宜昌连山坡磷矿地下开采设计毕业论文
2020-02-18 12:02
摘 要
本设计是对宜昌连山坡矿区磷矿进行的，矿山生产能力为150万t/a。矿区有3个工业磷矿层，主要工业磷矿层走向长3000m，倾向宽2800m，倾角6-12°，厚度平均是7.10m，品位平均为25.09%，工程埋深440m-940m。
本次设计采用斜坡道 胶带斜井开拓，在下盘布置斜井，运用胶带提升，井下矿石运输应用电机车；采用房柱采矿嗣后充填法，一个矿块由一个矿房和矿柱组成，4个矿块划为一个盘区，矿房和矿柱长为50m，矿房宽为12m，矿柱宽为10m，铲运机出矿，因为需要用胶带提升，故在井下设置破碎硐室；通风方式采用两翼对角式，斜井回风；同时对矿山排水、机械等进行分析，完成整个地下开采的初步设计。
关键词：连山坡矿区；通风；胶带斜井；磷矿地采设计；房柱采矿嗣后充填法
Abstract
The design is carried out for the phosphate ore in the lianshan slope mining area of yichang, with the mine production capacity of 1.5 million t/a. Mining area has three industrial phosphate rock layer, the main industrial phosphate rock layer to 3000 m long and 2800 m wide, the average thickness of 7.10 m, Angle of 6-12 °, the average grade of 25.09%, buried depth of 440 m - 940m.
This design adopts the slope road belt inclined shaft development, inclined shaft layout in the ore body footwall, using belt lift, electric locomotive transport; The mining method adopts chamber and pillar mining subsequent filling method. The chamber is 50m long, 12m wide, 50m long and 10m wide. One chamber and pillar are divided into one ore block and four ore blocks are divided into one panel. Mine ventilation USES two wings diagonal ventilation, inclined shaft return air; At the same time, the drainage and machinery of the mine are analyzed to complete the preliminary design of the whole underground mining.
Keywords: hillside mining area; Underground phosphate mining; Tapered inclined shaft; Chamber and pillar mining with backfilling method; ventilation
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 总论 1
1.1目的与意义 1
1.2设计依据、原则、任务 1
第2章 矿区概况 2
2.1矿区地理位置 2
2.2矿区自然地理条件 2
2.3矿区建设条件 3
第3章 矿床地质特征 4
3.1矿区地质 4
3.1.1地层 4
3.1.2矿区构造 5
3.2矿床地质 5
3.2.1矿体特征 5
3.2.2矿石矿物特征 6
3.3矿床开采技术条件 6
3.3.1矿体及围岩稳固性 6
3.3.2岩矿石物理力学性质 6
3.4 水文地质 7
3.4.1地表水特征 7
3.4.2含水层特征 7
3.4.3地下水对采矿的影响 7
3.5 矿床勘探与储量计算 7
第4章 开采 8
4.1 开采范围及开采技术条件 8
4.2 矿床开拓 8
4.2.1开拓方案初选及分析比较 8
4.2.2开拓方案 11
4.3开采方法 12
4.3.1开采方法初选 12
4.3.2全面采矿法 13
4.3.3房柱采矿法 13
4.3.4房柱采矿嗣后充填法 14
4.3.5开采方法技术比较及开采方法选择 15
4.3.6采矿方法矿块划分和结构参数 16
4.3.7矿块采准、切割 16
4.3.8矿块回采计算 17
4.3.9矿柱回采和采空区处理 21
4.3.10矿山工作制度与生产规模 21
4.3.11矿块采切进度计划表 21
4.3.12矿山生产进度计划 22
4.4矿井通风 22
4.4.1通风系统选择 22
4.4.2风量计算 23
4.4.3风机布置与通风设备选型 24
4.5井下排水系统 24
4.5.1排水系统 24
4.5.2防治水方案 24
4.6矿井提升运输系统 24
第5章 矿建 26
5.1井巷工程设计 26
5.1.1胶带斜井(主井)断面设计 26
5.1.2巷道设计 28
5.2破碎硐室设计 30
5.3基建工程的确定 30
第6章 矿山机械 32
第7章 环境保护 33
参考文献 34
致 谢 36
第1章 总论
1.1目的与意义
对连山坡矿区进行地下开采设计的目的是加深对于自己所学知识的理解和掌握，在实际中运用所学，熟练掌握地下开采设计，完成对连山坡矿区的地下开采设计。同时，磷矿作为一种不可再生资源，以往运用全面法和房柱法进行开采时用于支撑顶板稳定的矿柱不进行回采造成大量的磷矿损失，我的目的是通过改进采矿方法，对矿柱进行回采，达到减少磷矿资源的浪费的目的，另外，通过对采空区进行充填，以达到改变围岩应力状态的目的。
其意义是通过连山坡地下开采设计，巩固、加深所学，培养和提高解决问题能力。通过所选用的地下开采方法和技术，在地下开采过程中提高磷矿的回采率，降低矿石的损失率，提高矿山投资的经济效益。另外，通过充填采空区，可以改变采空区的围岩应力状态，提高矿山的作业安全系数。
1.2设计依据、原则、任务
本次对连山坡矿区进行设计的依据是湖北省宜昌市夷陵区连山坡矿区磷矿普查报告，包括了连山坡矿区的地理位置、区域地质、矿区地质、矿床地质、矿体赋存条件矿石储量等。
设计的原则是：
（1）资源合理利用原则：在现有技术水平条件下尽可能减少矿石的损失贫化率；
（2）安全、环保原则：在矿山进行开采的过程中尽可能减少矿山开采给周围环境所带来的压力，同时确保矿山安全生产；
（3）经济合理原则：通过对多种方案进行优化比选，选用尽可能合理的方案，使设计达到生产投资少，经济效益好的目的；
（4）高效节能原则：进行采掘、开拓、运输时选节能设备，降低能耗。
设计的任务：本次地采设计任务包括设计连山坡的开拓系统，采矿方法，通风网络，提升系统，矿山机械选型、排水系统等。同时，对矿山开采设计时对环境进行保护，以减少矿山开采对周边环境的影响。
2章 矿区概况
2.1矿区地理位置
连山坡矿区处于关家山-连山坡一带，面积8.16km2。矿区位于夷陵区（小溪塔）350°方位直距约80km处。有简易公路与樟村坪镇至宜昌主干公路相连，从矿区至宜昌市城区运距140km，交通较方便，水电较充足，为勘查工作的展开及未来矿山开发提供了有利条件。
图2.1 连山坡地理位置
2.2矿区自然地理条件
连山坡地处亚热带季风气候带，降水量很多，一年平均为1101.1mm，5月到8月是雨季，暴雨常引起山洪。11月底到3月初，积雪冰冻会引起交通中断。一年的气温平均为16.7℃。主要的经济林是松杉，也有柏树和银杏树。矿区地貌类型是北高南低的中山地貌。海拔为1411.60m的矿区西部关家山是矿区最高点，海拔为774.60m的西南连山坡为矿区最低点，高差最大是637.00m，一般是在200～400m左右。
2.3矿区建设条件
连山坡矿区降水量很多，同时中山地貌地形很陡沟谷很深。综上所述，连山坡矿区建设条件一般。
第3章 矿床地质特征
3.1矿区地质
3.1.1地层
矿区内地层特征由新至老列述为：
图3.1 地层特征图
表3.1 震旦系岩性表
表3.2 寒武岩性表
名称 | 岩性 | |
寒武系上统-奥陶系下统娄山关组（∈3O1l | 浅灰～深灰色中—厚层状粉晶云岩 | |
寒武系中统覃家庙组（∈2q） | 灰-灰黄色薄层状泥质粉砂质泥岩夹浅灰色薄层状泥质云岩 | |
寒武系下统（∈1） | 石龙洞组（∈1ŝl） | 灰-深灰色中-厚层状粉细晶云岩 |
天河板组（∈1t） | 深灰色薄层状含豆粒鲕粒状粉晶云岩岩 | |
牛蹄塘组 石牌组（∈1n ŝ） | 上中下部依次为灰绿色薄层状粉砂质钙质页岩；灰-浅灰色厚层状粉晶云岩；深灰色薄层状灰岩夹黑色钙质页岩 | |
3.1.2矿区构造
矿区是倾向北东的单斜构造。地层的倾角为5～16°，较为平缓，因为有断裂构造，导致有些地层产状变陡。区内发现两条断层，将其命名为F5和F9。F5走向是北东向，破碎带宽为1.40-10.30m，到矿区中部结束，没有贯穿矿区，对矿体有一定影响；F9南北向破碎带宽1.4m，对矿体影响不大。
3.2矿床地质
连山坡磷矿矿区普查阶段通过钻探工程控制，连山坡矿区含有的3个工业磷矿层包括中磷层第二矿层（Ph22）、中磷层第一矿层（Ph21）和下磷层第三矿层（Ph13）。
3.2.1矿体特征
连山坡矿区3个工业磷矿层的矿体特征如下表所示：
表3.3 矿体特征表
矿体名称 | Ph22磷矿层（主要） | Ph21磷矿层 | Ph13磷矿层 |
|---|---|---|---|
走向长（m） | 3000m | 3000m | 1350m |
倾向 | 北东 | 北东 | 北东 |
倾角 | 6～12° | 6°～12° | 6°～9° |
倾向宽（m） | 2800m | 2800m | 372m |
矿体形状 | 层状 | 层状 | 透镜状 |
厚度（m） | 3.37～14.86m，平均厚度7.10m | 厚1.88～15.74m，平均厚度6.03m | 厚3.43～5.52m，平均厚度4.48m |
平均品位(m) | 25.09% | 27.78% | 16.85% |
工程埋深(m) | 440.01m～937.30m | 459.00～965.50m | 485.60～976.37m |
底板标高(m) | 292.74～ 578.10m | 270.39～ 565.10m | 312.42～ 540.86m |
3.2.2矿石矿物特征
连山坡矿区的矿石矿物特征可划分为：白云岩条带状磷块岩（是Ph22及Ph21矿层主要矿石类型）、致密块状磷块岩（是Ph22及Ph21矿层次要矿石类型）和页岩条带状磷块岩（此主要见于Ph13矿层中）三种类型。矿层的化学成分以CaO、P2O5、CO2、MgO、SiO2、酸不溶物为主，其次为F、Al2O3、Fe2O3、Cl，另含微量I、Cd、As。
表3.4 矿石化学成分表
矿层名称 | 矿石类型 | 矿石化学成分 |
|---|---|---|
Ph22-3(中磷层第二磷矿层上分层) | 白云岩条带状磷块岩 | P2O5(22.02%）、CO2(21.44%)、MgO(9.88%)、Fe2O3（0.47%） |
Ph22-2(中磷层第二磷矿层中分层) | 致密块状磷块岩 | P2O5(34.53%)、CaO(51.03%)、Ⅰ(43×10-6)、MgO(2.12%)、CO2(5.87%)、F(3.23%) |
Ph22-1(中磷层第二磷矿层下分层) | 白云岩条带状磷块岩 | P2O5(20.95%)、Al2O3(0.12%)、SiO2(9.81%)、CaO(40.87%) |
Ph21-3(中磷层第一磷矿层上分层) | 白云岩条带状磷块岩 | P2O5(25.59%、Fe2O3(0.47%)、Al2O3(0.38%)、Cd(0.75×10 |
Ph21-2(中磷层第一磷矿层中分层) | 致密块状磷块岩 | P2O5（30.06%）、CaO（47.38%）、Ⅰ（64×10-6）、As（39.1×10-6）、MgO（4.20%）、CO2（9.72%）、Cd（0.48×10-6）、F（2.74%） |
Ph22-1(中磷层第一磷矿层下分层) | 白云岩条带状磷块岩 | P2O5(24.44%)、SiO2(2.53%)、MgO(7.96%)、CaO(44.55%) |
)3.3矿床开采技术条件
3.3.1矿体及围岩稳固性
工业矿层中磷层第二矿层（Ph22）呈层状与围岩矿体分布连续，矿区构造属于简单类型，总体较为稳定。矿区顶板岩石总体上属于完整岩体，层间结构面发育，属于半坚硬岩石，当坑道揭露后需及时进行支护工作，矿体底板岩体完整，岩石坚硬度属于半坚硬。综上所述，可确定矿体及围岩稳固性总体均属于稳固。
3.3.2岩矿石物理力学性质
顶、底板岩石力学性质根据钻孔取样测试结果，结合岩石抗压强度分类指标以及区域资料类比，区内的岩矿石总体上属半坚硬岩～坚硬岩石类，地层岩石物理力学试验结果表明地层岩石饱和抗压强度为37～66Mpa，风干抗压强度为58～97Mpa，饱和抗拉强度为2.80～4.96Mpa。由此可见，矿岩物理力学性质良好。同时，矿岩无自燃性和结块性。
3.4 水文地质
3.4.1地表水特征
矿区位于龙坪河与栗林河夹持的河间地块内。以穿切矿区中部的区域地表主分水岭为界，西北侧地表河溪水均总体自东南向西北汇入龙坪河，东侧地表水体则汇入烟家沟（上游为郭家湾沟），而后通过烟家沟自北至南汇入栗林河，南侧、西南侧地表水体则通过小溪沟直接汇入栗林河。连山坡矿区内水文网较为发育。地表河水溪水主要靠大气降水进行补给，溪河水的流量受到降水量的控制。
3.4.2含水层特征
根据含水介质的不同，矿区内分布地层中计有孔隙水和碳酸盐岩岩溶含水层两种类型。据静水位资料，矿区南西的静水位标高 834.38m，为静水位标高最高钻孔；另外，矿区北西静水位标高 520.67m、矿区南东静水位标高 555.42m分别与矿区中部静水位标高 796.79m相差276.12m、241.37m，静水位中部高，北西、南东低。地下水流向由南西向中部，中部向北西、南东流动。
3.4.3地下水对采矿的影响
综上所述，连山坡矿区水文地质条件中等复杂。地下水对未来采矿的影响有：自然条件下，溶隙、溶洞水基本不构成矿坑的直接充水因素。未来矿坑穿切导水断层（带）时，断层带水亦将成为矿坑充水的主要来源之一。同时，未来井巷无论是采用斜井或竖井施工，均势必穿切为数众多的间接顶板含水层，并将导致含水层中的地下水进入矿坑，在开采深部磷矿时，含水层的溶隙（洞）水将可能成为基建巷道充水的主要来源。
3.5 矿床勘探与储量计算
经过对全矿区资源量的勘探估算，连山坡矿区累计查明磷矿资源储量（333 334）121255kt，矿床可采资源储量及开采规模、服务年限以Ph22 Ph21矿层333（77712kt）资源量进行计算和评估。P2O5平均品位25.08%。同时，查明矿区内共生含钾页岩资源量总量为4316kt，K2O平均品位9.10%。另外，估算矿区内伴生氟资源总量为2605kt。
第4章 开采
4.1 开采范围及开采技术条件
本次连山坡矿区的开采矿层为Ph22、Ph21、Ph13三个工业矿层，其中，Ph22为主要的工业矿层开采深度从440m到970m。开采的技术条件包括矿体的数量、形状、矿石和顶、底板围岩物理性质等如下所示(其中矿体的开采技术条件如3.2.1中所示）：
表4.1 开采技术条件
名称 | 参数 |
矿体数量（个） | 3 |
矿体形状 | Ph22 、 Ph21 为层状矿体，Ph13、为透镜状矿体 |
主要工业矿层顶板岩石 | 饱和抗压强度为43.3Mpa,风干抗压强度是74.6Mpa，饱和抗拉强度是2.8Mpa |
主要工业矿层底板岩石 | 饱和抗压强度为37.0Mpa,风干抗压强度为58.3Mpa，饱和抗拉强度为3.11Mpa |
4.2 矿床开拓
4.2.1开拓方案初选及分析比较
为了确保矿山开采工作的安全，减少矿山生产投资，增加矿山企业的经济效益，在选择矿山的开拓方案时需要根据矿体的赋存条件，矿山的地质条件以及矿山企业所要求的生产能力等对多个开拓方案进行比选，进而选择出最合理的开拓方案。所选择的开拓方案要工作安全，技术可靠，生产力足够，保证投产，还要满足基建工程量最小的要求。各种开拓方式及优劣如下所示。
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