官店铁矿地下采矿方法设计

武汉工程大学

课 程 设 计 说 明 书

题 目 官店铁矿地下采矿方法设计

专业班级 09级采矿工程01班 学 生 汪长志 指导教师 成 绩

说明书 页

插 图 幅 表 格 个 程 序 个

二O 一一 十二 十七

第一章 矿区地形地貌、地理交通及自然经济条件 1.1矿区地形地貌

工作区属建始县东南部的中切割中山区，其南部和北部相对较低，中部较高。中部火家包标高达1765m ，南部沟谷地段标高仅1300m ，相对高差达465余m 。区内溪沟向西流入。

地貌

1.2地理交通

苏家坪矿段位于建始县城区南东约53Km ，官店铁矿西段，从官店口以西的凉水井至苏家坪一带，长约1.85Km ，宽约1.32Km ，面积约2.44Km 2，其地理坐标为东经110°00′42″—110°01′51″；北纬30°13′48″—30°14′31″。行政区划隶属于湖北省恩施自治州建始县官店镇管辖。从官店口向北西，有区县公路可通往红岩寺和建始县城，并与318、209国道和正在修建的沪蓉高速公路、宜万铁路相连。矿区内有简易公路可以通行，交通尚较方便(附图1) 。湖北省国土资源厅于2006年1月正式批复了建始县官店铁矿苏家坪矿区的采样试验矿区范围，划定矿区范围坐标为：

5 3346082.50 37404856.10 6 3347406.70 37404867.60

7 3347390.80 37406712.50

8 3346066.60 37406701.30

矿区面积约为2.4434平方公里，开采深度由1400米至1350米标高

。

湖北省恩施建始县苏家坪村交通图

1.3自然经济条件

区内气候温和湿润，平均年降雨量1400余毫米，5—7月和9月为两次主要降水期，约占年降雨量的60％。年平均气温16.3º，7、8月间气温最高，为30℃—35℃；11月一次年2月气温一般在5℃以下，最低气温为零下12℃，此时一般高山多雪，低山多雾。本区以农业为主，盛产土豆、包谷，工业基础较差，仅有小煤矿和铁木手工作坊。

第二章 矿山开采技术条件

2.1水文地质条件

区内喀斯特发育，主要分布于下二叠统栖霞组、茅口组灰岩中，其他层位不发

育。下二叠统灰岩出露地表，分布面积广，大量吸收地表水和排泄地下水，故水化作用较强，使喀斯特普遍发育，见有大小不等的陷落地、犁沟、落水洞，其中下部溶洞尤为发育，并有较大的地下水流出。下二叠统灰岩中下部出露泉水较多，其喀斯特发育所在高程，最高1600—1710m ，最低1350—1450m ，与当地最低侵蚀基准面相比还高出800—1000m 以上。下二叠统灰岩溶洞发育的一般规律是先由地表陷落地、犁沟发育成落水洞，再沿裂隙溶蚀向深部发育成溶洞。

在以往勘探钻孔中，仅有少数钻孔在下二叠统灰岩中下部发现有溶洞、喀斯特现象；同时大部钻孔钻到灰岩时，一般不是漏水则是返水，并在个别钻孔中，有少量承压水出现，这说明该区喀斯特相互没有溶蚀连通，完整的喀斯特溶洞含水层尚未形成，故在下二叠统灰岩中常有孤立水流出现，局部形成自流水。

喀斯特溶洞发育与矿床有水力联系，本区主要水源皆出露于下二叠统灰岩中的喀斯特溶洞发育地段。而下二叠统灰岩处于矿层之上，其底部有梁山组含煤岩系，距矿层顶部厚约30—60米，裂隙发育随深度而减弱，相对的起着隔水作用。故在下二叠统灰岩中下部，有自流水涌出孔口，这也说明可能由于喀斯特垂直发育受到非喀斯特岩层的阻隔，使之起到良好的隔水作用。

2.2工程地质条件

1．工程地质岩组的划分

区内出露中志留统一下二叠统及第四系地层，按其岩土特性可划分出如下工程地质岩组：

(1)松散岩类工程地质岩组：主要为第四系砂、砾(卵) 石，粉质粘土，粘土及碎、块石土组成，该岩类松软，孔隙度大，易饱水，易变形，其主要工程地质问题为边坡失稳和沉陷，性质较软松。

(2)软弱岩类工程地质岩组：主要为下二叠统梁山组中的泥岩、炭质泥岩及煤层，岩性较松软，坚固性差。岩体力学强度相对较低，易风化，易发生边坡失稳等工程地质问题，在不利因素影响下易产生崩塌、滑坡等地质灾害。 (3)半坚硬岩类工程地质岩组：主要为中志留统砂页岩，岩性较坚硬。 (4)坚硬岩类工程地质岩组：区内出露的大部地层均为坚硬岩类，主要是中上泥盆统砂页岩及石英砂岩、上石炭统灰岩及白云岩、下二叠统栖霞组与茅口组石灰

岩，岩性致密坚硬，稳固性好。在不利因素影响下易产生崩塌、滑坡等地质灾害。 2．不良工程地质现象

区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。但本区属鄂西南滑坡、崩塌极易发区，从地形地貌、地质构造条件和岩(土) 体特征分析，本区地质灾害都极易发生。因此，在勘查开发工作过程中应加强地质灾害危险性调查与评估，特别是今后开采过程应采取有效的防范措施，防止不良工程地质现象造成危害，以确保安全。 3．工程地质评价

鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470—550Kg ／cm 2，平行层面的抗压强度为500—780Kg ／cm 2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。主要矿体赋存于当地侵蚀基准面以上，部分埋藏浅、覆盖层薄的浅部地段适露天开采；深部可选择地形条件有利的地段进行平硐(或斜井) 开拓。其工程地质条件的复杂程度应属于较简单的矿床类型。

2.3其他开采技术条件

根据2 001年8月1日开始实施的中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》(GBl8306--2001图A1) 和《中国地震动反应谱特征周期区划图》(GBl8306—2001图B1) 资料，本区地震基本烈度为Ⅵ度区。基于上述原因，本采样区在工程设计过程中需对地震予以重视，考虑到采样工作的重要性，建议在本区设计中，对采样工程及地表中小构筑物以VI 度地震烈度设防，大型、特大型构筑物及断裂带附近地段以VII 度地震烈度进行设防。目前本区的升降运动处于轻微上升过程，区内历史上微震活动频繁，但无破坏性地震发生，区域地壳稳定性为基本稳定。

区内地形地貌类型较单一、地质构造较简单，矿区总体稳定性较好。铁矿层及其顶、底板围岩，坚固性较高，化学组分较稳定，不会分解出有毒、有害的组分影响周围环境或水资源，对今后开采较为有利。

第三章 采矿方法的选择及技术经济比较

3.1 矿床地质条矿床地质条件

区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。但本区属鄂西南滑坡、崩塌极易发区，从地形地貌、地质构造条件和岩(土) 体特征分析，本区地质灾害都极易发生。因此，在勘查开发工作过程中应加强地质灾害危险性调查与评估，特别是今后开采过程应采取有效的防范措施，防止不良工程地质现象造成危害，以确保安全。

3.2 矿石和围岩的物理力学性质

在岩石和围岩的物理力学中，矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方方法，、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法。在岩石和围岩的物理力学中，矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方方法，、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法，它们对采矿方法的影响见表3-1

表3-2-1 矿岩稳固性对采矿方法选择的影响表

区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470—550Kg ／cm 2，平行层面的抗压强度为500—780Kg ／cm 2。其顶、底板均为砂页岩，机械强

度也相对较高，总体较稳固。其工程地质条件的复杂程度应属于较简单的矿床类型。由于地表不允许塌陷，可选用空场法, 充填法，排除崩落法。

3.3矿体倾角和厚度的影响

矿体倾角主要影响矿石在采场内的运搬方式。极倾斜矿体，可利用矿石自重运搬，而采用留矿法时，倾角大于55°-60°；水平矿体可用有轨运输、缓倾斜矿体可用电耙运输；倾角小于10°的矿体，可采用无轨设备运搬等。矿体厚度影响采矿方法和落矿方法的选择以及矿块的布置方式等。

表3-3-1 根据矿体的产状可能采用的采矿方法

本区矿体(层) 产状，受长岭背斜所控制，地表倾角在10°左右，-16号至-8号勘探线深部倾角由10°逐渐增大至20°左右，继之变陡达25°-30°。铁矿层厚度和品位较为稳定，但其沿走向和倾向上也略有变化。从总的矿层厚度与品位的分布和变化情况来看，该区矿层最厚为5．22m ，最薄为0．04m ，一般为2～3m 。参照表3-1矿体倾角和厚度对采矿方法选择的影响表。可采全面法、房柱法、壁式崩落法等 。矿体形状和矿石与围岩的接触情况，影响采矿方法的落矿方式、矿石搬运方式和贫化损失指标。矿体与顶、底围岩界线比较明显。

3.4采矿方法回收率高、贫化率、采矿方法技术比较

表3-4-1采矿方法损失、贫化推荐指标表

项目名称 矿块生产能力（t/d） 掌子面工效（t/工班） 矿石损失率（%） 矿石贫化率（%） 千吨矿石采切比（m/kt） 作业安全度 工艺与管理难易程度

优点

缺点

表3-4-2采矿方法技术比较 第一方案全面法

第二方案浅孔房柱

法 60-80 90-120 7-10 12-15 6-10 8-10 18-20 5-10 13

5-15

暴露在顶板下作业，低压控制较好, 安暴露面积大，安全差 全性好 简单

简单

工艺简单、采切工程采场结构和回采工量小、贫化小、生产艺简单，采准切割率较高、成本较低、工作量小，生产能技术成熟等； 力高，通风条件好，采矿成本低。 由于留下的矿柱不回矿柱所占比重较大采，矿石损失率高，(间断矿柱占

在10～15％以上，且15％～20％，连续顶板管理和通风管 矿柱40%)，且矿柱理要求严格。

不易采，造成矿石损失较大。

第三方案削壁式充

填法 20-30 2-3 5-8 7-9 15-30

能够有效维护围岩，防止围岩移动，和顶板冒落，安全性好 复杂

矿石回采率较高，贫化率较低。

回采工艺和充填工艺复杂，采矿工效较低，坑木消耗量大

3.5根据各种采矿方法的特点选择浅孔房柱法

表3-5-1 项目名称 矿块生产能力（t/d） 掌子面工效（t/工班） 矿石损失率（%） 矿石贫化率（%） 千吨矿石采切比（m/kt） 作业安全度 工艺与管理难易程度

第一方案全面法

第二方案浅孔房柱

法 250-350 12-15 8-10 5-10 5-15

第三方案削壁式充

填法 60-90 2-3 5-8 7-9 15-30

能够有效维护围岩，防止围岩移动，和顶板冒落，安全性好 复杂

180-240 7-10 6-10 10-15 13

暴露在顶板下作业，低压控制较好, 安暴露面积大，安全差 全性好 简单

工艺简单、采切工程量小、贫化小、生产率较高、成本较低、技术成熟等；

简单

优点

缺点

采场结构和回采工艺简单，采准切割工作量小，生产能力高，通风条件好，采矿成本低。 矿柱所占比重较大

由于留下的矿柱不回(间断矿柱占

采，矿石损失率高，15％～20％，连续且顶板管理和通风管 矿柱40%)，且矿柱理要求严格。 不易采，造成矿石

损失较大。

矿石回采率较高，贫化率较低。

回采工艺和充填工艺复杂，采矿工效较低，坑木消耗量大

表3-4-2数据分析, 第一种方案, 贫化率较大，且留下的矿柱不回采，矿石损失率高，且顶板管理和通风管理要求严格，安全性差。第三个方案虽然矿石回采率较高，贫化率较低，但是矿块的生产能力太低，坑木消耗量大，由于由于铁矿不是贵重金属价值不高所需成本将比第二个方案多。第二种方案矿石损失、贫化率比第一个方案低好多, 且采场生产能力和工作面工效也比第一、三个方案高，生产安全, 耗材低,

效率高。整体上第二种方案比第一个方案、第三个方案好，所以最终选择第二种方案（浅孔房柱法）为最优方案。

第四章 回采工艺及设备的选择

4.1采区的布置和构成要素

1. 采区的布置

一般情况下采用沿矿体走向划分若干个采区。采区内，一般划分5～7个矿块；个别情况可增至8～10个矿块；亦可减至3～4个矿块。

遇有顶板管理的需要而设置倾斜区域性矿主时，亦可按矿柱划分独立的采区。采区之间为了确保安全，需留连续性的永久矿柱。 2矿块的布置

矿房的长轴可沿矿体的走向布置，大断层组对顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房的长轴与主要断层线成较大的倾角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿柱为不连续圆形直径为3m 左右，矿柱垂直方向间距15m ，沿走向间距8m ，宽为矿体厚度，每5个矿房留一个3～4m 的连续矿柱。回采时5个矿房同时回采，工作面间隔15m 左右。采场内使用铲运机出矿。

4.2采准切割

自底板运输巷道，向每3个矿块的中心线位置掘进联络道，用于汽车出矿。沿矿房中心线并紧贴底板掘进上山，以利行人、通风和运搬设备或材料，并作为回采时的自由面；各矿房间掘进联络平巷；在矿房下部边界处掘进切割平巷，既作为起始回采时的自由面，又可作为去相邻矿块的通道。在矿房的下部靠近联络道的地方掘进一个陡坎，用于铲运机与汽车装卸矿石。

4.3回采

回采顺序。沿走向自一侧向另一侧推进。为了达到每年50×104t/a的产量，需要5个矿房同时作业，各工作面保持10～15m 的距离。 1. 落矿

根据该矿的矿体厚度与品位的分布和变化情况来看，该区矿层最厚为5．22m ，最薄为0．04m ，一般为2～3m ，对于不同矿块需要用不同的方案，具体如下： ①当矿体厚度小于2～3m 时，一次采全厚；

②当矿体厚度大于2～3m 时，则采用分层开采，用浅眼在矿房底部进行拉底，拉底的高度2m 左右，然后用上向中深孔挑顶，矿体厚度小于5m 时，挑顶一次完成。

落矿时使用的凿岩设备有：

① 拉底及压顶落矿时采用TY-25、YT-30、7655型凿岩机 ② 挑顶落矿时采用TSP-45、01-45型凿岩机。 2. 出矿

采场出矿直接使用铲运机出矿，使用汽车运出矿井。

4.4采场通风

采用JK58－2No4型局扇加强通风，新鲜风流从中段运输巷→行人短天井→采场；污风从采场→行人通风上山→上中段拉底巷道→穿脉→上中段运输巷→回风巷排出地表。

4.5采场内支护

除留有顶柱、底柱和间柱来维护采场外，矿房内还留有规则矿柱支撑顶板。当部分矿块的顶板稳固性较差时，辅以锚杆支护或锚杆加金属网支护。回采过程中矿石运搬工作在矿房空场中进行，为防止顶板浮石冒落，对于顶板不稳固的局部地段设计采用锚杆支护进行维护。对于整个顶板岩性变化大的盘区，采用水平浅孔凿岩先切顶然后喷锚支护，再回采的方法保护顶板。

4.6 回采率、贫化率确定的原则依据

地下采矿方法损失贫化计算应按下列原则进行：

（1）地下开采设计矿石损失与贫化计算以采场（或矿块）为单位，其内容应包括矿房、矿柱的回采及出矿，最后算出全采场（或矿块）的综合损失率与贫化率。 （2）对用浅孔回采的极薄或薄矿脉，采场要按可避免的贫化率和不可避免的贫化率分别计算。

（3）对多金属矿山的开采，以主金属指标进行计算其损失与贫化率。

（4）对铝土矿、石灰石矿硅石矿、粘土矿、菱镁矿及某些非金属矿，则按矿石加

工指标计算其贫化率与损失率。

4.7 主要技术指标

矿块生产能力250～350t ／d ；矿石损失率9 ；矿石贫化率7．5；凿岩台班110t ；掌子面工效13.

第五章 矿柱回采及采空区处理

5.1矿柱回采

由于矿石价值不高，故矿柱不回采。

5.2采空区处理

封闭采空区，控制地压。

5.3生产期间地压观测设施

地下矿床的开采，破坏了岩体的静态平衡，使空区周围的岩体应力发生变化并为建立平衡而重新分布，当达到临界变形以后，随着出现的围岩破坏和移动。由于矿床地质构造、岩层的组合结构，岩石结构和成矿因素等较复杂，因此开采所形成的空区技术状况特征也各有不同。在官店铁矿采用引伸计或者测斜计进行地压观测。利用引伸计可测定暴露面或斜坡面上二点间的距离变化。利用测斜计可测定滑动体在垂直方向上不同深度处的水平位移，确定滑动面位置。

第六章 采准、切割、回采计算

6.1矿块的采准切割井巷工程量

矿块内的采准切割井巷工程量主要有阶段平巷、切割平巷、中段运输平巷、联络平巷、上山、联络道以及陡坎。 1. 阶段平巷

官店铁矿使用房柱采矿法时，阶段运输巷道布置于脉外，由于年产量只有50×104t/a，故阶段运输巷道使用沿脉单巷加穿脉，巷道断面宽4m ，高3m ，采用半圆拱形巷道，利于对围岩压力的管理。

则巷道净断面面积S=B(0.39B+H)=4×(0.39×4+3)=18.24 （m 2 ，阶道L=17m，阶段巷道的工程量v=3*sl=18.24*17*3=930（m ）

2. 切割平巷

切割平巷宽为3m ，高2.5m ，方形巷道，面积

s=b*h=3*2.5=7.5（m ）长度为矿房的宽度17m ，则工程量。V=7.5*17=127.5（m ）。 3. 采区上山

矿块中部的采区上山兼做中部运输巷道，两边的采区上山兼做回风巷道使用，其宽取2m ，高取2m ，长度为55m ，则工程量v=s*l=2*2*55=220（m ³）。 4. 联络平巷

联络平巷，一个矿房只在上部有一条，长度为17m ，宽3m ，高2m ，工程量v=17*3*2=102（m ³） 5. 联络道

由于矿体的倾角在5～30°，联络道选择折返式，利于汽车运输和作为行人、材料运搬的通道，其宽取3m ，高取3m ，拱形巷道，长度约为30m ，上部的联络道作为回风井使用，则工程量v=s*l*2=3*3*30*2=540 （m ³）。 6. 陡坎

陡坎在3～4个矿块内只布置一个，其工程量可忽略不计。

6.2矿块的采出矿量

矿块的平均厚度为4.29m, 每个 矿房的宽度为17m ，长度为55m ，平均每个矿房留有4个永久间柱一个顶柱，则每个矿房的的采出矿石体积v=17*55*4.29-3.14*1.5*1.5*4.29*4-4.29*2*2*3.14=3455(m³) ，矿石的密度3.81m 3/t，每个矿房的矿石质量m=pv=3455*3.81=13164（t ），一个矿块的采出矿量 T=3m=3*13164=39.5 （kt ）

6.3千吨采准、切割比

表6-3-1采切比计算公式表

工程包括切割平巷，采切比计算如下：

K 2'=1000*(17*2+55+17*2+30*2)/39500=4.63 (m/kt) K 2c'=1000*(17*2+55+17+30*2)/39500=4.20 (m/kt)

K 2q'=1000*17*2/39500=0.86 (m/kt)

K2=1000*(930+127.5+220+102+540)/39500=48.59 (m³/kt)

K 2c=1000*(930+220+102+540)/39500=45.36 (m³/kt) K 2q=1000*127.5/39500=3.23 (m³/kt)

表6-3-2

6.4同时工作的矿块数

房柱采矿法的每个矿块的日产量250～350t /d ，这里取300t /d ，年产量为

50⨯104t /a

，每年按300个工作日计算

50⨯104

=5. 6个 需要的矿块数n =

300⨯300

由于在采准切割过程中会有部分矿石采出，所以选择同时工作的矿块数为5个。

6.5每日采准、切割、矿房回采

每日采准矿块2个，切割矿块2个，回采矿块5个同时进行。以满足年产量为50万t 。

6.6矿柱回采的出矿量

官店铁矿采用房柱采矿法后矿柱不回采，故矿柱回采的出矿量为0。

6.7主要材料消耗量

表6-7-1

第七章 采矿方法技术经济指标

7.1矿体厚度、倾角

矿体平均厚度4.29m ，倾角12°

7.2 矿石抗压强度

鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470—550Kg ／cm 2，平行层面的抗压强度为500—780Kg ／cm 2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。

7.3推荐的采矿方法

根据采矿技术比较比较推荐使用浅孔房柱法。

7.4矿块构成要素

矿房的长轴可沿矿体的走向布置，大断层组对顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房的长轴与主要断层线成较大的倾角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿柱为不连续圆形直径为3m 左右，矿柱垂直方向间距15m ，沿走向间距8m ，宽为矿体厚度，每5个矿房留一个3～4m 的连续矿柱。回采时5个矿房同时回采，工作面间隔15m 左右。采场内使用铲运机出矿。

7.5采切比、回采率、贫化率、同时工作矿块数、矿块生产能力。

表7-5-1

7.6采矿方法经济技术指标

表7-6-1 序号

指标名称

单位 指标值 备注

每吨矿石的材料消耗

主要参考文献

1、张世雄等，固体矿产资源开发工程。武汉：武汉理工大学版社，2007； 2、采矿设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1993。

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二O 一一 十二 十七

第一章 矿区地形地貌、地理交通及自然经济条件 1.1矿区地形地貌

工作区属建始县东南部的中切割中山区，其南部和北部相对较低，中部较高。中部火家包标高达1765m ，南部沟谷地段标高仅1300m ，相对高差达465余m 。区内溪沟向西流入。

地貌

1.2地理交通

苏家坪矿段位于建始县城区南东约53Km ，官店铁矿西段，从官店口以西的凉水井至苏家坪一带，长约1.85Km ，宽约1.32Km ，面积约2.44Km 2，其地理坐标为东经110°00′42″—110°01′51″；北纬30°13′48″—30°14′31″。行政区划隶属于湖北省恩施自治州建始县官店镇管辖。从官店口向北西，有区县公路可通往红岩寺和建始县城，并与318、209国道和正在修建的沪蓉高速公路、宜万铁路相连。矿区内有简易公路可以通行，交通尚较方便(附图1) 。湖北省国土资源厅于2006年1月正式批复了建始县官店铁矿苏家坪矿区的采样试验矿区范围，划定矿区范围坐标为：

5 3346082.50 37404856.10 6 3347406.70 37404867.60

7 3347390.80 37406712.50

8 3346066.60 37406701.30

矿区面积约为2.4434平方公里，开采深度由1400米至1350米标高

。

湖北省恩施建始县苏家坪村交通图

1.3自然经济条件

区内气候温和湿润，平均年降雨量1400余毫米，5—7月和9月为两次主要降水期，约占年降雨量的60％。年平均气温16.3º，7、8月间气温最高，为30℃—35℃；11月一次年2月气温一般在5℃以下，最低气温为零下12℃，此时一般高山多雪，低山多雾。本区以农业为主，盛产土豆、包谷，工业基础较差，仅有小煤矿和铁木手工作坊。

第二章 矿山开采技术条件

2.1水文地质条件

区内喀斯特发育，主要分布于下二叠统栖霞组、茅口组灰岩中，其他层位不发

育。下二叠统灰岩出露地表，分布面积广，大量吸收地表水和排泄地下水，故水化作用较强，使喀斯特普遍发育，见有大小不等的陷落地、犁沟、落水洞，其中下部溶洞尤为发育，并有较大的地下水流出。下二叠统灰岩中下部出露泉水较多，其喀斯特发育所在高程，最高1600—1710m ，最低1350—1450m ，与当地最低侵蚀基准面相比还高出800—1000m 以上。下二叠统灰岩溶洞发育的一般规律是先由地表陷落地、犁沟发育成落水洞，再沿裂隙溶蚀向深部发育成溶洞。

在以往勘探钻孔中，仅有少数钻孔在下二叠统灰岩中下部发现有溶洞、喀斯特现象；同时大部钻孔钻到灰岩时，一般不是漏水则是返水，并在个别钻孔中，有少量承压水出现，这说明该区喀斯特相互没有溶蚀连通，完整的喀斯特溶洞含水层尚未形成，故在下二叠统灰岩中常有孤立水流出现，局部形成自流水。

喀斯特溶洞发育与矿床有水力联系，本区主要水源皆出露于下二叠统灰岩中的喀斯特溶洞发育地段。而下二叠统灰岩处于矿层之上，其底部有梁山组含煤岩系，距矿层顶部厚约30—60米，裂隙发育随深度而减弱，相对的起着隔水作用。故在下二叠统灰岩中下部，有自流水涌出孔口，这也说明可能由于喀斯特垂直发育受到非喀斯特岩层的阻隔，使之起到良好的隔水作用。

2.2工程地质条件

1．工程地质岩组的划分

区内出露中志留统一下二叠统及第四系地层，按其岩土特性可划分出如下工程地质岩组：

(1)松散岩类工程地质岩组：主要为第四系砂、砾(卵) 石，粉质粘土，粘土及碎、块石土组成，该岩类松软，孔隙度大，易饱水，易变形，其主要工程地质问题为边坡失稳和沉陷，性质较软松。

(2)软弱岩类工程地质岩组：主要为下二叠统梁山组中的泥岩、炭质泥岩及煤层，岩性较松软，坚固性差。岩体力学强度相对较低，易风化，易发生边坡失稳等工程地质问题，在不利因素影响下易产生崩塌、滑坡等地质灾害。 (3)半坚硬岩类工程地质岩组：主要为中志留统砂页岩，岩性较坚硬。 (4)坚硬岩类工程地质岩组：区内出露的大部地层均为坚硬岩类，主要是中上泥盆统砂页岩及石英砂岩、上石炭统灰岩及白云岩、下二叠统栖霞组与茅口组石灰

岩，岩性致密坚硬，稳固性好。在不利因素影响下易产生崩塌、滑坡等地质灾害。 2．不良工程地质现象

区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。但本区属鄂西南滑坡、崩塌极易发区，从地形地貌、地质构造条件和岩(土) 体特征分析，本区地质灾害都极易发生。因此，在勘查开发工作过程中应加强地质灾害危险性调查与评估，特别是今后开采过程应采取有效的防范措施，防止不良工程地质现象造成危害，以确保安全。 3．工程地质评价

鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470—550Kg ／cm 2，平行层面的抗压强度为500—780Kg ／cm 2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。主要矿体赋存于当地侵蚀基准面以上，部分埋藏浅、覆盖层薄的浅部地段适露天开采；深部可选择地形条件有利的地段进行平硐(或斜井) 开拓。其工程地质条件的复杂程度应属于较简单的矿床类型。

2.3其他开采技术条件

根据2 001年8月1日开始实施的中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》(GBl8306--2001图A1) 和《中国地震动反应谱特征周期区划图》(GBl8306—2001图B1) 资料，本区地震基本烈度为Ⅵ度区。基于上述原因，本采样区在工程设计过程中需对地震予以重视，考虑到采样工作的重要性，建议在本区设计中，对采样工程及地表中小构筑物以VI 度地震烈度设防，大型、特大型构筑物及断裂带附近地段以VII 度地震烈度进行设防。目前本区的升降运动处于轻微上升过程，区内历史上微震活动频繁，但无破坏性地震发生，区域地壳稳定性为基本稳定。

区内地形地貌类型较单一、地质构造较简单，矿区总体稳定性较好。铁矿层及其顶、底板围岩，坚固性较高，化学组分较稳定，不会分解出有毒、有害的组分影响周围环境或水资源，对今后开采较为有利。

第三章 采矿方法的选择及技术经济比较

3.1 矿床地质条矿床地质条件

区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。但本区属鄂西南滑坡、崩塌极易发区，从地形地貌、地质构造条件和岩(土) 体特征分析，本区地质灾害都极易发生。因此，在勘查开发工作过程中应加强地质灾害危险性调查与评估，特别是今后开采过程应采取有效的防范措施，防止不良工程地质现象造成危害，以确保安全。

3.2 矿石和围岩的物理力学性质

在岩石和围岩的物理力学中，矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方方法，、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法。在岩石和围岩的物理力学中，矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方方法，、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法，它们对采矿方法的影响见表3-1

表3-2-1 矿岩稳固性对采矿方法选择的影响表

区内主要出露坚硬岩类或半坚硬岩类工程地质岩组，岩体相对较为稳固。鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470—550Kg ／cm 2，平行层面的抗压强度为500—780Kg ／cm 2。其顶、底板均为砂页岩，机械强

度也相对较高，总体较稳固。其工程地质条件的复杂程度应属于较简单的矿床类型。由于地表不允许塌陷，可选用空场法, 充填法，排除崩落法。

3.3矿体倾角和厚度的影响

矿体倾角主要影响矿石在采场内的运搬方式。极倾斜矿体，可利用矿石自重运搬，而采用留矿法时，倾角大于55°-60°；水平矿体可用有轨运输、缓倾斜矿体可用电耙运输；倾角小于10°的矿体，可采用无轨设备运搬等。矿体厚度影响采矿方法和落矿方法的选择以及矿块的布置方式等。

表3-3-1 根据矿体的产状可能采用的采矿方法

本区矿体(层) 产状，受长岭背斜所控制，地表倾角在10°左右，-16号至-8号勘探线深部倾角由10°逐渐增大至20°左右，继之变陡达25°-30°。铁矿层厚度和品位较为稳定，但其沿走向和倾向上也略有变化。从总的矿层厚度与品位的分布和变化情况来看，该区矿层最厚为5．22m ，最薄为0．04m ，一般为2～3m 。参照表3-1矿体倾角和厚度对采矿方法选择的影响表。可采全面法、房柱法、壁式崩落法等 。矿体形状和矿石与围岩的接触情况，影响采矿方法的落矿方式、矿石搬运方式和贫化损失指标。矿体与顶、底围岩界线比较明显。

3.4采矿方法回收率高、贫化率、采矿方法技术比较

表3-4-1采矿方法损失、贫化推荐指标表

项目名称 矿块生产能力（t/d） 掌子面工效（t/工班） 矿石损失率（%） 矿石贫化率（%） 千吨矿石采切比（m/kt） 作业安全度 工艺与管理难易程度

优点

缺点

表3-4-2采矿方法技术比较 第一方案全面法

第二方案浅孔房柱

法 60-80 90-120 7-10 12-15 6-10 8-10 18-20 5-10 13

5-15

暴露在顶板下作业，低压控制较好, 安暴露面积大，安全差 全性好 简单

简单

工艺简单、采切工程采场结构和回采工量小、贫化小、生产艺简单，采准切割率较高、成本较低、工作量小，生产能技术成熟等； 力高，通风条件好，采矿成本低。 由于留下的矿柱不回矿柱所占比重较大采，矿石损失率高，(间断矿柱占

在10～15％以上，且15％～20％，连续顶板管理和通风管 矿柱40%)，且矿柱理要求严格。

不易采，造成矿石损失较大。

第三方案削壁式充

填法 20-30 2-3 5-8 7-9 15-30

能够有效维护围岩，防止围岩移动，和顶板冒落，安全性好 复杂

矿石回采率较高，贫化率较低。

回采工艺和充填工艺复杂，采矿工效较低，坑木消耗量大

3.5根据各种采矿方法的特点选择浅孔房柱法

表3-5-1 项目名称 矿块生产能力（t/d） 掌子面工效（t/工班） 矿石损失率（%） 矿石贫化率（%） 千吨矿石采切比（m/kt） 作业安全度 工艺与管理难易程度

第一方案全面法

第二方案浅孔房柱

法 250-350 12-15 8-10 5-10 5-15

第三方案削壁式充

填法 60-90 2-3 5-8 7-9 15-30

能够有效维护围岩，防止围岩移动，和顶板冒落，安全性好 复杂

180-240 7-10 6-10 10-15 13

暴露在顶板下作业，低压控制较好, 安暴露面积大，安全差 全性好 简单

工艺简单、采切工程量小、贫化小、生产率较高、成本较低、技术成熟等；

简单

优点

缺点

采场结构和回采工艺简单，采准切割工作量小，生产能力高，通风条件好，采矿成本低。 矿柱所占比重较大

由于留下的矿柱不回(间断矿柱占

采，矿石损失率高，15％～20％，连续且顶板管理和通风管 矿柱40%)，且矿柱理要求严格。 不易采，造成矿石

损失较大。

矿石回采率较高，贫化率较低。

回采工艺和充填工艺复杂，采矿工效较低，坑木消耗量大

表3-4-2数据分析, 第一种方案, 贫化率较大，且留下的矿柱不回采，矿石损失率高，且顶板管理和通风管理要求严格，安全性差。第三个方案虽然矿石回采率较高，贫化率较低，但是矿块的生产能力太低，坑木消耗量大，由于由于铁矿不是贵重金属价值不高所需成本将比第二个方案多。第二种方案矿石损失、贫化率比第一个方案低好多, 且采场生产能力和工作面工效也比第一、三个方案高，生产安全, 耗材低,

效率高。整体上第二种方案比第一个方案、第三个方案好，所以最终选择第二种方案（浅孔房柱法）为最优方案。

第四章 回采工艺及设备的选择

4.1采区的布置和构成要素

1. 采区的布置

一般情况下采用沿矿体走向划分若干个采区。采区内，一般划分5～7个矿块；个别情况可增至8～10个矿块；亦可减至3～4个矿块。

遇有顶板管理的需要而设置倾斜区域性矿主时，亦可按矿柱划分独立的采区。采区之间为了确保安全，需留连续性的永久矿柱。 2矿块的布置

矿房的长轴可沿矿体的走向布置，大断层组对顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房的长轴与主要断层线成较大的倾角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿柱为不连续圆形直径为3m 左右，矿柱垂直方向间距15m ，沿走向间距8m ，宽为矿体厚度，每5个矿房留一个3～4m 的连续矿柱。回采时5个矿房同时回采，工作面间隔15m 左右。采场内使用铲运机出矿。

4.2采准切割

自底板运输巷道，向每3个矿块的中心线位置掘进联络道，用于汽车出矿。沿矿房中心线并紧贴底板掘进上山，以利行人、通风和运搬设备或材料，并作为回采时的自由面；各矿房间掘进联络平巷；在矿房下部边界处掘进切割平巷，既作为起始回采时的自由面，又可作为去相邻矿块的通道。在矿房的下部靠近联络道的地方掘进一个陡坎，用于铲运机与汽车装卸矿石。

4.3回采

回采顺序。沿走向自一侧向另一侧推进。为了达到每年50×104t/a的产量，需要5个矿房同时作业，各工作面保持10～15m 的距离。 1. 落矿

根据该矿的矿体厚度与品位的分布和变化情况来看，该区矿层最厚为5．22m ，最薄为0．04m ，一般为2～3m ，对于不同矿块需要用不同的方案，具体如下： ①当矿体厚度小于2～3m 时，一次采全厚；

②当矿体厚度大于2～3m 时，则采用分层开采，用浅眼在矿房底部进行拉底，拉底的高度2m 左右，然后用上向中深孔挑顶，矿体厚度小于5m 时，挑顶一次完成。

落矿时使用的凿岩设备有：

① 拉底及压顶落矿时采用TY-25、YT-30、7655型凿岩机 ② 挑顶落矿时采用TSP-45、01-45型凿岩机。 2. 出矿

采场出矿直接使用铲运机出矿，使用汽车运出矿井。

4.4采场通风

采用JK58－2No4型局扇加强通风，新鲜风流从中段运输巷→行人短天井→采场；污风从采场→行人通风上山→上中段拉底巷道→穿脉→上中段运输巷→回风巷排出地表。

4.5采场内支护

除留有顶柱、底柱和间柱来维护采场外，矿房内还留有规则矿柱支撑顶板。当部分矿块的顶板稳固性较差时，辅以锚杆支护或锚杆加金属网支护。回采过程中矿石运搬工作在矿房空场中进行，为防止顶板浮石冒落，对于顶板不稳固的局部地段设计采用锚杆支护进行维护。对于整个顶板岩性变化大的盘区，采用水平浅孔凿岩先切顶然后喷锚支护，再回采的方法保护顶板。

4.6 回采率、贫化率确定的原则依据

地下采矿方法损失贫化计算应按下列原则进行：

（1）地下开采设计矿石损失与贫化计算以采场（或矿块）为单位，其内容应包括矿房、矿柱的回采及出矿，最后算出全采场（或矿块）的综合损失率与贫化率。 （2）对用浅孔回采的极薄或薄矿脉，采场要按可避免的贫化率和不可避免的贫化率分别计算。

（3）对多金属矿山的开采，以主金属指标进行计算其损失与贫化率。

（4）对铝土矿、石灰石矿硅石矿、粘土矿、菱镁矿及某些非金属矿，则按矿石加

工指标计算其贫化率与损失率。

4.7 主要技术指标

矿块生产能力250～350t ／d ；矿石损失率9 ；矿石贫化率7．5；凿岩台班110t ；掌子面工效13.

第五章 矿柱回采及采空区处理

5.1矿柱回采

由于矿石价值不高，故矿柱不回采。

5.2采空区处理

封闭采空区，控制地压。

5.3生产期间地压观测设施

地下矿床的开采，破坏了岩体的静态平衡，使空区周围的岩体应力发生变化并为建立平衡而重新分布，当达到临界变形以后，随着出现的围岩破坏和移动。由于矿床地质构造、岩层的组合结构，岩石结构和成矿因素等较复杂，因此开采所形成的空区技术状况特征也各有不同。在官店铁矿采用引伸计或者测斜计进行地压观测。利用引伸计可测定暴露面或斜坡面上二点间的距离变化。利用测斜计可测定滑动体在垂直方向上不同深度处的水平位移，确定滑动面位置。

第六章 采准、切割、回采计算

6.1矿块的采准切割井巷工程量

矿块内的采准切割井巷工程量主要有阶段平巷、切割平巷、中段运输平巷、联络平巷、上山、联络道以及陡坎。 1. 阶段平巷

官店铁矿使用房柱采矿法时，阶段运输巷道布置于脉外，由于年产量只有50×104t/a，故阶段运输巷道使用沿脉单巷加穿脉，巷道断面宽4m ，高3m ，采用半圆拱形巷道，利于对围岩压力的管理。

则巷道净断面面积S=B(0.39B+H)=4×(0.39×4+3)=18.24 （m 2 ，阶道L=17m，阶段巷道的工程量v=3*sl=18.24*17*3=930（m ）

2. 切割平巷

切割平巷宽为3m ，高2.5m ，方形巷道，面积

s=b*h=3*2.5=7.5（m ）长度为矿房的宽度17m ，则工程量。V=7.5*17=127.5（m ）。 3. 采区上山

矿块中部的采区上山兼做中部运输巷道，两边的采区上山兼做回风巷道使用，其宽取2m ，高取2m ，长度为55m ，则工程量v=s*l=2*2*55=220（m ³）。 4. 联络平巷

联络平巷，一个矿房只在上部有一条，长度为17m ，宽3m ，高2m ，工程量v=17*3*2=102（m ³） 5. 联络道

由于矿体的倾角在5～30°，联络道选择折返式，利于汽车运输和作为行人、材料运搬的通道，其宽取3m ，高取3m ，拱形巷道，长度约为30m ，上部的联络道作为回风井使用，则工程量v=s*l*2=3*3*30*2=540 （m ³）。 6. 陡坎

陡坎在3～4个矿块内只布置一个，其工程量可忽略不计。

6.2矿块的采出矿量

矿块的平均厚度为4.29m, 每个 矿房的宽度为17m ，长度为55m ，平均每个矿房留有4个永久间柱一个顶柱，则每个矿房的的采出矿石体积v=17*55*4.29-3.14*1.5*1.5*4.29*4-4.29*2*2*3.14=3455(m³) ，矿石的密度3.81m 3/t，每个矿房的矿石质量m=pv=3455*3.81=13164（t ），一个矿块的采出矿量 T=3m=3*13164=39.5 （kt ）

6.3千吨采准、切割比

表6-3-1采切比计算公式表

工程包括切割平巷，采切比计算如下：

K 2'=1000*(17*2+55+17*2+30*2)/39500=4.63 (m/kt) K 2c'=1000*(17*2+55+17+30*2)/39500=4.20 (m/kt)

K 2q'=1000*17*2/39500=0.86 (m/kt)

K2=1000*(930+127.5+220+102+540)/39500=48.59 (m³/kt)

K 2c=1000*(930+220+102+540)/39500=45.36 (m³/kt) K 2q=1000*127.5/39500=3.23 (m³/kt)

表6-3-2

6.4同时工作的矿块数

房柱采矿法的每个矿块的日产量250～350t /d ，这里取300t /d ，年产量为

50⨯104t /a

，每年按300个工作日计算

50⨯104

=5. 6个 需要的矿块数n =

300⨯300

由于在采准切割过程中会有部分矿石采出，所以选择同时工作的矿块数为5个。

6.5每日采准、切割、矿房回采

每日采准矿块2个，切割矿块2个，回采矿块5个同时进行。以满足年产量为50万t 。

6.6矿柱回采的出矿量

官店铁矿采用房柱采矿法后矿柱不回采，故矿柱回采的出矿量为0。

6.7主要材料消耗量

表6-7-1

第七章 采矿方法技术经济指标

7.1矿体厚度、倾角

矿体平均厚度4.29m ，倾角12°

7.2 矿石抗压强度

鲕状赤铁矿属坚硬岩类，机械强度较高，经测试其垂直层面的抗压强度为470—550Kg ／cm 2，平行层面的抗压强度为500—780Kg ／cm 2。其顶、底板均为砂页岩，机械强度也相对较高，总体较稳固。

7.3推荐的采矿方法

根据采矿技术比较比较推荐使用浅孔房柱法。

7.4矿块构成要素

矿房的长轴可沿矿体的走向布置，大断层组对顶板的稳定性会有十分不利的影响，应尽可能使矿房的长轴与主要断层线成较大的倾角，并在矿房两侧保留长矿柱，让断层穿过矿柱。矿柱为不连续圆形直径为3m 左右，矿柱垂直方向间距15m ，沿走向间距8m ，宽为矿体厚度，每5个矿房留一个3～4m 的连续矿柱。回采时5个矿房同时回采，工作面间隔15m 左右。采场内使用铲运机出矿。

7.5采切比、回采率、贫化率、同时工作矿块数、矿块生产能力。

表7-5-1

7.6采矿方法经济技术指标

表7-6-1 序号

指标名称

单位 指标值 备注

每吨矿石的材料消耗

主要参考文献

1、张世雄等，固体矿产资源开发工程。武汉：武汉理工大学版社，2007； 2、采矿设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1993。