金属矿山露天开采设计的主要问题

金属矿山露天开采设计的主要问题

0在国家层面对施工图编制和工程组织实施具有重要作用金属开采研究表明，该矿的开发利用为该矿项目的投资和开发建议提供了论证依据。同时，编制了《采矿安全预评价报告》、《环境预评价报告》、《水土方案报告》和《灾害风险评估报告》。作为其他准备工作、编制项目申请和初步草案的依据。初步设计为施工图编制和工程组织实施提供依据,是项目建设的提纲,它的设计完整性和质量,对下一步设计工作和建设实施具有重要影响。采矿设计也是矿山设计的核心和龙头。1一般介绍1.1审中心通过的评审意见和矿产资源存量备案证明1)设计中标通知书或设计委托书;3)已批准的矿山勘探地质报告、储量评审中心通过的评审意见和矿产资源储量备案证明;4)选矿试验报告;5)工程地质勘察报告、水文地质勘测报告;7)在初步设计阶段,还必须有相应的环境影响报告书,安全预评价报告、水土保持方案报告、地质灾害危险性评价报告等。1.2工程地质概念和地质勘察重点要注意地质勘探资料的详细程度和可靠性。设计应当对其完整性、可靠性进行分析,做出可否作为设计依据的结论。地质可靠程度分为探明的、控制的、推断的和预测的4种。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。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做出相应评价结论。通常分为简单型、中等型、复杂型3种。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。对废石场设计,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察工作。地质资料应按规定附有相应图件,但有的资料并不齐全,要注意是否有相关图件。1.3设计专业的确定完整的采选矿山设计一般涉及15个专业:地质、采矿、矿机、选矿、总图、尾矿、水道、电力、仪表、通风(收尘)、机修、土建、概算、技经、环保。但有的设计单位又将地质分为水文、地质;采矿分为采矿、井建、岩石力学;电力分为电力、自控、电信;土建又分建筑、结构等。这样,将达到21个或更多专业。从开展设计工作和提出条件及设计成果的先后来看,有关专业大体可以分为3类:1)先行专业。前行专业:地质、采矿;接续专业:矿机、选矿、总图、尾矿等。其中地质是研究和提供设计对象基础资料的专业;采矿和选矿是研究如何开发和加工利用设计对象,得到合格产品的主体工艺专业;矿机是配合采矿研究用什么工具和手段来产出合格矿石的专业;尾矿和总图是研究在产出合格产品过程中,对于同时产出的废物(尾矿、废石等)如何堆存和处理的专业,总图还要研究生产主要设施和辅助设施如何布置。2)后续保证专业:水道、电力、仪表、通风(收尘)、机修、土建等,是满足和保证实现工艺要求的专业,水道和通风专业还要研究对于在生产过程中产出的废水、废气、粉尘如何处理。3)经济和反映环保结果的专业:概算、技经、环保。2矿山设计提出条件在可行性研究和初步设计阶段,设计步骤一般分为:收集资料、现场调研———初步方案构思和研究———设计策划———开展设计工作、进行方案比选———确定方案、开展设计、提返条件———完成专业设计文件编制、总师汇总。基本分为4个阶段:1收集资料、现场调研、初步方案构思和研究;2设计方案研究和方案比选;3确定方案后开展设计工作,按确定方案提出设计条件;4完成专业设计文件编制、供总师汇总,得出设计成果。在矿山设计中,采矿专业是龙头,对地下矿设计,在可研和初步设计阶段,采矿专业外提的设计条件,大体分为4批:1给地质专业,要求地质专业如何加工地质资料,以满足采矿设计的需要;2给选矿、尾矿(涉及充填)、矿机、总图等先行专业,一是便于互相配合,进行方案构思和研究、比选,二是满足先行专业尽早开展设计工作的需要,为后续保证专业开展设计工作提出条件;3给水道、电力、仪表、通风(收尘)、机修、土建等后续保证专业的设计条件;4给概算、技经、环保等汇总专业的条件。露天矿开采设计及提出条件的阶段与地下矿设计大体相似,但要简单一些。以下就地下矿设计有关问题进行阐述,为露天开采设计提供参考。3各阶段的内容和要求3.1现场调研应了解的资料根据调研了解地形情况、河流情况、道路情况、周边村镇和设施情况、总体布置情况,选厂或外运原矿仓(堆场)位置,可能布置井(坑)口及采矿工业场地、废石场、尾矿库等的位置和场地,相应场地的工程地质情况,有无不良地质现象,是否受泥石流、洪水威胁等。现场调研应了解和收集的一些资料包括:1了解项目自然情况:交通地理、气候、自然经济、协作条件、建设条件(地形、河流、道路、电、水、料、技术力量、施工力量、地方情况等);2业主单位情况:管理水平、技术水平、作风、经验、长处和不足;3周边环境情况:有无保护区、基本农田等,社会、经济、文化发达程度;4设备和装备情况:新建、改扩建矿山有不同要求。调查现有矿山或类似矿山的资料,主要采掘设备、矿山机械、充填设施等的配置情况、数量、效率、作业率、出勤等;5技术经济资料:新建、改扩建矿山有不同要求。调查和收集现有矿山或类似矿山的技经资料,各项主要技术经济指标,成本及构成,工资、主要材料价格,电、水、风、支护材料价格等。2增矿地质环境(1)研究设计对象:往往要重视储量,但除了储量外,更应通过了解和分析,找出开采对象的特点:1矿体自身属性:稳固性;有用元素,贫、富及如何分布,经济价值如何;矿岩物理力学性质等;2它是怎么分布的,即矿体产状,如:矿体厚度:厚、薄(极薄、薄、中厚、厚、极厚);矿体倾角:陡、缓(缓倾斜、倾斜、陡倾斜);矿体数量及分布、相互关系:多条、单条,多层、单层;规整、不规整;连续、不连续;集中、分散。矿体形态:长度、面积、连续性、形状、分枝、夹石、夹层、穿插情况等;3赋存环境如何:赋存岩石条件,稳固、不稳固;断层、裂隙分布;水;温度;粘结性、自燃性。矿岩稳固性:物理力学参数(矿岩石、岩体)、岩体稳固性、地应力情况和参数、地层、构造、断层、节理裂隙。埋藏深度;相应地温、岩爆;地表条件:地形、标高、河流、水体、农田、城镇、村庄、地表工农业及交通设施情况,与矿体的关系,是否允许陷落;水文地质情况:地下水、地表水,含水层与地表水体的联系,是否大水矿床等。(2)理清技术路线,提出措施和解决方案:总师和采矿负责人在研究设计对象过程中,要善于发现和找出特点、难点和亮点,即设计需要解决的主要和关键问题,才能够有针对性地开展设计研究工作。3井巷开采及开拓设计三(1)规模及产品方案(业主提出的,能否实现,如何实现;或设计初步考虑的);(2)开采对象和开采范围;(6)开拓方式、井巷数量、井口位置,相应场地布置、外运方向和方式;(7)其他;(8)存在和待进一步研究的问题。3.2矿机及矿山的配合总设计师应抓好拟定规模及产品方案、确定开采对象和开采范围、确定开采方式、选择首采地段、拟定开采顺序等问题。在采矿设计涉及的各个方面中,采矿方法和矿床开拓是重点。在方案研究和比选时,采矿方法是龙头,开拓设计则同步配合进行。视矿床和项目的具体情况,有时提升、运输、充填、排水、通风等也需要重点研究。相应专业以采矿专业为主,矿机配合采矿等专业研究开拓和提升、运输方案。选矿需要研究选矿厂规模、原则流程、主要原则设备、厂房占地面积、厂址、尾矿库等;总图需要研究采矿工业场地、厂址、尾矿库、主干交通等;尾矿(必要时)需要研究尾矿堆存方案、尾矿库等,并考虑与充填需要的关系。技经、概算(必要时)收集有关经济方面的资料,以便配合进行方案比选工作。水道(必要时)、电力(必要时)考虑水源、电源、供水、供电方案。首先研究和确定以下几方面内容:1上一阶段3个(1)规模:1业主要求的;2按经验和类比初步拟定的:主要因素———可利用储量、矿床(体)规模(长、厚、宽)、矿岩稳固性等,主要方法———开采强度系数、服务年限、下降速度等;3上一阶段设计已明确并通过评审的规模。(2)产品方案:1单一矿种;2多矿种(金属)分采分出;3多矿种(金属)混采合出;4贫富(按品级)分采分出;5对出矿品位的要求、对有害元素的要求(如铝硅比等)。2确定开采对象和范围在多矿段、多矿体、多金属、规模大、勘探程度有别的情况下更重要。提出井田或区段划分;是否分期开采等。3采空场及采空场的确定按埋藏深度、盖层厚度初定:两者都大的,地采;两者都小的,一般露采;两者居中的,结合金属种类与价值、地表是否允许征用土地、有无保护区、矿岩稳固性、上覆岩层有无十分不利的含水层、流砂层等地形条件、排土场条件,矿种剥采比(可类比作分析,难以判定的进一步用经济合理剥采比判定)等进行分析确定,必要时进行境界圈定、方案比较后确定是否进行坑露联合开采。4先开采区的划分多矿段时,先开采哪一个?多个矿段(体)、规模大的矿床(区),首选品位高、控制程度好、埋藏浅、预计工程量小、矿体厚大、开采条件简单的地段先开采。缓倾斜-倾斜矿体,沿倾斜是否划分几个采区,(开几刀)?竖向上的顺序:从上往下或从下往上(采用空场法、崩落法时一般从上往下,采用充填法时一般从下往上),或中间开刀往上下两头推进(如大红山铁矿主矿体);平面上的顺序:有比较多的方式(如从一翼向一翼、从中间向两翼、从上盘向下盘、从下盘向上盘、从主矿体到次要矿体、从富矿体到贫矿体等)。5采矿方法含矿场法(1)采矿方法是采矿设计工作的中心,它是确定矿山规模、采切系统、采切量及产出矿岩量、采掘设备和装备水平、矿井通风量、材料消耗和数量、损失贫化、劳动定员和劳动生产率、采矿安全、矿石成本等的主要依据。直接关系企业的经济效益和开采成败。因此,设计必须认真对待,正确合理地选择采矿方法。矿石和围岩稳固性对采矿方法的选择是关键因素,它决定着采场地压管理方法,采场构成要素和落矿方式。矿体倾角和厚度是影响采矿方法选择的主要因素,矿体倾角影响采场内运搬方式;矿体厚度影响采矿方法和落矿方式的选择及矿块布置方式等。首先进行开采对象的研究(自身属性、分布情况、矿体产状、赋存环境等),再提出适宜的采矿方法类别。(2)采矿方法基本划分为空场法、崩落法、充填法3大类:1空场法(留矿法、房柱法、分段法等)的单独使用越来越受到制约,存在采空区处理问题,只靠留矿柱+封闭来处理采空区,始终存在隐患,不能较为彻底地解决地压问题,难以满足日益强化的安全要求,只宜用于储量及矿体规模有限的小型矿体,而且留矿柱致使损失率加大,故也只适用于价值不高、允许较大损失的矿石。大中型矿体用空场法开采都需要同时考虑采空区的处理,采后崩还是充;2崩落法,有边采边崩,如有底柱或无底柱的分段崩落法或阶段崩落法等。有先用空场法采矿,采后再行崩落处理采空区的方法;3充填法,有边采边充的分层充填法、分段充填法等。有先用空场法采矿,采后再行充填处理采空区的方法,阶段充填法等。在地表允许崩落的条件下,崩落法工艺环节简单,有利于实现大的生产能力、减少直接投资和成本,但随着生态和环保的日益恶化,农林土地的日益减少,征地越来越困难,社会越来越强化对生态和环保的要求,使崩落法的使用日渐受到限制,充填法的使用越来越广泛。对新的采矿项目,国家提倡或要求首先考虑充填法。(3)拟采用的设备:目前大中型矿山、尤其是特大型矿山,一般考虑无轨设备,并提高了自动化、信息化的水平。中小型矿山结合实际情况,也可考虑传统设备,或对两者进行比较后确定。(4)拟定中段(分段)高度及标高:目前有采用高中段的趋势。大规模、特大规模矿山,采用高中段可为大规模开采创造十分有利的条件,应当提倡。但须与具体条件相结合,综合考虑岩石和矿体条件,掘进和维护手段,工程量和投资、建设时间等,选择现实和合适的方案。大红山铁矿主矿组二工程和大红山铜矿西矿段采用200m中段高度。(5)情况复杂的采矿方法要进行方案比选:为进行方案比较,要进行矿体厚度和倾角参数的统计、分类,为采矿方法标准图提供参数(必要时在进行方案比选阶段就要进行这一工作)。方法:1列表,按剖面、标高统计;2建模统计。6开拓井巷的方案研究和比选在进行采矿方法研究和比选的同时,要进行开拓方案研究和比选。(1)地下矿开拓方式主要有:平硐开拓、竖井开拓(箕斗、罐笼等)、斜井开拓(胶带、箕斗、串车等)、主斜坡道开拓或联合开拓等。主提升运输:小型矿山:平坑、串车斜井、吊桥斜井、台车斜井、箕斗斜井等,也有用罐笼竖井的;中型矿山:平坑、串车斜井、箕斗斜井、罐笼竖井、箕斗竖井;大型矿山:平坑、箕斗斜井、箕斗竖井、胶带斜井;特大型矿山:平坑、箕斗竖井、胶带斜井;深而大的矿山:多用箕斗竖井,也可考虑胶带斜井。斜坡道作矿石主运输通道,一般用于提升高差不大于200~300m,运输量100~200万t/a以下。设计中依据矿床赋存条件、勘探程度、开拓深度、回采顺序、矿山总平面布置、矿岩流向(至选厂、原矿仓、废石场等)、投资、返本年限以及当前矿山技术经济政策等,结合场地等综合因素,并经现场踏勘,详细了解工程地质、水文地质和地形条件等,与矿机、总图、概算、技经等专业配合,提出2~3个技术上可行的开拓方案,进行详细的技术经济比较,并征得建设单位意见后,最终确定合理的开拓方案。(2)拟定方案、考虑开拓井巷的设置及数量时,首先考虑对采出矿石的主提升、运输———主井(巷)的设置,同时要考虑矿井的辅助提升或运输(人员、废石、材料、设备等)———副井(巷)、矿井通风井等,并研究矿井排水、充填、管缆等的通道设置,注意大件如何下井。开拓井巷的基本数量至少2条,1进1出,才有安全出口。一般小型矿山2~4条:平硐、回风井;主井、副井(斜坡道、进风井)回风井;中型矿山3~4条:主井、副井、回风井;主井、副井(进风井)、斜坡道、回风井等;大型矿山设4~5条井(巷):主井、副井、斜坡道、进风井、回风井,回风井可考虑安设梯子间,作为安全出口。大型或特大型矿山根据具体情况和实际需要,再调减或增加必要的井巷。有的大型或特大型矿山考虑设置超前探矿井、措施井、管缆井等,按需要的提升运输能力和通风需要增加主、副井、通风井等,甚至达到7~8条、10多条。大红山铁矿包括一期、二期、扩产坑采工程,矿体分布范围东西约4km、南北近2km,多矿段同时生产,井下生产规模1100万t/a,共形成18条通达地表的井巷,其中主提升运输井巷3条(胶带斜井1条、箕斗竖井1条、平巷1条),辅助提升运输井巷5条(斜坡道3条、竖井2条),专用进风井巷3条(斜井1条、竖井2条),专用回风井巷7条(斜井6条、竖井1条)世界著名的基鲁纳铁矿,规模2400万t/a,通地表的主要井巷共28条,其中箕斗竖井11条(由于早期单井提升能力较小,形成矿石提升井达10条,提升废石的1条),主斜坡道1条,通风竖井16条(进、回风各8条)。新设计比较简捷的如安徽某钼矿,1000万t/a、井深近千米,7条井(主井、副井、斜坡道、2条进风井、2条回风井)。(3)进行中段开拓运输布置的方案研究和比选:1有轨、无轨;2环形、折返。(4)溜破系统研究:包括大型或特大型矿山的井下粗破碎能力、破碎方式、破碎设备、数量、位置,给矿、排矿系统等的研究。井下粗破碎一般采用旋回破碎机、颚式破碎机。主溜井数量及设置,一般大、中型及以下矿山,岩石较稳固,可以考虑只设1条主溜井;大型矿山如岩石稳固性较差,可考虑设置1~2条主溜井;特大型矿山,一般考虑设2条或分区域主溜井。(5)通风系统:做好风量、通风方式、通风系统、网路解算、风机选择和配置等设计。(6)排水系统:对于大水矿床、水文条件复杂的矿床要十分重视。(7)充填系统研究:包括充填料选择、充填方式、充填制备系统、输送系统、控制系统等。充填方式必须与采矿方法密切配合,满足采矿方法的需要。7开拓方案研究昆明有色冶金设计研究院的规定详见《KSB20311-2008各专业提返设计条件内容和深度的原则规定》。在这一阶段,采矿专业首先要提出给地质专业的条件,而后提出给矿机、选矿、总图及进行开拓方案研究的第1批条件(主要配合专业:地质、矿机、选矿、总图,其他主要配合专业尾矿、概算、技经等。必要时给排水、电力专业)。一般须进行方案比选,除采矿方法外,需要研究相应的开拓方案、矿机等的有关配置,对上部和地表的影响,出矿品位,对选矿的影响,进行技术经济比较等。矿机进行主副井(巷)提升运输能力及配套设备初选。选矿研究选矿厂规模、原则流程、主要原则设备、厂房占地面积、厂址、尾矿库等。总图研究采矿工业场地、厂址、废石场、尾矿库、主干交通等。3.3在现有条件下进行持续深入的采矿方法设计在进行采矿方法初拟和方案比较确定了推荐的方法后,开展采矿方法具体设计。有的上一阶段是用类比、分析确定的,则要进行深入的具体设计;有的在方案比较阶段已进行了较具体的设计,则此阶段进行复核、调整、深化。包括:1拟定中段(分段)高度,采场(盘区、矿块、矿房、矿柱)参数,绘制采矿方法方案图,布置采切系统和巷道,计算采切工程量、计算或取定损失贫化率、计算采出矿石量、出矿品位、计算采切比;2拟定凿岩、爆破、出矿、充填、通风、排水、安全管理等工艺和设备,计算工作量、设备效率和数量、定员、消耗。提出对进行生产能力验证,进行出矿计划安排。进一步完善采矿方法设计的上述内容,当采用充填时,进行充填系统研究,包括充填材料、充填方式、充填需要量、充填料制备和输送系统等的研究和设计。提出给水道、电力、机修、土建等专业的条件。