采矿方法设计图.doc

第四章 采矿方法设计图 教学目的 使学生了解采矿方法设计的基本内容和步骤，能够熟练绘制和阅读采矿方法设计图纸，能按照标高投影原理绘制重叠图，通过无底柱和有底柱分段崩落法设计图纸的讲解，能针对不同的采矿方法设计图纸读懂巷道关系和用途，各主要生产工序。 重点及难点 1.采矿方法设计图纸的基本内容； 2.重叠图的绘制方法； 3.无底柱和有底柱分段崩落法各巷道的布置关系。 第一节 地质图纸 采矿方法设计时，地质图纸涵盖了矿体赋存情况、地质构造等设计所需的基本信息，它是进行设计的基本资料。 地质图纸的基本内容1.矿体边界；2.上、下盘岩层情况；3.地质构造情况。 地质图纸的绘图比例尺根据矿体大小、矿体变化情况和采矿方法的结构参数确定。一般用1200比例尺，矿体比较大，产状要素变化比较稳定时，可用1500比例尺。 一般有平面图、横剖面图和纵投影图三种。 1.平面图 包括上、下中段平面图，有时有中间水平探矿工程，还要有中间水平平面图。特点上、下中段的探采工程多，揭露和控制的矿体地质信息充分、准确、可靠，是绘制剖面图和中段预想平面图的原始资料。 2.横剖面图 它说明矿体在垂直方向上的变化情况，包括倾角、厚度、上下盘接触面、断层落差、倾角等。 一般根据平面图绘制，如果有天井、钻孔通过上、下盘边界时，也可作为圈定矿体边界的重要依据。所以，横剖面图准确程度的高低主要取决于对象（矿体、地质构造等）控制平面的掌握程度。 矿体形态比较简单时，矿体边界可由控制平面之间的距离按照第一章的方法绘制，当矿体产状变化较大时，必须同时考虑控制平面上所见的矿体边界、倾角、邻近剖面图和探采工程掌握的矿体变化规律，进行地址推断，画出矿体边界。 3.纵投影图 1～2张，表明矿体沿走向方向的变化规律，第一章介绍方法绘制。 4.中间水平平面图 有时需要绘制中间水平（如耙矿水平） 16 第二节 采矿方法设计图纸 设计人员得到设计所需的地质图纸后，要到现场调查和对照，检查图纸，搞清图纸内容的准确程度，以及矿体、围岩分布及稳固情况，地质构造情况，矿石品味及变化情况，作为开采方法选择与设计的依据。 在上面的基础上，结合矿山资源大小、勘探可靠程度、开采技术条件、投资规模、生产技术和装备水平，提出初步采矿方法，布置采准、切割巷道，并对主要的生产过程（切割、崩矿、出矿、通风和防排水等）作出一定程度的分析。 初步方案选定后，经专家论证，最后提出采矿方法设计，报上级部门审批，而后进行施工设计。 上面就是金属矿山采矿方法设计的基本步骤。在地质图纸上，把各种采矿工作，主要是采矿巷道添绘在图纸上，就得到了采矿方法设计图。因此，在绘制地质图纸时，不仅要考虑矿体的形状变化等因素，还要考虑采矿方法设计的需要，并且，也有一些地质图纸专门为采矿方法设计服务。 一个完整的采矿方法设计包括图纸和文字说明两部分。图纸占主要部分，只是对用图纸不能或不便于表示的内容，才用文字说明。 采矿方法设计一般包括下列内容 1.矿体开采技术条件简述。 2.选用方案的主要依据。 3.采矿方法的结构尺寸及主要生产过程。 4.施工和生产中的注意事项和安全措施。 5.主要技术经济指标。 6.工程量表。 下面以“红工”矿为例，图84，介绍采矿方法设计图纸的主要内容和阅读方法。 阅读采矿方法设计图，不仅要读懂图纸表示的内容，而且要能对设计内容作出技术分析。 阅读图纸的原则与阅读地质地形图一样，首先将图纸分成若干单元，一个单元一个单元地阅读，搞清单元局部表示的内容之后，再综合起来阅读，分析各单元之间的联系，图纸表示的内容经过这样一个由局部到整体的过程之后，我们就能掌握图纸的全部内容了。 采矿方法设计图，都包括矿床的自然条件，如矿体分布、形状和地质构造，还包括用巷道表示的采矿方法。 采矿方法设计图一般最少有上下中段平面图各一幅，从这些图上就可以看出矿体水平厚度、走向长度及上、下盘变化。横剖面最少有2～3幅，可以看出矿体倾角，厚度和上、下盘（垂直走向上）变化。有时，还要绘制中间水平剖面图。 分幅读完后，按照坐标网线，对其相同的坐标网线，将上、下中段平面图重叠起来，分析矿体的倾角、厚度变化情况，结合横剖面图，想象矿体的立体形状。 读巷道时，也是采用的此方法，可以先按照它的作用和位置，读出主要巷道，分别阅读，再综合起来，进而构建各巷道间的空间位置关系。 初学者，可以用“对关系”法，搞清各幅图纸间的相互关系 1.读矿体的上下中段平面图，按照坐标网重叠对好，读出矿体倾斜方向。 图84中，（一）（二）两图，按坐标（5420，6940）对其上、下中段平面图，可知矿体的倾向为东南，图幅的矿体上边界线为下盘边界，下边界线为上盘边界。 2.对应剖面图与平面图的标高水平。 图84（三）、（四）、（五）剖面图中73米标高水平对应图（二），13米水平对应图（一）。 3.将剖面图上的对应标高水平，放在平面图上同号剖面线上，注意使剖面图中的矿体倾向与平面图一致。 4.按剖面图上标出的基准线，确定它在平面图中的具体位置。 综上，“对关系”法可概括为查明一个关系平面图中上下盘关系；对上三条线标高水平线、剖面位置线、作图基准线。 图84中的平面图是按照巷道顶板绘制的，因此对关系应按照剖面图中的顶板矿体边界对平面图中的矿体边界。 图84平面图中，有用边界线圈的矿块，是根据13米上下盘沿脉钻凿的深孔资料确定的。矿体的73米中段水平厚度变化在10～20米，最厚处（Ⅱ-Ⅱ附近）达到30米左右。 从剖面图（三）、（四）可以看出，矿体下盘倾角70左右。应该指出，Ⅰ-Ⅰ剖面图上下盘边界线基本上是按照前面所讲的绘制剖面图的方法圈定的。而Ⅱ-Ⅱ剖面图的绘制，则是根据上、下中段平面图中显示的矿体变化，以及附加的勘探工程，13米中段A硐室2个深钻孔的勘探资料，将矿体倾向和倾角分别由各中段向中间推断一定高度，而后进一步推断中间部分。 最后，按照坐标网线将上、下中段平面图重叠，看出矿体倾角为130。由于矿体被三个直立的矿壁切割分成，所以矿段沿走向，下中段比上中段长；水平面上，上盘侧比下盘侧长，设计轮廓近似梯形。 根据几张图表示的矿体和巷道情况，结合它们之间的相互关系，就可以逐渐掌握设计图纸的主要内容了。实际上，这个过程是不断的阅读，不断的琢磨的过程，只有不断的阅读和练习，才能提高读图的准确性和效率，在掌握了基本的读图要领后，要不断的进行阅读练习，才能孰能生巧，准确而高效的掌握图纸反映的地质和设计信息，达到看图知意的程度。例如，在矿山救护与应急指挥中，常常任命一些老的工程技术人员根据图纸进行指挥与营救活动，主要是因为他们在多年的实践中，达到了读图准确和高效的境界，从而能够及时、有效的组织营救活动，为井下被困人员赢得最佳的生还时间，最大程度的减少国家、矿上企业和员工的生命、财产损失。 初学时，可以剪出矿体的平面图和剖面图，按照对应位置摆好，再想象矿体的形状。但仅仅适用与经验积累阶段。 我们读完矿体的形状，再进一步阅读巷道部分。图中，实线表示已掘巷道，虚线表示设计巷道。若无中间水平探矿，只有在中段水平上才有实线巷道。 阅读巷道时，遵循的一般顺序是，先读运输水平的巷道布置，再读二次破碎水平的巷道（电耙巷道或二次破碎巷道），继而读矿房拉底巷道，分段水平时，从下向上读，直到上水平运输巷。最后，读连接各水平的垂直（或倾斜）的为多水平服务的巷道（行人、通风天井和溜矿井等）。 搞清了巷道的相互关系和作用后，结合矿体形状与变化，就能逐渐掌握采矿方法设计图所反映的地质情况和设计布置情况了。 在阅读采矿方法图纸之前，要对选用的采矿方法的基本结构和主要生产过程有一个基本的了解。图86是“红工”采矿法示意图。在矿房中，首先开凿岩天井1，钻凿水平扇形深或中深钻孔分层崩矿，采场中的矿石经进矿口2溜进电耙巷道3，由溜矿井4放到运输巷道5装车运走。 拉底巷道掘完之后，要对其周边开帮扩大，完成拉底工作，形成崩矿自由面。 一般情况下，采柱的矿石损失和贫化要比采房的大，在“红工”采矿方法（图84）中，为减少矿石损失，加大了矿房尺寸，并尽可能减少底柱矿量。采取措施有底柱采用平地结构；将电耙巷道水平和运输水平合成一个水平，矿石由溜矿井放到下中段，在下中段出矿。 在图84（一）中，下盘沿脉巷道是本段的主要运输巷道，与进风井相连，新鲜风流有该巷进入各采场；上盘沿脉巷道对设计矿块来说，是回风巷道，与回风井相通。开掘到Ⅱ-Ⅱ剖面线位置，要继续开掘。 垂直走向布置了两条电耙巷道，两侧每隔7米开掘进矿口，1号7个，2号8个。1号电耙巷道采用分支倾斜巷道4与溜井2相连，2号则采用底板斜坡与之相连图84（六）。采场矿石经进矿口，溜进电耙巷道，而由电耙耙至溜井，下放到下中段（-47米）运输巷道装车运走。 为完成拉底工作，设计了四条拉底巷道5、6、7、8进行开帮，形成一个水平的切割槽。由于采用平底形式的底柱，拉底和电耙巷道在同一水平，即13米中段水平上。图84（五）。 该设计将电耙水平与运输水平合并的优点是 1.降低了底柱的高度，减少了底柱矿量，从而减少了矿石损失； 2.便于电耙巷道、拉底巷道和拉底过程中矿岩的运输，提高了运输的效率，如在运输水平上开掘这些巷道，要人力运搬矿岩，效率低，工人劳动量大； 3.溜矿井容量大，可使装车与耙矿工作互不影响，平行作业，耙装效率高。 适用条件分析 1.下中段的开拓工程必须进行完毕，形成完整的运输系统，因此，上中段的采切准备受制于下中段的开拓进度。 2.为保证凿岩工作的安全，天井不能设在采矿区内，下中段凿岩天井出口和通风井出口位置难于选择，（与耙矿相通不安全）要深入分析。 3.底柱矿石坚硬稳固，同时一个中段正常生产，还相对增加了采准工程量，这与矿井设计中进快组织生产原则相背。 参考内容]（1）对电耙底部结构三种形式的比较，见下表 结构类型比较项目 漏斗式 堑沟式 平底式 底柱稳定性 稳定 差 不稳定 结构复杂程度 复杂 简单 最简单 采准工作量 大 小 最少 切割效率 小 中等 大 底柱高度 大 中等 小 生产实际中，常根据上、下中段平面图设计采矿方法。但在施工中，采掘工程揭露的矿体形状有时与预想和推断有较大的变化，这时，就要对原设计进行修改和补充。因此，为减少这种情况造成的设计失误，要在初步设计和完善设计过程中提前对这种变化进行准备。采取的措施是 1.改变采准切割巷道的布置甚至增减采准巷道。 2.按照“探采结合”的原则，布置采准巷道的施工顺序。先开掘能够探明矿体边界的巷道，在开掘其它巷道。例如，沿脉拉底巷道超前电耙巷道掘进，以确定电耙巷道的方向和合理的位置。 采矿方法设计中，有时根据掌握的矿体边界精确程度，将一些局部设计推迟在一些采准工程完毕后进行。如“红工”采矿法设计中，切割立槽是在拉底揭露的矿体边界基础上进行的，崩矿设计是在切割立槽完成后并结合矿体边界情况进行的。 图84（一）和（五）中，完成拉底巷道后，浅孔进行开帮，完成拉底工作。此时的拉底高度与巷道高度一样，同为2米高。为保护电耙巷道和进矿口，在它们上面必须留矿柱支撑围岩和抵抗上面崩落矿岩的冲击。为此，要从拉底空间继续向上开掘直到超出拉底上面的桃形矿柱顶盖2米为止，这部分工作用水平扇形中深孔崩落。除可用原设计的凿岩天井钻凿外，还在一些进矿口向上开掘小短井，从小短井钻凿这些中深钻孔。图87中。 图88表示了拉底和开掘切割立槽的顺序。拉底巷道5、6、7、8开帮扩大，开除水平切割槽Ⅰ，在它之上用中深孔开掘切割立槽Ⅱ，在开凿电耙巷道顶盖部分Ⅲ，该部分用水平平行深孔崩落。在顶盖上平行纸面开掘三条短水平巷道，以钻凿深孔。在顶盖与上部矿石切断后，矿房有完整的崩落自由面，用浅孔修正斜面Ⅳ。 开掘完切割立槽后，就可进行崩矿设计，每次可崩落3～4排深孔。在施工时发现矿体的上盘侧向外膨大，又补充了两个短天井（5井和6井），6排深钻孔高度。 在进行大量崩矿设计时，炮孔设计图中用标记的方式表明每个天井的炮孔数、孔深和方位角，图90。小圆点表示架设凿岩机的中点。 图84（二）中表示了四个凿岩天井的上口。由于天井采用吊罐法施工，天井是垂直的，而矿体是倾斜的，说明1、2、3号天井由下向上逐渐靠近矿体上盘，最后离开上盘到上盘岩石中。这种天井与矿体的变化使得原设计的凿岩天井凿岩深孔达不到矿体下盘边界，势必造成矿石丢失，为此，在下盘侧补充开掘天井，布置凿岩巷道钻凿立面扇形深钻孔，向采空区方向崩矿。图91中56米、40米水平的凿岩巷道。 图91是当回采标高达到50余米时提出的13米中段47米水平重叠图，是回采下盘矿石的设计图。包含了13米中断巷道、47米水平矿体轮廓、采空区边界以及40米、57米水平补充的凿岩巷道。是几个平面图按同一坐标网投绘在一起形成的图纸，叫重叠图（第三节将专门介绍）。 该图和图84中“红工”3号采场采准设计图相比，矿体边界的形状差异较大，在3号采场设计中，矿体的轮廓是由上下中段平面图控制的，同时13米中段由于工程较少，揭露不够充分。在下盘岩石的回采设计是，随着采准的施工和崩矿的进行，掌握的矿体形状进一步准确，这就要对原设计进行一定的补充和修改。实际上，由于人员不能进入采场，该设计的矿体边界，也是根据现有情况推断的。 从3号采场的西侧1号电耙巷道旁边，开凿一条垂直天井3，40米、50米各开凿了一条凿岩巷道（1、2），向上钻凿扇形深钻孔，向采空区崩矿，矿石仍然从3号采场电耙巷道放出。 上面我们详细的讲述了“红工”3号采场采矿方法设计图。主要内容有 1.地质图纸的形成过程，如何根据图纸构建矿体的立体形状。 2.读图的一般顺序，先读矿体，后读巷道，有局部到整体，由下向上，再综合矿体、巷道，从而掌握它们的相互关系和空间位置。 在阅读“红工”采矿方法设计图是，我们对巷道部分的阅读采用了分段阅读的方式，从13米中段读出通风系统和出矿系统后，读了拉底和开切割立槽的过程，接着向上读凿岩天井及崩矿，一直到73米中段水平，这就明确了3号采场通风、行人和运料等系统的路径，巷道布置和生产的基本情况就详细掌握了。 对应的采矿方法立体结构如图92所示，我们可以检查一下自己的读图能力，是否在我们头脑中能形成图示的巷道立体交叉情况。 下面我们讲采矿方法的技术分析。对一个采矿方法设计进行技术分析，要遵循两大原则1.技术可能性；2.技术合理性。考虑的因素有矿块的尺寸划分、行道布置、施工和生产方法等方方面面，实际操作中，要掌握的原则是分清主次，抓主要问题，活学活用。 评价技术合理性的要求是 1.作业安全； 2.矿石的损失贫化小； 3.效率高，采矿强度大； 4.矿石的损失贫化小，材料消耗低。 应该指出，在评价的过程中，“经济合理”的原则贯穿始终，市场经济条件下，企业的决策、生产行为终极目的就是遵法守理条件下的“利益最大化”，国有企业如此，民营企业也是如此，进行采矿方法设计、完善与优化，这一原则越来越重要，教材中计划经济下没有将这一条单独列出，已经不适应目前的设计趋势。 进年来，我国矿业安全问题越来越引起社会乃至国际的重视，从企业管理学的角度，矿山企业中最宝贵的财富是企业员工，而不是固定资产和无形资产，如何保障员工的生命安全、身心健康日益得到业内有识之士的共识，因此，“安全可靠”是我们采矿方法设计中应该考虑的又一重点问题。 课后题 采矿方法设计中应当遵循的原则有哪些，为什么（不少于1000字） 第三节 重叠图 上面讲述采矿方法设计时，主要利用剖面法（或兼投影法）绘制的，在平面图中，均表示的是该水平的巷道和矿体情况。在矿体倾角较小时（一般中等倾斜以下），常用重叠法绘制平面图。即将两个或两个以上水平的平面情况投绘在一张图纸的同一座标网内，这样的图纸称为重叠图。 水平和微倾斜矿体5；缓倾斜矿体5～30；倾斜矿体30～50；急倾斜矿体50。 从制图原理上讲，重叠图属于标高投影，把几个标高的平面情况垂直投影到一假想平面中，绘制成图。 图93为某矿5号探矿天井设计图，该图就是-54米中段和-89米中段重叠图。实线为-54米中段巷道，两点划线表示-89米中段巷道，虚线表示新设计的5号探矿天井和由天井开凿的水平穿脉巷道。巷道的立体关系在图94中。 图中画出了天井上下口的巷道测点（-44.060，-47.268）、（-82.415，-85.221）、（-82.870，-85.340），横线上表示顶板标高，线下表示底板标高。天井施工时，要根据这些测点给天井开掘定位，因此在图上画出了设计巷道附近的测点。 可以看出，重叠图最大的优点就是上下中段巷道关系清楚明了，图93若不用重叠图，要用-54米中段、-89米中段、-2号穿脉巷道水平三个平面图表示。在研究它们之间的关系时，还要将它们重叠起来，甚至用纸片连接起来，相当繁杂。 当然，重叠图的缺点是图面复杂，上下巷道、矿体边界交叉，不便阅读。实际应用中，用不同线条或颜色分别表示不同水平的巷道。 图95是某矿2号采场溜矿井设计图。实线表示-89米中段巷道，两点划线表示-125米中段巷道，虚线表示新设计的巷道。图中，共设计了3条溜井，1、2号溜井带有倾斜分支巷道，分别与电耙巷道向连。矿石经电耙巷道、溜矿井下放到-125中段装车运走。 巷道拐弯处，连接处都是以弯道连接的，弯道的半径、夹角、长度，根据电机车和矿车的外形尺寸，甚至设备最大部件的外形尺寸确定，均表示在图中。 分支巷道的交叉口用符号“ ”表示。附录部分表示了各设计溜井的长度、角度等情况。 第四节 采矿方法设计图纸阅读练习 一套完善的采矿方法设计图纸包括中段平面图或重叠图、剖面图甚至纵投影图。前面我们已经讲述了这些图纸的绘制和阅读步骤、要点，下面我们就进行采矿方法的阅读练习。图97就是由4个中段平面图和4个剖面图构成的某矿采矿方法设计图纸。 该图纸采用的采矿方法是无底柱分段崩落法。矿段走向长度为300米，沿全长布置有溜矿井11条，设备井1条，人行井4条，图中仅显示了5、6号溜矿井、设备井和人行井。 首先我们分析一下无底柱分段崩落采矿法。 无底柱分段崩落法60年代中期引入我国，68年在大庙铁矿、弓长岭铁矿试验成功。70年代我国设计的地下铁矿山几乎都选用了这种方法。 首先垂直方向上将矿体划分成几个中段，中段再划分几个小中段分段（高一般10米），由上向下依次回采。崩下的矿石在岩石覆盖下放矿。具有这种特点的采矿方法叫分段崩落法。分为有底柱崩落法、无底柱崩落法。有底柱分段崩落法是设底柱，电耙出矿；无底柱分段崩落法不设底柱，崩下的矿石从回采巷道的末端放出，用无轨自行设备运出（铲运机）。 图96在分段巷道（进路）钻凿立面扇形深钻2，每次爆破1～2排，崩下的矿石在岩石4下从进路的末端放出，由铲运机运出进路经分段沿脉运输平巷5运至溜井6，下放到中段运输巷道7装车运走。放出的矿石直到放出大量混岩为止，进入下一个循环。。 图中，8为矿石脊，是上分段放矿时两条进路顶部残留的矿石堆，再下分段回采时，下分段的两条进路与上分段交错布置，以便最大限度地回收矿石脊。通常上面几个分段进行回采，中间几个分段进行切割，下面几个分段进行采准，互不干扰。 一、无底柱分段崩落法 了解了无底柱分段崩落法的实质，便可对图97显示的采矿方法开始阅读了。阅读步骤为 1）先读地质部分三层铁矿体，走向西南，5、6层铁矿同采，4层单独采。 图中符号Rm为平炉富矿；Rd为高炉富矿；P为贫矿；Am为角闪岩；H为绿泥石。粗线为断层线，实线为揭露部分，虚线为推断部分，数字为断层面的倾角。 注设计中的-140、-130、-120米分段情况略去未画出。 2）阅读巷道。 该段矿体在-100上采用的是有底柱电耙出矿的分段崩落法，在无底柱分段崩落法开采设计的第一分段回采前将该底柱处理完毕。 图纸上可以看出，新设计的巷道有设备井，为提升铲运机和材料，5、6号两条溜矿井，3号人行井。 每10米划分一个分段。受凿岩技术设备及矿石损失贫化等因素的限制，一般 10－12米，炮孔深 15－18米。 每个分段水平方向上，每10米开凿一开采凿岩进路，为传脉巷道，末端开凿切割天井，进而开切割立槽，将矿石与岩石分开，并作为崩矿自由面和补偿矿石的松散空间。 沿矿体下盘开掘一条沿脉运输平巷，与矿石溜井相连，矿石由铲运机经它送到矿石溜井中下放到中段运输平巷装车。 为最大限度地回收矿石脊，上下进路交错布置成菱形。上分段回采完毕或一段距离后，下分段切割完毕，回采下分段。 贫矿Fe4沿走向布置回采巷道，要与Fe5、Fe6采用相同的回采顺序，要么从同分段走向两端向中间回采，要么从一端顺序回采。 二、有底柱分段崩落法 图98为有底柱分段崩落法，在采场底部设底柱，电耙出矿。 在回采凿岩巷道1中钻凿深孔，垂直回采巷道开掘切割立槽（图中未画）。采用挤压爆破方式崩落矿石，在底柱上面覆盖岩石进入放矿漏斗，进矿口3，溜进电耙巷道4，耙进矿石溜井5，下放到中段运输巷道6中装车运走。7为电耙联络道，8为人行小井，9为电耙巷道相通的回风巷道。 图99为某矿有底柱分段崩落采矿法设计图纸。 设计矿段由102.5中段水平到153.2中段水平，分两个分段回采。第一分段由153.2到134米水平，设8条电耙巷道，相应有8条溜井延深至102.5中段水平运输巷，矿石在那里装车运走。 在电耙巷道水平134米，靠上盘侧设有回风巷道，新鲜风流由人行天井，经电耙联络巷进入电耙巷道清洗电耙巷道，进入上盘侧回风巷道流入总回风巷道。图99（九）未画出回风巷道。 在140和148米水平上，垂直走向每隔9米开掘凿岩巷道，深孔挤压爆破方式崩矿，在每条凿岩巷道上用沿脉巷道和切割天井形成切割立槽。图99（三）和图99（四）。 下分段结构与上分段结构基本相同，我们可以根据102.5米中段平面图和各剖面图，分析下分段结构。