金属矿山地下开采课程设计Word格式文档下载.docx
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炭窑口矿区位于狼山南破，属内蒙古自治区巴彦卓尔盟潮格旗管辖，但矿区距杭锦后旗府陕坝镇北西29Km，而陕坝镇位于包兰铁路之临河车站北西32Km，均有公路可通汽车，交通方便。
矿区地理坐标：
东经106o47’，北纬40o58’。
1.2区域地质概况
本区大地构造单元属内蒙台背斜，西北略跨内蒙海西褶皱带。
内蒙台背斜在狼山中段，为一巨型扇形复背斜，炭窑口多金属矿区位于狼山扇形复背斜的南。
1.2.1.地层
（一）、太古代（Ar）
太古代五台系分布于西狼山——包格太庙——玻璃店一带，组成狼山于岭。
主要由黑云母斜长片麻岩，角闪斜长片麻岩及混合岩组成；
伟晶岩脉。
角闪岩脉强烈注入，并剧烈褶皱，物质成分变化很大，难以辨认和恢复原岩面貌，为一套极为复杂的深变质岩系。
在伟晶岩中产铌、钼等矿。
（二）、元古代（Pt）
元古代狼山群分布于狼山南北两侧，组成狼山扇形复背斜两翼，北翼较南翼出露广，根据较清楚的产状、层序及岩相特征，划分为五个组，南翼缺第五组、北翼缺第一组。
1.片岩、片麻岩组（L1）：
分布于东升庙与炭窑口两地。
下部为麻岩，上部为片岩，该层出露厚400米，未全面出露地表。
2.千枚岩、板岩、灰岩组（L2）：
分布于霍各乞、东升庙、炭窑口。
本组由千枚岩、片岩、灰岩、板岩组成。
在各地岩相、厚度变化较大，在霍各乞除千枚岩、片岩、灰岩、板岩外，还有条带状石英岩，为富铜矿的含矿层。
本组厚度变化很大，在炭窑口厚的940米，在霍各乞厚的1585米，在东升庙厚约515米。
与L1为整合接触。
3.石英岩、片岩组（L3）:
在炭窑口、东升庙、霍各乞均有出露。
本组岩相、厚度变化均比较稳定。
下部为云母石英片岩、片状石英岩，上部为薄层——厚层石英岩，物质成分较单一，各地厚度较相近，厚约500米，L2为整合接触。
4.千枚岩、片岩组（L4）：
分布于赛年仑之南阿拉企图散炭窑口北部。
以石英片岩为主，其中夹包板岩、灰岩、千枚岩、黑色石英岩。
本组含矿较为普通。
厚3500米，与L3为整合接触。
5.灰黑色千枚状片岩组（L5）:
霍各乞之南亨格利图一带。
主要为一套灰黑色含炭的千枚状片岩，其中夹有少量板岩、灰岩及黑色石英岩。
本组也有零星矿化。
厚大于３５０米。
与L4为整合接触。
（三）、石炭二叠系（Cp）
石炭二叠系（Cp）零星分布于大坝口、石炭口。
下部为砾岩，中部为黑色砂页岩及黑色页岩，上部为石灰岩，石灰岩与花岗岩接触，受热力影响成为大理岩，砾岩、砂岩、页岩未变质。
上石炭系仅分布于本区西北之海西褶皱带内。
由下面上为红色碎屑岩、灰岩、砂岩夹灰岩、砂砾岩。
岩石大部轻微变质，岩相变化不大，表现了沉积特征。
1.2.2火成岩
本区火成岩出露广泛，特别是海西期花岗岩分布在广大地区内。
1.第一期片麻状花岗岩（r41）：
分布于东部的乌兰胡特格以北及西部的宝格太庙一带，呈岩基产出。
2.第二期黑云母花岗岩（r4２）：
呈岩基及不规则状产出，分布较广。
3.第三期红色粗粒花岗岩（r43）：
呈不规则状产出在炭窑口附近及霍各乞之北。
角闪岩、辉长岩、闪长岩、石英斑岩、石英闪长玢岩、花岗闪长岩、伟晶岩、石英脉等了；
呈脉状侵入于新老地层中，均属海西期产物。
分布于宝格太庙——好力更山一带的伟晶岩中产铍、铌、钼等矿。
分布于别力盖庙——橄长岩中产铜镍矿，分布于狼山及五台系中的石英脉有黄铜矿化。
分布于东部的乌兰胡特格附近及北部坦克山。
在坦克山的玄武岩为黑色细粒状；
主要矿物为长石、辉石、磁铁矿等，磁性很强。
在乌兰胡特格附近的玄武岩，为灰黑——暗紫色，具气孔状、杏仁状构造，在气孔中充填有方解石。
属喜马拉雅期产物。
1.2.3、构造
本区大地构造，其形态为以五台系为轴部的扇形复背斜，轴向为北东——南西，北翼向北倒转，南翼向南倒转。
北翼由狼山（L）组成，南翼除狼山（L）外，还有石炭二叠系（cp），侏罗系（J），白垩系，第三系等地层。
山前大断层为正断层。
狼山南缘突然下降为河套平原，高山与平原界限截然，成正断层接触，断层延长数十公里之区外，走向为南西，倾向为南东，倾角500～700，断层时期为第三纪——第四纪初本区次级构造形态，在各系、地层中表现有所不同，但其构造形态仍受狼山扇形复背斜控制。
1.在狼山中，狼山复背斜北翼霍各乞一带，呈较为舒缓的复式北向斜构造，轴向为北东南西。
同时具有强烈的旋卷式反S型构造，其对矿床有一定影响，如霍各乞铜多金属矿区一号矿床的中部，由于反S型构造的影响，使之在走向上褶皱重叠，断层不明显。
狼山复背斜南翼的狼山，在炭窑口及东升庙两地构造形态表现有所不同。
在炭窑口以断层为最发育，其中以走向逆断层占优势，走向与岩层走向一致，为北东——南西，其对矿床有所破坏。
横断层次之，其对矿也有一定影响。
2.在侏罗系中，表现为平缓的褶皱构造，并有小型逆掩断层。
3.在白垩系中，表现为相当平缓的单斜构造，小型断层也很发育。
4.本区矿产丰富，分布广泛。
根据矿床的空间分布规律及成矿特征，划分如下矿带：
（1）、前狼山矿带：
分布于南部东升庙——炭窑口一带，主要为沉积变质多金属矿床，硫铁矿也相当丰富，这类矿床还伴有钴、银等元素，赋存在狼山第二组（L2）中，在炭窑口北部的狼山第四组中也有所分布。
以铜、铅、锌、硫具工业价值，规模大，品位富，东升庙的远景极大。
（2）、霍各乞矿带：
分布于北部的温都尔哈拉——霍各乞——那论宝拉格一带，主要为沉积变质多金属矿床，这类矿床伴生有钴、银、镓、锗、铟、镉、金等元素。
规模大，品位富，赋存于狼山第二组（L2）中，以铜、铅锌、铁具工业价值。
其次尚有热液型铅锌矿及含铜石英脉。
（3）、欧巴拉格矿带：
分布于本区西北的善代庙——欧巴拉格一带，属内蒙海西褶皱带，矿化类型为沿裂隙充填的铜多金属矿脉，含铜石英脉及含铜砂岩。
赋存于上石炭系（C3）中，规模不清，目前所知尚小，为有望矿点。
（4）、宝格太庙——好力更山含铍、铌、钽的伟晶岩带。
赋存于五台系及花岗岩中的伟晶岩中，规模尚不太清楚。
（5）、修铁——阿拉企图敖包矿化带，多以石英脉或沿裂隙充填之铜、铅、锌矿脉出现。
赋存于狼山第四组（L4）中，矿化普遍，目前所知，规模尚小，需待进一步工作。
除以上所分五个矿带（矿化带）外，在本区大片分布的五台系（Ar）_狼山（L）的各类岩层中，普遍分布着小型含铜石英脉，不具工业价值。
同时在五台（Ar）与狼山（L）南接触带，即在别力盖庙至三贵沟等地。
有基性岩体分布，并在别力盖庙的辉长——橄长岩中见有铜、镍矿床，有待进一步评价。
分布在别力盖庙——白石头沟间的石炭——二叠纪的大理岩已被地方开采，作为加工的水泥原料。
1.3矿区地质
炭窑口矿区位于狼山扇形复背斜的南翼，以狼山地形分布最广，其岩性及其产状对矿床有直接控制作用，故详述如下，其他地层在此不再论述。
狼山地层为一套浅海相地槽型沉积，经区域变质而成为石英岩、云母片岩、千枚状片岩、炭质板岩和石灰岩等地层，组成了矿区内主要地层，总厚度大于3400米，根据矿区内实际出露情况，共分为四组。
1.3.1地层
第一组（Pt1）为片岩片麻岩组，分布于矿区南部背斜轴部一带，未全部凹露地表，下部为花岗质混合岩，中部为黑云母石英片岩，上部为缘泥石石英片岩，二云母石英片岩。
岩性变化较大，局部夹有变粒岩和绢云母石英片岩。
本组有明显的花岗质混合作用，故形成眼球状、块状及条带状构造为其特征。
该组未全部出露地表，厚度大于350米
第二组（Pt2）:
为片岩夹有石灰岩、炭质板岩，该组在本区发育较好，为本区含矿岩层，一、三、五、六号矿床分布于其中。
共分四个亚组，总厚度大于900米。
第三组（Pt3）为石英岩：
位于矿区中部，以厚层石英岩为主，并夹有薄层的千枚状片岩。
在石英中有波痕。
该组厚大于300～500米。
第四组（Pt4）：
分布于矿区北部，上部岩石因花岗岩闪长岩侵入而产生混合作用。
分两个亚组，总厚大于300米。
第一亚组（Pt41）：
下部为黑云母石英片岩、炭质板岩互层带，即十号矿床；
上部为千枚状片岩、石英岩、二云母石英片岩，以二云母石英片岩为主，由于花岗闪长岩的侵入而形成六面积的混合岩。
该组厚400米。
第二亚组（Pt42）：
下部为千枚状片岩，因混合作用仅在九号矿床底板局部出露；
中部为石灰岩炭质板岩互层带，即九号矿床；
上部岩石因混合作用而全部形成混合岩。
第三亚组（Pt23）：
本组下部岩层（六号矿床底板）因受F10断层影响未出露地表；
中部为白云质灰岩与炭质板岩互层带，即六号矿床；
上部以二云母石英片岩为主，并夹有变粒岩，在六号顶板至变粒岩间夹一层紫云母石英片岩，该层虽厚度变化大，但沿走向或倾斜稳定，我们将紫云母石英片岩和变粒岩合称为该组特征层。
该组厚度大于420米。
第四亚组（Pt24）:
为千枚状片岩，由千枚状片岩和炭质千枚状片岩组成，并夹有薄层状或透镜状泥灰岩，在泥灰岩中见有星散的晶形完好的黄铁矿，该组厚70米。
1.3.2构造与矿床的关系
一、褶皱构造
由于矿床分布受地层岩性控制明显，故矿区褶皱构造对矿床有一定影响。
矿区为一向东的倒转背斜构造，背斜南翼发生倒转，其南翼因受山前断层带的影响和被侏罗～白垩系地层复盖矿床全部出露地表。
现已发现的矿床分布在背斜的北翼，岩层走向N700E，但在矿区西部因受断层的影响，地段向南东倾斜，但到深部仍向北西倾斜。
石炭系，侏罗～白垩系地层，在本区分布较小多为倾斜岩层。
二、断层构造
其特点呈带状分布，沿走向有分枝复合现象，沿倾向的呈叠瓦式构造，多为高角度逆冲断层及正断层；
不同时代的断裂构造，常表现为明显的继承性。
我们仅由矿床内部观察，在三号矿床底板Cu·
s_1矿体中见有少量的片岩角砾，在灰岩中可见到炭质板岩的角砾；
同时在矿体中普遍见到黄铁矿，闪锌矿呈细脉状，条带状，一般分布在铁状矿石的两侧，在块状矿岩中见有石灰岩及炭质板岩的残留。
这些现象表明具有破碎和断线构造，对矿床再造起着重要作用。
1.3.3矿床分布及其认识
矿区发现有六个矿床，分别分布在狼山地层中，第二组和第四组内，故形成了南北两个矿带，另外有两个矿化点，即杨贵口矿化点和石炭口矿化点。
南矿带分南北两个含矿层，南层东段为一号矿床，西段为五号矿床；
北含矿层为三号矿床和六号矿床。
南北矿层间由片岩相隔，相距300米，东西延长4000米。
北矿带也分南北两层，北层为九号矿床，南层为十号矿床，全长6000米，东延至杨贵口一带（即杨贵口矿化点），被侏罗～白垩系地层覆盖，又被F7破坏，西延被花岗岩破坏，至石炭口又有出露。
1.3.4矿床地质特征
三号矿床赋存在南部矿带的北层中，全长3400米，由于矿床的产状及矿石物质成分在东西两段有显著的差异（东段为铜、锌、硫矿床，西段为铜、锌矿床），本报告仅叙述东段。
三号矿床东段（20～15线间）长1750米，平均厚44米，走向700东倾向北西倾角150。
一、矿床顶底板围岩
（1）顶板：
三号矿床顶板为一走向北700东，倾向北西，倾角东端稍陡，西端稍缓于矿东的走向逆倾斜断层——即F10、F15。
2线以西：
该断层倾角稍缓于矿床，故在1000米标高以上矿床均直接与断层接触，破碎带厚度一般在1～2米，个别工程见有10～15米，当破碎带不发育时，则矿床呈方解——绿泥片岩接触。
在1000米标高以下矿床与顶板千枚状片岩接触，千枚状片岩为会黑色，主要由石英及泥岩组成，具千枚状构造。
2线以东：
矿床北叉顶板F10及南叉顶板的F15，其倾角稍陡于矿床，矿床直接于断层接触，破碎带厚1～2米，特别是F15断层在5～9线间，倾角最大，破碎带不发育，仅厚3～5厘米的绿泥石带，而矿床与二云母石英片岩接触。
（2）底板矽质千枚状片岩:
岩石呈灰黑色，主要由石英及石英质小砾石、长石、绢云母、黑云母、缘泥石、缘帘石、假象褐铁矿及少量的炭质组成。
具花岗鳞片变晶结构或鳞片变晶结构，粒度一般较大，有时为炭质板岩。
炭质千枚状片岩及炭质泥灰岩等，或组成互层带。
整个岩性由西向东，由浅向深炭质逐渐减少，而钙质逐渐增高，厚度逐渐变薄，该层含矿性不好，仅在该层下部与重晶石灰岩的接触处，圈定有Zn·
S-9矿体。
二、含矿层的划分及其变化
三号矿床中受岩质控制极为明显，不同的矿体分别赋存于一定的品位中，因此含矿层各有不同的厚度及变化情况对矿体的厚度变化起着间接控制作用，根据含矿层内主要岩石、矿物的含量变化曲线，加以对比结合，将含矿层划分为五层。
1.3.5矿床水文地质条件
炭窑口三号矿床水文地质工作以前基本上未开展，本次依据设计部门的要求，重点是了解三号矿床东段的水文地质条件；
炭窑口沟谷对矿床的充水性。
两年来完成的工作量见下表1-1。
表1-1矿床水文地质条件表
工程项目
工程量
备注
钻探
621.02（米）
4个孔
抽水试验
10（点）
坑道测绘
1215（米）
动态观测
水样采取
12（个）
岩石力学采样
11（个）
二、矿井开拓方式及主要井巷的布置形式。
2.1开拓方案的选择
2.1.1矿场开拓方案确定需要考虑的问题
井田开拓是指在井田范围内，为了采矿从地面向地下开拓一系列巷道进入矿层，从而建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。
这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。
矿床开拓设计是研究确定由矿井地面进入矿体通达地下开采区的主要井巷布置和开掘工程。
它要保证矿井生产时开采、掘进、运输、提升、通风安全、排水和动力供应等各系统能正常高效的运行。
合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方案进行技术经济比较，才能确定。
矿床开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究：
（1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；
（2）合理确定开采水平的数目和位置；
（3）布置大巷及井底车场；
（4）确定矿井开采顺序，做好开采水平的接替；
（5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；
（5）合理确定矿井通风、运输及供电系统。
2.1.2矿床开拓方案选择的基本要求及影响因素
1、矿床开拓方案选择的基本要求：
确保安全生产、创造良好的劳动卫生条件，建立完善的通风、提升、运输、排水等矿山服务系统；
技术可靠，满足矿山生产能力的要求，以保证矿山企业的均衡生产并能顾及到矿山发展远景；
基建工程量少，投资省，经济效益好；
不留和少留保安矿柱，以减少矿石损失；
地表总平面布置应不占或少占农田。
2、影响开拓方案井巷类型选择的主要因素：
地表地形是确定井巷开拓的重要条件。
一般情况下，矿体倾角为15°
到75°
则可采用斜井或竖井开拓；
倾角在20°
到50°
的矿床大多采用斜井开拓。
矿体倾角、厚度、埋藏深度等决定矿山开采深度和岩石移动范围，进而影响地表建筑物的布置范围及主要开拓巷道的位置；
矿区构造应力场方向、大小，直接影响主要开拓井巷的布置和阶段的划分。
矿床开采深度对选择开拓井巷的类型具有一定的影响。
矿床规模。
通常是决定矿山生产能力的重要因素，而生产能力又决定着开拓井巷的类型及提升设备的选型。
岩体的物理力学性质是决定井巷类型、掘进方法和井巷支护方法的重要因素。
岩体稳定时，采用竖井，斜井，斜坡道均可；
岩体不稳定时，竖井掘进及维护较斜井、斜坡道简单。
矿山地表工业场地总平面布置与开拓方案有密切关系，通常是地表总图布置与主要井巷位置统筹考虑，以求合理布局。
2.2方案初选
考虑到矿床开拓方案选择的基本要求及影响开拓方案井巷类型选择的主要因素，结合本矿体实际情况：
（1）炭窑口多金属矿区位于狼山扇形复背斜的南部
（2）本区大地构造单元属内蒙台背斜，西北略跨内蒙海西褶皱带
（3）矿体埋藏厚4米，倾角70°
（4）矿体走向长500米
竖井开拓的使用条件：
当矿体赋存地面工业场地标高以下，矿体倾角〉45°
的矿体，且其赋存条件适应时，可采用明竖井开拓。
最后确定的开拓方案：
明竖井开拓，主井布置在矿体下盘。
2.3矿床开采顺序
2.3.1阶段开采顺序
为了缩短矿山基建年限，提高矿山投产速度，采用下行式开采，单阶段回采。
下行式开采的优点是：
可以节省初期投资，缩短基定时间；
在逐步向下的开采过程中，能进一步探清深部矿体，避免浪费；
生产安全条件好；
适用的采矿方法范围广。
2.3.2阶段中矿块开采顺序
由于设计的矿床为硫铁矿多金属矿床，因此阶段中矿块的开采顺序采用后退式开采。
当一条阶段运输平巷掘进完成后，由矿体边界向主井依次回采各个矿块。
后退式开采的优点：
巷道维护工作少，采准矿量多，并有利于生产探矿工程提前安排。
阶段准备时间长。
2.3.3相邻矿体开采顺序
一个矿床如果有许多彼此相距很近的矿体，那么在开采其中一个矿体时，将会影响邻近的矿体。
在这种情况下，确定合理的开采顺序，对于生产的安全和资源的回收都有很重要的意义。
由于该矿体倾角（75°
）大于围岩的移动角（上盘75°
，下盘65°
），应当因而采取从上盘向下盘推进的开采顺序。
2.4开拓巷道的位置、断面形状与规格
2.4.1主要开拓巷道布置应考虑的因素
选择主要开拓巷道位置的基本准则是：
基建与生产费用最小，尽可能不留保安矿柱，有方便和足够的工业场地，掘进条件良好等。
在具体选择时应考虑以下因素：
（1）矿区地形，地质构造和矿体埋藏条件；
（2）矿井生产能力及井巷服务年限；
（3）矿床的勘探程度；
（4）矿山岩石性质及水文地质条件；
（5）井巷位置应考虑地表和地下运输联系方便，应使运输功最小，开拓工程量最小；
（6）应保证井巷出口位置及有关构筑物不受山坡滑石，山崩和雪崩等危害；
（7）井巷出口的标高应在历年最高洪水位以上3m，以免被洪水淹没；
（8）井筒（或平硐）位置应避免压矿，尽量位于岩层移动带以外，距地面移动界线的最小距离应大于20m，否则应留保安矿柱；
（9）井巷出口应有足够的工业场地，以便布置各种建筑物，调车场，堆放场等；
（10）改进或扩建矿山应考虑原有井巷和有关建筑物，构筑物等的充分利用。
2.4.2主井、副井、风井
主井担负全矿井的矿石提升。
井筒净直径4.0m，井筒净断面积12.56m²
，井筒掘进面积16.62m²
。
井筒支护：
混凝土支护，支护厚度为300mm。
副井担负全矿井人员、材料、设备和矸石的提升任务，为矿井的主要进风井。
副井井筒净直径为4.0m，井筒净断面积12.56m²
风井位于矿山边界带下盘，考虑到矿井发生火灾时确保人员的安全撤出，在风井井筒内安装了梯字间，并备有安全出口。
圆形断面，井筒净直径2.4m，净断面4.52m²
，井筒掘进面积7.07m²
2.4.3井底车场
井底车场是由若干连接和环绕井筒的巷道及辅助硐室所组成，是地下运输的枢纽站。
它连接着井下运输与井筒提升。
主要作用是提升矿石、废石和下放材料，此外，也为升降人员、排水及通风等工作服务。
同时，地下主要硐室如水泵房、变电所、电机车库、机修站等多设置在井底车场附近。
影响井底车场形式选择的因素：
（1）矿井生产能力的大小直接影响提升井筒的数目、提升容器的类型以及井底车场的矿车运输系统。
（2）矿井的开拓方式。
（3）主要运输平巷的运输方式和调车方式。
（4）运输设备的类型和井口机械化和自动化的程度。
（5）主要硐室的位置，防水门、自动风门的不知要求。
（6）井底车场所处位置的工程地质及水文地质情况。
综合以上各因素，最终确立井底车场的形式为尽头式井底车场。
2.4.4阶段运输巷道
满足运输能力的要求
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