冶金矿山采矿设计简述.pdf

SupplJune．2009现代矿业MORDEN MINING增刊2009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20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 2009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21增刊 现代矿业 2009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85％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％～10％，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22矿开拓运输系统的选择和废石场的设计等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。