建筑科学 地下矿山采矿设计工作的深度研究与探讨 ——采矿设计心得 张欣媛 辽宁鞍山中国冶金矿业鞍山冶金设计研究院有限责任公司 辽宁鞍山ｌｉ１０００ 摘要：本文详细叙述了地下矿山开采设计的基本步骤及详细过程，对无底柱分段崩落方法的地下铁矿开采做了全面而且深刻的 研究。以山西繁峙滦兴铁矿地下开采初步设计为实例进行说明：一是设计规模１ ５万ｔ／ａ，服务年限８年；二是产品方案：铁精矿 粉；３、采用自上而下的强化开采，矿山规模采取滚动发展的方针，利用企业收益扩大再生产能力，来提高经济效益。４、开 采方式：地下开采，开拓方式：平硐一盲斜坡道开拓。５、设计开采标高：１ ３４ ５～１ ２７ ５ｍ。阶段高度为２ ０ｍ、２ ５ｍ。运输水平： １ ３２ ０ｍ、１ ３００ｍ、１２７５ｍ。６、采矿方法：无底柱分段崩落采矿方法。本文主要阐述采矿专业设计说明书的编写及计算，对地下开 采的设计进行了研究和探讨。 关键词：地下开采；无底柱分段崩落法；平硐一盲斜坡道开拓 １设计前的准备工作 当我们接触到一项设计任务时，我们需要对工程进行了 解，第一，需要了解设计的深度，是探矿设计、开发利用方 案、可行性研究设计、初步设计还是施工图设计，针对不同 的设计深度，确定设计内容；第二，收集设计工作依据的资 料，包括地质队提供的地质报告、图纸、与甲方签订的设计 任务书、采矿许可证、与相邻矿山的承诺书、国土资源局有 关地质队提供的地质报告的评审备案证明及评审意见书、矿 产资源储量评审机构资格证书、用水量证明等相关材料；第 三，根据收集的资料确定矿山的开采方式，是露天开采还是 地下开采。如果矿体出露地表，埋藏较浅，可以确定是露天 开采，如果矿山埋藏较浅，但不能确定露天开采经济还是地 下开采经济，需要确定经济合理剥采比，当平均剥采比＜经 济合理剥采比时，采用露天开采方式，当平均剥采比＞经济 合理剥采比时，采用地下开采方式，本文着重叙述地下矿山 的开采。 ２地下矿山开采采矿专业设计内容。 以繁峙县滦兴铁选有限公司甘泉铁矿地下开采初步设计为 例，来说明地下矿山开采的设计详细过程及设计方法。 ２．１矿区范围和开采范围 根据地质报告提供的资料，需要在设计中附注矿区范围坐 标表，根据矿区范围来确定开采范围，其不能超出矿区开采 范围，标高应在矿区开采标高范围内。开采深度的确定，看 剖面及纵投影，根据剖面及纵投影显示的矿体赋存条件，确 定最低开采标高为１２７５ｍ水平，再根据采用的采矿方法——无 底柱分段崩落采矿方法，确定段高为２０ｍ￣［１２５ｍ。并且，本次 设计中结合矿山开采现状，利用矿山可利用的平硐，确定开 采标高１３４５ｍ为回风水平，１３２０ｍ、１３００ｍ、１２７５ｍ水平为运输 水平。 影上矿体两端按６０。由下水平向上水平返端部的两个点。例 如：在１３４５ｍ水平回风巷道上画出由１３２０ｍ水平运输巷道返出 的阶段错动界线。 ２．３开采矿量 １３４５ｍ以上留部分采空区保安矿柱矿量４１．５８万ｔ。１２７５ｍ以 下的矿量（１６．０６万ｔ）不开采。经计算，本次设计开采矿量 ８２．９５万ｔ。 ２．４．矿山年产量、服务年限和工作制度 ２．４．１矿山年产量验证 根据采矿许可证批复和委托书要求，确定矿山规模１５Ｚｆ ｔ／ａ。 设计按可布置矿块数量和年下降速度验证年产量，验证结 果表明，矿山年产矿石１５万ｔ，在技术上是可行的。 ２．４．２服务年限 Ｑ×ｎ Ｔ＝—Ａｘ（１—－ａ）： ８２．９５×０．９ ６ａ 式中：Ｔ～矿山服务年限 Ｑ～可采矿量８２．９５万ｔ ｎ一矿石回采率９０％ ｄ一废石混入率１０％ Ａ～年产量１５Ｚｆｔ／ａ 考虑矿山基建２年，矿山服务年限为８年，其中稳产４年。 ２ ４ ３矿山工作制度 ‘ ２．２开采对象及开采方式 本次设计开采对象为Ｆｅｌ号矿体。矿体厚度８．０１－１３．４５ｍ， 平均１Ｏ．１３ｍ，由于存在地下采空区，标高１４４０￣１３７０ｍ，地下 采空区上部需要留护顶矿柱保证安全（１３７０４１３４５ｍ为护顶矿 柱），因此，本次初步设计开采标高１３４５～１２７５ｍ之问的Ｆｅ１ 矿体。 根据矿体赋存条件，矿体埋藏较深，如采用露天开采剥采 比大，故不适宜采用露天开采，并按照矿山采矿许可证批复 矿山工作制度，年工作３００天，每天３班，每班８小时。 ２．５矿床开拓 ２．５．１矿区地形地质特征 矿区地处五台山余脉西的马宗山东部繁峙县与代县交界 处，地貌单元属五台山一厘山断块剥蚀中山区。区内地形切割 强烈，山高沟深。矿区总体地势西高东低。最高点位于矿区 西南部的山顶。海拔高程１６５３．２ｍ，最低点位于矿区北东的板 上钉峪沟谷内，海拔高程１２６０．００ｍｍ，最大相对高差３９３．２ｍ。 ２．５．２地表错动范围的圈定 设计确定第四系表土错动角４５。，上下盘岩石错动角 ６Ｏ。，端部岩石错动角为６５。，按上面确定的错动角圈定的 矿体地表错动界线。 ２ ５ ３矿山现状 和矿山开采现状，本次设计确定采用地下开采方式。 繁峙县滦兴铁选有限责任公司在开采过程中，在２００５年地 根据确定的开采对象和分段段高，委托地质专业做分层图 表形成露天采场２个，２００８年井下形成５个采空区。 及矿量表。地质专业返回了矿量表和分层图之后，采矿专业 现场现有平硐ＰＤ 、ＰＤ 、ＰＤ。、ＰＤ 和沿脉平硐ＹＭ 。 主要在分层图上圈定分层错动界线，分层错动界线的圈定是 ２．５．４开拓方案的选择 从下水平向上水平圈定错动界线，剖面上确定上下盘的两个 根据开采现状，本次设计选用平硐——盲斜坡道开拓方 点，矿体角度是大于６Ｏ。的按照６０。画，小于６Ｏ。的按照矿 式。 体倾角圈定，上下盘确定两个点之后，再看纵投影，在纵投 回风平硐ＰＤ２（１３４５．４４２ｍ）：该平硐为矿山现有探矿平 ２０４ 中国科技期刊数据库工业Ａ 硐，位于矿区北部，３号勘探线附近的矿体下盘岩石中，地表 和铲运机备用率５０％。 错动界线外约ｉ７０ｍ 巷道已掘至矿体，已掘巷道长度２７０ｍ， 装药器给一台即可。 平硐口坐标为：Ｘ＝４３２８３８４．２９４，Ｙ＝１９７００３４６．９４６，其净断面 局扇型号选择：每个矿块需风量算出来，然后用断面面 ｓ挣＝２２．５ｍ ，本次设计巷道Ｓ狰＝４．７ｍ ，满足设计要求，为出风 积×该断面需风量，得出一个数值，在选择局扇的时候，根 平硐，在硐口安设Ｋ４０—４一Ｎｏ．１４型通风机，抽出式通风，排污 据这个数值查表获得。选择的局扇需要小于这个数值，才能 风兼作矿井安全出口。要对现有平硐口进行砌碹。 保证分风的顺利进行。局扇的个数，本次设计２个工作面同时 运输平硐ＰＤ３（１３００．３２４ｍ）：该平硐为矿山现有平硐， 生产，采准给两个局扇，掘进给两个工作面即可，回采不用 位于在矿区北部，２、３勘探线之间的矿体下盘岩石中，位于 给，则局扇总共给４台，备用２台，局扇按５０％备用。 地表错动界线外约３００ｍ，平硐口坐标为：Ｘ＝４３２８４９６．６４３， 天井掘进工作台，一般计算，给１台工作即可。 Ｙ＝１９７００３８８．６６５，其净断面Ｓ；鲁＝２２．５ｍ ，本次设计巷道净断面Ｓ ２．７坑内运输 净＝１１．３ｍ ，满足设计要求，平硐内敷设压气、入风、供水及电 ２．７．１基础条件 缆管线， 承担１３００ｍ水平矿石、岩石、材料、设备的运输及人 矿山规模：矿石：１５万ｔ／ａ，班产量：Ｑ矿班＝１６６．７ｔ／班 员出入，入新风兼做安全出口。由于该平硐硐口略高于运输 岩石：１．５万ｔ／ａ，班产量：Ｏ￣＝１６．６７ｔ／班 巷道，可根据实际情况在现有硐内适当加深水沟，水沟坡度 班运输量：Ｑ矿班＝１６６．７ Ｘ １．１５＝１９１．７ｔ／班 为３～５％０，使积水自流排出。平硐内排水沟上方设置盖板， Ｑ岩 ＝１６．６７ Ｘ １．１５＝１９．１７ｔ／班 供人员、车辆行走和通行。要对现有平硐口进行砌碹。 设计选用ｊｚｃ一１０型井下运输卡车 运输平硐ＰＤ４（１２７３．６０３ｍ）：该平硐为矿山现有平硐， 一辆运矿卡车有效载重量 位于矿区北部 ２、３勘探线之间的矿体下盘岩石中，位于 地表错动界线外约３６０ｍ，平硐口坐标为：Ｘ＝４３２８５３３．５９２， Ｑ矿＝Ｖ －－ｚ ｙ＝５Ｘ０．９Ｘ３．Ｏ６÷１．５＝９．１８ｔ／辆 Ｙ＝１９７００４１０．８９５，其净断面Ｓ净＝２２．５ｍ ，本次设计巷道净断面Ｓ 一辆运岩卡车有效载重量 净＝１ １．３ｍ ，满足设计要求，平硐内敷设压气、入风、供水及电 缆管线，承担１２７５ｍ水平矿石、岩石、材料、设备的运输及人 Ｑ岩＝Ｖ ｖ：５Ｘ０．９Ｘ２．７÷１．５＝８．ｉｔ／辆 员出入，排水、入新风兼做安全出口。要对现有平硐口进行 式中：ｖ一汽车容积，５ ｍ。 砌碹。 Ｋ 一汽车满载系数，０．９ ｌ３４５～Ｉ３００ｍ通风井：位于２号勘探线上，１３４５～１３００ｍ Ｋ 一矿岩松散系数，１．５ 阶段错动界线外２Ｏｍ，井口标高１３４５ｍ，井底标高１３００ｍ， Ｙ—矿岩体重，矿石取３．０６ｔ／ａ，岩石取２．７ｔ／ａ。 井筒直径ｓ；争＝４．９ｍ ，井筒安装梯子间兼作安全出口。开采 ２．７．２运输设备计算 １３００～１２７５ｍ中段时，新鲜风流由ＰＤ４进入，经１２７５ｍ平硐、 井下开采Ｆｅ２号矿体时采出的矿、岩运输距离最远，设计 沿脉运输巷、采区人行通风天井到达采场工作面。冲洗 按此运输距离进行设备计算。 工作面的污风再经人行通风天井排至１３０Ｏｍ沿脉运输巷， 矿石运输： 经１３４５～ｌ３００ｍ通风井，由ｉ３４５ｍ出风平硐ＰＤ２排出地表。 最大往返运输距离：Ｌ＝１４ＯＯｍ １３４５ ｉ３００ｍ通风井是为了１２７５ｍ水平运输巷道的通风而掘凿 汽车运行速度；１ ｌｋｍ／ｈ １３≈３．１ｍ／ｓ 的。 运行时间：ｔｌ＝１４００ｍ＋３．１ｍ／ｓ＝４５１．６１Ｓ 盲斜坡道：在ＰＤ３硐内掘凿１３２０ｍ￣１３００ｍ盲斜坡道：盲 装车时间：ｔ２＝７５ｓ 斜坡道上口标高为１３２０ｍ，盲斜坡道下口标高为１３００ｍ，盲 卸车时间：ｔ３＝４５ｓ 斜坡道坡度为１Ｏ％，盲斜坡道总长２５０ｍ，为单车道，净断面 意外停车时间：ｔ４＝６０ Ｘ ３＝１８０ｓ １１．３ｍ 。担负开采１３２０ｍ￣１３００ｍ水平的矿石、岩石、材料、人 调车时间：ｔ ：６０Ｘ３＝１８０ｓ 员进出、设备运输任务，并作为入风、排水和安全出口，硐 列车循环时间：Ｔ＝ｔ ｌ＋ｔ ２＋ｔ ３＋ｔ ４＋ｔ ５＝ 内敷设压气、供水、供电管线。 ４５１．６ｉ＋７５＋４５＋１８０＋１８０＝９３１．６１Ｓ ２．６采矿方法 班汽车运矿循环次数：ｎ＝５．５ Ｘ ６０×６０÷１３０５＝１５．２取ｌ５ ２．６．１设备选择 次 根据矿体特征，设计选用无底柱分段崩落采矿方法。 运输矿石需循环次数：ｎ：＝１９１．７÷９．７＝１９．７取２０次 １）采准设备：平巷采用ＹＴ一２８型凿岩机凿岩。掘凿天井、 运输岩石需循环次数：ｎ２＝１９．１７－－８．１＝２．３７取３次 溜井采用ＹＳＰ一４５型凿岩机凿岩。采准出碴采用ＷＪ一１型柴油铲 运输材料循环次数：２次：ｉ２ａ：２ 取２次 运机。 需要汽车台数：Ｎｌ＝（ｎ１＋ｎ２＋１２３）÷ｎ＝（２Ｏ＋３＋２）÷１５＝１．７ ２）回采设备： 取２台 回采凿岩——采用ＹＧＺ一９０型凿岩机配ＴＪ２５型钻架； 取设备完好率Ａ＝Ｏ．８，则包括备用总台数： 凿岩爆破——－ＹＧｚ一９Ｏ型凿岩机、ＢＱＦ－ＩＯ０型装药器装药； 采场出矿——ｗＪ一１．５型柴油铲运机； Ｎ２ ＝蠢 ２．５取３台 二次爆破——ＹＴ一２８型凿岩机打孔； 确定选用ＪＺＣ一１０型井下运输卡车３台，２台工作，１台备 项板管理及采空区处理——ＱｚＪ—ＩＯＯＢ型潜孔钻机。 用，可以满足运量所需要求。井下卡车、多功能服务车均配 ２．６．２设备计算 备尾气净化装置及灭火装置。 采准设备，通过计算，得出ＹＴ一２８型凿岩机、ＹＳＰ－４５型凿 参考文献 岩机台数。ＷＪ一１型柴油铲运机用于采准出渣，给１工１备。由 【１］吕波．关于矿山采矿工程设计工作的探究［Ｊ］．内蒙古煤 于ＹＴ一２８既用于采准凿岩又用于二次爆破，因此，采准凿岩给 炭经济，２０１４，（１ ０）：１卜１１． 一台，二次爆破给一台，ＹＴ一２８为６０％备用，ＹＳＰ－４５百分之百 【２］陈晶．露天转入地下开采矿山排水设计中的一些体会［Ｊ】． 备用。 有色矿冶，２Ｏｌ ３，（４）：１ ３－Ｉ４． 回采设备，ＹＧＺ一９０型凿岩机，通过计算得出，回采出矿采 ［３］汪祖国．地下开采矿山通风节能技术的研究［Ｊ】．科技资 用ｗＪ－Ｉ．５型柴油铲运机，通过计算得到２工１备，回采凿岩机 讯，２Ｏｌ４，（１）：３８—３８． ２０５