海阳张家铁矿9万吨a地下开采设计 学位论文.docx
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海阳张家铁矿9万吨a地下开采设计 学位论文.docx
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海阳张家铁矿9万吨a地下开采设计学位论文
辽宁科技学院
(2015届)
本科毕业设计
题目:
山东海阳张家铁矿9万吨/a地下开采设计
专题:
说明书70页,图纸7张,专题0页,译文17页
山东海阳张家铁矿9万吨/a地下开采设计
摘要
本设计是山东海阳张家铁矿9万吨/a地下开采设计。
张家铁矿位于辽东半岛山东境内,矿带总长450米左右,有多层1~3米厚的夹石,平均真厚度6.20米,矿体赋存最高标高295米,推断矿体赋存最低标高195米。
赋矿围岩为混合花岗岩,岩石类型为磁铁石英岩,呈灰、深灰色,细粒结构,条纹条带状、块状构造,主要矿石矿物为磁铁矿,脉石矿物为石英。
矿体具有一定规模和工业价值。
本设计采用的是竖井开拓,罐笼井及风井均位于矿体下盘。
该矿体采用中央对角式的通风方式,罐笼井作为进风井,另外设置两条风井,做为回风井。
根据矿体的赋存条件,地质条件,本设计选用无底柱分段崩落法采矿方法。
矿石、废石均由装运机运出采场,由罐笼运到地表。
全矿共划分为2个中断,选用后退式开采。
在设计说明书中,阐述了本次设计的开拓方案、采矿方法、运输设备的选择以及通风系统和排水系统的选着,对不同的方案作了详细比较,各项技术决策均有可行的依据,并且附有数据和资料。
运用课堂上积累的知识,查找有关资料和文献,在老师的指导下,力求设计出一个合理可行的矿山设计。
关键词:
竖井开拓,中央对角式通风,无底柱分段崩落法
ShandongHaiyangZhangJiaironore90000tonsof/aundergroundminingdesign
Abstract
ThisdesignistheShandongHaiyangZhangJiaironore90000tonsof/aundergroundminingdesign.ZhangjiashanirondepositislocatedintheLiaodongPeninsulaofShandongchurchyard,orewithatotallengthof450meters,1~3mthickmultilayerclampingstone,averagetruethicknessof619metres,orebodyoccurrencehighestelevation295minferredtheminimumheightoftheorebodyoccurrence195meters.Orebearingrockismigmatiticgranite,rocktypeismagnetitequartzitewasgrey,darkgrey,fine-grainedstructure,banded,massivestructure,themainoremineralismagnetiteandtheganguemineralsquartz.Orebodyhasacertainsizeandindustrialvalue.
Thisdesignisusedinshaft,cageshaftandtheairshaftarelocatedinthefootwall.Theorebodybythecentraldiagonalventilation,cagewellasdowncast,anothersetoftwoshaft,asthereturnairshaft.Accordingtothegeologicalconditions,oregeologicalconditions,thesublevelcavingminingmethodinthedesign.Ore,wasterockbythescraperoutofthestope,thecageistransportedtotheground.Thisisdividedinto2interrupt,theretreatingmining.在设计说明书中,阐述了本次设计的开拓方案、采矿方法、运输设备的选择以及通风系统和排水系统,对不同的方案作了技术经济比较,各项技术决策均有可行的依据,并且附有数据和资料,在老师的指导下,并运用课堂上积累的知识,查找有关资料和文献,力求设计出一个合理可行的矿山设计。
Inthedesignspecification,thispaperexpoundsthedevelopmentschemeofthedesign,miningmethod,transportequipmentandventilationsystemanddrainagesystem,thedifferentschemesforthetechnicalandeconomiccomparison,varioustechnicaldecisionwerefeasiblebasis,andattachedtothedataandinformation,undertheguidanceoftheteacher,andtheuseoftheclassofaccumulatedknowledge,findingrelevantdataandliterature,andstrivetodesignareasonableandfeasibledesignofmine.
Keywords:
Shafttodevelop,Thecentraldiagonalventilation,Sublevelcavingmethod
1绪论
1.1概述
1.1.1本设计的目的及意义
1、本设计的目的:
(1)培养金属矿地下开采设计、施工与指导能力。
更全面的了解金属矿地下开采工艺及技术指标;
(2)通过毕业设计,更加深刻的理解地下矿开采的开拓、采准、切割和回采四大工艺环节,更加系统的了解提升、运输、通风、排水、动力供应等各大系统。
2、本设计的意义:
(1)本课题的选择与本人四年所学专业及就业目标一致,参加工作后可以从事这方面的工作,为以后的工作打好基础;
(2)通过本次设计,使我们对所学的基础理论知识和专业理论知识进行一次系统的巩固,为我们今后去矿山工作打好坚实的基础。
(3)通过收集资料、选题、选择合适的开拓方式、设备、采矿方法及运输方式等过程,有效的训练了思维能力、创造能力、实践能力。
1.1.2矿区范围和自然条件
矿区位于山东省海阳市张家铁矿位于海阳市郭城镇河南,行政区划隶属于海阳市郭城镇管辖。
矿区距铁路9km,在烟台至海阳高速路边,有乡路相通,交通比较便利
该矿区属辽东山地中等切割的中低山丘陵区。
矿区内植被较发育。
矿区最高海拔标高为465.5m,最低侵蚀基准面高程250米。
该矿区气候温和,四季分明。
年最高气温为35℃,最低气温为-25℃,年平均气温10℃,雨季在7、8月份,年降水量为785mm,封冻时间为每年的11月份,翌年4月份中旬解冻。
当地经济以农业为主,主要种植玉米和大豆,矿业和林业发展较快。
当地劳动力资源充足,开发矿业,有利于解决当地剩余劳动力问题,可增加农民收入,振兴和带动当地经济的发展。
1.2设计基本原则
(1)认真贯彻执行国家和冶金行业的有关政策和法规。
(2)研究矿产资源现状,最大限度利用并开采资源。
(3)研究铁矿及深加工后产品价位及走势,确定本次设计的合理价格体系。
(4)采用先进的采矿工艺以及国内成熟的矿山装备。
(5)充分了解矿山建设给生态和环境带来的影响,并努力建设一个绿色生态的矿山企业。
1.3设计规模
根据矿体赋存条件、矿区保有地质储量、选用的采矿方法及矿山装备水平,设计的矿山生产规模为年产矿石9万t/a。
1.4主要设计方案
1.4.1设计利用的资源量
设计利用的资源量如表1.1:
表1.1资源量
矿体编号
资源量(t)
平均品位
平均厚度(m)
Ⅰ
605500
30.37%
20
2地质
2.1矿区及矿床地质
2.1.1矿区地质
区域内出露为大面积的太古代混合花岗岩和少量太古代表壳岩地层,太古代表壳岩地层呈似层状分部在混合花岗岩中,其岩性主要为斜长角闪岩、磁铁角闪石英岩等。
铁矿体内零星出露的少量磁铁石英岩中,位于勘查区中部。
受不同期次构造的影响,上述表壳岩形成多处小褶曲。
矿区内出露大面积的混合岩花岗岩,呈白色,粗粒结构,块状构造,受混合岩化作用影响,局部片麻理较发育。
2.1.2矿体概况
1、矿体特征
Fe1矿化带位于张家堡北山,除F1断层附近见有矿体出露地表之外,大部分为盲矿体,矿带总长450米左右,有多层1~3米厚的夹石,平均真厚度6.20米,矿体赋存最高标高295米,推断矿体赋存最低标高195米。
赋矿围岩为混合花岗岩,岩石类型为磁铁石英岩,呈灰、深灰色,细粒结构,条纹条带状、块状构造,主要矿石矿物为磁铁矿,脉石矿物为石英。
矿体具有一定规模和工业价值。
F1断层将矿化带分为东西两段,西段矿带长240米左右,矿体倾向北,倾角68度左右,累计矿体真厚6.30米。
东段矿带长210米左右,累计矿体真厚6.06~6.22米,矿体总体倾向南,倾角64~70度。
Fe2矿体因为储量太少本次矿山设计不包含在内,可以忽略Fe2号矿体的设计。
2.1.3矿石特征
1、矿物组成:
金属矿物,主要为磁铁矿;脉石矿物主要有石英。
2、结构、构造:
主要为它形中粗粒状变晶结构,片麻状和条带状构造。
3、有用和有害元素及其含量:
矿石中主要元素:
全铁(TFe)平均品位为20%,磁性铁(mFe)占有率约为90%。
有害元素含量:
据组合分析,平均S含量0.012%,P0.105%。
4、矿石类型:
(1)自然类型:
地表浅部为氧化矿,矿石为赤铁矿为主的磁铁矿;中深部为原生矿,矿石为以磁铁矿为主的磁铁矿。
(2)工业类型:
属贫磁铁矿。
5、选矿技术指标:
现矿山生产才用自磨球磨单一磁选常规流程,可获68~71%的优质铁精矿,达国内领先水平。
2.2矿区水文地质及矿岩性质
2.2.1矿区矿床水文地质
该矿区地势北高南低,矿区附近无大的水系,矿床主要充水因素为大气降水,前期开采由于采坑较浅,可自流排水当采坑达到一定深度时,则需人工排水。
该矿区气候温和,四季分明。
年最高气温为35℃,最低气温为-25℃,年平均气温10℃,雨季在7、8月份,年降水量为785mm,封冻时间为每年的11月份,翌年4月份中旬解冻。
总体上看矿区水文地质条件简单。
2.2.2矿岩性质
1、矿体及顶底板围岩稳定性
矿段矿体为磁铁石英岩矿层;矿体顶板及北端围岩主要为混合岩花岗岩,局部夹斜长角闪岩;矿体底板及南端围岩主要为混合岩花岗岩。
均为前震旦系建平群中深变质岩系,属坚硬和半坚硬岩石,稳定性较好。
2、矿岩物理学参数
(1)体重:
矿石3.28t/m3,围岩2.58t/m3。
(2)硬度系数:
矿石f=8~12,围岩:
混合岩f=8~12。
(3)矿岩松散系数:
1.50。
2.3资源储量
2.3.1工业指标
内容如下:
边界品位:
TFe≥20%
最低工业品位:
TFe≥25%;
最低可采厚度:
2m
夹石剔除厚度:
1m
氧化率(TFe/FeO):
氧化矿石≥2.7,原生矿石<2.7
2.3.2矿石资源储量
矿石资源储量如表2.1:
表2.1资源量
矿体编号
资源量(t)
平均品位
平均厚度(m)
Ⅰ
605500
30.37%
20
3矿床开拓
3.1矿山规模及工作制度和服务年限
设计该矿山生产规模为9万t/a。
年工作330天,每天3班作业,每班8小时。
矿山服务年限按下式计算:
(3.1)
式中:
T:
矿井服务年限(年)
Q:
矿井设计利用储量(Q=60.55万t)
α:
矿石回采率(取85%)
A:
矿井生产能力(9万t/a)
γ:
废石混入率(取15%)代入上式得:
T=6.72年
经计算矿山服务年限为6.72年。
3.2生产能力验证
1、按可布置回采矿块数进行生产能力验证:
(3.2)
式中:
A—中段生产能力(t/日)
N—中段可同时布置回采矿块数(N=9个),
K—有效矿块利用系数(查《现代采矿手册》中册表9-7知,无底柱分段崩落法的矿块利用系数小于0.8,取0.7)
q—矿块日生产能力(取36.6t/d)
Z—副产矿石率(查《现代采矿手册》中册,无底柱分段崩落法的副产矿石率为10-15%,取15%)
代入上式:
A=271.76t/d
该矿井按可布置矿块数同时回采,年生产能力为:
271.27×330=89.52t/a。
验证结果:
矿山年生产能力为9万t/a可以完成。
2、按矿山开采年下降速度验证年产量:
(3.3)
式中:
S——矿体水平可采面积,取S=3030m2;
γ——矿石容重,γ=3.3t/m3;
V——矿床开采年下降速度,查《现代采矿手册》中册表9-13,取V=10m/a;
K——矿石回收率,取K=85%;
ρ——废石混入率,取ρ=15%;
K1——矿体厚度修正系数,取K1=1.0;
K2——矿体倾角修正系数,取K2=1.0;
E——地质影响系数,0.7-1.0,取E=0.9。
代入得9.44万t/a,可以达到年产9万t的生产能力,符合要求。
综上所述,9万t/a能完成。
3.3开拓系统选择
张家山矿段矿体为磁铁石英岩矿层,矿石普氏硬度系数f=8~12;矿体顶板及围岩和矿体底板及围岩主要为混合花岗岩岩;属坚硬和半坚硬岩石,稳定性较好。
工程地质条件良好,一般巷道不需要支护。
根据矿体的赋存情况:
走向呈近WN向,倾向向南、北,平均倾角64~70度,一般地表较陡而深部相对略缓,北部较陡、南部相对略缓。
根据矿床赋存条件及矿体倾角,采用竖井开拓为宜。
三种竖井开拓方法:
下盘竖井开拓、侧翼竖井开拓法、上盘竖井开拓法。
1、下盘竖并开拓法
这种开拓方法在金属矿山中使用最广。
下盘竖井开拓适用于埋藏在地平面以下的急倾斜矿体,下盘竖井井筒处于不受矿体开采影响的安全位置,不需要留保安矿柱,且提升能力大。
它的缺点是石门的长度随开采深度的增加而增加,当矿体倾角较小时,下部石门很长。
当矿体埋藏在地平线以下深度较大,矿体倾角大于50°,矿体的下盘地表地形、地质构造、水文地质条件及岩石性质等适合于布置井筒时,多采用这种开拓方法。
2、侧翼竖井开拓法
侧翼竖井开拓法,就是竖井布置在矿体增向一端的开拓法。
在竖井开拓法中,除下盘竖井开拓法外,在金属矿床开采中,特别是有色金属及稀有金属矿床开采中,用得较多的是侧翼竖井开拓法。
其主要原因是在有色及稀有金属矿床中,一般说来,矿体走向长度不大,且多埋藏在山岭地区,受地表地形条件的限制。
当矿体倾角小,采用下盘竖井开拓法石门太长,而矿体走向长度不大,且偏角小,地面与地下运输方向一致,或受地表地形及岩石条件的限制,竖井只能布置在矿体走向一端时,则采用侧翼竖井开拓法。
3、上盘竖井开拓法
上盘竖井开拓法,就是竖井布置在矿体上盘围岩中的开拓法。
有时把从矿体上盘穿过矿体的竖井开拓法包括在这一类中。
这类开拓法,石门较长,基建时间长,初期投资大。
若穿过矿体,虽然没有这些缺点,但须留保安矿柱保护井筒。
因此在金属矿床开采中;特别在稀有贵重金属矿床开采中,使用不广。
只有在矿体倾角近于垂直,不能采用下盘和侧翼竖井开拓法时,才采用上盘竖井开拓法;穿过矿体的竖井开拓法,一般是在矿体倾角较小(15°~20°)、矿体厚度不大、分布面积广、矿石价值不高,埋藏深度较浅的情况下采用。
通过对三种初选方案的优缺点进行简单对比分析,下盘竖井开拓具有明显的优势,所以选择下盘竖井开拓。
3.4主井与风井
1、主井罐笼井
主井为罐笼井,主要用于提升设备、人员、矿石及废石,根据类似矿山选取井筒直径为3.6m,井口标高为275m,采用2#罐笼加平衡锤多绳提升,钢丝绳直径为31mm。
罐笼型号为YTGS-1.8-1,提升机型号为JK-2.5/20。
罐笼井采用喷射混凝土支护,支护厚度设计为250mm。
内设梯子间,敷设排水管、吸水管、压气管,兼作进风井,罐笼井坐标如表3.2:
表3.2罐笼井坐标
坐标
X
Y
Z
罐笼井
4500944
21576248
275
2、风井
设置两个回风井,设计的回风井井筒断面净直径根据类似矿山选取为2.5m,采用喷射混凝土支护,支护厚度设计为200mm。
设置梯子间,用作第二安全出口,回风井坐标如表3.3:
表3.3回风井坐标
坐标
X
Y
Z
回风井1
4529552
21569358
295
回风井2
4531638
21583554
320
3.5巷道断面尺寸的确定
巷道断面尺寸根据电机车共同确定。
1、断面宽度B的确定(有人行道)
(3.4)
式中:
A—运输设备的最大宽度,0.85m;
a—人行道的宽度,规定人行道的宽度不得小于1.2m,取1.2m;
b—无轨设备至墙壁的最小距离,m,规定运输设备的边缘至墙壁的最小距离为0.6m,取0.6m。
代入得:
B=2.58m
2、断面高度H确定
+h(3.5)
式中:
H—巷道断面净高,m;
C—设备的总高,1m;
e—运输设备外形与拱部的间距,m,取做1.45m。
h-道渣高度
代入得:
H=2.5m。
3、三心拱参数的确定
三心拱斜坡道拱高:
h0=B0/3=2568/3=856.2mm,取856mm(3.6)
三心拱半径:
R=0.692B0=0.692
2568=1785mm;(3.7)
r=0.262B0=0.262
2568=673mm。
(3.8)
三心拱道墙高h1的确定:
h1=H-h0=3833-1333=2500mm(3.9)
人行有效净高h’=h1-h=2500-250=2250mm(3.10)
规定人行道有效净高不小于1900mm,其结果符合规定,故可行。
综上取墙高为2500mm。
4、布置水沟和管线
为方便排水,本通道内布置一不对称梯形水沟,水沟深200mm、水沟上宽310mm,下宽280mm。
通讯及照明电缆应布置在人行道侧,洒水管应布置在人行道一侧,距道渣面200mm,压风管与洒水管平行布置,且位于洒水管下。
3.6岩石移动影响范围
设计根据矿体的赋存条件、采用的采矿方法,矿山周围环境因素,参照类似矿山的开采实践,并且本次设计矿体顶、底板围岩基本稳固,节理裂隙不发育,稳定性相对安全,故确定开采移动范围按:
上盘岩石移动角为60°;
下盘岩石移动角为75°;
端部岩石移动角为65°;
第四系沉积层移动角为45°。
按矿体最低开采标高为195m,据此确定开采岩石移动范围。
3.7开采顺序
本次设计开采矿体的标高为195m~295m,阶段高度为50m,分段高度为10m,矿体自上而下开采。
每个阶段划分为5个分段,分段高度为10m,其中分段间开采顺序为自上而下开采,各分段采用后退式回采。
4采矿
4.1采矿方法的选择
采矿方法选择的原则如下:
1、生产安全可靠,工艺尽量简单,并有效地解决采空区安全问题。
2、劳动强度低,劳动生产率高,采矿成本低。
3、最大限度提高矿石回采率和降低废石混入率。
矿体原地表出露标高为295~305m,分布于2线附近,详查地质资料,矿体赋存标高为195~295左右。
Ⅰ号矿体走向长500m,倾斜延深200m,平均厚度为20m。
矿体总体走向呈近WN向,倾向分别向南北。
平均倾角64-70°,一般地表较陡而深部相对略缓,北部较陡、南部相对略缓。
矿区地表为荒山,附近有村庄、农田,地表允许部分陷落。
矿体顶板及北端围岩和矿体底板及南端围岩主要为混合花岗岩。
均为前震旦系建平群中深变质岩系,属坚硬和半坚硬岩石,稳定性较好。
矿石中主要有用元素全铁(TFe)的平均品位为30.37%,磁性铁(mFe)占有率约为85%矿石工业类型属贫磁铁矿。
根据矿岩较稳固,矿体为倾斜或急倾斜矿体,厚度属中厚到厚矿体,可选分段矿房法,又矿体有夹石地表允许陷落可选崩落采矿法,分段崩落法中有底柱分段崩落采矿采准切割工作量大,底部结构复杂,矿石损失量大,无底柱分段崩落法结构与回采工艺简单,安全,机械化程度高,损失贫化有可能小于有底柱方法,无底柱方法的通风条件较差,但在完善通风系统和加强通风的情况下,该缺点是可以克服的。
根据条件可选方案只有选用无底柱分段崩落法。
4.2采矿方法初选
1、方案一简述:
无底柱分段崩落法
(1)方案特点
优点:
1)采矿方法结构简单,灵活性较大,不需留矿柱。
2)无底柱分段崩落法与有底柱分段崩落法相比较采切比较小。
3)回采工艺简单,便于使用高效的自行凿岩、装运设备实现采掘综合机械化。
4)在巷道中作业安全,危险性相对要小。
5)劳动生产率较高,矿块生产能力大。
缺点:
1)在独立巷道内作业通风条件较差,需设计局扇通风通风成本高。
2)大中型设备维护工作量大,一般矿山自行解决设备故障件有一定困难。
(2)采场的构成要素如表4.1:
表4.1采场构成要素
阶段高度
溜井间距
分段高度
进路间距
进路断面
50
50
10
10
3.5×3
(3)采准布置
阶段运输沿脉平巷、天井、溜井,布设在下盘岩石中。
阶段运输平巷应布置在其下阶段矿体回采错动界限外。
将每个阶段划分为分段,各分段用巷道通过联络道连接,布置在脉外下盘。
回采进路具体布置根据矿体厚度、倾角、出矿设备和合理运距、地压管理、通风及安全因素等确定。
上下相邻的分段,回采进路呈菱形布置。
为形成切割槽,可在回采进路的顶端,需开凿切割平巷和切割天井。
每个矿块设一个溜井。
溜井个数根据矿石产品种类而定,单一矿石产品时,设一溜井,采用装运机出矿。
如果回采顺序是从矿体中间拉切割槽向上、下盘两个方向推进时,应分别在上、下盘岩石中布设溜井。
应尽量避免在矿体中布置溜井及其它井巷工程,以减少矿石损失和降段封井工程量。
(4)切割工作
为形成切割槽,可在回采进路的顶端,需开凿切割平巷和切割天井,作为最初的崩矿自由面及补偿空间。
(5)回采工艺
回采进路与垂直于走向布置,回采是由上盘往下盘方向推进。
为了减少贫化,在同一分段中各进路的回采巷道尽可能保持在一条直线上。
采用凿岩机凿上向中深孔。
炮孔为扇形布置,炮孔采用装药机进行装药。
出矿设备采用装运机出矿。
为了减少矿石损失,出矿采用低贫损出矿方式。
(6)主要技术经济指标如下表4.2:
表4.2主要技术经济指标
矿块生产能力
采切比
矿石贫化率
矿石损失率
安全程度
施工难易程度
36.6t/d
7.55m/kt
15%
15%
安全
易
4.3矿块构成要素
矿块垂直向布置,每个
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