细沙沟铁矿开采技术研究.pdf

中图分类号婴墨Z U D C6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 呈兰 密级公珏 细沙沟铁矿开采技术研究 M i n i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c ho fx i s h a g o ui r o no r e 作者姓名胡威 学科专业矿业工程 研究方向充填理论与技术 学院 系、所 资源与安全工程学院 指导教师张钦礼教授 副指导教师 论文答辩日期翌 至尘兰答辩委员会主席盔．』三玺』 中南大学 2 0 1 3 年5 月 原创性声明 本人声明，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单位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己在论文中作了明确的说明。 作者签名血磁日期上竺生年』月上日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名取导师签洲日期盐年上月上日 中南大学硕士学位论文摘要 细沙沟铁矿开采技术研究 摘要为了实现处于严寒缺水地区的新疆细沙沟铁矿安全经济合理 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，对细沙沟铁矿开采工艺技术进行研究。根据细沙沟铁矿的工 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和位移， 得出最佳采场结构参数；为保证寒冷时期作业效率，选择合适的矿 山采暖通风方案，并进行设计；针对矿山缺水问题提出矿山节水建 议。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， 提取岩石样品，进行岩石力学实验得到各项参数。 2 根据勘探线剖面图，结合矿山地质储量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 1 ％ 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可拓学评价理论对采矿方法进行优 选，得到分段凿岩阶段矿房法最优。 3 参考文献资料选取5 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3 个矿房空区下的顶板，矿柱应力和位移 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 根据现有的技术，对供暖进行热力计算，选择合理的通风取 暖方案，确定热风炉加热方式对井筒进行防冻，集中供暖方式对采 暖工程供暖。并进行具体设计。对于矿山的缺水问题，提出了几点 建议。图1 6 幅，表4 6 张，参考文献7 5 篇 关键词采矿方法，层次分析法，可拓学，数值模拟，井筒防冻， 矿山采暖，矿山节水 分类号T D 8 7 1 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T M i n i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c ho fx i s h a g o ui r o no r 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 gi nx i n ji a n gX i s h a g o ui r o no r ew h e r e i sc o l da n dw a t e rs h o r t a g e a n d i m p r o v e t h el o 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 y o nm i n i n g t e c h n o l o g yi sm a d ei nx i n ji a n gX i s h a g o ui r o no 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 gc o r r e l a t i o nt h e o r y ．A c c o r d i n g t ot h ee n g i n e e r i n g g e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fX i s h a g o ui r o no r e ，s e v e r a ls u i t a b l em i n i n g m e t h o d si sc h o s e n ；a n dt 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 f e a c hs c h e m ei s o b t a i n e d ；t h e nt h eb e s ts o l u t i o ni sg o t t e nb yu s e i n g c 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 y t oe v a l u a t et h es e l e c t e d s c h e m e ； a p p l y i n g t h en u m e r i c a l a n a l y s i s s o f t w a r et o a n a l y z e s t r e s sa n d d i s p l a c e m e n to 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 e b 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 ；i no r d e rt oe n s u r et h ec o l dp e r i o d o p e r a t i o ne f f i c i e n c y , w ec h o o s ea p p r o p r i a t em i n eh e a t i n ga n d v e n t i l a t i o n s c h e m ea n dd e s i g n ；w ep u tf o r w a r dS u g g e s t i o n so fm i n eu s i n gw a t e ro n t h em i n ew a t e rs h o r t a g ep r o b l e m s ．T h i sa r t i c l em a i n l yr e s e a r c hr e s u l t s a n dc 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 ；e x t r a c t i n gr o c ks a m p l e sa n d m a k i n gr o c km e c h a n i c se x p e r i m e n t s ，t h e ng e t t i n gv a r i o u sp a r a m e t e r s ．U 2 I no r d e r t os e l e c tm i n i n gm e t h o do ft h em a i n o r e b o d y , c l a s s i f y i n g t h eo r eb o db yt h et h i c k n e s sb a s eo np r o s p e c t i n gl i n ep r o f i l em a pa n d t h em i n eg e o l o g i c a lr e s e r v e 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 t71 ％o ft h e o r eb o d yw e r ei nt h et h i c ko r e b o d y , S Ow es e l e c tm a jo rm i n i n gm e t h o d f o rt h i c ko 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 n t h e mt og 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 e E x t e n i c se 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 e s u b l e v e lc 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 t f i v ek i n d so f s t o p e s 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 d p i l l a rs t r e s sa n dd i s p l a c e m e n to f t h e 廿Ⅱe eo r er o o me m p t ya r e a ．A c c o r d i n gt o t h es i m u l a t i o nr e s u l t st o d 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 ，a n dm a k i n g t h es t o p e b es e c u r i t ya n de c o n o m y ． 4 、 C a r r yo u tt h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o no fh e a t i n g a n dc h o o s e r e a s o n a b l ev e n t i l a t i o nh e a t i n go p t i o n b a s e do ne x i s t i n gt e c h n o l o g y ； d e t e n n i n eh o ts t o v et oh e a tt h ew e l l b o r ea n dc e n t r a lh e a t i n gt o h e a t h e a t i n gw o r k sa n dd e s i g nt h e m ；F o rm i n ew a t e rs h o r t a g ep r o b l e m s ，p u t f o r w a r ds o m es u g g e s t i o n s ． K e y w o r d s m i n i n gm e t h o d ，A H P l le x t e n i c s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，t h e w e l i b o r ea n t i f r e e z e ，m i n eh e a t i n g ，m i n i n gw a t e r - s a v i n g C l a s s i f i c a t i o n 6 2 2 V 中南大学硕士学位论文 目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．i 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 研究背景、目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 急倾斜中厚矿体采矿方法研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．t DID．．．．．DOll0 2 1 ．2 ．2 严寒缺水对采矿生产的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．3 井筒防冻研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 10 4 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯D ID．．．．ODI0 5 2 细沙沟铁矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 ．1 矿区地理位置及交通⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 ．1 ．2 矿区自然地理、地形、地貌、气候等⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 ．2 矿区及矿床地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 ．1 矿区地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 ．2 矿床地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．3 矿区水文地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．3 ．1 矿区水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．3 ．2 涌水量预计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．4 环境地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．5 岩体工程地质及岩石物理力学性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．6 矿床地质勘探工作及其质量评述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．6 ．1 矿床地质工作概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 2 ．6 ．2 对矿区地质勘探报告的评述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 8 2 ．7 资源储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．7 ．1 工业指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．7 ．2 矿区储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 中南大学硕士学位论文目录 3 采矿方法优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．1 开采范围及开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 采矿方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 ．1 采矿方法选择原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 ．2 采矿初步方法选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 ．3 分段凿岩阶段矿房法 I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．2 ．4 浅孔留矿法 I I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 ．2 ．5 无底柱分段崩落法 Ⅲ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 4 3 ．2 ．6 技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 3 ．3 优选模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．3 ．1 层次分析法确定评价指标权重⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 3 ．3 ．2 层次分析法．可拓学优选模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 3 ．4 采矿方法优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 3 ．4 ．1 评价体系的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 3 ．4 ．2 评价等级标准确立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 3 ．4 ．3 评价指标无量纲化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 3 ．4 ．4 评价指标权重确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 3 ．4 ．5 物元可拓评价分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 3 ．4 ．6 采矿方法优度评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 4 3 ．5 严寒缺水条件下的技术措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 采场结构参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 4 ．1M I D A S 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 4 ．2 模型假设及模型参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 4 ．3 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 4 ．4 模拟结果分析及结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 5 采暖通风与矿山用水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 5 ．1 概j 苤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 5 ．1 ．1 气象资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．1 ．2 煤质资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 5 ．2 热力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．2 ．1 送风热负荷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 3 5 ．2 ．2 采暖热负荷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 5 ．2 ．3 供热水热负荷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 中南大学硕士学位论文目录 5 ．3 采暖通风⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．3 ．1 井筒防冻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 5 5 ．3 ．2 集中采暖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 5 ．3 ．3 生活供热⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 5 ．3 ．4 室内通风⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．3 ．5 除尘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．4 工程布置及热力管网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 5 ．4 ．1 锅炉房布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．4 ．2 井口加热送风布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 5 ．5 矿山用水节水现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 5 ．6 矿山节水建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 攻读学位期间注意的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 0 中南大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 ．1 研究背景、目的和意义 新疆是我国重要资源基地之一。石油探明储量占全国总储量的1 2 ％，可采 储量占全国的1 6 ％，天然气探明储量占全国的1 9 ％[ 1 】。该地区也蕴含有丰富的 金属资源，主要矿产有铁、金、铅锌等金属，同时该地区还是许多重要资源的 远景区。新疆资源区为我国西气东输工程提供重要的资源保障，对国家资源具 有重要意义。 细沙沟铁矿是一座以铁铜为主，伴生银的中型矿山，矿床采矿权属新疆鄯 善联合矿业有限公司，该公司属国有企业。矿床已探明地质储量5 5 1 ．8 9 万t ， 铁金属量1 9 0 ．5 2 万t 、铜金属量3 4 9 8 6 ．2 9 t 。矿区位于鄯善县南西方向，行政区 隶属于新疆鄯善县管辖。采矿场位于戈壁滩深处，大部分路段未修筑公路。虽 然由于附近矿山多年的运输，已在戈壁滩中形成可使汽车行驶的运输道路，但 道路状况较差，行驶速度慢。矿区与偏北方向迪坎儿乡的现有选厂和新建选厂 的运输距离约为1 9 0 k m 。迪坎尔乡沿县道向北西约1 l O k m 至3 1 2 国道，沿3 1 2 国道向东约2 0 k m 至鄯善县城、向西约6 0 k m 至吐鲁番市。 矿区地处东天山南侧中间隆起带平坦的低山戈壁区，海拔1 1 4 6 ～1 1 5 0 m ，最 高1 1 7 3 m ，绝对高差2 7 m ，相对高差2 ～l O m ，属低山戈壁地貌。区内地势平缓 开阔，总体地势南高北低，地形切割较浅，无明显沟谷分布。地形坡度一般 2 ～1 0 0 ，微地貌形态以坡度缓、比高小的垄岗为主，次为干沟和洼地。残坡积物 发育，基岩露头较差。 矿区气候类型属典型的大陆性干旱气候，夏季酷暑炎热，冬季寒冷。每年 6 ～8 月天气炎热，月平均气温3 0 ．8 ℃，极端最高气温4 5 ．3 ℃，1 2 月至翌年2 月 天气较为寒冷，月平均气温．1 1 ℃，极端最低气温．3 1 ．1 ℃，日温差与年温差均较 大。一般1 1 月中、下旬出现冰冻，来年4 月全部解冻，年均无霜期2 4 5 d 。多 年最大降水量4 7 ．3 m m ，多年平均降水量2 3 ．1 m m ，历年最大降雨强度7 ．8 m m ／h ， 多年平均蒸发量2 9 7 3 m m ，降雨多集中在6 ～8 月，多为零星阵雨，降雨量及降 雨强度小，极少降雪，方圆l O k m 内无任何常年水系及水体，属地表水贫乏区。 细沙沟铁矿是一座新开发矿山，处于冬季严寒，常年缺水的偏远地区，为 保证矿山安全高效运作、宝贵的矿产资源能够顺利回收，这种特殊条件下的采 矿技术难题亟待解决。严寒、缺水地区采矿技术问题的解决不仅对细沙沟铁矿 中南大学硕士学位论文 1 绪论 的生产和发展具有重要意义，对我国西北部地区资源开发利用和西北部的经济 发展也具有重大的推动作用。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 急倾斜中厚矿体采矿方法研究现状 采矿方法按照对采矿区的处理方式分为空场法，充填法和崩落法【2 翊。目前， 针对急倾斜中厚矿体的开采，用的较成功的采矿方法有 1 分段中深孔落矿留矿法【5 J 广西某锰矿矿体属于急倾斜中厚矿体，厚度7 ．1 2 m ，矿体倾角7 5 0 ，矿岩 中等稳固，完整性好。根据矿床赋存条件，采用分段中深孔爆破铲运机出矿留 矿法，矿房长度6 0m ，高度6 0m ，宽为矿体水平厚度。采用铲运机出矿，顶 柱随矿房一起回采。底柱留到下中段回采，间柱不回采。空区处理为自然崩落或 强制崩落。采场出矿电动铲运机容积为1 ．5 m 3 ，可以通过阶段平巷运送到阶段 联络道内，然后解体，由人行通风天井提升到达出矿水平，组装后进行作业。 经实践证明，分段中深孔留矿法对中厚急倾斜矿体的开采具有良好的适应性， 运用铲运机出矿，大大提高了矿房生产能力。 2 中深孔分段空场法【6 J 青海赛什塘铜业有限责任公司矿体为急倾斜中厚矿体，厚度1 0 ．1 5 ，矿体 倾角6 5 0 左右，矿体连续性稳定，形态好，结合矿床特征和矿山实践条件，运 用中深孔分段空场法回采矿体。矿块高度为5 0 m ，长度为5 0 m ，底部结构6 - 7 m ， 分段高度为1 0 m 。采用5 5 k w 电耙配合溜井出矿，在矿房的两侧穿脉中各布置 一条溜井。凿岩设备为Y G Z ．9 0 凿岩机及配圆盘式钻架，其直径6 0m l T l 。人行 回风天井一般布置在矿房两侧，从穿脉中按矿体倾角施工人行回风天井与上中 段回风巷贯通。实践证明，采用中深孔分段空场法有效地保证了供矿能力和矿 石品位。该采矿方法成功的应用，证明了采用中深孔回采中厚急倾斜矿体的科 学合理性。 3 低贫损分段崩落法【7 J 双鸭山铁矿矿体呈层状产状，厚度O ．8 8 ．31 ．6 6 m ，倾角6 0 0 - 9 0 0 ，矿岩稳定 性差。针对矿体与底板围岩稳固性差，倾角较大等特点，并结合矿体条件、矿 山现场生产实际及类似矿山的生产经验，对中厚矿体部分运用低贫损分段崩落 法进行开采。阶段高度为5 0 m ，分段高度为1 2 ．5 ，上下分段交错布置。低贫损 分段崩落法在双鸭山铁矿的应用，有效的提高了矿山生产能力和不稳定矿岩下 中南大学硕士学位论文 1 绪论 的作业安全系数。应用有效的证明了，低贫损分段崩落法对矿岩不稳固的中厚 急倾斜矿体开采的高效安全等特点。 4 上向水平分层充填采矿法【8 】 凤凰山铜矿，矿体倾角大于5 5 0 ，厚度大于4 m ，矿岩中等稳固。根据开采 技术条件，采场沿矿体走向布置，设置两个溜矿井，两个人行井，2 个通风充 填井，形成一个回采系统，采场配3 4 台Y T 2 4 凿岩机，1 2 台C ．3 0 装运机。 该法的运用有效的提高了资源回收率，降低了贫化率，在品位高，贵重稀缺金 属矿产回收中有良好的适用性。 1 ．2 ．2 严寒缺水对采矿生产的影响 1 严寒对采矿的影响 低气温是影响采矿不可忽视的因素，严重制约采矿生产效率【9 】，并且加大 采矿成本。它的影响表现在多方面 1 在寒冷地区的一些遥远地方，一年内大多数时间必须依靠空运，而飞机 运费异常高。加拿大西北的卢平矿为陆地包围，一年有十个月必须空运物资， 使运输费提高3 3 0 万元。 2 寒冷天气也严重影响材料的装运，给装运带来巨大阻碍。寒冷使粉矿冻 在车厢边角，降低运载能力。精矿冻在矿仓，必须做专门处理。 3 零下温度中设备是主要受影响对象，低温下设备的运行效率低，容易故 障和损坏。 4 零下温度对操作人员的影响也许是最有害的，冷不仅不舒服，而且使人 迟纯和效率降低。 针对地下开采矿山，为了保证采矿工作顺利进行，目前国内外主要采取对 矿井新鲜风流进行预热，提高井下工作温度，保证人员安全和采矿效率。 2 缺水对采矿的影响 水是矿山开采必不可少的介质，缺水将严重采矿生产中的许多环节。它的 影响主要表现在 1 水是矿山设备冷却的良好媒介，许多设备需要通过水来对设备进行冷却， 如矿山通风机等，缺水使得对设备的降温难度加大。 2 水对采矿方法选择也具有重大影响，目前为了保证矿山生产安全，大多 使用充填采矿法，而缺水条件下使得此种采矿方法没有生命力。 3 缺水条件使得凿岩受到巨大影响，缺水使得凿岩钻进困难，凿岩粉尘浓 度加大。 中南大学硕士学位论文1 绪论 4 水是矿山降尘提高空气质量的重要物质，缺水严重影响作业面环境，影 响工人的健康。 1 ．2 ．3 井筒防冻研究现状 为了保证矿山的正常生产工作，对于严寒地区采暖室外计算温度等于或低 于．4 。C 地区的进风立井，等于或低于．5 ℃地区的进风斜井和等于或低于．6 。C 地 区的进风平硐，当有淋帮水、排水管或排水地沟时，应设置空气加热设备【1 0 】对 其进行防冻保护。 目前，严寒地区矿山井筒防冻的供暖方式主要有 1 水暖加热方式 利用矿区内布置的集中采暖热水锅炉，经井口房或空气加热室内置的多组 水暖散热片加热冷空气至3 0 ℃ 井口房混合 或7 0 。C 井筒内混合 ，与室外 进入井口房内的冷空气混合至2 ℃以上进行送风。 2 电加热方式 在井口房内或一侧布置一间较大的空气加热室，内置多组电加热散热器加 热冷空气至6 0 ～7 0 ℃ 井筒内混合 ，采用压风机，将热风压入热风道后利用 井筒的负压吸入井筒内，与井口吸入的冷空气进行混合至2 ℃以上进行送风。 3 热风炉方式 在中心锅炉房或单独加热室内布置热风炉，直接加热冷空气，再利用压风 机与热风管道输送至井口房或井筒内与冷空气混合至2 ℃以上进行送风。 4 烟气余热采暖方式【l l J 该方式是水暖方式的一种改进，是一种节能环保的供暖方式。考虑到燃气 发电机组只有约3 5 ％的燃料能量被转化为有效的电能，而约有3 0 ％3 5 ％隋高 温烟气排除，浪费了大量的能量，为了合理利用这部分能量，河南煤化工业集 团引进针型管余热锅炉来充分利用瓦斯发电所排出的烟气余热，该装置通过烟 气加热水，经井口房或空气加热室内置的多组水暖散热片加热冷空气至3 0 ℃ 井口房混合 或7 0 ℃ 井筒内混合 ，与室外进入井口房内的冷空气混合至 2 ℃以上进行送风。 1 ．3 主要研究内容 本文以新疆细沙沟铁矿为依托，结合该矿水文地质，工程地质，环境条件， 矿山开采技术条件等对西北部严寒缺水地区的开采技术进行研究，研究的主要 4 中南大学硕士学位论文 1 绪论 内容有 1 现场勘查，收集资料，掌握该地区的工程地质条件，水文地质条件，气 候条件等基本研究资料。查阅文献，了解目前针对类似矿体开采的采矿方法研 究现状。结合矿山实际条件，初步选择两三种适合运用于该矿山的采矿方法， 并对各采矿方法进行单体设计，得到各个方案的详细参数。 2 根据各个单体设计得到的采矿技术参数，包括生产能力，采矿成本，矿 石贫化率，资源回收率，采切比，作业安全程度等，运用层次分析一可拓学采 矿方法优选模型对采矿方法进行优化选择，确定最终采矿方法为分段凿岩阶段 矿房法。 3 为了保证采矿作业安全，需要确定采场结构参数，为此引入m i d a s 数值 分析软件，模拟不同采场结构参数下的采场应力状况，根据模拟结果选择最优 采场结构参数。 4 为了保证井下开采作业高效安全进行，需要对井下新鲜风流进行加热处 理。根据矿山现状和现有技术状况，选择合理的井筒防冻和供暖方案，并对供 暖方案进行具体设计。 5 根据矿山的供水和用水现状，结合当地水源状况和现代节水办法，提出 相应的节水用水措施。 1 ．4 研究方法 1 以细沙沟铁矿为对象，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。查阅供暖相关标准，了解掌握相关规定，以指导供暖工程具体设 计。 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 总结矿山用水状况和相关的国家标准和国家用水政策，收集目前节水具 体措施。与导师和相关专业认识探讨，得出符合实际的，有效的节水用水措施 方案。 中南大学硕士学位论文2 细沙沟铁矿概况 2 细沙沟铁矿概况 2 ．1 概述 2 ．1 ．1 矿区地理位置及交通 鄯善联合矿业公司细沙沟铁矿位于鄯善县南西方，行政区属于新疆鄯善县。 矿区范围坐标见表2 ．1 。 矿区位于戈壁滩深处，大部分路段未修筑公路。虽然由于附近矿山多年的 运输，已在戈壁滩中形成可使汽车行驶的运输道路，但道路状况较差，行驶速 度慢。矿区与偏北方向迪坎儿乡的现有选厂和新建选厂的运输距离约1 9 0 k m 。 迪坎尔乡沿县道向北西约1 l O k m 至3 1 2 国道，沿3 1 2 国道向东约2 0 k m 至鄯善 县城，向西约6 0 k m 至吐鲁番市。 表2 ．1 矿权拐点坐标表 开采标高8 6 5 m ～1 1 4 5 m 2 ．1 ．2 矿区自然地理、地形、地貌、气候等 矿区位于东天山南侧中间隆起带，地处平坦的低山戈壁区，海拔 11 4 6 ～11 5 0 m ，最高11 7 3 m ，绝对高差2 7 m ，相对高差2 ～l O m ，属低山戈壁地貌。 区内地势平缓开阔，总体地势南高北低，地形切割较浅，无明显沟谷分布。地 形坡度一般2 ～1 0 0 ，微地貌形态以坡度缓、比高小的垄岗为主，次为干沟和洼 地。残坡积物发育，基岩露头较差。 矿区地处亚欧大陆腹地，气候类型属典型的大陆性干旱气候，主要气象要 素特征如下 温度每年6 ～8 月天气炎热，月平均气温为3 0 ．8 ℃，极端最高气温4 5 ．3 ℃， 1 2 ～2 月天气较为寒冷，月平均气温为．1 1 ℃，最低气温为．3 1 ．1 ℃，日温差与年 中南大学硕士学位论文 2 细沙沟铁矿概况 温差均较大。一般十一月中、下旬出现冰冻，来年四月全部解冻，年均无霜期 2 4 5 d 。 降水量多年最大降水量4 7 ．3 m m ，多年平均降水量2 3 ．1 m m ，历年最大降 雨强度7 ．8 m m ／h ，多年平均蒸发量2 9 7 3 m m ，降雨多集中在6 8 月，多为零星 阵雨，降雨量及降雨强度小，极少降雪。 矿区气候气候干燥，降雨稀少，方圆l O k m 内无任何常年水系及水体，属 地表水贫乏区。每年春秋两季多风，风力一般5 ～8 级，最大可达1 0 级以上， 风速一般4 ．9 m ／s ，最大可达2 1 m ／s 。 2 ．2 矿区及矿床地质 2 ．2 ．1 矿区地质 1 地层 矿区内出露地层呈北西一南东向展布，出露地层主要有上古生界上石炭统 底坎儿组 C 2 d 及第四系覆盖层。 1 上石炭统迪坎儿组 C 2 d 第一岩性段 分布于矿区西部，分布零散，分布范围少且小，呈俘虏的残留体，形态多 为大小不等的透镜体，是矿区中的次要岩石类别，出露面积一般不大于l O O m 2 。 主要为酸性紫红色玄武玢岩、玄武岩，夹少量石英绿泥石片岩。 玄武玢岩灰绿一黑绿色，斑状结构，基质为半自形粒状结构，块状构造， 斑晶由辉石、斜长石组成，基质由斜长石、辉石、磁铁矿等组成。主要矿物成 分斑晶拉长石 2 0 ％ ，粒径O ．2 ～2 m m ；基质拉长石 3 2 ％