罗河铁矿富水厚大矿体采矿方法优化选择研究.pdf

中图分类号 旦墨2 1 U DC 6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 兰圣 密级公珏 罗河铁矿富水厚大矿体采矿方法 优化选择研究 S t u d yo nm i n i n gt e c h n o l o g yf o rl a r g ew a t e r - b e a r i n g l■ ● ll ●● d e p o s i ti nl u o I i ei r o nm l n e 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 汪令松 矿业工程 资源与安全工程学院 王新民教授 论文答辩日期么丝唾华辩委员会主席型I 竺_ 二塾／ 中南大学 2 0 1 4 年4 月 万方数据 学位论文原创性声明l Y l l l I IIM2Il唧lllllllllllllllllllllllllllll9l LIII Ⅲ 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名逻皇盔益日期j 型生年』月卫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名j 王丛始导师签名逝日期耻年上月血日 万方数据 罗河铁矿富水厚大矿体采矿方法优化选择研究 摘要为了实现罗河铁矿安全经济合理化开采，提高该地区资源利 用率，结合现场实地考察和现有的相关理论，对罗河铁矿开采工艺 技术进行研究。根据罗河铁矿的工程地质条件，选择适合的几种采 矿方法，并对各方案进行设计，得到各方案技术参数；利用综合评 价理论对所选方案进行评价，得出最佳方案；运用数值分析软件分 析不同采场结构下的应力情况，得出最佳采场结构参数。本文主要 研究成果和结论如下 1 经过认真详细的现场考察和调研，掌握矿山工程地质条件， 根据地质钻孔揭露含水层情况，圈出含水底板等高线范围，为后续 采矿方法选择提供依据。 2 根据勘探线剖面图和矿山相关资料，对矿体的厚度进行详细 分类，以便为主要矿体选择采矿方法，分类结果表明矿体的7 5 ％属 中厚矿体，为此针对中厚矿体为矿山选择主要的采矿方法，初步选 择三种可行方案，对方案进行设计得到具体的技术经济参数，以所 得主要技术参数为指标运用模糊数学理论对采矿方法进行优选，得 到分段空场阶段矿房法最优。 3 参考文献资料及矿山实际情况选取3 种采场结构参数，运用 M I D A S 分析软件，建立理想模型，模拟2 种最危险回采状况顶板， 矿柱应力情况。根据模拟结果确定最优采场结构参数，使采场安全 经济。 4 根据所确定的采矿方法和采场结构参数，对分段空场嗣后充 填采矿法和上向水平机械化充填采矿法进行具体工艺设计。 论文图31 幅，表3 9 张，参考文献7 0 篇。 关键词采矿方法，层次分析法，模糊数学，数值模拟，回采工艺 分类号T D 8 7 1 万方数据 S t u d yo nm i n i n gt e c h n o l o g yf o rl a r g ew a t e r - b e a t i n gd e p o s i ti n l u o h ei r o nm i n e A b s t r a c t I no r d e rt oa c h i e v es a f e t y ，e c o n o m i ca n dr a t i o n a l i z a t i o n m i n i n g i nA n n u iL u o H ei r o no r ea n di m p r o v et h e1 0 c a lr e s o u r c e s u t i l i z a t i o n ，as t u d yo nm i n i n gt e c h n o l o g yi sm a d ei nA n H u iL u o H ei r o n o r eb a s eo nt h ef i e l d s u r v e ya n dt h ee x i s t i n g c o r r e l a t i o n t h e o r y ． A c c o r d i n gt ot h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fL u o H ei r o no r e ， s e v e r a ls u i t a b l em i n i n gm e t h o d si sc h o s e n ；a n d t h r o u g hd e s i g n i n gt h e m ， t e c h n i c a lp a r a m e t e r so fe a c hs c h e m ei So b t a i n e d ；t h e nt h eb e s ts o l u t i o n I S g o t t e nb yu s i n gc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt h e o r yt oe v a l u a t et h e s e l e c t e ds c h e m e ；a p p l y i n gt h en u m e r i c a la n a l y s i ss o f t w a r et oa n a l y z e s t r e s so fu n d e rd i f f e r e n ts t o p es t r u c t u r e ， i ti Sc o n c l u d e dt h a tt h eb e s t s t o p e s t r u c t u r ep a r a m e t e r s ；T h i sa r t i c l e m a i n l yr e s e a r c hr e s u l t sa n d c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s 1 A f t e rac a r e f u la n dd e t a i l e ds i t ev i s i t sa n dr e s e a r c h ，m a s t e ro f e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n si nm i n e s ；A c c o r d i n gt ot h ea q u i f e r s e x p o s e db yt h ed r i l l i n g ，t h ec o n t o u ro ft h eb o a o mo ft h ea q u i f e r sh a s b e e nf o u n do u tt oo f f e rb a s i sf o rt h em i n i n gm e t h o dc h o o s i n g ． 2 I no r d e rt o s e l e c t m i n i n gm e t h o do ft h em a i no r e b o d y ， c l a s s i f y i n gt h eo r eb o db yt h et h i c k n e s s ；c l a s s i f i c a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t 7 5 ％o ft h eo r eb o d yw e r ei nt h eg e n t l yi n c l i n e da n dt h i c ko r e b o d y ， S O w es e l e c tm a j o rm i n i n gm e t h o df o rt h e g e n t l y i n c l i n e da n dt h i c k o r e b o d y m i n e ；f i r s t l yc h o i c et h r e ep o s s i b l eo p t i o n sa n dd e s i g nt h e mt o g e ts p e c i f i ct e c h n i c a la n de c o n o m i cp a r a m e t e r s ，t h e nu s eE x t e n i c s e v a l u a t i o nt h e o r yp r e f e r r e dm i n i n gm e t h o da n dc o n c l u d et h es u b l e v e l c a v i n gm i n i n gm e t h o di st h eb e s t ． 3 S e l e c tt h r e e k i n d so fs t o p es t r u c t u r e p a r a m e t e r st h r o u g h r e f e r e n c i n gl i t e r a t u r e ，u s et h eM I D A Sa n a l y s i ss o f t w a r et oe s t a b l i s ht h e i d e a lm o d e lt os i m u l a t et h er o o fa n dp i l l a rs t r e s so ft h et w om o s t d a n g e r o u ss i t u a t i o nd u r i n gt h ep r o c e s so fm i n i n g ．A c c o r d i n gt ot h e s i m u l a t i o nr e s u l t st od e t e r m i n et h eo p t i m a ls t o p es t r u c t u r ep a r a m e t e r s ， I I 万方数据 a n dm a k i n gt h es t o p eb es e c u r i t ya n de c o n o m y ． 4 A c c o r d i n g t ot h es t o p es 仃u c n l r ep a r a m e t e r sh a sb e e nd e t e r m i n e d ， t h ed e t a i l e dt e c h n i q u ef o rt h es u b l e v e lc a v i n gm i n i n gm e t h o da n dt h e m e c h a n i c a lu p w o r dh o r i z o n t a ls l i c es t o p i n ga n db a c k f i l l i n gm i n i n g m e t h o dh a sb e e nd e s i g n e d ． K e y w o r d s m i n i n gm e t h o d ，A H P ，e x t e n i c s ，n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ， t h em i n i n gt e c h n i q u e C l a s s i f i c a t i o n T D 8 5 2 I I I 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I V 第1 章概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”1 1 ．1 研究背景、目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”2 1 ．3 富水矿床国内外开采现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 1 ．4 研究与设计内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“5 1 ．5 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 第2 章矿山开采技术条件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 交通与地理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 矿区地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 矿区地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．2 矿区构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．3 侵入岩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 ．4 围岩蚀变⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．3 矿床地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 ．1 铁矿体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 ．2 硫铁矿体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．3 硬石膏矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．4 矿石质量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．5 矿体顶底板及夹石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 ．1 矿区地表水文条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 ．2 地下岩层含水情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 ．3 地下水动态变化规模及其补给条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 ．4 矿坑充水因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 ．5 矿坑涌水量预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．5 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．6 资源储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 I V 万方数据 第3 章采矿方法选择影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 3 ．1 安全开采深度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 3 ．2 矿体产状分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．3 矿体品位分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 第4 章采矿方法选择及采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 5 4 ．1 采矿方法初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 ．1 ．1 采矿方法选择原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“2 5 4 ．1 ．2 初选采矿方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 5 4 ．1 ．3 分段空场嗣后充填法 方案I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 ．1 ．4V C R 嗣后充填法 方案I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．1 ．5 侧向崩矿阶段空场嗣后充填法 方案I I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”3 0 4 ．2 采矿方法优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．2 ．1 层次分析法确定权重向量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．2 ．2 模糊综合评判⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“3 5 4 ．3 罗河铁矿采矿方法组合方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．4 采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．4 ．1 材料参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“3 6 4 ．4 ．2 模型建构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“3 7 4 ．4 ．3 结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 8 4 ．5 盘区与采场划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 第5 章采矿方法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“4 5 5 ．1 矿山开拓工程布置现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．2 垂直深孔高分段空场嗣后充填法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．2 ．1 分段设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“4 7 5 ．2 ．2 矿柱留设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“4 8 5 ．2 ．3 采场布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“4 8 5 ．2 ．4 阶段内矿体不连续条件下的变更回采方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．2 ．5 采准切割⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“4 9 5 ．2 ．6 回采工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 2 5 ．2 ．7 贫损指标及降低贫损的技术措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．8 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 0 5 ．3 机械化上向水平分层充填法单体设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．1 采场布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 2 5 ．3 ．2 采准切割⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“6 3 V 万方数据 5 ．3 ．3 回采工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 5 ．3 ．4 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．4 局部开拓工程变更方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 5 ．5 安全技术措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 第6 章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 3 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 5 V I 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 第1 章概述 1 ．1 研究背景、目的与意义 罗河铁矿床发现于十九世纪六十年代，历经三年地质勘探，于19 8 0 年由 安徽省地质局庐枞地区铁矿会战指挥部提交了安徽省庐江罗河铁矿详细地质 勘探报告，探明铁矿石表内矿B C 级3 ．4 亿t ，B C D 级4 ．7 6 亿t ；黄铁 矿表内矿C D 级3 0 3 4 万t ，另有硬石膏矿D 级4 1 1 9 万t 。经国家储委以全储 决字[ 1 9 8 8 ] 1 4 6 号文批准的储量为铁矿石，铁、硫混合矿，硫铁矿合计 3 4 1 5 8 ．4 7 万t 。罗河铁矿床是由大型高磷、高硫、含钒磁铁矿及大型硬石膏矿 组成的多矿种隐伏矿床。矿体走向长约2 k m ，矿体宽约l k m ，埋深4 2 5 m ，赋 存标高．3 8 2 m - 8 4 6 m ，东浅西深，总趋势为纵向上向南西倾状，倾伏角 3 。～1 2 0 。探明铁矿体8 个，其中I 、I I 号为主矿体；硫铁矿体有1 3 个，大部分 与铁矿体共生，与小矿体构成铁硫混合带，硫铁矿体呈透镜状及似层状产出， 倾角0 0 - 2 3 0 。厚度一般1 ．5 m - 6 0 ．4 1 m 。 罗河铁矿在建设过程中，征地动迁工作时发生重大变化，一是征地动迁费 用大幅度上涨；二是征地动迁的外部环境复杂导致工作难度极大，进度缓慢， 直接影响工程进度；三是矿区附近几个新建大型矿山项目的建设导致土地资源 紧张，征地动迁工作可操作性越来越差。罗河铁矿尾矿库建设就遇到征地动迁 难题，尾矿库征地动迁工作难度大，征地费用高，动迁工作进度缓慢，当地居 民要价高，严重影响工程施工进度，影响矿山与当地居民的关系。 罗河铁矿若采用崩落法开采方案，塌陷区需征地2 9 4 0 亩，动迁3 4 个村 庄，废石场需征地8 7 0 亩。同时付冲沟尾矿库只能服务1 5 a 左右，需建设虎岭 尾矿库才能满足一期工程尾矿堆存需求，虎岭尾矿库需征地2 3 5 0 亩，动迁7 ～8 个村庄。为解决这一巨大难题，罗河矿业公司根据国家地下矿山采矿政策导向 及绿色矿山建设的要求，适时提出变更采矿方法，由原初步设计推荐主要采用 无底柱分段崩落采矿法采矿变更为充填法回采，并完成了相应的初步设计变 更。 由于矿山已按崩落法要求完成了大部分开拓工程和部分采准工程，要将采 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章概述 矿方法变更为充填法，并实现尽快达产稳产的目标，存在以下技术难题需要解 决 1 由于矿山主要开拓工程已按照无底柱分段崩落法的要求进行了施工， 变更为空场采矿嗣后充填法时，如何实现已完成开拓工程的最大程度应用，采 准切割工程如何布置，采用何种充填法方案以及具体采场结构参数、回采工 艺，凿岩、出矿设备如何配套，是实现采矿方法平稳转换的关键因素，必须进 行深入研究与采场设计，并进行现场工业试验加以验证。 2 影响充填采矿方法效率和产能的关键因素是充填能力，如果采矿形成 的空区不能及时充填，不仅会严重影响周围矿块的回采作业，而且高大空区长 时间存在，会引起周围矿块和项板坍塌，造成资源浪费和安全问题。但矿山当 前充填材料配比试验和充填系统设计尚未开始，考虑到充填试验、设计与建设 周期，充填系统已成为制约矿山采矿能力的瓶颈问题，必须立即着手进行充填 试验和相关系统设计与建设工作。 3 罗河铁矿矿床赋存条件及水文地质复杂，矿体分枝复合、尖灭再现现 象严重，夹石较多，空场采矿嗣后充填法是否适合全矿床的开采技术条件尚难 以确定，必须通过现场工业试验加以论证，并根据对矿体赋存条件的分析与分 类结果，提出适合不同矿体赋存条件的组合采矿方法方案。 4 鉴于罗河铁矿复杂的开采技术条件，要实现3 0 0 万t ／a 的生产能力， 必须通过科学研究，制定合理的短期和中期开采规划，以实现矿山可持续稳定 发展。 为此，开展充填采矿方法选择与变更设计，通过产学研结合方式，解决制 约矿山采矿能力和长期可持续发展的上述重大技术问题，为企业健康稳定发展 提供技术支撑[ 1 1 。 1 ．2 国内外研究现状 缓倾斜厚大矿体一直是世界公认的难采矿体之一【2 】调，该矿体由于倾角小， 白重溜矿比较困难，采场结构参数一般而言比较大，顶板暴露面积比较大，通 常采用的崩落法或者空场法需要留设大量矿柱，直接导致回采率不高【7 1 。如何 提高缓倾斜厚大矿体的回采率和采矿作业的安全性【1 4 】 【2 5 1 ，是国内外采矿工作者 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 正在积极研究的一个课题【8 卜【13 1 。表1 ．1 是国内外部分缓倾斜厚大矿体矿山采矿 方法使用情况。 表1 1 国内外部分缓倾抖厚大矿体矿山采矿方法 从表中可以看出，国内外金属矿山在开采缓倾斜厚大矿体时，根据不同的 矿体条件和其赋存状况，所使用的采矿方法是不同的，其中，在开采经济价值 比较小的缓倾斜厚大矿体时，一般用的是崩落法和房柱法，这些方法生产能力 大，但是回采率较低，爆破振动大，对围岩影响较大，同时留下的大量采空区 没有充填，始终是一个安全隐患，因此现在国内外还在使用崩落法和房柱法的 矿山都引入了充填技术建设充填系统，进行采空区采完后嗣后充填。 1 ．3 富水矿床国内外开采现状 富水矿床开采属于“三下”矿体开采，一直是采矿界的难题，如果对水的问 题重视不足，一旦在采矿作业和巷道掘进中发生大量突水，很容易造成重大的 安全生产事故。由于煤炭一般埋藏深度较浅，所属岩层为沉积岩层，很容易与 浅层地层含水有所接触，和地表水系之间的缓冲距离较少，因此煤炭系统对如 何在水体下采煤已经积累了一定的采动理论和大量的现场经验。表1 ．2 是国内 外部分富水矿山开采条件留设安全矿柱情况。 从表中可以看出，国内外金属矿山在留设安全矿柱的同时，使用的采矿方 法都为充填法，充填体填充采空区后，可以对顶板起到一定的支撑作用，同时 围岩的受力状况也得到改善；国内外金属矿山还对同时对地表下沉等情况进行 了长期的监测，需要引起今后富水矿山的重视。 万方数据 中南大学硕士学位论文 第1 章概述 表1 ．2 国内外部分水体下开采金属矿实例 4 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 1 ．4 研究与设计内容 1 研究内容 1 首采矿段与首采矿块选择； 2 ．5 6 0 m 中段矿体分类； 3 不同类别矿体采矿方法优选； 4 采场结构参数优化； 5 根据采矿方法及结构参数优化选择结果进行盘区与矿块 采区 划分。 2 采矿方法变更研究 1 采矿方法变更研究； 2 根据采矿方法变更要求进行局部开拓工程变更设计； 1 ．5 研究方法 1 以罗河铁矿为对象，进行现场调查，收集、整理相关研究材料。 2 查阅国内外文献，查找相似矿体开采研究现状，结合自身实际，进行采 矿方案选择。 3 查阅书籍文献，了解数值分析软件运用现状，选择学习一种合适的数值 分析软件，运用其对采场结构参数进行优化选择。 4 与矿山相关技术人员探讨研究，在充分利用矿山已有工程的基础上，进 行分段空场嗣后充填法和机械化上向水平充填采矿法的具体工艺设计研究。 万方数据 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章矿山开采技术条件简介 第2 章矿山开采技术条件简介 2 ．1 交通与地理 罗河铁矿位于安徽省合肥市庐江县境内，行政隶属罗河镇管辖。北距庐江县城 3 5 k m ，距合肥市ll O k m ；东至巢湖市1 0 5 k m ，东南至铜陵市5 0 k m 。矿区东侧有合～ 铜～黄高速公路通过，有简易公路接合～铜公路，经此路可通合肥市、铜陵市。矿区 距合 肥 ～九 江 铁路柯坦车站约3 5 k m ，南距长江边约4 0 k m 。西可经罗昌河～ 白荡湖通长江，水陆交通方便 图2 ．1 。 矿山地处江淮丘陵南部，为低山丘陵地形，地势南高北低，地形由西南向东北 降低，北部地形平坦，南部地形起伏较大。该地区属亚热带大陆性气候，温湿多雨， 历年平均气温1 6 ．1 ℃，极端最高气温4 1 ．3 ℃，极端最低气温．1 2 ．3 ℃。主导风向西南 风。年平均降雨量11 7 4 ．2 m m ，相对湿度7 7 ％～8 0 ％，每年4 - - 8 月为雨季，该期降水 量占全年降水量的5 4 ％，1 2 月至翌年2 月间水量稀少，仅占全年降水量的1 0 ％左右。 年平均降雪日数1 1 ．9 d ，无霜期常年2 4 6 ～2 5 5 d 。 图2 ．1 矿区交通位置图 庐江县隶属安徽省合肥市，是周瑜故里、温泉之乡、矿业大县。地处江淮丘陵 地带，地形以平原、丘陵为主。北接省会合肥，东临中国第五大淡水湖～巢湖，南近 “黄金水道”长江。境内有西河、兆河、白石天河等河流，属长江水系。 万方数据 中南大学硕士学位论文 第2 章矿山开采技术条件简介 庐江矿藏种类多，储量大，品位高，是省内为数不多的多矿种资源集中区。铁、 铜、硫铁矿、明矾石、高岭土等矿产品质优量大，且多分布在庐南的罗河、龙桥、 矾山、泥河、白湖等5 个镇，资源相对集中。全县四大经济板块之一的庐南重化工 业基地，规划面积6 9 3 k m 2 。 2 ．2 矿区地质 2 ．2 ．1 矿区地层 矿区范围内出露的地层以中生界火山岩岩系为主，另有少量全新统松散堆积层， 地层情况如表2 ．1 所示。 2 ．2 ．2 矿区构造 矿区地表地层产状平缓，褶皱不发育，岩层总体构成一向西北倾斜的单斜构造。 矿区内断裂构造较发育，以不同时期、不同方式构造活动的各种方向的表层陡倾斜 断裂、裂隙为主，断裂构造向深部，裂隙构造特别是网状裂隙相应增强。断裂按走 向可分出北东、北北东、北西、南北、北东东6 组，矿区内发育前5 组。这些断裂 均发生在成矿以后，具多次活动和反复改造现象，延伸不大，除少数大型断裂切割 深部铁矿体外，大部分消失于砖桥组下部凝灰岩之上。 1 北东向断裂，以F o o l 为代表，是矿区内规模最大的断裂，由6 ～7 条平行断 层组成的总宽达5 0 ～1 5 0 m 的复杂区域性断裂带，隐伏于矿区西部杨湾组之下。断裂 走向北东4 0 0 ～5 0 0 ，倾向南东，倾角6 0 0 ～8 0 0 。该断裂切割火山岩层及矿体，断距达 1 0 0 m 以上，并且具多期活动的特征。 2 北北东向断裂组 包括F 1 0 2 ～F l l 4 ，共1 3 条断裂。集中成带分布于矿区西部2 6 ～2 线 F 1 0 2 F 1 0 4 、 中部5 ～9 线 F 1 0 5 ～F 1 0 6 及东部1 3 ～1 7 线 F 1 0 7 F 1 0 1 1 3 之间。该组断裂走向北东 1 0 0 ～3 0 0 ，倾向南东，倾角4 5 0 - 8 5 0 。断裂长2 0 0 m - 2 0 0 0 m ，破碎带宽l m ～1 6 m ，断裂 具亚扭特征，多数断距5 m M 5 m 。 3 北西向断裂组 包括编号F 2 0 t F 2 0 6 共6 条断层，分布于矿区西南部东岳庙～大包庄 F 2 0 l a F 2 0 3 及东北部的龙头～东边洼 F 2 0 4 F 2 0 6 两处。走向北西3 1 0 0 - 3 3 0 0 。西南部断裂向南西 倾斜，倾角6 0 。～8 5 0 ；东北部断裂主要倾向北东，倾角6 0 0 - 8 0 0 。单一断裂长 3 0 0 m ～18 0 0 m ，破碎带宽l m ～1 6 m 。上盘相对下落2 m M 0 0 m 。 万方数据 中南大学硕士学位论文 第2 章矿山开采技术条件简介 表2 1罗河铁矿地层简表 F 2 0 l 为本组最大断裂，自矿区西部东岳庙向东南至大包庄矿区，延长达数公里， 9 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章矿山开采技术条件简介 断裂倾向南西，倾角6 0 。～7 0 。，破碎带宽2 m ～1 6 m 。该断裂活动剧烈，具多次活动的 特点。 4 北北西断裂组 分布在矿区南之陈山、芝麻山一带，断层编号F 3 0 l F 3 0 9 。断裂走向北西3 3 0 。， 长达5 0 0 m ～15 0 0 m ，破碎带l m ～1 0 m ，该组断裂具有张扭性质。 5 近南北向及北东东向断裂组 近南北向断裂 F 4 0 l F 4 0 5 及北东东向断裂 F 5 0 1 F 5 0 3 ，零星分布于矿区西南芝 麻山及矿区东南东边洼、朱桥等地。前者呈折线状，并充填岩脉，早期显张性特点； 后者为压扭性劈理带。它们都未波及矿区。 2 ．2 ．3 侵入岩 矿区侵入岩系指与火山喷发一侵入活动相联系的含矿次火山岩体一闪长玢岩与 各类岩脉。 1 闪长玢岩 地表未出露，分布在．1 3 0 m ～．6 6 0 m 标高以下，侵入在砖桥组地层底部Z h l 中的粗 安岩、凝灰岩等不同岩性中，呈侵入接触关系。接触面穹状，顶面平缓，局部起伏。 在平面上呈椭圆形，长轴北东东向，向四周倾伏。 由于岩体受强烈矿化蚀变，原岩成分多被改造，已为碱性长石岩、硬石膏辉石 岩 简称膏辉岩 、辉石岩以及它们的组合岩石所替代。仅在矿床东部边缘局部蚀变 较弱的岩石，根据安徽省地质局实验专题研究定名为闪长玢岩。 岩石呈灰绿色、灰黑色、斑状不等粒结构，基质为微粒一细粒结构，块状构造。 斑晶含量1 5 ％, - - 4 6 ％，粒度0 ．2 m m ～3 m m 。矿物成分主要为斜长石 A n 3 5 ～4 5 ，其次 是透辉石～普通辉石，副矿物有磁铁矿，有时见少量黑云母、磷灰石、榍石。 2 脉岩 区内脉岩种类和数量均较多，但一般延伸不大。有粗面斑岩、正长细晶岩、正 长斑岩、粗安斑岩、二长斑岩、安山玢岩、辉绿玢岩。 各类岩脉均是成矿后产物，少数岩脉对矿体有一定破坏作用，主要是影响矿体 的连续，但无位移。较明显穿入矿体的有粗安斑岩、二长斑岩与安山玢岩岩脉等。 2 ．2 ．4 围岩蚀变 矿床蚀变作用强烈，蚀变岩广泛发育，其上界基本以砖桥旋回下部凝灰岩顶板 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章矿山开采技术条件简介 为终点，下界尚未穿透，顶面埋深标高．6 0 m - ．4 8 5 m ，垂向上具明显的带状分布。根 据矿物成分、元素组合可分为上下两部分下部以碱性长石化、辉石化和磁铁矿化 为主，简称深色蚀变带；上部以水云母、高岭石、硅化和硬石膏为主，简称浅色蚀 变带。两者之间是上述浅色蚀变作用改造深色蚀变岩石的地带。铁矿主要赋存于深 色蚀变带的上部。硬石膏、硫铁矿则主要位于浅色蚀变带和迭加蚀变带中。围岩蚀 变的明显垂向分带与各矿种的工业矿体的垂向分带的一致性，是本矿区的主要特征。 2 ．3 矿床地质特征 罗河铁矿位于淮阳山字型构造前弧东翼、新华夏构造体系第二隆起带西缘、秦 岭纬向构造带南支东延部分的复合部位，庐江一枞阳中生代火山岩盆地的西北边缘。 2 ．3 ．1 铁矿体 矿体埋藏在．3 8 2 m - ．8 4 6 m 标高，东浅西深，距地表深度最浅4 2 5 m ，最深8 5 6 m ， 总趋势为纵向上向南西西倾伏，倾伏角3 0 ～1 2 0 ，横向上大致呈一穹状，主采矿体为I 、 I I 号矿体。 I 号铁矿体为本矿床规模最大的矿体，矿体水平投影呈近似椭圆形，长轴呈北东 东向延伸，平均长1 9 1 l m ，短轴平均宽1 0 9 9 m 。矿体空间形态为似层状～透镜状，分 枝复合现象频繁。矿体总体上向南西西倾伏，局部有起伏，倾伏角1 0 0 。矿体厚度最 小2 ．0 3 m ，最大1 4 1 ．6 8 m ，一般2 1 ．0 4 m ～7 8 ．8 9 m ，平均5 9 ．6 6 m 。矿体赋存标高 一4 0 2 m - ．7 8 0 m ，埋深东浅西深。 I I 号矿体为矿床最下部的矿体，矿体平面投影呈半环状，开口于南东部，中部为 无矿带，环边长度北部11 6 3 m ，南部6 3 6 m ，西部9 3 8 m 。矿体形态为透镜状、似层 状，空间分布连续性差，9 线以东以似层状为主，以西则呈透镜～似层状形