矿山设计原理(地采)课程设计

目录
1．课程设计概述............................................................................错误！未定义书签。

1．1矿区概况..........................................................................错误！未定义书签。

1．2设计依据..........................................................................错误！未定义书签。

1．3设计内容..........................................................................错误！未定义书签。

2．矿山地质....................................................................................错误！未定义书签。

2．1概述..................................................................................错误！未定义书签。

2．2矿区地质 (2)
2．3矿床地质 (3)
2．4水文地质 (3)
2．5工程地质和开采技术条件 (3)
3．矿床开拓 (3)
3．1概述 (3)
3．2开拓方案的选择 (4)
4．主井副井风井位置选择 (5)
4．1主副风井数量和型式确定 (5)
4．2混合井位置确定 (6)
4．3风井位置确定 (8)
5．井底车场平面布置 (8)
6．阶段开拓巷道布置 (9)
7．开拓系统综述 (9)
附图1：开拓系统设计辅助图（矿体纵投影图、规定阶段平面图）A1幅1张；
附图2：开拓系统图（纵投影图、横断面图、中段平面图）A1幅、A2幅各1张；附图3：坑内外复合图A1幅1张；
附图4：各井巷形状示意图汇总图；
附图5：矿井通风系统示意图。

1.课程设计概述
1.1矿区概况
新寨里辉沸石矿地理坐标为：东径110°25′24″~110°25′46″，北纬26°18′52″~ 26°19′16″，矿山属中—低山地貌，矿山西部最高山为1391m海拔，最低处为625.4m，地形相对高差765.6m。

地势西高东低。

山间有小溪水由西向东流径矿山至巫山河，流量随季节而变化，春夏两季流量大，冬季多干枯（未作流量测试），最高洪水位630m。

地形坡度较大（多大于20°），地表溪水泻流而下，无压覆矿产倒灌矿坑的隐患。

在矿山东南部，距矿山约500m远处通有一条县级公路，交通一般。

1．2设计依据
设计依据包括以下三部分：①课程设计基础资料：具体内容包括矿区地理位置和交通状况，矿区地质，矿体特征，矿山开采技术条件；②一套图纸：内容包括矿区地质地形图一张，0#至6#勘探线剖面图7张；③矿山开采技术参数：开采标高为+600m~+330m，采用留矿采矿法开采，阶段高度45m，脉内平巷放矿闸门装矿，矿床开采下盘移动角66°，上盘移动角60°，走向端部移动角72°，矿山规模为10万吨/年，井下采用有轨运输。

1．3设计内容
设计内容分两部分：矿床开拓方案选择，矿床开拓系统具体设计。

2．矿山地质
2．1矿区地质
①地层
矿山范围中主要为岩浆岩（后述）和第四系（残坡积层），在矿山北西部出露有板溪群马底驿组地层，其岩性主要为风化钙质片岩。

第四系地层发育，该区地表大都被第四系所覆盖，基岩露头甚少。

第四系岩性主要为残坡积层，为砂质粘土、松散、结构力差。

②构造
矿山范围中全为岩浆岩，无褶皱构造，主要表现为断裂构造．兰蓉大断层贯穿整个矿山，从岩性和地形地貌中观察，断层位置可见，但由于地表第四系，覆盖层发育，断层破碎带特征不祥。

据1：20万区域资料介绍，兰蓉大断层走向延伸长度大于74km，断裂面倾向西北，倾角大于50°，走向北东15°~20°。

断裂面附近的岩石硅化破碎，石英脉发育。

由于地表大都被第四系覆盖，基岩露头小；次一级的小断层很难查清，在此不多述。

③岩浆岩
矿山范围中主要为岩浆岩即兰蓉花岗岩体；矿山位于兰蓉花岗岩体的中心部位，其岩性主要为中粒斑状黑云母花岗岩。

岩体长轴方向近于南北向，呈岩株产出。

岩体与板溪群地层呈侵入接触，接触面一般倾向围岩，倾角为35°~40°。

内蚀变带不发育，外蚀变带具有角岩化和硅化。

但在兰蓉大断裂两旁的花岗岩硅化较强，形成数十米宽的硅化带。

兰蓉花岗岩体为加里东期。

④围岩蚀变特征
前面已述，兰蓉花岗岩体内蚀变带不发育，外蚀变带具角岩化和硅化。

但在兰蓉大断裂沿线及两旁，受后期热液改造和影响，断裂沿线有较多宽达2m~5m的石英脉充填于伴生的张性裂隙中。

大断裂沿线两旁的花岗岩硅化强烈，多见有宽达十余米的的硅化破碎带。

而沸石矿与这些石英脉和硅化蚀变有着密切相关，辉沸石矿呈脉状或透镜状分布在硅化较强的花岗岩中。

2．2矿床地质
①矿体
新寨里辉沸石矿赋存于受硅化蚀变较强的花岗岩中，矿体呈脉状和透镜状体产出。

通过野外地质调查和勘探，大致圈出了5个辉沸石矿体，其中Ⅲ号、Ⅴ号两矿体规模很小，地表露头仅一处见矿，故未纳入储量估算，在此不详述。

现就纳入储量估算Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ号三个矿体分别简述如下：
Ⅰ号矿体：矿体呈透镜状产出，地表出露长度约90m左右，倾向北西，倾角77°。

矿化带宽约15m，目估具工业品位和开采价值的矿体厚度约2m左右。

Ⅱ号矿体：是该矿床的主矿体，矿体呈脉状产出，倾向北西，倾角72°左右。

从地表可见矿化带宽20m左右。

该矿体可采矿体厚度3m~7m。

可采矿层近顶板部位，矿体地表出露长度约720m。

Ⅳ矿体：矿体呈脉状或透镜状产出，地表有出露，矿化带地表出露长度约100m~120m，宽约10m。

可采厚度2.5m~3m。

倾向北西，倾角70°左右。

上述三个矿体均赋存在受硅化蚀变较强的花岗岩中，矿体的顶、底板及围岩为硅化蚀变较强的花岗岩。

矿体中时而可见石英脉侵入，石英脉脉幅一般为10cm~30cm，个别地段大于1m。

②矿石质量
该沸石矿呈白色，块状构造，细粒状或粉状结构，风化后呈粉末状。

主要矿物为辉沸石，
含量85％以上，矿石主要化学成分为二氧化硅、三氧化二铝和氧化钙。

③矿石加工技术性能
本矿山未作矿石加工技术试验，矿石只通过简单的手选后即可出售。

主要用于生产化肥和饲料、农药等添加剂。

2．3水文地质
矿山属中—低山地貌，矿山西部最高山为1391m海拔，最低处为625.4m，地形相对高差765.6m。

地势西高东低。

山间有小溪水由西向东流径矿山至巫山河，流量随季节而变化，春夏两季流量大，冬季多干枯（未作流量测试），最高洪水位630m。

地形坡度较大（多大于20°），地表溪水泻流而下，无压覆矿产倒灌矿坑的隐患。

2．4工程地质与开采技术条件
矿体顶底板及围岩均为受硅化蚀变很强的花岗岩。

此种岩体坚硬、抗压、抗折力强。

整体连续性好，一般无顶板塌陷、垮塌的隐患。

工程地质条件类型属简单类型。

3．矿床开拓
3．1概述
根据矿山实际情况，影响矿床开拓方案选择的主要条件有以下几个：①地形地貌特点②矿体及围岩工程地质条件③矿体产状及赋存深度④地表有无建筑物和构筑物⑤当地最高洪水位。

下面分别论述各条件对开拓方案选择的影响：
①地形地貌特点
矿区属于中低山地地形，西部是山地，海拔最高为1391m，最低为625.4m，地形相对高差765.6m，高差较大，且地形坡度较大，很难布置工业场地，东部地势较低，地势较平缓，有较大面积的平缓开阔地带，便于布置工业场地，且矿体东部距矿体大约500m处有公路，对矿山运输很有利，公路沿岸是条河流，可以在此沿岸布置选厂和生活区，既可解决水源问题，又可解决交通问题。

因此考虑地形特点，矿体东部即下盘适合布置开拓工程。

②矿体及围岩工程地质条件
矿体顶底板及围岩均为受硅化蚀变很强的花岗岩，此种岩体坚硬、抗压、抗折力强，整体连续性好，一般无顶板塌陷、垮塌的隐患。

工程地质条件类型属简单类型。

因此围岩中非常适合布置开拓工程；矿山范围中无褶皱构造，主要表现为断裂构造，主要断层——兰蓉大断层位于矿体东南部，断层走向延伸长度大于74km，断裂面倾向西北，倾角大于50°，
走向北东15°~20°，断裂面附近的岩石硅化破碎，石英脉发育。

断层走向大致与矿体走向相同，倾角略小于矿体倾角，倾向也与矿体倾向相同，因此如果在下盘布置开拓工程，有两种选择，一是井筒布置在断层与矿体之间，井筒可能垂直穿切断层面，但石门长度较短，二是井筒布置在断层东部以外，这样井筒不会穿要断层层面，但石门较长，石门必然与断层面相交。

具体布置位置还要在绘制岩层移动带范围之后确定。

③矿体产状及赋存深度
Ⅱ号矿体为主要矿体，其走向为北东，倾向为北西，倾角72°，从地表可见矿化带宽20m 左右。

该矿体可采矿体厚度3m~7m。

可采矿层近顶板部位，矿体地表出露长度约720m，矿体倾角较大，为急倾斜矿床，走向长度较大，中等厚度，厚度沿走向变化不大，走向延深长度大，矿体整体埋藏于地下，因此平硐，斜井，斜坡道开拓不适合采用，最适合采用竖井开拓方案。

④地表有无建筑物和构筑物
矿体东南部开阔平缓地带无建筑物和构筑物，布置开拓工程时不用考虑建筑物和构筑物的拆除工程，节省了开拓工程基建投资。

⑤当地最高洪水位
根据地质堪探资料，当地最高洪水位为630m，矿体下盘即东南部的地形整体为西高东低的小缓坡，局部是平地，河流的高程为615m矿体所在的地面高程分布在670m~690m之间，因此在矿体下盘布置开拓工程井筒，井筒口的高程远高于最高洪水位，井筒不存在被淹的危险。

3．2开拓方案选择
选择开拓方案要考虑的因素有：
①矿床赋存条件，包括矿床埋藏形态及其要素（厚度、倾角、沿走向长度及沿倾向深度等），地质构造（层理、节理、褶曲、断层等），矿石和围岩的物理力学性质（坚固性、稳固性等），水文地质条件（地表水、地下水、溶洞分布情况等）等；
②矿石储量和矿石价值，矿床勘测程度和远景；
③地表地形条件，地面运输条件和工业场地地面布置条件；
④选矿厂的位置；
⑤矿山生产能力和矿井服务年限；
⑥选用的采矿方法；
⑦原有井巷的存在状态。

根据3.1节从五个方面进行的综合论述，确定
①采用集中开拓方案，弃用分区开拓方案；
②采用竖井开拓，弃用平硐，斜井，斜坡道开拓；
③竖井布置在矿体下盘沿走向中央位置。

初步确定两种方案：
方案Ⅰ：竖井布置在下盘移动线之外，与移动线之间的距离大于20m。

方案Ⅱ：竖井布置在下盘移动线之内，要留保安矿柱。

方案初步分析比较：
方案Ⅰ石门长度比方案Ⅱ长350m，基建投资费用和生产经营费用比方案Ⅱ多，两方案的地面运输相差很小，可以不考虑，但方案Ⅱ要留保安矿柱，保安矿柱损失的矿量约占工业含量的20%～30%，而方案Ⅰ相比方案Ⅱ所增加的基建投资费用和生产经营费用远小于留保安矿柱损失的矿量的经济价值。

因此选方案Ⅰ为矿床的最佳开拓方案。

4．主副风井位置选择
4．1主副风井数量和型式确定
矿山年产量为10万吨，为中小型矿山，如果设一个箕斗井专提升矿石，进行提升计算，选择箕斗规格，结果显示箕半容积小于1m³，而冶金矿山生产的箕斗不存在此规格，如果选用大规格的箕斗，则设备利用率低，造成资源浪费，说明设专用主井提升矿石从技术上和经济上均不合理。

因此设计一个混合井（双罐笼井）提升矿石兼提升人员材料以及废石的任务，不另设副井，采用中央对角式通风系统，在矿体下盘沿走向中央开凿垂直进风井，在矿体两翼各开凿一个垂直回风井，混合井，专用的进风井，回风井断面均为圆形，混合井布置型式双罐笼主井布置型式图如图：
4．2混合井位置确定
选择混合井位置要考虑的因素：1
①矿区地形，地质和矿体埋藏条件；
②矿井生产能力及井巷服务年限；
③矿床堪探程度，储量及远景；
④矿山岩石性质及水文地质条件。

井巷位置应避免开凿在含水层，受断层破坏和不稳固的岩层中，尤其应避开岩溶发育的岩层和流砂层，井筒一般均应打检查钻孔，查明地质情况，选用平硐时，应制作好平硐所通过地段的地形地质纵剖面图，查明地质和构造情况，以便更好地确定平硐的位置，方向和支护型式。

⑤井巷工程要考虑地表和地下运输联系方便，应使运输功最小，开拓工程量最小，如果选厂和冶炼厂位于矿区内，选择井筒位置时，应选取最短和最方便的路线向选厂和冶炼厂运输矿石。

⑥应保证井巷出口位置及有关构筑物不受山坡滚石，山崩和雪崩的危害，这一点在高山地区非常重要；
⑦井巷出口的标高应在历年最高洪水位3m以上，以免被洪水淹没。

同时出应根据运输的要求，稍高于选厂贮矿仓地面水平，保证重车下坡运行。

⑧井巷出口位置应有足够的工业场地，以便布置各种建筑物，构筑物，调车场，堆放场，废石厂等，但同时少占用农田。

⑨井筒应尽量位于岩层移动带以外，距地面移动线的最小距离应大于20m，否则应留保安矿柱。

⑩改建或扩建矿山应考虑原有井巷和有关建筑物，构筑物的充分利用。

确定混合井位置的方法：
根据如下参数：开采标高+600m~+330m，上盘移动角66°，下盘移动角60°，走向端部移动角72°，在矿区地质地形图上绘制岩层的移动范围界线如图所示：
井筒垂直走向方向的位置位于岩层移动带以外，且距离移动大于20m，设计中取20m的间距，井筒沿走向位于矿体的中部，以保证井筒两侧矿量相等，从矿体沿走向投影图（如下图所示）可以看出，矿体沿0#堪探线近似对称分布，因此井筒沿走向布置在0#堪探线上。

在1：2000比例尺的地质地形图上测量计算出混合井的精确坐标为：
Y=37442837.604m，X=2912148.248m，主井井口标高为+692.761m，主井井底标高+330m，主井深度为362.761m。

4．3风井位置确定
由于矿体沿走向比较长，水平厚度比较小，因此最合适的通风方式是采用中央对角式通风系统，确定风井位置时要考虑的因素：
①各风井井筒均应位于岩层移动界线以外，以保证井筒安全；
②采用中央对角式通风系统，进风井应位于矿体沿走向中央，以保证进风井两翼风路长度大致相等，便于通风管理；
③回风井应位于矿体走向端部岩层移动线以外，且要与各阶段主要开拓巷道连通；
④布置回风井时应使风路最短，因此回风井应最靠矿体端部。

⑤进风井不能和混合井相距太近，否则混合井井中的矿尘可能污染进风井的新鲜风流，但是在特殊情况下，当地一年四季风向多变，无法预测准确的风向时，或者没有适合的工业场地布置风井时，进风井可布置在混合井附近，可采取相应的风流净化措施。

基于以上原则，从地质地形图上可以看出，混合井东南方向是比较陡的斜坡，不适合布置进风井，因此将进风井布置在混合井的西南方向，距混合井口相距50处，距岩层移动带32m，在1：2000比例尺的地质地形图上测量计算确定中央进风井，西南回风井，东北回风井的平面坐标，井口标高，井底标高分别为：
中央进风井：Y=37442808.843m，X=2912107.385m，井口标高+699.620m，井底标高+330m；西南回风井：Y=37442567.152m，X=2911872.037m，井口标高+682.483m，井底标高+330m；东北回风井：Y=37442992.101m，X=2912466.267m，井口标高+689.041m，井底标高+330m；5．井底车场平面布置
由于矿山生产能力小，设计单井筒双罐笼作主副井提升，因此井底车场采用单一井筒折返式车场。

车场各线路取值：马头门线路长度进车侧8m，出车侧5m，重车储车线25，空车储车线20m，调车线15m。

井底车场平面布置示意图
6．阶段开拓巷道布置
综合考虑矿山实际情况：
①矿山年生产能力为100kt/a，为小型矿山；
②矿体可采厚度为3m~7m，为薄矿体；
③矿体沿走向形态变化大；
④下盘围岩为坚硬的花岗岩，围岩稳固性好
因此采用单一沿脉巷道布置，巷道布置形式为脉外布置，平巷采用有轨运输，线路布置为单线会让式。

这种布置形式的优点是：①运输大巷布置在脉外，可保证运输线路平直，有利于运输②下盘围岩稳固，布置运输大巷巷道支护和维护成本低。

阶段开拓巷道线路布置示意图如图所示：
7．开拓系统综述
①开拓方案综述
矿床采用下盘中央竖井开拓方案，井筒布置在下盘岩层移动界线以外，井筒边缘离岩层移动线的最近距离为20m，布置一口主井，不另设副井，主井为双罐笼井，提升矿石兼提升废石及运送人员材料，主井不设主要通风设施，另开凿专用风井，一个中央进风井，一个西南回风井，一个东北回风井。

各井筒的位置参数如表：
井筒名称井口Y坐标井口X坐标井口标高井底标高
主井37442837.604m2912148.248m+692.761m+330.000m
中央进风井37442808.843m2912107.385m+699.620+330.000m
武汉理工大学采矿工程矿山（地下开采）设计原理课程设计说明书
-10-西南回风井37442567.152m 2911872.037m +682.483m +330.000m
东北回风井37442992.101m 2912466.267m +689.041m +330.000m
各井筒均位于岩层移动带以外，不留保安矿柱。

矿体开采高度范围为+600m～+330m，阶段高度为45m，共划分为6个阶段开采，对每个开采阶段沿下盘走向布置脉外沿脉运输巷道，运输巷道两端分别与两翼回风井相连，形成完整通风系统，运输巷道内线路布置为单线会让式。

②提升运输系统综述
采用留矿采矿法开采，矿块沿走向布置，每个矿块底部结构包括漏斗，短溜井。

短溜井与运输大巷顶板相连，在短溜井的出矿口安装放矿闸门，运输大巷铺设单线轨道，在局部设置电机车调车支线，电机车采用双机牵引式。

运输方式为分散运输，每一中段的矿石由中段车场运至地表，水平方向由电机车牵引矿车运输，垂直方向采用罐笼提升重矿车运输，矿石井下运输线路为：采场→放矿闸门→中段运输大巷→石门→中段车场→竖井→地表。

③通风系统综述
采用下盘中央对角式通风系统，在矿体走向中央掘进中央进风进，在两翼分别掘进西南回风井和东北回风井分别作回风之用。

风流流经线路为：中央进风井总进风石门井底车场中段运输大巷井风天井
采场工作面总回风巷道回风井
混合井车场石门
地表
④行人及材料通道
人员及材料由主井的罐笼从地表运到中段车场,材料暂存于材料支线，使用时由电机车运送至特定地点。

人员下到中段车场后，乘车或步行到生产中段生产矿块的天井入口，乘提升装置进入采场作业。