【導讀】本論文是對四川石棉礦宋尖礦段1196~1350階段年產(chǎn)25萬噸生產(chǎn)方案的設計。拓方案和垂直深孔階段強制崩落的采礦方法。計，從而制定出詳細的基建進度計劃，按照設計要求在規(guī)定時間內(nèi)完成基建工作。優(yōu)化設計方案還應綜合考慮礦山技術經(jīng)濟條件，使得設計方案達到最佳效果。水平有限，再加時間倉促，有很多地方考慮欠周妥，還請各位老師指點并校正。

　　

【正文】 ( 1 5 9 1 2 ????? =2121mm 雙軌： h3=1800+350 )23800(2????? 2629 21025)(450 2250)(2629 2 =2100mm 按架設管道要求確定墻高： h3 =1800+h5+n— )]D1300kZ12B 0([r 2r 2 ?????? 單軌： h3=1800+200+100— 250)]30045027522300([600 2600 2 ?????? = 1776mm 雙軌： h3=1800+200+100— 2 5 0 ) ]300450102523800([ 9 9 2 2992 2 ?????? = 1450mm 按人行高度確定墻高： h3 =1800+ 50?r 單軌： h3 =1800+ 50600? =1669mm 雙軌： h3 =1800+ 50992? =1567mm 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 23 根據(jù)以上三種計算取最大值，即單軌 h3=2121mm、雙軌 h3=2100mm。這樣可以同時滿足架線，管子架設和人行安全的需要。 平硐斷面面積及周長的確定： 單線巷道斷面布置見圖 4— 5/ 根據(jù)《井巷工程》中表 110 得： 單軌： S 凈 =B0? (h3+) =2300? (2121+? 2300) = S 掘 =S 凈 +S 拱 +S 基 +S 墻 +S 碴 其中： S 拱 =?（ B0+t） d=? (2300+250)? 250= S 基 =(+)t=? 250= mm2 S 墻 =2ht=2? 1550? 250= m2 S 碴 =h5Bo=200? 2300= m2 ?S 掘 =++? 106++= m2 雙軌：同理可得 S 凈 = m2 S 掘 =S 凈 +S 拱 +S 基 +S 墻 +S 碴 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 24 其中： S 拱 = S 掘 =S 凈 +S 拱 +S 基 +S 墻 +S 碴 S 基 = m2 S 墻 = m2 S 碴 = m2 ?S 掘 = m2 雙線巷道斷面布置結(jié)構見下圖 4— 6。 礦體開采是從上而下單階段依次開采，沒采完一個階段，上部溜井可崩落，因此主要溜井可以設在崩落帶以內(nèi)。并且考慮盡量避免轉(zhuǎn)運或盡可能減少運輸量，決定采用垂直溜井，坐標是 X= Y=，從水平 1196 到 1350 的 154 米范圍內(nèi)。 溜井斷面： 依據(jù)《地下開采設計原理 》公式 dnD ?? 式中： D—— 溜井直徑， m； n—— 通過系數(shù)，取 5； d—— 礦石最大塊度，取 500mm。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 25 所以： D = 5 ? = m S= m2 依據(jù)《地下開采設計原理》公式 ???DD1 式中： D1—— 貯砂倉的直徑， m； ?—— 貯砂倉加寬度，一般取 ~。 所以 D1= + =4 m 確定貯礦倉斷面面積： S 貯 = m2 貯存?zhèn)}高度通常取 10~15 m，在這里取 12m。 根據(jù)《地下采礦設計手冊》安全規(guī)定。卸礦硐室與溜井間要保持 4~8m 的保安巖柱，這里取 8 米安全距離。斜溜道傾角取 55176。斜溜道斷面取 ? =，斷面面積為 。只有 1196 階段與 1350 階段需要掘斜溜道，斜溜道長 14m。溜井結(jié)構如圖 4— 7 所示。 上部階段的礦石在卸礦硐室卸入主溜井。卸礦硐室卸車入主溜井，網(wǎng)格大 小為500mm。由鋼軌焊接而成，安裝傾角 25176。 。通過斜礦曲軌自動卸礦，曲軌設在溜井及西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 26 線路的另一側(cè)，卸載長度為 6020mm，曲軌距離硐室距離為 800mm。曲軌側(cè)斜礦車卸礦硐室見圖 4— 8。 礦石無粘結(jié)性，流動性好，載溜井下端 1196 階段裝礦硐室可采用振動放礦方式，其結(jié)構如圖 49 所示。根據(jù)礦山生產(chǎn)能力，確定選擇 。振動放礦可以保持井內(nèi)礦石松動，減少了礦石載井中的結(jié)拱和堵塞?？梢詼p少跑礦、堵礦，可提高礦車的裝滿系數(shù)和勞動生產(chǎn)率。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 27 輔助盲豎井主要用于提升設備、材料以及運送人員，其斷面大小主要根據(jù)所選設備的最大外形尺寸確定。該礦所選用設備中，電機車外形尺寸最大，為長 2750mm? 寬1250mm?高 1550mm，因而可取提升框架為 1500mm? 2021mm，框架四周留安全間隙200 mm，兩邊留 550 mm 安裝配置，另一邊留 900 mm 作為框架管道以及梯子間用。所以應該首先保證電機車的運送尺寸。 輔助盲豎井的卷 揚機硐室設在井底 1196 階段。輔助盲豎井提升的最大長度為鋼軌，考慮上部留 2m的安全距離以及頂部留 。因而輔助盲豎井總長為171m。卷揚機選擇 JJM10 型絞車。井底車場采用盡頭式車場即可。輔助盲豎井斷面布置圖 410 所示。 輔助盲豎井結(jié)構布置圖見 4— 11。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 28 (2)平硐輔助盲豎井開拓 平硐斷面開拓方案所用平硐與上方案相同 盲輔助豎井： 根據(jù)《礦山運輸以及提升》附錄 1 表。礦石主要由盲輔助豎井下放至 1196 階段，西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 29 （ 6）型礦車所采用的罐籠規(guī)格為 2200mm? 1350mm。該盲輔助豎井頁負責提升設備與材料，由于其使用年限長，繩端載荷重，還布置梯子間。因此選用鋼軌做罐籠道，工字鋼作罐籠梁。選擇 38 kg/m 鋼軌罐籠，Ⅰ 28a 型鋼作罐籠梁，梯子梁選Ⅰ 14a 型。根據(jù)《井巷工程》規(guī)定各安全距離，確定豎井斷面布置，其掘進斷面為 3210mm? 4200mm 布置于礦體上盤圍巖重，于崩落界限以外，噴射混凝土或澆灌混凝土支護厚度為200mm。 輔助盲豎井罐籠提升計算 小時提升量： A s=TsTrAC?? 式中： C—— 不均衡系數(shù)，罐籠取 ； A—— 年提升量， 25 萬噸； Tr—— 年工作日， 306 天； Ts—— 日工作小時數(shù)，罐籠提升取 小時 /天 ? 小時噸 / 4 ?? ???SA 一次有效提升： Q = Cm ???? 式中： Cm—— 裝滿系數(shù)，取 ； τ —— 礦車容積， ； γ —— 礦石容重， ?Q = ? ? = 噸 一次循環(huán)時間： T = SAQ3600 = ?? 每班循環(huán)次數(shù)： N = 次10 ?? ? 每次應放的礦石量： 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 30 Q’= 1003306 1025 4 ???? ? 噸 因而只需要使用單層單罐籠放下礦石即能滿足礦山產(chǎn)量。所選罐籠標準為 :罐籠選擇單層罐籠 ，尺寸為 2200? 1350，平衡錘斷面尺寸 1200mm? 400mm。質(zhì)量 噸。 根據(jù)《采礦手冊》 4 冊 p374，選擇罐籠高度 米，天輪直徑 2..5 米，過巷高度取4 米，考慮提升鋼軌時鋼軌長 米，因而輔助盲井頂部高出 1350 階段 17+? 23 米。根據(jù)《采礦設計手冊》（ 3）井巷工程卷 213 頁，單繩提升的鋼性罐籠道井底結(jié)構全深為： h =h1+h2+h3 式中： h—— 豎井底部全深， m； h1—— 最低水平軌面至托罐梁上墊木的高度，取 15m； h2—— 托罐梁上墊木至放墜落器制動繩拉緊置固定梁的高度，取 1m； h3 —— 井底水窩深度。不考慮延伸，取 5m； 所以 h = 15+ 1 +5 = 21 m 因此輔助盲豎井總長為 23+154+21=198m。 該礦設計年產(chǎn)量為 25 萬噸，要求輔助盲豎 井的生產(chǎn)能力較大。因而輔助盲豎井的生產(chǎn)能力較大，因而采用通過能力大的環(huán)式井底車場。其布置簡單，通過能力大，能完成運輸量。提升機選擇 。 兩種開拓方案的風井布置以及工程量等均相等，可以不參加兩種方案的綜合比較。 礦井通風以及壓氣等將在后來幾章節(jié)內(nèi)做簡要介紹。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 31 表 4— 4 兩種開拓方案綜合比較 表 4— 5 礦床開拓方案技術經(jīng)濟比較表 指標名稱 第Ⅰ拓方案 第Ⅱ拓方案 Ⅰ — Ⅱ 基本建設投資 井巷工程費用（萬元） 設備費用（萬元） 服務年限內(nèi)生產(chǎn)經(jīng)營費用（萬元） 6 66 60 合 計 兩個開拓方案的地面工業(yè)場地布置相同，地面運距相同，可不參考比較。從表 43可以看出，第開拓方案雖然少開拓一 個溜井， 階段高度確定 本次設計范圍沿礦體傾向要求從 1196 水平至 1350 水平，設計所依據(jù)的有關資料也 工程項目 平硐溜井開拓（ m） 平硐輔助盲豎井開拓（ m） 備 注 長度 面積 體積 長度 面積 體積 井巷工程 主要運輸巷道 輔助盲豎井 5187 171 5067 198 溜井 溜礦段 貯存段 斜井道 142 12 14 井底車場 單軌道 雙軌道 聯(lián)絡道 300 1617 432 180 40 4 160 卸礦硐室 卸礦段巷道 10 140 28 280 1218 合 計 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 32 從原礦山收集。如果設計時以自己確定的階段高度，則可能需要重新描繪所有階段地質(zhì)平面圖，而由于這次設計時間有限，沒有足夠的時間描繪。因此，決定本設計的階段高度取原始的階段高。以標高命名各階段，即分別為 1196 階段、 1248 階段、 1300 階段和1350 階段。 開拓系統(tǒng)簡述 本礦體開拓時，從地面掘進平硐直達礦體，以平硐作為主要開拓巷道開采全部礦體。根據(jù)該礦山的具體地質(zhì)地形條件及礦體產(chǎn) 狀，平硐與礦體走向斜交，布置在礦體下盤崩落界限以外的穩(wěn)固圍巖中。主平硐布置在 1196 水平，上面各階段的礦石通過溜井借助自重下放到 1196 階段，再由電機車運出坑外。各階段平硐均通地表。在沿礦體走向的礦體中部，礦體上盤崩落界限以外安全面開拓一個輔助盲豎井，負責提升材料，設備以及運送人員。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 33 5 采礦方法 礦床開采技術條件 礦體賦存要素 四川石棉礦尖石包礦區(qū)的礦體賦存于地勢較陡的山嶺中，棉脈賦存于超基性黑色蛇紋巖中，礦體由九條礦脈組成，各礦脈基本相同，走向北東 南西，傾向北西，傾角 50176。~90176。礦體走向長度大于 1600 米，礦體埋深大于 600 米，礦體品位為 ﹪ ~2﹪。本設計開采范圍： 沿礦體走向 Ⅱ A~Ⅳ A勘探線；沿礦體傾向 1196~1350 米 以上 。 礦體與圍巖的物理力學等性質(zhì) 礦石為含棉蛇紋巖，容重γ =，堅固系數(shù) f =3~6 ，較為穩(wěn)固。松散系數(shù) k=左右，礦石無自燃性，無黏結(jié)性，含水率較高，可鉆性及爆破性較好。 圍巖圍不含棉蛇紋及花崗巖、灰綠巖、長英巖。礦體上盤為輝長巖，穩(wěn)固系數(shù) f = 8~10下盤為火山凝灰?guī)r，穩(wěn)固。圍 巖容重γ =， f = 8~10，穩(wěn)固，松散系數(shù) k=。圍巖無氧化性、自燃性，無黏結(jié)性。 礦石的價值、有用組成含量及分布特征 礦石的延續(xù)性較好，錯動帶較少。礦石價值不高，地面無建筑物，也無河流，農(nóng)田等。允許塌陷。 采礦方法選擇 采礦方法初選 按設計要求，主要礦脈為急傾斜礦體，傾角在 75176。 ~90176。范圍內(nèi)，礦體厚度 30 米左右，礦石無結(jié)塊性，無自燃性，礦石價值不高，允許一定的損失和貧化，礦石較破碎，不穩(wěn)固， f=3~6。圍巖比較穩(wěn)固，地表允許陷落。因此該礦采礦 方法初選崩落采礦法。 采礦方法初比 崩落采礦法是隨著回采工作的進行，有計劃、有步驟地崩落礦體頂板圍巖或下放上部的覆蓋巖石充填采空區(qū)，進行采場地區(qū)管理。根據(jù)回采時采場結(jié)構布置及回采時的不同特點，分為單層崩落法、分層崩落法、有底柱分段崩落法、無底柱崩落法、階段強制崩落法和階段自然崩落法。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 34 (1)單層崩落采礦法 ① 適用條件 礦體傾角不大于 30176。～ 35176。，傾角小于對頂板管理有利；礦體厚度一般不超過 3m，合適厚度為 ～ ；直接頂板不穩(wěn)固到中等穩(wěn)固；一般要求底 板巖石堅硬、平整，對提高電耙運輸效率、降低礦石貧化有利；礦石松軟到堅硬；礦體頂板巖石重不含易燃礦體和瓦斯；就、礦體斷層少，而且連續(xù)性好；地表允許崩落。 ② 主要優(yōu)缺點與評價 優(yōu)點：采準、切割比較簡單，礦體準備時間少；礦體賦存條件適宜時，用長壁式單層崩落法，礦石回收率可達 90％以上；貧化率低；采礦金屬液壓支架時，作業(yè)安全，礦體能力可以大幅度提高。 缺點：采準工作量大，長壁式為 20m／ kt 以上，短壁式和進路式為２ 26 ~ 40 m／ kt 以上；由于一些礦塊要頂柱、底柱、分段礦柱、上山 礦柱和斷層礦柱，采區(qū)礦石回收率一般只有 70~80％；有木柱支護頂板，勞動強度大，坑木消耗多；采礦難于實現(xiàn)機械化作業(yè)，礦塊生產(chǎn)能力低；通風條件不好，采用單巷道采準布置，長壁式工作面污風串聯(lián)，影響礦塊生產(chǎn)能力提高，應用進路式工作面回采時，進路為獨頭工作面，作業(yè)條件更為惡劣。 (2)分層崩落采礦法 ① 適用條件 礦石松軟破碎，礦體頂板頂部覆蓋巖石或上盤圍巖穩(wěn)固性差，易自然崩落；礦體厚度大時，礦體傾角不限，但以急傾斜為宜；緩傾斜礦體厚度不小于 5～ 6m，急傾斜礦體的厚度不小于 2m，一般礦 體厚度以 5～ 6m以上；礦石品位高，價值大；地表允許崩落。 ② 主要優(yōu)缺點與評價 優(yōu)點：礦石回收率高（ 90～ 98％），礦石貧化率低（ 4～ 5％）；應用靈活性大；作業(yè)安全；在工作面可以進行手選，將礦石留在采空區(qū)；采準切割簡單。 缺點：生產(chǎn)能力低，勞動生產(chǎn)率低；機械化程度低；勞動強度大；木材消耗大；回采工作面通風條件差；如果礦巖有自燃發(fā)火傾向，使用坑木支護和木質(zhì)假頂時，容易發(fā)生火災。 (3)無底柱分段崩落采礦法 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 35 ① 適用條件 礦石要有一定的穩(wěn)定性，進路一般不需 要大量維護，爆破后眉線不容易冒落，炮孔不容易變形，能保證正常的裝藥爆破工作。圍巖最好能成為大塊自然崩落，也可以采用強制崩落；本方法適用于急傾斜中厚度以上的礦體，以及傾斜的、緩傾斜的機厚礦體。由于分段進路采用菱形分布，上分段進路之間的一部分礦石損失量太大而不宜采用此法；礦石不太貴重，圍巖含品位，可選性好有利于使用本方法。我國使用無底柱分段崩落法部分礦山的開采技術條件。 ② 評價 優(yōu)點：無底柱分段崩落法，沒有復雜的底部結(jié)構，采準和回采工藝簡單，便于采用大型無軌設備，實現(xiàn)高度機械化。此 法各個回采作業(yè)幾乎可以標準化的重復進行，有利于作業(yè)專業(yè)化和發(fā)揮機械化的作用；回采工作以進路為單位，掘進回采進路、鉆鑿深孔、出礦等作業(yè)可以在同一個礦塊上下分段的不同進路重同時進行，作業(yè)集中互不干擾，易于管理。具有較大的靈活性，并能較快地投入生產(chǎn)；生產(chǎn)能力大，勞動生產(chǎn)率高；工人在斷面不大的進路中作業(yè)，安全性好。此外，在進路端部出礦，沒有狹窄的放礦口，不易堵塞，發(fā)生堵塞時處理也比較方便；在進路中以小步距后退回采，有利于分采分運、剔除夾石。 缺點：在覆蓋巖石下放礦，且每次崩落的礦石都是在多個廢石接觸面下放出，故礦石 貧化率大；回采工作在獨頭巷道中進行，通風條件差。 (4)有底柱分段崩落采礦法 ① 適用條件 地表允許崩落。如果地表表土隨巖層崩落后遇水可能形成泥石流涌入井下時，必須采取預防措施；急傾斜礦體厚度不小于 5M，傾斜礦體厚度不小于 10M；當?shù)V體厚度大，超過 20M 時，傾角不限。理想的條件是厚度 15~20M 以上的急傾斜礦體；上盤巖石穩(wěn)固性不限，以巖石破碎有自然冒落傾向的為好；由于采準工程常在下盤巖石中，所以下盤巖石以中等穩(wěn)固的為好；礦體穩(wěn)固性從不穩(wěn)固到穩(wěn)固均可；礦石和上盤巖石應無自然性和粘結(jié) 性；礦體中最好不含較厚的巖石夾層。因為此法不能分采分出。 ② 評價 該法是我國地下開采礦山，特別是有色金屬山中應用較廣的一種采礦方法。自 60西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 36 年代初期開始使用，至今已有多年的歷史。在長期的生產(chǎn)實踐中，已積累了比較豐富的經(jīng)驗，取得了較好的應用效果。今后的發(fā)展趨勢是水平深孔落礦方案將減少，垂直深孔落礦方案將成為本法的主要方案廣為應用。 優(yōu)點：適應范圍廣，比較靈活；勞動生產(chǎn)率比較高，生產(chǎn)能力較大；采礦與出礦的設備簡單，使用的維修都很方便，適應我國采礦設備近期生產(chǎn)供應條件；通風條件好。 缺 點：采準切割工程量大，并且施工機械化程度低／礦塊底部結(jié)構復雜，其工程量約占采準切割工程總量的一半；礦石損失和貧化較大，一般損失率為 15~20％，貧化率20~30％。 (5)階段強制崩落采礦法 ① 適用條件 階段強制崩落法的適用條件與有底柱分段崩落法的基本相同，特別是宜于開采礦體厚度大、形狀規(guī)整、傾角陡、圍巖不太穩(wěn)固、礦石價值不高、圍巖含有品位的礦體。 ② 評價 優(yōu)點：采準工程量小；勞動生產(chǎn)率高；采礦成本低。 缺點：放礦管理要求嚴格，管理不善，礦石損失貧 化大；大塊產(chǎn)出率較高，二次破碎工作量大；使用條件不如分段崩落法靈活。 (6)階段自然崩落采礦法 ① 適用條件 礦體應具有一定的規(guī)模，有足夠的水平尺寸（礦體厚度一般要在 20~30m 以上），保證初始崩落和維持正常的崩落所必須的拉底面積。礦體應具有一定的開采高度，所以急傾斜厚大礦體是理想條件，極厚的傾斜礦體采用布置下盤漏斗的措施也可以使用。礦體輪廓應規(guī)整；礦石的可崩性是能否采用階段自然崩落法的關鍵條件。要求礦石容易崩落，且大部分能破碎成小到中等塊度，覆蓋巖能崩落成大塊。一般要求礦石的節(jié) 理、裂隙發(fā)育或中等發(fā)育，礦石的強度低。但是礦石過于松軟、破碎，底柱中的放礦巷道因地壓過大，經(jīng)常發(fā)生坍塌，維護費用過高，選用階段自然崩落法是否合理，應視其經(jīng)濟合理性而定；要求礦體比較均質(zhì)，這包括兩方面的含義：一是要求礦石的物理力學性質(zhì)比較一致，如果礦體軟，硬交替，易于出現(xiàn)崩落不完全或大塊產(chǎn)出率高；另一是指品位分布較均勻，含夾石較少，因為使用本法不能選別回采。 西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 37 ② 評價 優(yōu)點：成本低。；生產(chǎn)能力大，勞動生產(chǎn)率高；如果放礦控制好，礦石損失貧化小。 缺點：初建基建投資大建設周期長；靈活性 小，一旦使用不成功，要改其他采礦方法很困難；產(chǎn)量調(diào)節(jié)比較困難，增加產(chǎn)量需要較長的生產(chǎn)準備時間；生產(chǎn)管理要求嚴格。 通過對以上各種崩落采礦法的初步比較分析 ,根據(jù)該礦礦體賦存條件以及礦石與圍巖的物理力學性質(zhì)等 ,初步確定選擇階段自然崩落法與垂直深孔階段強制崩落法。 采礦方法綜合比較 (1)階段自然崩落法 階段自然崩落法是借助自然應力為主要荷載進行巖體崩落的，即在礦塊底部進行拉底形成足夠大的空間，及開掘削弱工程后，將產(chǎn)生應力集中，當應力值超過節(jié)理巖體的抗拉、抗剪強度時，礦巖體逐步破裂而開始崩落，通過出礦口以適當?shù)乃俣葘⒌V石放出運走，保證崩落連續(xù)進行。階段自然崩落法若應用得當，則是一種生產(chǎn)能力大和生產(chǎn)成本底的方法。其優(yōu)缺點見本設計 P21 采礦方法初比中階段自然崩落法的評價。其結(jié)構布置見下圖 5— 1 (2)垂直深孔階段強制崩落法 垂直深孔階段強制崩落法的實質(zhì)是在階段全高上劃分一個或者數(shù)個鑿巖分段，按階西南科技大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 38 段或者分段進 行