开拓方案设计提纲

金属矿床地下开采
开拓方法选择课程设计说明书
组别：第六组
班级：采矿 1201
学号：20121307 20121314 20121318
姓名：邵建强吴云贵张博雅
2015年4月30日
目录
第1章设计基础资料 (1)
1.1 基本条件 (1)
1.2 设计基础图纸 (1)
1.3 开采技术条件 (1)
第2章生产能力计算 (5)
2.1 矿山服务年限 (5)
2.2 矿山生产能力 (5)
第3章开拓方案选择 (9)
3.1 阶段高度确定 (9)
3.2 移动角选择 (10)
3.3 地表移动带圈定 (10)
第4章开拓方案选择 (111)
4.1 开拓方案初选 (112)
4.2开拓方案A (14)
4.2.1 主要开拓工程的位置确定 (14)
4.2.2 阶段运输巷道设计 (14)
4.2.3 开拓方案三视图 (16)
4.3 开拓方案B (17)
4.3.1 主要开拓工程的位置确定 (18)
4.3.2 阶段运输巷道设计 (18)
4.3.3 开拓方案三视图 (20)
4.4 开拓方案技术比较 (21)
4.5 开拓工程布置 (22)
第1章设计基础资料
1.1 基本条件
某金矿矿体埋深400m，矿体总体走向120°，倾向210°。

平均厚度为5.0m，倾角50°，属于倾斜薄矿体。

地表到地下-200m岩层属于第四纪表土，-200~-400m 岩层属于含水中等稳固片岩，-400~-500m岩层属于稳固片岩。

矿体上、下盘岩石较稳固。

1.2 设计基础图纸
基于平面图-生成勘探线剖面图和纵剖面图以及一张中间位置的平面图A3图框中，打印出来。

1号勘探线剖面图
2号勘探线剖面图
3号勘探线剖面图
4号勘探线剖面图
矿体平面图
1.3 开采技术条件
1.3.1中国金矿资源状况
根据1989年末的统计资料，我国已发现金矿床（点）共计7148处，其中岩金矿床（点）3734处，砂金矿床（点）3026处，伴（共）生金矿床388处。

在已知矿床（点）中，现已探明的金矿床1232个,包括岩金矿床573处，砂金矿床456处，伴（共）生金矿床204处。

据全国矿产储量汇总表统计，1996年末全国金矿保有储量4264.78t,其中：岩金2515.8t,占59%；砂金557.42t,占13.1%；伴（共）生金1191.56t,占27.9%。

1.3.2中国金矿资源特点
1.矿床类型多，但缺少世界级大型矿床
2.大型、特大型金矿床少，中小型金矿床多
3.资源分布广泛，储量相对集中
4.金矿床中富矿少，中等品位多，品位变化大，贫富悬殊
5.伴生金储量占有重要位置
6.金矿成矿时代广泛，可以形成于各个地质时期
综合上述，对于我国金矿，一般来说，必须有工业价值的矿床，然后才能考虑开采问题。

我国金矿床产在一定的大地构造环境的某一特定含矿建造中。

矿床（点）密集分布，成群成带产出，其延伸与地层产状总体是一致的。

但是我国金矿石不多，品位相对较低，分布零散。

我国的金矿工业品位定在：
岩金（克/吨）：3-5
砂金（克/米3）：0.3-0.6
金矿的冶炼和分选的成本较高，但是价值也高，所以达到工业品位都可以采。

至于对于资源的合理利用的问题，矿山的开采单位一般很难做到，开采时会给环境造成污染和破坏，而矿渣基本上没有什么用处，如果是冶炼厂，会把矿石中的其他元素分离出来，用做其他用途。

1.3.3开采设备分两种：
1. 露天开采：成本低，利润高，主要是利用挖崛机，装载机，汽车，风钻机，炸药等。

2. 地下开采：成本较高，还需要坑道支架和通风设备，铺设矿山轨道，利用专门设备小火车运到地表。

第2章生产能力计算
2.1 矿山服务年限
预计10年采完，年产量4.2万吨，基建期1年，闭坑1年，服务年限12年。

估算可采储量
根据已知的平面图，用CAD的area命令，计算出每一平面图上矿体的面积，求出平均值作为矿体平面面积。

同时根据三个平面图拟合得矿体平面图，再根据走向知道矿体长度大概为210m，又已知矿体的厚度为5m，再根据矿体走向为50°，矿体有80m，所以根据三角函数基本关系可以求出矿体倾斜长度。

用水平平均面积乘以倾斜长度得出矿体体积。

砂金矿石的容重取3.0t/m3。

-400m水面图上矿体面积：1032.9965m2
-440m水面图上矿体面积：1028.8069m2
-480m水面面图上矿体面积：1253.3464m2
水平面矿体面积平均值为：1105.45m2。

矿体倾斜长度为80÷cos50°=124.45m
矿体体积：1105.45 m2×124.45m=137573m3
矿体储量：137573m3×3t/ m3=41.27万吨
可以大约取42万吨
2.2 矿山生产能力
根据矿床开拓设计手册，当前冶金工业部规定的矿山规模和经济合理服务年限如表所示：
（表详见《金属矿床地下开采》（第二版）第26页）
根据上表可以得出，此矿山为小型规模矿山。

开采的服务年限应该大于10年，取此矿山服务年限为10年。

2.2.1 生产能力计算
生产能力A=42万t/10年=4.2万t/a
2.2.2 生产能力验证
（1）按技术可能性验证矿山企业年生产能力
按技术可能性确定矿山生产能力的方法有三种，即按可能布置的矿块数，按年下降速度及按新水平准备时间。

本设计仅采用按年下降速度来验证矿山年生产能力。

按矿床开采年下降速度方法确定矿山年生产能力的实质是根据采矿技术条件类似矿山的开采强度经验指标，概括地求出年产量A 。

E K K K S H A 211...ρ
γ-=, (t/a) 式中
H —回采工作年下降深度，m/a ；
S —矿体水平面积m2
γ—矿石容重，t/m3；
K —矿石总回采率；
ρ—废石总混入率,5%； K1—矿体厚度的修正系数；
E —地质影响系数；
K2—矿体倾角的修正系数.
年下降深度H 取值参阅《采矿设计手册》第2卷下册第864页表2-1-51。

K 1及K 2在类比矿山条件基本一致时，不需要修正，当厚度或倾角不同时，则应有
适当修正；一般情况，若设计矿山矿体的厚度和倾角大于类比矿山时，可取K 1=1.1—1.2，K 2=0.7—0.9的系数，反之，可取K 1=0.8—0.9，K 2=1.1—1.2的系数。

根据矿床开采年下降深度按矿体厚度和倾角的修正系数表，本矿体平均厚度5米，矿体厚度修正系数取1.0，矿体倾角约为50°，倾斜矿体，矿体倾角修正系数取0.9。

最终年下降开采深度为： H = 30m ⨯1.0 ⨯0.9=27m
矿体水平面积： S=1105.45m 2
矿石容重： v=3t/m 3
矿石回收率： K=90%
废石混入率： ρ=5%
地质影响系数： E=0.7
矿体厚度修正系数： K 1=1
矿体倾角修正系数： K 2=0.9
依据上述年产量计算公式：
E K K K S H A 211...ρ
γ-=
计算出年产量： 938.57.01%51%90345.110527=⨯⨯-⨯⨯⨯=A 万吨/年
（2）按经济合理性确定年生产能力的方法有两种，一是按最小成本法确定生产能力，另一种按合理的服务年限确定生产能力，本设计仅按第二种方法校核矿山年生产能力。

`)1(.`ρ-=
A K Q T
式中：K —矿石的综合回收率，%；
ρ'
—废石混入率，%； A —矿山年生产能力，t/a ；
T '—计算服务年限，a ；
Q —矿床工业储量，t 。

T '=)
05.01(2.49.042-⨯⨯=9.47年 矿山总服务年限：321t t t T ++= , a ；
计算服务年限：)(21`312t t t T ++= ，a ；
式中 t1—由投产至达产的时间，a ；此矿山取t1=1年；
t2—正常生产阶段，此矿山取10年 ；
t3—矿山结尾期间（即产量逐渐下降阶段），a 。

此矿山取t3=1年
矿山总服务年限：321t t t T ++==1+10+1=12年 计算服务年限：)(21`312t t t T ++= =10+1=11年
在校核矿山生产能力时，还应计算出矿山达到设计生产能力的正常生产能力不能小于整个服务年限的三分之二，即t2≮2T/3。

计算得符合达到设计生产能力的正常生产能力不能小于整个服务年限的三分之二。

确定经济合理的服务年限，主要是从矿山固定资产折旧以及生产时期的经济效果方面考虑的，也即主要是从如何更加合理地，有效地利用国家的基建资金，来考虑矿山的服务年限。

因此要求矿山服务年限应与其固定资产平均使用年限大体相适应。

在小型矿山中地面上常用的简易的建筑物、构筑物、其使用年限在10年左右，一般工业建筑物、构筑物的使用年限在20年左右；大型矿山常用的钢结构、钢筋混凝土结构的工业建筑物、构筑物使用年限在30年以上。

大型矿山所用的重型设备的折旧年限，可达20—30年；小型设备仅为10—15年左右。

若加强设备的维护管理，机械设备的使用年限，可超过上述数字。

基于上述对生产能力的校核，设定年生产能力为4.2万吨/年是合理的。

矿山的服务年限为：正常生产期为10年，，基建期为1年，矿山结尾期为1年，矿山总服务年限为12年。

第3章 开拓方案选择
3.1 阶段高度确定
按阶段开拓和采准时间计算出阶段高度
在一定矿山年产量的条件下，增加阶段高度可以改善矿床回采的总回收指标，并可降低开拓采准和回采矿柱的超额费用所摊至每吨矿石上的数额；并可使阶段回采时间增长，为新阶段的建立赢得了时间，并对开采阶段的回采时间有必要的超前关系，依此公式来确定最小阶段高度min H 。

γη
ρS AWt H )1(min -≥
式中： min H --计算出最小的阶段高度
S --矿床的水平面积，相当于同时开采的采场面积，S =12322m ；
A --矿山年产量；A=4.2万吨/a ；
W -- 开拓和采准时间对回采的超前系数，一般取W=1.5；
T --下一阶段开拓、采准所需时间，取1.5年；
ρ--矿石的贫化率；%5=ρ
γ --矿石体重；3/3m t =γ
η --矿石回收率；%90=η；
将数据代入 得：
%90345.110510%)51(5.15.12.44min ⨯⨯⨯-⨯⨯⨯≥H
min H ≥30.08m
综合该矿体的赋存岩层属于稳固片岩。

矿体上、下盘岩石较稳固。

而且类比一些类似矿山开采倾斜矿体的经验（阶段高度一般为40-60m ），阶段高度不宜
过大，另一方面，为了减少采切工程量，故综合考虑决定阶段高度以40m划分一个中段。

3.2 移动角选择
地表到地下-200m岩层属于第四纪表土，查表得上盘移动角45°下盘移动角45°，走向端部移动角45°-200~-400m岩层属于含水中等稳固片岩，查表得上盘移动角45°下盘移动角55°，走向端部移动角65°-400~-500m岩层属于稳固片岩，查表得上盘移动角55°下盘移动角60°，走向端部移动角70°。

3.3 地表移动带圈定
勘探线剖面图上按矿体设计开采的最低水平画出矿体下盘和上盘的岩石移动线（在岩层中按岩石移动角画移动界限，遇土层时按表土的移动角画移动线），如下图所示：
1号勘探线各地质层上下盘移动角
2号勘探线各地质层上下盘移动角
3号勘探线各地质层上下盘移动角
4号勘探线各地质层上下盘移动角
5号勘探线各地质层上下盘移动角
最终地表移动带
第4章开拓方案选择
4.1 开拓方案初选
根据矿体条件，初选2-3种可能的开拓方案。

金矿矿体埋深400m，矿体总体走向120°，倾向210°。

平均厚度为5.0m，倾角50°，属于倾斜薄矿体。

地表到地下-200m岩层属于第四纪表土，-200~-400m 岩层属于含水中等稳固片岩，-400~-500m岩层属于稳固片岩。

矿体上、下盘岩石较稳固。

地表到地下-200m岩层属于第四纪表土，查表得上盘移动角45°下盘移动角45°，走向端部移动角45°-200~-400m岩层属于含水中等稳固片岩，查表得上盘移动角45°下盘移动角55°，走向端部移动角65°-400~-500m岩层属于稳固片岩，查表得上盘移动角55°下盘移动角60°，走向端部移动角70°。

开拓方案有：
开拓方法分类表
开拓方法主要开拓巷道的形式和位置
根据以上开拓方法和矿体条件可以选用两种开拓方法：下盘竖井开拓法和明竖井与盲竖井联合开拓方法。

4.2开拓方案A：下盘竖井开拓法
本方案采用采用下盘竖井开拓法开拓，由于设计年产量仅为4.2万吨/年为小型矿山，采用单轨电机车运输至井底车场，由罐笼提升至地表。

通风排水系统：采用中央对角式通风，中央主井为罐笼井，兼做入风井，在矿体两翼各布置一条排风井。

4.2.1 主要开拓工程的位置确定
在矿体走向中央位置，矿体下盘移动带外围20米处开掘主井，井筒标高32，在地下440米处和480米开始沿垂直于矿体走向方向向矿体掘进水平巷道（石门巷），在距矿体一定距离后，沿矿体走向向矿体两侧掘进开拓巷道。

4.2.2 阶段运输巷道设计
1. 阶段运输设计的布置，首先要满足阶段生产能力的要求，即既能保证将矿石运至井底车场，又可以满足以后扩大生产时的需要。

该矿阶段生产能力小，在此选择单一沿脉巷道布置
2.矿体厚度在15-30m，多选择一条下盘沿脉巷道加穿脉巷道，或者两条下
盘沿脉巷道加联络巷道。

3.阶段运输巷道的布置，要既满足探矿的需要，又能为今后采矿，运输所利用。

4.2.2.1 阶段运输巷道形式
沿矿体走向位置的选择，在地形条件允许的情况下，主要从地下运输费用来考虑，而地下运输费用的大小取决于运输功的大小。

如果一吨公里的费用为常数，则最有利的井筒位置，其运输费用应最小或者运输功最小。

矿石进入阶段运输平巷有两种情况，一种是矿石集中情况，另一种是矿石分散情况。

本矿体为连续、缓倾斜、极厚大矿体。

岩性简单，矿体区域及周围岩石稳固性较好，而且矿走向长度为210米，较短，矿石集中在固定地点进入运输巷道比较合理。

下面只叙述在矿石集中的的情况下，主要开拓巷道沿矿体位置的选择。

矿石集中在固定地点进入阶段运输巷道。

如下图所示：
单线会让式
4.2.2.2 运输巷道断面确定
确定巷道净宽度B0:
根据该巷道年生产能力为4.2万吨，查《井巷工程》中表1-1、表1-7可知该矿应选用的电机车为ZK3-6/250型架线式电机车，电机车宽度为1250mm，高为1550mm，线路中心距为1500mm.选用YGC2-6，矿车宽为1200mm，高为1200mm，两者比较取大值，所以运输设备（电机车）宽b=1250mm，线路中心距为1500m。

由《井巷工程》表1-2和表1-3可以取人行道宽度b
2
=350mm，此时巷道净宽度为：
B 0=b+m+b
2
=1250+350+800=2400mm。

确定三心拱参数
拱高f
0=B
/3=2400/3=800mm.
大圆弧半径R=0.692B
=0.692×2400=1660mm.
小圆弧半径r=0.262B
=0.262×2400=830mm.
其余参数可以按照主运输巷道计算得到巷道如图：
4.2.3 开拓方案三视图
主视图
左视图
俯视图
4.3 开拓方案B:明竖井与盲竖井联合开拓。

竖井与盲竖井联合开拓法，由于设计年产4.2万t/年的小型矿山，采用单轨电机车运输。

在矿体的中央下盘，岩石移动带以外，从地表到400m掘进一条竖井。

不需要设保安矿柱。

在400m位置掘进一条石门巷通达矿体上部，穿过矿脉后，再沿矿脉掘进沿脉巷道；在脉内沿矿体方向，再掘进一条盲竖井至480 m，以40m为一个阶段，分成2个阶段，各阶段掘进辅助平硐，各阶段平硐穿过矿脉后，再沿矿脉掘进沿脉巷道。

各阶段石门与竖井井井相连；竖井除做提升矿石外，还设梯子间。

各阶段采下的矿石通过漏斗装车，用电机车沿主要运输平巷运至溜井，卸矿至溜井下部，通过竖井由罐笼提升至地表。

由于是年产量4.2万t/年的小型矿山，同时盲竖井的深度小于300m，故竖井采用单层罐笼提升。

罐笼还可以上下运送人员、材料、设备。

通风排水系统：采用对角双翼式通风，主扇采用抽出式。

在矿体的两侧布置南回风井和北回风井。

地表新鲜风流从主竖井进入井下各生产阶段，400m以下水平新鲜风流通过400m石门巷再经盲竖井进入各生产开拓阶段，污风从南回风井和北回风井排至地表。

400~480m采用盲竖井开拓，各阶段设置水仓，泵房，采用分段接力排水，通过盲竖井再经石门巷和主竖井排除。

4.3.1 主要开拓工程的位置确定
在矿体走向中央位置，矿体下盘移动带外围20米处开掘主井，井筒标高32，在地下440米处和480米开始沿垂直于矿体走向方向向矿体掘进水平巷道（石门巷），在距矿体一定距离后，沿矿体走向向矿体两侧掘进开拓巷道。

4.3.2 阶段运输巷道设计
1. 阶段运输设计的布置，首先要满足阶段生产能力的要求，即既能保证将矿石运至井底车场，又可以满足以后扩大生产时的需要。

该矿阶段生产能力小，在此选择单一沿脉巷道布置
2.矿体厚度在15-30m，多选择一条下盘沿脉巷道加穿脉巷道，或者两条下盘沿脉巷道加联络巷道。

3.阶段运输巷道的布置，要既满足探矿的需要，又能为今后采矿，运输所利用。

4.3.2.1 阶段运输巷道形式
沿矿体走向位置的选择，在地形条件允许的情况下，主要从地下运输费用来
考虑，而地下运输费用的大小取决于运输功的大小。

如果一吨公里的费用为常数，则最有利的井筒位置，其运输费用应最小或者运输功最小。

矿石进入阶段运输平巷有两种情况，一种是矿石集中情况，另一种是矿石分散情况。

本矿体为连续、缓倾斜、极厚大矿体。

岩性简单，矿体区域及周围岩石稳固性较好，而且矿走向长度为210米，较短，矿石集中在固定地点进入运输巷道比较合理。

下面只叙述在矿石集中的的情况下，主要开拓巷道沿矿体位置的选择。

矿石集中在固定地点进入阶段运输巷道。

如下图所示：
单线会让式
4.3.2.2 运输巷道断面确定
确定巷道净宽度B0:
根据该巷道年生产能力为4.2万吨，查《井巷工程》中表1-1、表1-7可知该矿应选用的电机车为ZK3-6/250型架线式电机车，电机车宽度为1250mm，高为1550mm，线路中心距为1500mm.选用YGC2-6，矿车宽为1200mm，高为1200mm，两者比较取大值，所以运输设备（电机车）宽b=1250mm，线路中心距为1500m。

由《井巷工程》表1-2和表1-3可以取人行道宽度b
2
=350mm，此时巷道净宽度为：
B 0=b+m+b
2
=1250+350+800=2400mm。

确定三心拱参数
拱高f
0=B
/3=2400/3=800mm.
大圆弧半径R=0.692B
=0.692×2400=1660mm.
小圆弧半径r=0.262B
=0.262×2400=830mm. 其余参数可以按照主运输巷道计算得到巷道如图：
4.3.3 开拓方案三视图:
主视图
左视图
俯视图
4.3.4通风方式：中央对角式
4.3.5井底车场形式：车场环形
4.4开拓方案技术比较
工程项目A方案B方案A-B 面积/m2长度/m 体积/m3 面积/m3 长度/m 体积/m3
井巷工程
主井15.20 480 7296 15.20 480 7296
副井
井底车场500 500
石门7.1 65 461.5 7.1 65 461.5
石门7.1 45 319.5 7.1 15 106.5
脉外巷道
合计8577 8363
方案A:竖井开拓，生产能力大，易于维护，下盘开拓的最大优点是井筒的保护条件好，不需要留保安矿柱，平巷掘进比较省钱，但缺点是石门的长度随开采深度的加深而加长，运输费用加大；
方案B：竖井与盲竖井，不留保安矿柱，在一定深度时盲竖井的存在使石门长变短，可以节省长度，运输费用降低，但是打井花费加多，生产能力受制于盲竖井的提升能力，所以矿井提矿不连续，但是这个矿山生产年生产能力非常小，故该矿山使用这种生产方式会更盈利。

4.5 开拓工程布置
根据井巷工程，确定主要巷道的断面，绘制井巷断面图。

斜井断面：
运输巷道井断面参数
净宽度/m 2.4 拱高/m 0.8
钢轨类型9kg/m 从底板算墙高/m 1.79
7.1 净周长/m 9.00
净断面积/
支护方式喷射混凝土支护厚度/mm 50
掘进宽度/m 2.65
7.2
掘进面积/
巷道断面图
竖井断面图
对于该矿体的开拓布置形式，可以用上面的B方案，具体形式和数值已经给出。