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S u p p l J u n e ．2 0 0 9 现代矿业 M O R D E NM I N I N G 增刊 2 0 0 9 年5 月 冶金矿山采矿设计简述 刘仲文 中冶北方工程技术有限公司 1 采矿设计特点和设计程序 采矿设计是矿山工程建设的依据，是矿山生产 的基础和指导文献，它决定矿山基建、生产模式和企 业的经济效益，设计产品的付诸实施就直接转化为 生产力，就能为国家生产出合格的矿石产品，所以采 矿设计在整个冶金矿山建设中居于十分重要的地 位。 1 ．1 采矿设计特点 采矿设计是一项系统工程，是多个专业设计人 员共同劳动的结晶。由于矿山固有的特点矿体赋 存条件千差万别，矿石质量特征各自有异，可变因素 多，导致开采工艺方案复杂，技术指标参数也有差 别，设计中采用的复用图和通用设计很少，所以长期 以来，采矿设计周期较长，反复修改的工作量很大， 图纸含金量较低。 1 ．2 采矿设计程序及产品 随着计划经济向市场经济的转化，采矿设计理 念也发生了一定变化，设计方法和设计手段也在不 断更新和进步。过去计划经济时期，设计院按照上 级主管部门下达的设计任务，严格按国家方针、政策 和行业规范、规程进行采矿设计，对于矿区选择、矿 产资源的利用，矿山生产能力的确定和对服务年限 的要求，原则上都要符合设计规范的。但是转人市 场经济以后，随着投资体制的改革，矿山建设是本着 谁投资，谁受益，谁担风险的原则进行的。特别是近 几年铁矿石价格连连攀升，精矿粉售价大幅提高，矿 山企业的发展形势前所未有，采矿设计也必须适应 市场形势的发展需要，所以设计人员在设计理念上 有所更新，在不违背国家有关方针政策前提下，以最 大限度提高矿山企业经济效益，千方百计满足甲方 的需要，做为采矿设计基本准则。另外在设计中认 真贯彻科学发展观和以人为本的战略方针，在提高 矿山装备水平和自动化控制程度，大力减轻工人劳 动强度，提高劳动生产率等方面也都有相应技术措 施。特别是对于矿山安全生产、环境保护、生态平 衡、水土保持、节约能源、防止地质灾害以及循环经 2 0 济等重要内容都纳入到采矿设计之中。 近些年来，随着国家宏观调控方针的贯彻落实， 采矿设计程序也在不断调整，设计产品的内容也在 不断充实和扩展。 过去，矿山基本建设项目，在基础资料和建设条 件具备的情况下，首先进行项目前期准备工作，由具 有相应资质的设计部门进行立项前的预可行性研究 或可行性研究，详细论证建设项目的必要性和可行 性，然后报上级主管部门审批立项，接着再进行初步 设计和施工图设计。 现在新建矿山项目的基本程序是矿山企业首 先应出资取得探矿权或者采矿权。委托地质勘探部 门进行地质勘探，并提交勘探报告交由国家矿产资 源储量评审中心进行正式评审，获得通过后报上级 国土资源主管部门备案，并出具备案证明，然后由矿 山企业委托设计部门进行开发利用方案设计，重点 是划定矿区开采范围，确定拐点坐标，开采最高标 高、最低标高和开采面积。提出开采方式、开采工艺 和矿石回采率、损失率、贫化率，保证国家矿产资源 有序合理利用。开发利用方案经主管部门组织专家 审查通过后，同时相应的安全、环保等方面的专题论 证也予以评审通过后，上级国土资源部门才发采矿 许可证。矿山企业交付相应的矿石储量价款方取得 最后的采矿权。 按采矿许可证划定的开采范围，矿山企业委托 设计部门开展可行性研究。其目的不是为了报批立 项，而是为了帮助矿山企业对矿山开采的总体方案， 其中包括市场前景、经济效益、资金来源、产品技术 方案等做到心中有数。同时，为委托专门的设计研 究部门编制矿山安全预评价报告、环境影响报告、水 土保持方案报告、地质灾害危险性评价报告等提供 基础资料。在此基础上矿山设计单位协助甲方起草 矿山建没申请报告，上报国家或省、市发改委，其目 的是获得项目核准机关对拟建项目的行政许可。申 请报告论证的重点是阐述项目的外部性、公共性等 事项，其中包括企业利用资源、保护生态环境、优化 刘仲文冶金矿山采矿设计简述 2 0 0 9 年5 月 重大布局以及征地拆迁、移民安置、经济和社会影响 等方面。项目申请报告经发改委核准后，下步才正 式开展采矿初步设计。 初步设计阶段是矿山工程设计的关键阶段，是 施工图设计的重要依据，详细论证矿床开采方式、矿 山生产能力、开拓方案和采矿方法，确定矿山装备水 平，自动化控制程度以及供电、供水、机修、外部运 输、总平面布置等，相应编制投资概算，并做出相应 的技术经济评价。 过去，初步设计产品主要有四卷设计说明书、 图纸卷、总概算卷、总设备卷。 现在按照国家对矿山工程建设项目的要求，初 步设计产品除提交上述四卷外，设计院还要完成安 全专篇、环保专篇、工业消防专篇、职业卫生专篇等， 这些也都作为初步设计产品一并报出，可见采矿设 计的业务范围大大地扩展了。 初步设计直接产品，由企业组织有关专家进行 评审；而安全专篇要呈报国家、省市安全监督管理 局，组织专家进行专门评审，通过后才可以进行下一 段施工图设计。 2 采矿设计对依据资料的基本要求 采矿设计所依据的基础资料很多①建设单位 下达的设计中标通知书或设计委托书；②设计院与 建设单位签定的设计合同书；③主管部门批准的矿 山勘探地质报告以及储量评审中心通过的评审意见 书和矿产资源储量备案证明；④选矿试验报告；⑤ 工程地质勘探报告和水文地质勘测报告；⑥改扩建 矿山现状资料等；⑦在初步设计阶段，还必须有相应 的环境影响报告书，安全予评价报告、水土保持方案 报告、地质灾害危险性评价书报告等。 在这些基础资料中值得重点说明是地质勘探资 料的详细程度和可靠性。因为它直接影响到开采范 围的大小、矿山规模的合理确定，以及开拓系统的择 优选择等。 目前我国地质勘探工作分为预查、普查、详查和 勘探四个阶段。这四个阶段达到的勘探成果大致 是，预查成果应指出有无开展普查的价值，提供普查 范围；普查成果应指出是否有进一步详查的价值，圈 出详查范围；详查的成果作为预可研、总体规划或项 目建议书的依据，只有勘探报告才可以作为可研或 初设的依据。而矿山建设不同规模和设计的不同阶 段，对地质勘探程度的要求也不尽相同。一般来讲， 特大型、大型建设规模的矿山，预可行性研究阶段， 应有地质详查报告；可行性研究阶段应有地质 勘探报告；初步设计阶段也应有地质勘探报告。 中型建设规模的矿山预可行性研究阶段，应有地 质详查报告；可行性研究阶段应有地质详查报 告；初步设计阶段应有地质勘探报告。小型建 设规模的矿山预可行性研究和可行性研究阶段，均 应有地质详查报告；初步设计阶段应有地质勘 探报告。 对于地质勘查程度较低的矿山，可根据建设方 的要求，进行相应的技术咨询工作。 矿山设计中要对依据的地质资料进行评述，重 点是对其完整性、可靠性进行分析，并同时指出所存 在的问题以及对矿山设计、建设和生产可能造成的 影响，并作出可否作为设计依据的结论。其评述的 具体内容包括矿床勘查类型及勘查工程间距确定 的合理性；矿床控制程度及地质研究程度；矿床工业 指标确定的合理性；地质勘查工作施工的各种工程 质量；地质勘查报告中估算资源量的合理性。 对于水文地质条件复杂的矿山应有专门的水文 地质资料，并做出相应评价。其中包括矿区地质构 造及其对矿区水文地质条件的影响；矿区含水层的 岩性、厚度、产状、分布埋藏特征、静止水位及渗透 性、含水性；各含水层间水力联系及动态变化、岩溶 及裂隙含水层岩溶、裂隙发育程度及分布规律；矿区 隔水层的岩性、厚度、产状、分布及隔水性；与矿床开 采有关的断裂及构造破碎带的规模、产状、分布、充 填和胶结情况、充水及导水程度以及对矿床开采的 影响；矿区附近地表水体的基本特征及其与各含水 层地下水的水力联系程度和对矿床开采影响，矿坑 涌水量预测资料等。 对于水文地质勘探程度的评价，一般都是按照 不同水文地质类型作出相应评价结论。通常分为简 单型、中等型、复杂型三种。第一种类型为水文地质 条件简单的矿体，其特征是矿体位于当地侵蚀基准 面以上，地形条件有利自然排水，矿床主要含水层和 构造破碎带的富水性弱至中等，地下水补给条件差， 很少有第四系覆盖。第二种类型为水文地质条件中 等的矿床，其特征为矿体位于当地侵蚀基准面以上， 地形有自然排水条件，含水层构造带富水性中等至 强，地下水补给条件好，第四系覆盖面积小且薄。第 三种类型为水文地质条件复杂的矿床，其特征为矿 体位于当地侵蚀基准面以下，含水层富水性强，补给 条件好，水压高，构造破碎带发育，导水性强，且沟通 强含水层或地表水体，第四系厚度大，分布广，疏干 排水有产生大面积塌陷，沉降可能，水文地质边界复 2 1 增刊现代矿业2 0 0 9 年5 月 杂等。 采矿设计中根据水文地质条件得出的评价结 论，制定相应的防排水设计方案，以确保矿山安全生 产。 在施工图设计之前，对于采矿设计中的有些工 程，要进行专门的工程地质勘察工作。如主、副井、 风井、废石场、工业厂区的主要 建 构筑物等。 这里值得提出的是废石场设计，不单单是打几 个工程钻孔，而是应按照国家有关的安全规程规定， 在废石场范围内要进行专门的地质勘探工作，布置 相应的勘探线和钻孑L ，以查清废石场排弃范围内的 岩层组成，岩石物理力学性质和作出相应稳定性分 析。 3 露天采矿设计 露天开采在我国矿山建设中始终占主导地位。 目前我国铁矿石产量的8 5 ％以上是用露天开 采，有色金属矿山露天开采的比例也在不断增加，作 为冶金辅助原料的石灰石矿全部用露天开采。国内 外广泛应用露天开采的主要原因，是它比地下开采 有着突出的优点①受开采空间限制较小，可采用大 型机械设备，有利于实现自动化，从而可大大提高开 采强度和矿石产量；②劳动生产率高；③开采成本 低，有利于大规模开采低品位矿石；④矿石损失贫化 小，损失率不超过3 ％一5 ％，废石混入率不超过5 ％ ～1 0 ％，因而地下资源可以充分回收；⑤对于高温易 燃的矿体，露天开采比地下开采更为安全可靠；⑥基 建时间短，吨矿投资比地下开采低；⑦劳动条件好， 工作比较安全。 但是，用露天开采也带来一些问题 1 在开采过程中，穿爆、采装、汽车运输、卸载 以及排土时将会产生大量粉尘，汽车运行时排人大 气中碳化氢多，排土场的有害物质成分流入江河湖 泊和农田等，对大气、水和土壤的污染，将危及人民 身体健康，影响农作物和生物的生长和繁殖。 2 排土场占地面积多。 3 气候条件如严寒和冰雪、酷热和暴雨等，对 露天开采会有一定影响。 露天开采虽然在经济上和技术上的优越性很 大，但它不能取代地下开采。随着露天开采深度的 增加，剥岩量不断加大，以致于达到某一深度后继续 使用露天开采带来经济上的损失，就应该转入地下 开采。 露天矿设计包括内容很多，重点介绍露天开采 境界的圈定、矿山生产能力的确定及装备水平；露天 2 2 矿开拓运输系统的选择和废石场的设计等。 3 。1 露天开采境界的确定 3 ．1 ．1 露天开采境界确定的主要原则 1 以工业矿量为基础，保证露天采矿场内采 出的矿石有盈利，即采用的境界剥采比不大于经济 合理剥采比。 2 要充分利用资源，尽可能把较多的矿石圈 定在露天开采境界内，充分发挥露天开采的优越性。 3 所圈定的露天采矿场的帮坡角应等于露天 边坡稳定所允许的角度，以保证露天采矿场的安全 生产。 圈定露天采场最终境界，首先要确定采场最终 边帮构成要素，其中包括阶段高度、最终边坡角、阶 段坡面角和清扫平台、安全平台、运输平台等。 这里值得提出的是最终帮坡角的选取，一般在 编制设计任务书和可行性研究以及中小型矿山初步 设计时，可参照类似矿山实际资料选取。大型矿山 或边坡地质条件复杂的矿山，在进行初设前应委托 有关部门进行系统的边坡稳定性研究工作，并以此 报告和推荐的最终边坡角作为设计依据。但是往往 初设前矿山不能提供边坡专题研究报告。设计中岩 石力学专业也要进行简要计算。 根据设计基础资料、矿体赋存特征和矿山开采 基本要求，首先对设计露天采场边坡进行分区，按照 基础资料提供的相关参数诸如矿岩物理力学性质、 抗压强度、内聚力、内摩擦角、弹性摸量等，并结合各 分区的地质构造、岩性、地下水特征、采场几何尺寸 形态及可能的破坏模式应用极限平衡法，计算出分 区边坡稳定系数，并推荐各个分区的总体边坡角和 阶段坡面角，进而对设计圈定的露天开采边坡稳定 性状态与特征进行分析，提出设计边坡的稳定性状 态和相应的安全保证措施，同时提出边坡监测、稳定 性研究、边坡维护等方面建议。 阶段高度也是露天采场的主要参数，它取决于 矿岩性质和装载设备规格，按照安全规程要求，一般 阶段高度不应超过挖掘机最大挖掘高度的1 ．5 倍。 目前国内小型矿山阶段高度为8 一l O r e ，中型矿 山一般为1 0 1 2 m ，大型矿山为1 2 ～1 5 m 。 近几年国内外露天矿阶段高度有增大趋势，国 内齐大山铁矿、水厂铁矿、白云铁矿、尖山铁矿等阶 段高度均选取1 5 m 。阶段高度适当加大，可减少掘 沟工程量，提高穿孔、爆破效率，相应给矿山带来一 定经济效益。 在太钢袁家村矿设计中，由于大型穿孔、装矿设 刘仲文冶金矿山采矿设计简述 2 0 0 9 年5 月 备的采用，也曾先后考虑把段高加到1 6 m 或1 8 m 。 但是参照国外特大型露天矿段高大于1 5 m 很少，又 借鉴南芬铁矿、齐大山铁矿穿孔爆破的实践经验，为 防止台阶产生大的根底和压碴爆破，爆堆隆起过高， 影响电铲作业安全，以及钻杆的有效钻深等。所以 袁家村铁矿阶段高度推荐1 5 m 。 3 ．1 ．2 露天开采境界圈定的方法 过去采矿设计应用的传统方法是境界剥采比≤ 经济合理剥采比。而经济合理剥采比的计算方法有 原矿成本法，精矿成本法和盈利比较法。其中以盈 利法居多。 但是，随着计算机技术的迅速发展，国内外采用 计算机确定露天开采境界越来越多，特别是浮动园 锥法在设计部门得到普遍应用。 其基本原理是，保证露天矿山在整个生产过程 中处于盈利或盈亏平衡状态，按照稳定的边坡角和 开采顺序约束条件，以求得盈利最大的露天开采境 界。 采用浮动圆锥法圈定露天开采境界主要有以下 几点 1 建立矿化模型，把地质勘探钻孔数据输入 计算机，建立三维的矿床模型，并把开采范围内地质 体离散化，分成若干个小块段，并赋以一定的信息， 其中包括矿岩类型及其相应的重量，这就形成了三 维分布的矿化模型。 2 建立经济模型，即把矿化模型中的每一个 块段赋以一定的经济价值而转化为经济模型。为 此，矿石需要确定合理售价，采剥需要给出成本费 用，其矿岩采剥成本费用包括穿孑L 费、爆破费、铲装 费、运输费、排水费、管理费、维简费、矿产资源税、安 全费等。以上这些经济指标，通常由设计院与甲方 共同结合确定。 3 借助计算机技术，采用浮动圆锥法圈出一 次境界，然后再结合开采工艺及运输布线等技术条 件，采用人机对话的方式稍加修整即形成了露天采 场最终境界。 矿化模型，经济模型的建立需要有计算机软件 作支撑，目前各设计院应用的软件不尽相同，有的是 本院开发的C A D 软件，有的从国外购买的微机软 件，诸如S u r p e c 软件、w h i t t l eF o u r ．X 软件 澳大利 亚 ，d a t m i n e 软件 英 ，V o l c a n 软件 加拿大 等。 国内开发的C A D 软件，对于地质条件比较复杂 的矿床是在地质平面图上建立二维矿化模型，比较 准确，可以用来罔定采场境界、编制采剥进度计划， 即有矿量，又有品位，还能兼顾采剥工作线与运输线 路的连接关系。但是需手工绘制地质平面图，工作 量大、周期长、影响设计进度。 而对于国外引进的S u r p e c 软件，利用剖面建立 三维模型，比较简单，但准确性不高，尤其是矿体形 态复杂、多层位、多品级的矿床，层位对应关系不好 确定，建模困难，特别是编制采剥进度计划的功能还 没有完全解决。因此，目前在露天矿设计中如何把 国内外已开发的设计软件，有机地结合起来，解决复 杂矿体的三维矿化模型，境界圈定和计划排铲，仍是 一个重要的课题。 3 ．2 合理矿山生产能力的确定 在设计中确定露天矿生产能力的原则，主要是 根据国家的需要、矿山资源条件 矿石工业储量 、 开采技术可能和经济合理以及建设单位要求等因素 综合分析确定。 露天矿生产能力确定方法主要有三种即按采 矿台阶可布置的挖掘机工作台数、按矿山工程年延 深速度、按合理服务年限确定矿山生产能力。最后 通过编制采剥进度计划来验证矿山生产能力。进而 均衡生产剥采比，确定基建工程量和矿山投产、达产 时间。 通常设计中这几种方法都一并考虑，并按照设 计规范规定的指标，综合确定矿山生产能力。但是， 近几年，在市场经济条件下，往往不受合理服务年限 制约，着重从企业对矿石的需求，或经济效益最大化 来确定矿山规模。另外，随着矿山装备水平的提高， 采装运主体设备趋于大型化、高效化，使采矿强度大 大提高，这样，再局限于规定的年下降速度，并以此 来确定矿山规模也似乎不妥。因此，这些方法都需 要在设计中认真研究，甚至有必要修改有关的设计 规范。 为了与矿山生产能力相适应，露天矿装备一般 都按照表l 确定。 2 3 增刊现代矿业2 0 0 9 年5 月 近几年随着大型、特大型露天矿工程项目的增 多，并参照国外大型矿山的采装运设备采用多种型 号的情况。国内矿山的装备水平也应采取多层次、 多元化的方针。主体采装运设备要尽量大型化、高 效化，且不拘泥于一种型号。比如太钢袁家村铁矿 设计，曾按照不同的矿岩硬度选取不同的穿孑L 设备。 由于该矿的矿石很硬．厂 2 0 。所以，矿石穿孔曾考虑 选取美国阿特拉斯公司制造的p v - 2 7 5 型潜孔钻机， 风压达3 0 k g , e m 2 ，适用于．厂 2 0 的硬岩，台效率高达 1 2 万～1 5 万m ／ 台a ，折成6 0 0 万t ／a 左右。 国外一些矿山，如澳大利亚几个铁矿山，巴西南部 一个铜矿山，矿石很硬，采用高风压潜孑L 钻机，效率 高达1 0 万m ／ 台a ；北部卡拉加斯铁矿厂 2 5 ，选 用p v - 2 7 1 潜孔钻，效率达1 2 一1 4 万m ／ 台a 。 而岩石．厂 8 一1 2 ，穿孔选取口3 1 0 3 5 0 m m 的进口牙 轮钻。运输设备选用载重1 7 2 ～1 8 6 t 几种型号的电 动轮汽车。 装载设备也不局限于斗容1 6 ．8 m 3 以内的电 铲。国外有些矿山选用液压挖掘机，其优点是质量 轻，比机械铲轻3 0 ％一4 0 ％，无级调速，高速反转， 传动平稳，工作可靠，操作维修简单。 今年中冶北方工程公司在澳大利亚兰伯特角露 天矿设计中，矿石产量48 0 0 万t ／a ，采剥总量1 2 9 6 0 万t ／a ，选取斗容3 4 m 3 液压铲6 台，台年效率高 达20 0 0 多万t ，穿孔设备选用11 9 0 E 或p v - 3 5 1 牙 轮钻，台年效率达l O 万m 。运输设备选用3 6 5 t 电 动轮汽车，共2 l 台。 设计在主体设备数量计算上要充分留有余地， 一般可考虑1 ．1 一1 ．2 生产不均衡系数。同时对辅 助生产设备也要配套，配足，确保主体设备效率的发 挥。在太钢袁家村铁矿设计中不仅选用了常用的履 带式推土机、前装机、平地机、压路机、碎石机、汽吊、 洒水车、炸药混装车等辅助设备，还相应选取了轮式 2 4 推土机、堵孔机、轮胎机械手、多功能电缆车、移动式 发电机、启动加热车、移动照明车、工程检修车、维修 工具车等配套的辅助设备，这样才能达到特大型露 天矿设备大型化、高效化的目的。 3 ．3 露天矿开拓运输 按矿岩运输方式，露天矿开拓运输方法主要有 ①公路开拓运输；②铁路开拓运输；③公路一铁路联 合开拓运输；④公路 或窄轨铁路 - 平硐溜井联合开 拓运输；⑤公路．破碎站一胶带机联合开拓运输。 3 ．3 ．1 选择开拓运输方式的主要原则 矿山基建时间短、早投产、早达产；生产工艺简 单、可靠、技术上先进；基建工程量少，施工方便；基 建投资少，尤其是初期投资要少，生产经营费用低； 不占良田，少占耕地。 总之，露天矿开拓运输方式的选择要进行综合 技术经济分析比较，选择最佳方案。 3 ．3 ．2 汽车．破碎站一胶带机联合开拓运输方式的 选择与应用 目前，国内大中型露天矿采用单一铁路运输系 统很少，采用铁．汽联合开拓的矿山也不多。 近些年来，国内改扩建，或新建的大型露天矿， 一般都采用汽车一破碎转运站．胶带机联合开拓运输 方式，诸如鞍钢大孤山铁矿、东鞍山铁矿、齐大山铁 矿、胡家庙铁矿、本钢南芬铁矿、首钢水厂铁矿、太钢 袁家村铁矿、江西德兴铜矿等。 这一开拓系统适用于矿岩运量大的大型和特大 型深凹露天矿，或高差较大的大型山坡露天矿。 这种联合开拓系统按照破碎站的固定程度可分 为固定、半固定及半移动式三种形式。 固定式破碎站 如南芬矿石破碎站 是把破碎 站布置在露天采场最终境界之外，其位置不变，为全 矿开采服务。其优点是一次建成，永久使用，不必移 置。其缺点是汽车运距逐渐增加，尤其是深凹露天 刘仲文冶金矿山采矿设计简述 2 0 0 9 年5 月 矿更为突出，这样降低了运输设备效率，增加了设备 数量，且矿岩运输费用也增高。 半固定式破碎站 南芬l 。岩石破碎站 ，当露天 边帮岩性稳固，且无其他线路干扰时，胶带机布置在 露天斜沟内，其布置形式多直线式或“之”字形式。 当露天边帮不稳固，或有其他线路干扰，或边帮未靠 固定帮等原因胶带可布置在斜井内，即在露天矿非 工作帮或端帮下部布置斜井和石门等井巷工程，安 设胶带机。 半固定式破碎站优点是采场内汽车运距短一些 与固定式比 ，增加了产量，提高了劳动生产率。 其缺点是破碎站随采场下降而下移，每隔若干年移 设一次，且此系统建设周期长，工程量大，投资多，设 备维修条件差，移设困难，需配置专门履带运输拖 车。 半移动破碎站 如鞍钢齐大山铁矿、首钢水厂 铁矿 ，即把移动式破碎机组安放在采矿、剥岩工作 水平上，随采剥工作面推进和向下开采 每隔3 4 个台阶或4 ～5 a 向下移设一次。其优点是破碎机 可拆几个套件，用履带拖车进行整体移设，采用此系 统可大大缩短汽车运距，减少汽车数量，降低矿岩成 本，提高生产能力。 最近中冶北方工程公司设计的太钢袁家村铁矿 2 2 0 0 万t ／a 生产规模，开拓系统通过方案比较，最后 确定矿岩运输均采用汽车- 半移动破碎一胶带联合运 输方案。 矿石运输系统在露天采场西端帮布置一套运 矿系统，破碎机型号为6 3 ’8 9 ’旋回破碎机，其能力 为2 2 0 0 万t ／a ，4 5 个工作水平移设一次。与其相 适应的钢芯胶带选取带宽1 ．6 m ，带速4 m ／s ，运输能 力5 4 0 0 t ／h ，电机功率3 8 0 0 k W 。 岩石运输系统设计根据露天采场情况，在上、 下盘分别布置一套运岩汽车一半移动破碎一胶带系 统。 1 下盘岩石汽车一半移动破碎．胶带系统。下 盘岩石汽车- 半移动破碎．胶带系统在采矿第5 年开 始使用。半移动破碎机选择6 3 ’一11 4 ’旋回破碎机， 半移动破碎一胶带系统能力为3 5 0 0 万t ／a 。 下盘主胶带以明胶带布置方式沿地形布置。主 胶带为钢芯胶带，运输能力85 0 0 t ／h ，带宽2 ．0 m ，带 速4 ．5 m ／s 。 排土机初始路堤利用前期汽车排土以及尾矿坝 形成，下盘布置两条移置胶带，采用排土机配合推土 机排土。排土机选用V A S P 2 0 0 0 ／5 0 5 0 型排土机， 能力1 30 0 0 t ／h 。 随着采场降深，将下盘岩石半移动破碎机向采 场内移设，约每隔4 个台阶向下移设一次，主胶带机 布置在采场下盘固定帮上，随着移动破碎机移设而 向下延伸。 2 上盘岩石汽车．半移动破碎一胶带系统。上 盘岩石汽车．半移动破碎一胶带系统在采矿第1 3 年 开始使用。半移动破碎机选择6 3 ’一8 9 ’旋回破碎 机，半移动破碎．胶带系统能力为2 8 8 0 万t ／a 。 上盘主胶带为钢芯胶带，运输能力69 8 0 t ／h ，长 为7 2 8 m ，带宽1 ．8 m ，带速4 ．5 m ／s 。 排土机初始路堤利用汽车排土形成，在上盘排 土场布置移置胶带，采用排土机配合推土机排土。 排土机选用V A S P l 6 0 0 ／5 0 5 0 型排土机，能力8 8 0 0 t ／h 。 随着采场降深，将上盘岩石半移动破碎机向采 场内移设，约每隔4 个台阶向下移设一次，主胶带机 布置在采场上盘固定帮上，随着移动破碎机移设而 向下延伸。 关于破碎站形式和移设时间。破碎站的布置形 式及移设时间，始终是采用汽车．半移动破碎一胶带 联合开拓运输方式的关键问题。国内有两种方式 1 带重板给料机的破碎站形式。鞍钢齐大山 铁矿的矿石及岩石粗破碎均采用半移动破碎旋回破 碎站，分三个部分给矿部分、破碎部分和排矿部分。 破碎机为6 0 ’～8 9 ’旋回破碎机。汽车给入金属矿仓 后采用重板给料机给矿。 破碎站移设时采用履带车，分为三部分进行搬 运和组装，搬运组装方便，移设时间短，根据齐大山 铁矿的实际移设时问为l 周左右。经过多年实践生 产，该破碎站存在的主要问题是破碎设备作业率较 低，其原因是多方面的，最主要的原因是重型板式给 矿机给矿方式为一面给矿，矿石不能挤满矿仓，这样 造成旋回破碎机衬板磨损极不均匀，使衬板更换周 期缩短，从而影响到破碎机的作业率，齐大山铁矿实 际使用时间是，大约4 0 d 需要更换一次定锥衬板，每 次更换时间为4 d 。另外重板本身故障也较多，使用 重板的生产成本也较高。 2 采用模块化的直接给矿的破碎站形式。水 厂铁矿的矿、岩破碎站均采用6 3 ’～7 5 ’半移动破碎 站，采用自卸汽车，从两面直接给矿方式，破碎站在 采场露天布置，采用简单的混凝土基础，安装高度约 2 0 m 。破碎站由独立的钢结构架支撑，给矿仓和控 制室由围绕在破碎机周围的钢结构支撑，汽车把岩 2 5 增刊现代矿业2 0 0 9 年5 月 石卸到旋回破碎机上部的钢结构矿仓中，直接给人 旋回破碎机，破碎机下部设有排料仓，由排料皮带给 到排岩的主胶带机上。 其破碎站采用1 6 个模块组成，搬迁时，通过 3 5 0 t 汽车吊将两侧栈桥及破碎机模块逐个吊至平板 车上运往新址组装。整个搬迁过程需要大约4 周时 间。 通过实际使用情况看，由于采用汽车两侧挤满 给矿，有利于破碎机效率发挥，破碎机的作业率显著 提高，破碎机的定锥衬板，可以使用3 4 个月时间， 基于上述实际生产经验，太钢袁家村铁矿破碎站选 用两侧汽车直接卸矿方式。 胶带机的合理选择也是保证此开拓系统正常运 行的重要环节。 首先要搞清运送物料的特性，包括粒度组成、堆 积密度、堆积角、最大倾斜角、温度、水分、粘度和磨 琢性等。 择优选择胶带的路由，确定水平运输或上运、下 运方式。一般上运极限倾角1 6 。，下运极限倾角 1 2 0 。 计算胶带机的输送能力，一般按年运输量的要 求考虑1 ．2 无矿仓 的不均衡系数，有矿仓时取1 ． 1 1 ．2 ；同时与破碎机的小时最大处理能力相适应。 依此来确定带宽、带速、拉紧装置的型式和驱动装置 的位置，同时进行强度验算。通常按系统最大受力 验算胶带机带强，按照安全规程规定，安全系数应≥ 5 ，设计一般选取7 9 。 关于胶带机启动方式，目前有三种，即液力耦 合，C S T 和变频启动。由于变频启动适用运量大，电 机功率大的胶带运输，且启动系数小，胶带所受张力 小，节约能耗，减少投资。所以，袁家村铁矿采用变 频启动。 3 ．4 关于排土场设计 3 ．4 ．1 选择排土场的基本要求 1 不占良田、少占耕地，避免迁移村庄，有利 于被征用土地的复垦。 2 场地地形横坡一般宜在2 4 。以内，要求工程 地质较好，无大量不良地质现象，水文地质较简单。 3 尽可能靠近露天采场，并在剥离重点区一 侧，以利缩短剥离物运距。场地标高稍低于对应的 剥离阶段高度，使其能重车下运。 4 排土场场地应位于工业场地、居民区等设 施的最小风侧和生活水源的下游。 3 ．4 ．2 排土场的设计要素 2 6 排土场的设计要素包括地基坡度、阶段数 层 、总边坡角、阶段边坡角、阶段高度、总高度、安 全平台宽度、占地面积和总容积等。 3 ．4 ．3 排土工艺 根据露天矿采用的运输方式和排土机械不同， 排土工艺可分为汽车运输- 推土机排土；铁路运输一 挖掘机排土、排土犁排土、前装机排土；胶带运输．排 土机排土。 3 ．4 ．4 露天开采矿山排土场稳定性设计 露天开采矿山排土场安全稳定性设计是排土场 设计组成部分，按照排土场工艺设计要求，必须对排 土场进行稳定性计算分析。由于在设计阶段，一般 矿山缺少排土场稳定性计算所需要的相关参数，设 计中一般选取经验参数和类似矿山的实际分析资 料，初步计算排土场的稳定性，并根据计算结果和相 关规范要求，提出保证排土场稳定性的安全对策措 施。 具体在排土场设计中，应明确以下几点根据国 家颁布的金属非金属矿山安全规程和金属非金 属矿山排土场安全生产规则，在排土场位置选定 后，应进行专门的地质勘探工作。建设单位应委托 研究部门进行排土场专题研究。据此，设计应提出 相应的排土场稳定性措施，通常对排土场下面的软 弱地层进行处理，为避免排土场成为矿山产生泥石 流重大危险源，应在排土场周围设拦石坝、截水沟。 为保证排土场不致因滚石、滑坡、塌方等威胁采矿 场、工业场地、居民点、铁路、道路、电网、水域、旅游 景点等的安全，设计中应明确提出安全距离。对于 排土工艺、排土顺序、阶段高度、总堆置高度、安全平 台宽度、总边坡角、滚石滚落可能的最大距离及相邻 阶段同时工作的超前堆置距离等参数，也要作出明 确规定。 这里值得提出的是，目前虽然相关规程提出了 排土场勘探的要求，但未明确相关的勘探原则和具 体的勘探规定，以及提出的勘探资料的使用方法和 使用条件，这些需要上级有关部门尽快提出规范意 见。 太钢袁家村铁矿按照上述要求进行了排土场设 计。根据地形条件以及与采矿场的空间关系和排土 总容量的要求，设计选取南、北两个排土场，并对所 选定的位置相应地要进行工程和水文勘探工作。目 前，南排土场已布置了9 条勘探线，2 2 个钻孔，提交 了勘探报告。北排土场正准备进行勘探工作。 排土工艺前期汽车- 推土机分段排土；后期胶 刘仲文冶金矿山采矿设计简述 2 0 0 9 年5 月 带一排土机分段排土。 排土场设计要素阶段高度8 0 一1 7 5 m ，阶段坡 面角3 3 ．6 9 。，总堆置高度 3 0 0 n i ，安全平台宽度 8 0 m ，总边坡角2 7 ．6 0 。 排土场的安全设计 1 首先弄清影响排土场稳定性因素，主要有 地基土及坡度，排土物料的力学性质、排土工艺、大 气及水文地质条件、地震及采场爆破等。 排土场滑坡破坏模式主要有，排土场内部滑坡。 沿排土场地基软弱层滑坡，沿地基接触面滑坡。 根据以上基本分析，设计提出袁家村铁矿南北 排土场要全部清除最终排土境界1 0 0 m 以内的第四 系软弱层 特别是湿陷性黄土 ，并将地基削成阶梯 状。 2 排土场最终境界2 0 m 以内，要求排弃大块 岩石。 3 排土场滚石距离按排土台阶高度Ⅳ的0 ．7 5 即0 ．7 5 n 倍考虑，排土作业过程按此范围设安全 警示标志。4 禁止人员进入的危险范围。按排土 台阶高度日的2 即2 H 倍考虑，同时要求附近的村 庄居民，原则上全部动迁。 为了防止排土场产生泥石流灾害，设计要求在 排土场周围设截水沟、拦石坝。为了延缓排土场沉 降速度，避免排土场路基下沉以及前沿过早出现裂 隙，设计采取限制排土高度，控制排土速度，不集中 排弃，分区段排弃等措施，提高排土场的稳定性。同 时为了随时了解排土场的稳定性动态，设计要求建 立现场监测网，使用不同的仪器、设备与方法进行E t 常监测，并及时作出排土场的稳定性分析，提出治理 措施，防患于未然。 4 地下采矿设计 地下采矿设计重点介绍以下几方面矿山分期 开采与开采顺序、矿山开拓系统、采矿方法、矿井通 风与防尘、矿山防治水、采矿综合自动化等内容。 4 ．1 关于分期开采与开采顺序 对于埋藏比较深，矿体水平投影面积比较大，矿 石储量比较多或者近地表的覆盖岩层充水丰富，有 断裂构造不允许塌陷等大型矿床，设计首先应该研 究是否实行统筹规划、分期开采。正确选择首采区 段，合理确定开采顺序，使其达到基建时问短，投产、 达产快，初期投资省，经济效益好的目的。 马钢罗河铁矿是属于大型铁矿床，矿体东西走 向近2 k i n ，南北平均宽近1 k m ，矿体水平投影达 2 k i n 2 ，矿体埋藏在⋯4 0 08 5 0 m ，铁矿石储量近5 亿t ，且矿体近水平状态，呈东浅西深趋势，东部矿体 主要赋存于⋯4 0 06 0 0 m ，而西部矿体主要赋存 于⋯5 0 0 8 0 0 n l 。东部矿石品位高，平均3 6 ．5 ％， 西部矿石品位低，平均3 2 ．9 3 ％，该矿床又含一部分 硫铁矿，地温呈东低西高的趋势，东部2 9 。一3 4 。，西 部3 5 0 一4 0 。。 根据罗河铁矿的具体赋存条件和开采技术条 件，设计实际分期开采，即以第8 勘探线为界，在水 平方向上将矿体分成两部分，～期开采东部一6 2 0 m 以上矿体，可采矿量近1 ．8 亿t 。二期开采西部一 6 2 0 8 0 0 m 之间矿体。全区开拓系统实行统一规 划，分步实施。全矿区预计要布置1 1 条竖井，其中 主井2 条，副井1 条，废石井1 条，专用进风井3 条， 回风井4 条。而一期开采，只建设l 条主井，1 条副 井，l 条废石井，l 条进风井和2 条回风井，总井巷工 程量少，基建投资近省。基建时间短，投产早，达产 快。且采出矿石品位高，经济效益显著。 而矿山规模实行统一平衡，一期可以达到3 0 0 万t ／a ，当一期向二期过渡，一、二期同时生产时规模 可以达到6 0 0 万t ／a ，当一期开采结束，二期规模也 能维持3 0 0 万t ／a 。 现正进行设计的马钢张庄铁矿属于水文地质条 件复杂的矿床。矿床上部氧化矿厚度平均近4 0 m ， 其裂隙发育，疏松破碎，稳定性差。上部又覆盖有巨 厚第四系碎石层、流砂层。底部有几十米的粘土层， 局部有“天窗”存在，会导致第四系砂层水与风化裂 隙水发生水力联系，导致开采技术条件复杂。 矿区地表有村庄，人工水塘和基本农田。因此， 要求井下开采不仅不允许地表塌陷，而且要求对含 水层接触越滞后越好。 张庄铁矿矿体主要赋存于⋯1 9 08 0 0 m ，走 向长度2 3 0 0 m ，但呈上长下短态势。一4 0 0 m 一地表 走向长度2 3 0 0 m ；一4 0 0 m 以下矿体控制走向长度急 剧变短，～般 4 0 m 的 覆盖层，其作用有4 个，一是减缓地表暴雨迳流迅速 渗入井下，防止突水事故发生；- - 是对露天采场边坡 起到压坡脚的稳定作用；三是为露天底以下的矿体， 采用无底柱分段崩落法回采起到垫层作用；四是防 止井下漏风，对采场防冻有好处。 海南铁矿在露天开采结束的后4 a ，将实现露天 开采与挂帮矿体开采同时进行。此时，挂帮矿体开 采将造成东端露天边帮逐渐破坏，而西端露天采场 仍正常生产，如何确保二者安全生产，互不影响，设 计考虑了两项措施。其一，露天采场，特别是露天底 O m 水平要有足够的超前空间，充分考虑东端帮边帮 塌陷下滑或滚石下落的安全距离。其二，在O m 水 平，除了保证电铲作业留出一定距离外，在其他部位
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