摘 要

矿山地下开采设计是一项专业要求度高，设计工作量大且关系整个矿山的系统性工作，近年来，我国矿山建设的专业性越来越高，矿山设计的专业性起着主导地位。本设计的内容是对安徽罗河铁矿进行200万t/a开采设计，对罗河铁矿矿山概况进行调查，对其矿区地理位置、地质特征、气候、交通条件、设计沿革以及施工现状进行分析。对矿山生产能力、服务年限进行验证，选择竖井开拓的方法，设计开拓系统，对主井和副井进行断面设计，并校验其合理性，选择提升设备并绘制断面设计图。根据了矿体的赋存条件、矿石储量、开采设备设备、技术经济指标等因素，选择以垂空场嗣后充填法为主的矿山开采方法，对采准、切割、回采、充填、矿柱回收等采矿工艺进行了详细的设计和说明；设计矿山的通风系统，选择供风设备、设计风井、计算风速、绘制通风系统图，保证地下矿石开采过程中风量的保证和安全；同时需要注意水文观测，及时做好防治水措施，避免出现涌水等情况，造成财产损失和安全事故。设计的各项内容均满足国家标准和行业规范，可行性具有保证。

关键词：金属矿；地下开采；空场嗣后充填法；采矿方法设计

Abstract

Mine underground mining design is a systematic work with high professional requirements, large design workload and relationship with the entire mine. This year, the professionalism of mine construction in China is getting higher and higher, and the professionalism of mine design plays a leading role. The content of this design is to carry out the mining design of 2 million t/a in Luohe Iron Mine of Anhui Province, and investigate the general situation of Luohe Iron Mine, and analyze the geographical location, geological characteristics, climate, traffic conditions, design history and construction status of the mining area. Verification of mine production capacity and service life, selection of shaft development methods, design and development of systems, section design of main and auxiliary wells, verification of rationality, selection of lifting equipment and drawing of section design drawings. According to the occurrence conditions of the ore body, ore reserves, mining equipment, technical and economic indicators, etc., the mining method based on the filling method of the vertical field is selected, and the mining, cutting, mining, filling, and column recovery are adopted. The mining process has been detailedly designed and explained; the mine ventilation system is designed, the wind supply equipment is selected, the wind shaft is designed, the wind speed is calculated, and the ventilation system map is drawn to ensure the air volume guarantee and safety during the underground ore mining process; Observe, timely prevent water measures, avoid water inrush, etc., resulting in property damage and safety accidents. The design content meets national standards and industry specifications, and the feasibility is guaranteed.

Key words: metal ore; underground mining; empty field post-filling method; mining method design.

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2设计的主要内容 1

第二章 矿山概况 3

2.1矿山概况区地理、交通及气象条件 3

2.1.1矿区地理交通位置 3

2.1.2气象条件 3

2.2设计沿革及施工现状 3

2.2.1设计沿革 3

2.2.2施工现状 3

2.3矿区地质特征 4

2.3.1岩体特征 4

2.3.2构造特征 5

2.3.3水文地质特征 5

第三章 开拓系统设计 6

3.1矿山分期开采及生产能力校核 6

3.1.1矿山分期开采 6

3.1.2矿山生产能力验证 6

3.1.3按服务年限验证 7

3.2阶段高度确定 7

3.3开拓方案的确定 7

3.3.1开拓方法的选择 7

3.3.2开拓方案的确定 8

3.4竖井断面设计 9

3.4.1主井断面设计 9

3.4.2副井断面设计 12

3.5平巷断面设计 13

3.5.1巷道断面形状 13

3.5.2设备型号选择 13

3.5.3断面参数设计 14

第四章采矿方法的选择 17

4.1采矿方法初选 17

4.2采矿方法的确定 18

4.3采矿工艺 18

4.3.1矿块和回采单元参数 18

4.3.2采准 18

4.3.3切割 19

4.3.4回采 19

4.3.5充填 19

第五章 通风与排水 20

5.1矿山通风 20

5.1.1通风方式选择 20

5.1.2矿井风量计算 20

5.1.3风机选择 21

5.1.4通风系统图绘制 21

5.2矿山防水 22

5.2.1.地下水涌水量计算 22

5.2.2防治水措施 23

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1研究背景

随着中国经济的快速发展,中国的采矿业也实现了跨越式发展。现在已经形成了大量的钢铁和冶金工业,这些都是确保中国经济建设所必需的。其中,铁在中国钢铁工业中具有重要的地位。铁是世界第一个发现、用途广、用量也是最多的一种金属。铁来源于铁矿石冶炼,铁矿石经过冶炼可以得到含碳量不同的钢铁制品,钢铁制品在人们生活中有着重要地位,人民生活已经离不开钢铁制品。所以,通过铁的衍生产品的产量、质量、品种、可以看出一个国家的科学技术发展水平。

相关数据显示,全世界铁矿石储量大约10000亿吨,可以冶炼金属量在2500亿吨。我国的铁矿资源很充足,但是矿石品味不高,主要分布在中低档矿石中。富矿资源储量仅占不到百分之二,中小型矿山占很大比重,大型矿山、超大型矿山稀少。矿石类型复杂,难选矿石和多组分协调的比例显着。如果将中国的A B C储量与世界各国的储量进行对比,中国的铁金属储量74亿吨,位居世界第五。历经40多年的基础设施建设我国已建成200多座铁矿山。其中:44个重点矿山和160个地方国有煤矿,铁矿石总开采量为197.19万吨。

铁矿的开采方式有露天开采和地下开采两大类别。中国在20世纪40到60年代期间,大部分矿山为地下开采,露天开采的矿山不到五分之一。在这之后,露天矿山的相继发现,开始建设投产了一大批露天矿,相应地采所占的比例开始降低,到1990年,露天开采的比重升到了五分之四,地下开采的比重则降到了五分之一。进入21世纪许多露天矿山逐渐转入地下开采,选择合理的采矿方法将直接决定矿山建设的各个方面。

目前,地下采矿的采矿方法主要是无底柱采矿方法,约占72%,其次是浅层孔保留方法,占9%,房间柱和墙采矿方法占8%,7%。从20世纪50年代的木材支撑到当前共存的三种支撑方法:木材支撑,混凝土支撑和喷锚支撑,已经开发出地下矿井巷道支撑。凿岩的出货也逐渐发展成为机械化方向。凿岩钻机,船舶装载和电动机运输已被广泛使用。采矿方法的不断优化,高效率设备的使用,合理选择支护方法,直接使地下矿山的生产效率开始逐渐提高。1949年,当新中国成立时,全国主要地下矿山的人均劳动生产率仅为20吨,到1995年已达到500多吨,增加25倍。如今,劳动生产率已达到更高水平。

1.2设计的主要内容

本课题是安徽罗河铁矿地下开采方案设计,设计的内容有：矿山基本信息;罗河铁矿床开采方法选择及设计;罗河铁矿开拓系统设计;采矿工艺流程及相关参数设计;采准工作,回采落矿工作(穿孔、爆破),出矿;通风系统设计。这就要求我们做好大量的地质资料分析和经济技术比较,对罗河铁矿石做出更合理,更安全的采矿设计。在确保安全的前提下,控制成本,我们可以确保矿石产量,减少矿石损失,枯竭率和废石混合率,提高矿石开采质量,更好地利用设备,提高工作效率,构建机械化,智能化的绿色矿山。

第二章 矿山概况

2.1矿山概况区地理、交通及气象条件

2.1.1矿区地理交通位置

罗河铁矿位于安徽省,行政隶属于罗河镇管辖。罗河铁矿坐落于江淮丘陵最南部,南边高,北边低,地形由东北向西南逐渐升高,北区地势平坦,南区地形起伏略大,属于低山丘陵地形。矿区距合肥-九江铁路柯坦车站约35km,南距长江边约40km,西可经罗昌河-白荡湖通长江,其水陆交通方便。

2.1.2气象条件

安徽罗河是典型的亚热带湿润性季风气候，常年温暖湿热，四季分明，降雨量较多,近20年来的平均气温为16℃,最高气温达到41.3℃,最低气温低至-12.3℃。主导风向西南风。年均降雨量1175mm,相对温度77～80%,4月-8月为雨季,这期间降水量为全年总降水量的一半,12月至第二年2月间降雨不多,只有全年降水量的12%。平均每年降雪日数为12天,无霜期在246～255天。

2.2设计沿革及施工现状

2.2.1设计沿革

罗河铁矿床发现于十九世纪六十年代,经过了3年的地质勘探,于20世纪80年代由安徽省地质局提交了地质勘探报告,报告表明矿石储量:B C级为3.4亿t,B C D级4.77亿t;黄铁矿表内矿:C D级3035万t,另有硬石膏矿D级4120万t。经国家储委以全储决字[1988]146号文批准的储量合计为34158.47万t。

矿山一期工程原初步设计由中冶北方和马钢集团合作完成,其中中冶北方承担采矿部分和尾矿部分,马钢集团设计院承担选矿部分。初步设计通过了专家审查,初步设计安全专篇在2007年3月通过了安监总局备案。

罗河铁矿总体分二期建设,一期开采东区,二期开采西区。

一期设计采矿规模为300万吨每年,采矿方法为崩落法,开采范围为-620m水平以上。选择竖井开拓,共布置1条主井、1条副井、1条进风井2条回风井和1条措施井。

一期工程划分为-560m和-620m两个阶段水平,-560m阶段高度120m,-620m阶段高度60m,首先开采-560m阶段。

2.2.2施工现状

矿山一期工程于2007年9月开始建设,采矿方法为崩落法(原一期工程初步设计)进行施工。目前,罗河铁矿初期工程即将结束,暂时还没有投产。

地表工程主井井塔、副井井塔、110kV变电所已建成。主井井塔即将进行提升机设备安装调试。副井井筒、提升机准备完成,正在进行设备检测。变电所已可以正常运行。

由于考虑一期扩能因素,以及主、副井井筒施工治水工程进度影响,废石井施工滞后,目前正在进行注浆堵水,预计明年初井筒才能施工到底。

进风井、1号回风井均已施工到底。

井下平巷已全面拉开。-455m水平回风巷已施工完毕,-545m进风水平已施工完毕;-560m水平平巷已施工完毕,正准备进行巷道铺轨;-560m水平采区溜井下部振动放矿硐室均已施工,部分采区溜井已施工。采准工程-455m水平回采联络道和崩落法回采进路已施工一部分。

井下主要硐室已施工大部分。由于副井井筒施工进度滞后,中央变电所、水泵房已调整到-560m水平,目前已施工完毕,正准备进行设备安装。破碎硐室已施工完毕,目前正在施工主溜井、下部矿仓;粉矿清理电梯井已施工完毕。

采矿设备已按照后期扩能考虑,铲运机改为6m3,目前3台罗河514铲运机已到货,其中1台为柴油铲运机。

选矿厂已建成,正在进行设备调试。

尾矿库正在施工,排洪系统已施工完毕,正在筑初期坝。

矿山其他辅助设施已经投入使用,辅助生活设施已趋完善。

2.3矿区地质特征

2.3.1岩体特征

矿区地处江淮丘陵南部,靠近长江,区内地貌形态属剥蚀构造成因的低山丘陵矿。

本矿床是典型的隐伏矿床，其由高磷、高硫、含钒磁铁矿及硫铁矿(部分矿体伴生铜)、大型硬石膏矿组成。矿体在平面投影呈椭圆形轮廓，呈似层状、平缓透镜状,空间上表现为穹隆状,中间主要是贫铁矿,四周多为厚、富矿。硬石膏矿呈覆盖状位于穹隆顶部,黄铁矿则分布在主矿体投影范围内,以上部铁矿体为主^[1]。

铁矿体共有八个,其中Ⅰ、Ⅱ号为主矿体,小矿体按从大到小的顺序依次为Ⅳ、Ⅶ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅵ、Ⅴ。本次设计开采主要的矿体是Ⅰ、Ⅱ号矿体,二个矿体占全部地质储量的93.2%^[2]。

矿体埋藏在地下382米到地下846米,东部高西部低,离地表最近为425米,最深达至856米的深度。倾伏为纵向上向南西,倾伏角为3°～12°。横向上大致呈一穹状。

I号矿是规模最大的矿体,水平方向投影近似呈椭圆形,长轴北东向东部延伸。长轴为1912m,短轴为1100m。矿体为似层状,分支较多，复合现象也频繁出现,矿体倾角10°。最小厚度2.03m,最大141.68m,平均59.66m。

矿体最底部的是Ⅱ号矿体,形态为半环状,南东部有一开口,中部是无矿带。环边长度北部1164m,南部635m,西部940m。矿体为透镜状,似层状,倾角为10°,,最大厚度位84.1m,最小厚度位2m,平均21.6m。

2.3.2构造特征

矿区产状平坦,褶皱不发育,以断裂构造为主。按其走向可分为六组,北西、北东、北北西、北北南、北东东等。

北东向断裂主要以F001(罗河—缺口断裂)为主,是一条区域性断裂,位于矿区西北部,是矿区最大的一条断裂带,。走向北东40°～50°,倾向南东,倾角60°～80°。断裂带两侧岩体破碎,对矿体开采后的地表变形范围起控制作用。

北北东向断裂共13条,分布广泛,走向北东10°-30°,倾向南东,倾角为45°-85°。长度为200到2000m。

北西向断裂共6条,分布在西南及东北。最大的断裂是F201,发育在矿区西端部,走向300°-320°,倾向南西,倾角60°到70°。断裂带两侧岩体破碎,对矿体开采后的地表变形范围起一定的控制作用。

北北西向断裂带在矿区南侧,沿北东10°～30°延伸,长度500～1500m,破碎带宽1～10m,断距5～15m,属张扭性。

其它还有近南北向及北东东向断裂零星分布于矿区。部分大的断裂的发育对矿体开采后的地表岩体变形区范围起控制作用,并直接影响断裂带两侧的岩体稳定性,工程建设中的部分设施应注意断裂的影响。

2.3.3水文地质特征

矿区地势较为平缓,东部高,西部低。地面有池塘,铁区东部建设一大型水库。

矿区地下水主要发育有杨湾组红层裂隙孔隙潜水、双庙组裂隙水和砖桥组含水层,其中砖桥组包括粗安岩裂隙含水层、凝灰岩类隔水层、次生石英岩类孔洞裂隙承压水和矿体及其顶底板不含水岩类。

第三章 开拓系统设计

3.1矿山分期开采及生产能力校核

3.1.1矿山分期开采

罗河铁矿床，埋深450米，走向长约2000米，矿体宽约1000米。各矿体累计总厚度约200米。倾角在10°左右，批准总储量约34000万t，平均地质品位35%。是一个赋存面积大，埋藏深，含硫、磷高的特大型贫铁矿床。根据市场情况、建设资金、建设时间等以及业主的要求，该矿床的开发利用采取统筹规划、分步实施、滚动式发展是本次设计的基本指导思想，为分期开采。

该矿的整体建设分为两个阶段：一期开采-620米以上矿体，二期开采低于620米矿体。在第一阶段，根据矿体额埋藏条件，将其分为东部和西部两个区域。首采区段为东部（东区），将西部矿体划入后续二期开采范围，利用二期工程开采。

3.1.2矿山生产能力验证

矿山生产规模为200万t/a，一年有效工作天数330天，每天3班轮流工作，每班时间为6个小时，每天出矿量为6060t，根据矿体赋存条件、可采矿量、采掘设备能力、充填采矿法的结构参数等条件，本设计可采用三种方法验证生产能力：可布置有效盘区数、下降的年速率和新水平准备时间进行产量验证。

选择矿山经济合理的服务年限验证其生产能力：

（3.1）

其中:

（3.2）