmei County, a water control plan was designed. The fourth chapter is the mining technology pioneered by the trackless development, including mining methods, structural parameters and mining methods; the fifth chapter is the general layout of the mine and related precautions; the sixth and seventh chapter is for the mines. Safety and environmental protection are designed

The advantages of this design scheme are short construction time, flexible and flexible motor transport modes, safe operation, and high efficiency, which can be used as a typical case for the design and research of underground non-metallic mines.

Key Words：Underground mining ；Minging plan；Non-metallic mines；Railless；

目录

0 绪论 1

1 工程概况 2

1.1 交通及矿区地理坐标 2

1.2 矿床地质 2

1.3 开采技术条件 4

1.4资源条件 5

2 开拓运输方案 6

2.1开采范围及建设规模 6

2.2 开拓系统 7

2.2.1开拓方式 7

2.2.2开拓方案 7

2.2.3提升运输方案 9

3 防治水方案 9

3.1矿区地理位置以及气候 9

3.2防治水方案 9

4矿床开采工艺 10

4.1开采方法 10

4.2结构参数 11

4.3回采方式 11

4.4回采工艺 12

4.4.1采准切割工程 12

4.4.2回采工作 12

4.4.3劳动组织 12

4.4.4采场通风 12

4.4.5顶板管理 13

4.4.6采矿主要技术指标及设备 13

5矿山总平面布置 15

5.1矿山总平面布置内容 15

5.2矿山总平面布置原则 15

5.2.1,满足生产使用功能要求 15

5.2.2结合当地条件 15

5.2.3合理确定工业场地位置 15

5.3场地布置 16

5.4井口布置 17

5.5通道的劳动安全 17

5.6采光与通风 18

5.7辅助用室的设置 18

6矿山安全设计 18

6.1矿山安全影响因素 18

6.2安全防范措施 19

6.2.1防机械伤害 19

6.2.2尘毒防范措施 19

6.2.3振动、噪声危害防范措施 20

6.3安全避险“六大系统” 20

6.3.1监测监控系统 20

6.3.2井下人员定位系统 21

6.3.3紧急避险系统 21

6.3.4压风自救系统 22

6.3.5供水施救系统 22

6.3.6通信联络系统 22

7环境保护措施 23

7.1设计依据 23

7.2矿山污染源及控制措施 23

7.3环境保护措施 24

7.4矿山水土保持方案 25

7.5矿山土地复垦方案 26

7.5.1建立复垦表土库 26

7.5.2整平作业 26

7.5.3覆土作业 27

7.5.4植被作业 27

参考文献 28

附录 29

致谢 30

0 绪论

国家经济正在处于快速发展的时代，采矿技术不断地发展，采矿人员对作业环境，劳动强度的降低，机械化程度的要求也逐渐提高。目前我国机械制造技术取得了巨大的进步，采矿设计工作者如何紧跟时代的步伐，在一定的地质条件下，设计出符合当代需求的，经济效益好，开采强度较高，运输方式适应性强并且能够保证一线工作者作业安全的开采方案，是采矿工作者所追寻的方向。

就我国目前采矿技术来说，由于地下地质环境情况复杂多变，对地下开采技术有更高的要求。本文结合黄梅龙源石膏有限公司下新石膏矿进行开采方案设计，全面系统地介绍地下大型非金属矿的开采方案中的无轨式开拓方案，开采技术、开采工艺、场地总平面布置和矿山安全等方面。为采矿工程设计研究提供一个典型案例。

1 工程概况

1.1 交通及矿区地理坐标

黄梅龙源石膏有限公司下新石膏矿位于黄梅县城东约7km处，行政区划隶属黄梅县下新镇。矿区地理坐标（80坐标系）：东经115°59′41″-116°01′49″，北纬30°02′26″-30°04′38″。区内有公路到达黄梅县城，与105国道、福银高速公路、沪渝高速公路连接，交通便利。

1.2 矿床地质

矿区地处下扬子台坪滁巢台褶带黄梅台褶束五里墩倒转背斜南东翼，北邻黄梅县马鞍山铁矿区。矿区地表大面积为第四系岩层覆盖，基岩地层零星出露三叠系中统蒲圻组、三叠系上统—侏罗系下统王龙滩组。

三叠系中统蒲圻组为本矿区石膏矿之赋矿层位，分为上、中、下三个岩性段。上段为紫红色中薄层粘土岩夹炭质页岩及粉砂岩，厚度350～500m；中段为浅灰—深灰色厚层含膏白云岩、灰岩，夹三层硬石膏、石膏，局部夹相变沉积的紫红色中薄层粘土岩，厚度170～320m；下段为紫红色中厚层粘土岩夹薄层炭质页岩，厚度＞50m。

矿区所处五里墩倒转背斜南东翼，整体呈单斜构造，地层走向北东，倾向南东，倾角15～35°。主要断裂构造为F53断层，该断层自马鞍山铁矿区内向南延伸进入本矿区，造成本矿区7线以西膏矿体（层）断失，构成本矿床的西部边界。

下新石膏矿属滨海泻湖相沉积类型，矿层赋存于三叠系中统蒲圻组中段，按石膏矿勘查规范推荐的一般工业指标圈定有三个主矿体（编号：G-1、G-2、G-3）、七个小矿体（编号：X-1、X-2、X-3、X-4、X-5 、X-6、X-7）。

（1）G-1矿体

位处矿层上部，走向长3200m，倾向宽210～920m，顶板标高-208.74～-729.80m，底板标高-209.93～-730.92m，埋深237.35～749.66m。矿体厚度为5.91～68.87m，平均40.23m；（CaSO4 CaSO4•2H2O）品位在71.95～91.13%之间，平均品位83.09%。矿体中硬石膏占94.65%，石膏占5.35%。

（2）G-2矿体

位处含矿层中部，走向长3200m，倾向宽210～780m，顶板标高-279.38～-768.86m，底板标高-280.53～-769.96m，埋深310.11～788.72m。矿体厚度为5.32～100.62m，平均40.44m，（CaSO4 CaSO4•2H2O）的品位在75.58～86.29%之间，平均品位81.91%。矿体中硬石膏占95.52%，石膏占4.48%。

（3）G-3矿体

位处含矿层下部，走向长3200m，倾向宽210～780m，顶板标高-376.31～-828.37m，底板标高-377.49～-829.47m，埋深400.75～848.23m。矿体厚度为17.45～60.35m，平均35.66m，（CaSO4 CaSO4•2H2O）品位在70.77～88.51%之间，平均品位82.02%。矿体中硬石膏占94.61%，石膏占5.39%。

（4）小矿体

除G-1、G-2、G-3三个主矿体外，矿区内另有七个零星小矿体，厚度1.57～5.41m，（CaSO4 CaSO4•2H2O）品位56.72～72.77%，矿石类型为硬石膏或石膏。

（图1:0号勘探线图）

（图2：1号勘探线图）

（图3:3号勘探线图）

1.3 开采技术条件

矿区工程地质既有坚硬的硬石膏岩工程地质岩组，又有半坚硬的碳酸盐岩工程地质岩组及松散的土体地质，地质特征情况复杂。因矿区南部1.5km处有龙感湖，且矿区内耕地多，水塘分布分散，故局部地质溶蚀裂隙发育，岩石力学强度低。矿体围岩为三叠系中统蒲圻组中段的灰岩、含膏白云岩等，岩体总体较为完整，力学强度较高，稳定性较好，但其中也不乏裂隙发育而相对软弱破碎的地段。矿体中硬石膏层岩石坚硬完整并具良好的隔水性，工程地质条件优越，井巷在其中的变形和破坏不会明显。矿区位于下扬子台坪滁巢台褶带黄梅台褶束内，区域上新构造运动表现为升降运动方式，具由强变弱特点，近代岩浆活动和新构造运动不强烈，地壳长期处于稳定剥蚀堆积阶段，就整个矿床而言，膏矿多层厚大，开采时形成采空区，可能会引起地表沉降与塌陷。根据比较本矿区的水文地质、工程地质、环境地质条件的影响程度，可以确定本矿床开采技术条件勘查类型属于以环境地质问题为主的复杂矿床类型。

1.4资源条件

矿区详查累计查明硬石膏 石膏矿石资源量58728.9万吨（332资源量33568.5万吨、333资源量25160.4万吨），均为探矿权证内保有资源量。本初步利用方案分割估算-500m标高以上硬石膏 石膏矿石资源量25892.8万吨（332资源量15224.6万吨、333资源量10668.2万吨），-500m标高以下硬石膏 石膏矿石资源量32836.1万吨（332资源量18343.9万吨、333资源量14492.2万吨）。

根据有关规定，本初步利用方案对勘查程度较低的333类型资源量取可信度系数0.7，对勘查程度较高的332类资源量则不需取可信度系数。按可信度系数折算设计利用的资源量为：

全矿区设计利用的资源量：33568.5＋25160.4×0.7＝51180.7万吨；

-500m标高以上设计利用的资源量：15224.6＋10668.2×0.7＝22692.3万吨；-500m标高以下设计利用的资源量：18343.9＋14492.2×0.7＝28488.4万吨。

2 开拓运输方案

2.1开采范围及建设规模

按同时回采矿块数计算矿山年生产能力按下式确定[1]

A=NKqEt/(1-Z）

式中 A----矿山或阶段的年生产能力，t；

N---一个阶段内可布置的有效矿块数，个；

E---同时回采矿块的利用系数，取值0.25~0.35；

q----矿块的日生产能力，t；

E----地质影响系数，0.7~1.0；

t----年工作日，d；

Z----附产矿石率，%。

企业的服务年限按下式确定

T=QηE/A（1-ρ）

式中 T矿山的服务年限，年；

Q---矿床工业储量，t；

η----矿石总回收率，%；

E---地质影响系数，取值为0.7~1.0；

ρ----矿石贫化率，%。

本次设计范围为黄梅龙源下新石膏矿区，确定生产规模为规模：260万吨/年，服务年限：68.9年；设计按中段可布置矿块的数目，经济合理服务年限，年下降速度等经济技术指标进行了规模技术验证。产品方案以销售原矿为主，其次为加工硬石膏、石膏矿粉。

2.2 开拓系统

2.2.1开拓方式

地下开采的开拓方式按井巷形式区分，有平硐开拓，斜井开拓，竖井开拓和斜坡道开拓及联合开拓五种类型。这里主要介绍平硐、斜井、竖井三种基本类型。

在条件允许下，平硐开拓的开拓方案是首先要考虑的。平硐开拓方案通风、排水、运输都便利，施工方法和设备多简易，而且投资小，收效快。

斜井开拓方案适合缓倾斜或倾斜矿床。斜井开拓的优点是开拓方式较简单，基建快，阶段石门短，投资小。缺点是扩产潜力和提升能力都比较小，运营成本高，提升事故多发，导致管理复杂[2]。

竖井开拓方案适用于埋藏深度较深的矿床。竖井开拓方案的优点是提升速度快，扩产潜力大，运营维修费用低，方便企业管理。缺点是基建时间长，投资资金过大，施工工艺比较复杂，井筒装备施工难，设备多[3]。

2.2.2开拓方案

矿井开拓方式主要受地表地形、矿岩性质、矿床倾角、开采深度、开采规模、机械设备等因素影响[4]。因矿床矿体倾角较缓，矿山拟采用先进的无轨化开采技术，采场采用铲运机出矿。本次设计中，综合考虑了黄梅龙源下新石膏矿区的地质特征，环境因素，矿床分布等因素后，方案选定有竖井开拓以及斜井开拓，根据经济比较方法最终选择的开拓运输方案为斜井开拓。

（图4：开拓系统图）

（图5：-350m平面巷道布置图）

（图6：-350m平面巷道布置图）

2.2.3提升运输方案

矿井提升和运输设备是矿山及其重要和关键的设备。提升设备主要用于矿石、人员、材料等的上升和下放。按照矿井井筒倾角和提升容器的不同，矿井提升系统分为竖井罐笼、箕斗提升系统以及斜井箕斗、串车提升系统[5]。运输设备分为有轨与无轨式运输两种。

为了防止矿石撒漏，采用箕斗/皮带提升；而由于无轨运输具有可以实现不转载运输、运速快、运输能力强、运输效率高、操作简易装卸方便且劳动强度低的特点，井下采用斜坡道、矿用自卸汽车运输，汽车运输能力与矿房工艺技术参数及井下装矿用铲运机能力相匹配。

3 防治水方案

3.1矿区地理位置以及气候

本设计中黄梅龙源下新矿区属于大型矿山，其位于中国湖北省的东南方向，从地势上看属于北高南低，总体上高低相差1234.5m，平原、山丘、湖区的面积较均衡。地貌为丘陵区，平均海拔39m。该地气候属于亚热带季风气候，年降水量可达约1300mm，年均气温为16.8℃。

3.2防治水方案

矿井排水方式一般采用自流式以及扬升式两种。自流式主要是用硐室自然地往外排水，而扬升式则是借助水泵将生产过程中工业用水或者地下涌水排出矿井之外。因为采用地下开采，而且矿体低于当地受侵蚀的水平基础面，主要受到地下水及大气降水影响，这时工业园区，井口位置都应充分考虑这些因素。

地面防治水方案如下：

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