铁锰矿30万ta地下开采设计安全专篇学位论文.docx
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铁锰矿30万ta地下开采设计安全专篇学位论文
四川省XX县XX矿冶有限公司
XX铁锰矿3.0万t/a地下开采
初步设计安全专篇
二〇一二年三月
四川省XX县XX矿冶有限公司
XX铁锰矿3.0万t/a地下开采
初步设计安全专篇
总经理：
总工程师：
项目负责人：
二〇一二年三月
附件：
1、企业法人营业执照（注册号：
5107271800206）
2、采矿许可证（证号：
5100000411113）
1设计依据
1.1建设项目依据的批文和相关的合法证明
XX铁锰矿为四川省XX县XX矿冶有限公司下属矿山，于2004年从四川省国土资源厅取得该矿区的采矿许可证（证号：
5100000411113）。
1.2国家、地方政府、主管部门及行业的有关安全规定
本工程安全卫生设计的主要的依据法律、法规及规定有：
1）《中华人民共和国矿山安全法》（1992年11月7日全国人大常委会第28次会议通过，中华人民共和国第65号主席令）；
2）《中华人民共和国劳动法》（1994年7月5日颁发）；
3）《中华人民共和国矿山安全法实施条例》（1996年10月30日劳动部颁布）；
4）《中华人民共和国消防条例》国务院1984年5月13日发布；
5）《国务院关于加强防尘防毒工作的决定》国发[1984]97号；
6）《中华人民共和国安全生产许可证条例》
7）国家安全生产监督管理总局安监总管一字[2005]29号“关于印发非煤矿山建设项目初步设计《安全专篇》编写提纲和安全设施设计审查与竣工验收表格式的通知”（2005年4月29日）。
8）非煤矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收办法（国家安全生产管理局第18号令）。
9）国务院安委会办公室关于贯彻落实《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》精神进一步加强非煤矿山安全生产工作的实施意见（安委办〔2010〕17号）
10）国家安全监管总局安监总管一〔2010〕168号“关于印发金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查暂行规定的通知”。
11）四川省安全生产监督管理局关于“对非煤矿山建设项目安全设施设计审查与竣工验收中有关安全设施问题”的回复。
12）非煤矿山《企业安全生产许可证实施办法》（国家安全生产监督管理局第20号令）。
13）四川省非煤矿矿山企业安全生产许可证实施细则（试行）（川安监[2010]140号）。
14）《四川省金属非金属矿山安全生产标准化建设实施规范》（川安监[2009]129号）
1.3采用的主要技术规范、规程、标准
设计采用的安全卫生设计规范与标准主要有：
1）《生产过程安全卫生要求总则》（GB12801-91）；
2）《工业企业厂界噪声排放标准》（GB12348-2008）；
3）《机械安全避免人体各部位挤压的最小间距》（GB12265.3-1997）；
4）《矿山电力设计规范》（GB50070-2009）；
5）《工业企业总平面设计规范》（GB50187-1993）；
6）《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；
7）《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-1992）；
8）《消防安全标志设置要求》（GB15630-1995）；
9）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）；
10）《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）；
11）《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87-85）；
12）《生产性粉尘作业危害程度分级检测规程》（LD84-1995）；
13）《爆破安全规程》（GB6722-2003）；
14）《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）；
15）《冶金企业安全卫生设计规定》冶生[1996]204号文；
16）《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2002）；
17）《金属非金属矿山废石场安全生产规则》（AQ2005—2005）。
1.4设计依据的基础资料
1）设计委托书
2）《四川省XX县虎牙锰铁矿区大坪东矿段XX矿冶有限责任公司2007年矿产资源/储量核实报告》地质勘查局六0四地质队2007，10；
3）《四川省XX县XX矿冶有限公司XX铁锰矿矿山地质环境影响评价报告》（四川省地质矿产勘查开发局一0九地质队2004.4）；
4）采矿许可证（证号：
5100000411113）；
5）业主提供的其它有关资料。
2工程概况
2.1建设工程基本概况
2.1.1采矿权人概况
（1）矿区名称：
XX铁锰矿
（2）矿山名称：
四川省XX县XX矿冶有限公司XX铁锰矿3.0万t/a地下开采
（3）采矿权人：
四川省XX县XX矿冶有限公司
（4）企业经济类型：
有限公司
2.1.2项目现状及历史沿革
四川省XX县XX矿冶有限公司，为XX县招商引进的企业，成立于2001年3月，2001年7月领取了企业法人营业执照，注册号：
5107271800206，住所XX县南坝镇石坎场镇，法人代表：
费冶军，注册资本伍拾万元，主要经营高炉锰铁矿冶炼，富锰渣，磷铁销售。
该公司于2002年4月向四川省国土资源厅申请《四川省XX县虎牙矿区大坪东矿段锰矿详查》的探矿权，后经四川省国土资源厅矿产资源勘探处批准，依法取得了矿产资源勘查许可证，证号：
5100000210136，随后四川省地勘局109队该区进行详细勘查地质工作。
在以上工作的基础上，2004年12月30日，由四川省国土资源厅颁发了采矿许可证，证号：
5100000411113，生产规模3.00万吨/年，开采方式：
地下开采，产品为锰矿、铁矿。
矿山在近两年由于采矿难度大等原因，经济效益不乐观。
由于矿区范围内矿体的分布情况及矿石沿深部质量的贫化，因此，矿山目前只对矿区内浅部矿体进行开采，主要采用平硐分中段开拓、走向后退式采矿方法。
沿矿体走向掘进采掘平巷，矿石经放炮落矿后通过矿车装车直接从主巷道向外运出。
矿山设计生产能力3.00万吨/年，经核查，矿山2000年～2003年处于筹建中，未采矿，2003年至今，矿山由于未进行采掘设计，只在矿区东侧有少量采矿巷道，还未形成一定规模，加之开采技术难度大，矿石质量沿深部贫化等原因，实际生产能力未达到设计生产能力。
总之，整个矿区的交通、供水、供电条件基本完善，工业广场布局基本合理，各项基础设施基本满足小型矿山生产的需要。
为了规范、安全生产，四川省XX县XX矿冶有限公司委托我公司进行XX铁锰矿进行初步设计及其安全专篇的编制工作。
2.1.3地理交通位置
虎牙铁锰矿矿区大坪东矿段位于四川省XX县虎牙乡325°方位平距约3.5公里处，矿区中心地理坐标为：
东经104°02′30〞，北纬32°33′00〞。
矿区内有约6km的简易公路通至虎牙，南侧约4km处有虎牙—XX公路，距离XX县城约68km，XX至江油有132km的水泥路面公路，江油市有火车站与外部相通，交通较为方便。
矿区所处地段为北西高陡，南东低缓的单面山，为侵蚀山地高原貌特征，区内沟谷深切，悬崖陡壁遍布，最高海拔为3997m，最低谷海拔1520m，相对高差近2477m，一般海拔高度在2300m～3200m，矿区海拔较高，相对高差大，显高原～高山气候特征，气温垂直分带明显，昼夜温差大，每年10月至次年4月为严寒季节，5～9月为雨雾季节，冬季平均气温在-5°～10°。
矿区为高山无人居住区，区内仅有矿山人员居住，山脚一带的缓坡地带有少量藏族、汉族杂居，居民散布，以农业为生，种植玉米、大豆、荞麦等，尚能自给自足，药材、木材、矿产资源丰富，但无工业企业，总体经济条件较差，区内矿产资源丰富，矿产资源开放较发达，是典型的矿产资源开发性经济，矿区周围无自然保护区和名胜旅游区，该区处于经济开发初始状态，植被发育，大气环境未受污染，自然环境容量大。
矿区按全国地震烈度区划为七度区。
2.1.4开采方式与开采范围
1）开采范围
开采范围的确定依据《XX县XX铁锰矿2007年矿产资源/储量核实报告》及采矿证，矿区中心地理坐标为：
东经104°02′30〞，北纬32°33′00〞。
矿区原采矿许可证范围平面上由8个拐点圈闭（见表2-1）。
表2-1矿区范围拐点坐标一览表
拐点编号
X坐标
Y坐标
1
3603780
18409605
2
3603775
18409878
3
3603690
18409942
4
3603700
18410224
5
3603615
18410385
6
3603135
18410375
7
3603135
18409870
8
3603217
18409595
有效期：
2004年12月～2014年12月面积：
0.3987km2
深度：
2800m～2400m规模：
3万t/a
2）开采方式
根据矿床所处的外部环境和矿体的赋存特点（矿体倾角陡、厚度薄、埋藏深），矿山适宜采用地下开采方式。
2.1.5生产规模
XX铁锰矿采矿能力3.0万t/a。
2.1.6产品方案
根据建设方的委托，本设计产品方案为铁锰原矿。
2.1.7服务年限
经计算采矿生产年限为8年。
2.1.8矿床开拓
开拓方案选择的基本原则：
充分利用已有探采矿工程，力求探采结合，基建工程量省、经营费低，便于施工，管理方便等。
矿山目前已在2675m标高处掘进了部分巷道，而且由于矿山地势较陡，为了运矿方便，已在2675m处设置了索道与306站连通。
因此主平硐设在2675m水平。
由于地形很陡，坡度达到50°左右，修建运输公路比较困难，因此本次设计排除了单纯的平硐开拓方案。
结合现状及地形条件，2675m水平以下矿石宜采用盲斜井将矿石提升到2675m再经平硐运出的开拓方案，无其他可选方案。
2675m以上开拓运输方案经比较采用平硐+溜井开拓运输方案。
2.1.9采矿方法
根据矿体开采技术条件采矿方法选用全面采矿法，采空区嗣后废石充填。
根据矿体资源储量的分布，为使可布有效矿块可靠性较高，从矿体的一端向另外一端退采，届时可在基建探矿、生产探矿和资源储量升级的情况下调整。
2.1.9.1矿块的构成要素
中段矿块沿走向布置。
矿块构成要素见采矿方法图。
沿走向划分盘区，盘区50m×50m（走向长×斜长）。
盘区间留5m连续间柱，顶柱3m，底柱5m，在底柱内每隔5～6m开凿漏斗。
2.1.9.2回采工艺
1）采准切割：
采用脉内外联合采准。
沿走向在矿体底板布置中段运输巷道。
由运输巷道每隔50m开凿人行通风天井及联络道，每5～6m开凿矿溜子。
在运输巷道上方沿矿体底板等高线开凿拉底巷道，并连通矿溜子及电扒硐室。
每隔50m在矿块一侧沿矿体底板倾斜方向开凿切割上山。
为满足废石充填采空区要求，将采场天井下部联络道（即穿脉巷道）延长掘到矿体顶底板，以便作为上部中段开拓废石回填下部中段采空区的通道。
采切巷道按探采结合原则布置，先施工进行探矿，若矿体变化不大，则作为采切巷道利用；若变化大，则另外进行采切布置。
可先施工拉底巷道进行沿脉探矿，利用采场上山进行沿矿体倾斜探矿。
矿体采准切割工程量见表2-2。
表2-2矿体采准切割工作量计算表
巷道名称
断面（
m2）
长度（m）
体积
（m3）
备注
岩石
矿石
合计
中段运输巷
2.0×2.0
50.0
50.0
200.0
切割上山
1.5×2.0
53.0
53.0
159.0
漏斗
1.5×1.5
36.0
36.0
81.0
拉底巷道
2×1.5
42.0
42.0
126.0
拉底扩漏
196.0
合计
2）回采顺序：
由于矿体厚度较小，采用后退式一次回采。
沿走向分梯段推进工作面，工作面全长54.5m，梯段长8～10m，梯段间超前距离5m。
采切采场超前回采矿块1～2个。
3）凿岩：
采用YT—24型凿岩机，浅孔落矿，孔径38～42mm，孔深1.5～2.0，炮孔呈梅花形排列，最小抵抗线0.8～0.9m，孔距0.8～0.9m，工作面面积16m2，一次爆破炮孔数22个，炮孔总长48m，每个采场配备1台凿岩机，凿岩台班效率50m/台•班，凿岩时间6.5h。
4）爆破：
采用改良型2#岩石炸药，单位消耗量0.4kg/t，一次爆破矿石量102t，一次爆破炸药量40.8kg，每m炮孔崩矿量2.13t/m，在班末进行装药爆破，时间1.5h。
采下的矿石由电耙耙至漏斗直接装入板车，然后人工推运至溜井。
5）出矿：
采用2DPJ—30型电扒，扒矿距离30～60m，每个采场配一台电扒，扒矿效率80～100t/台•班，出矿时间1.3个班。
6）通风：
采场采用局扇加强通风。
新鲜风流自中段运输平巷进入，由采区一侧上山进入采场，工作面污风经采场另一侧的切割上山排至上部回风平巷，再由风机经各矿体上部回风巷抽出地表。
当采切或掘进独立巷道时，应采用局扇加强通风。
每个采场在人行天井处配备JK55—2No4.5局扇一台。
7）采空区处理：
矿柱不回收，采空区采用废石充填。
当矿房回采结束后，废石经由上中段运至空区上部，然后通过采场天井联络道直接倒入采空区。
2.1.10爆破器材设施
不建地面爆破器材库，爆破器材采用配送制。
炸药分发站设专职人员，负责保管及起爆药包加工等。
坑内爆破材料运送到工作面时，要用专用的运送工具包，采用人力运送，但不能将炸药与雷管混装。
2.1.11通风与防尘
1）矿井通风
开采通风系统采用对角抽出式机械通风，各中段平硐口进新鲜风流，各中段天井由水平联络道连接，由设在2795m的总回风平巷回风。
矿体端部通风人行天井，采用喷砼支护，内设人行梯子。
通风井巷有各中段平硐，及各中段运输平巷，通风天井，回风平巷等。
主扇风机房安设主扇和设立相应的监测设施。
2）防尘
坑内实行湿式作业，湿式凿岩与局部通风配合，使工作面粉尘浓度达到国家2mg的标准；在卸矿装矿的出渣处安装武安-4型喷雾器，进行喷雾洒水，降低和抑制工作时产生的粉尘；在工作面采矿和掘进时，事前洒水洗壁，防止粉尘二次飞扬；各主要巷道定期洗壁；建立防尘制度，定期对产尘奌和主要巷道进行检测；做好防尘工作的个体保护工作，坚持戴防尘口罩。
2.1.12矿山压气
矿山凿岩设备、装药设备以及喷射砼设备等采用压缩空气作为动力，遵照新的设计理念及建矿模式，不在地面建立固定式空压机站，而设移动式空压机。
空压机的布置可根据矿山实际场地及开采中段选择布置位置，但必须布置在中段坑口附近，以减少敷设管道长度，降低压力损失，节约能源。
设计选用SCR-150SA/W型单螺杆式空气压缩机2台。
螺杆式空气压缩机体积小，控制操作简便，风冷，不需供水等优点，可作为空压机首选。
SCR-150SA/W型单螺杆式空压机主要技术参数
排气量20.8m3/min
排气压力7Kg/cm2
外形尺寸（长宽高）2500×1530×1600mm
配套电机功率110KW
机组重量（不含储气罐）2.58t
2.1.13给排水工程
利用现有的给水系统，水源的水量、水质均能满足生产和生活的需要。
采矿场各车间生活污水直接外排，粪便污水经化粪池处理，食堂污水经隔油池处理，再进入二级处理设施处理达标后排放。
井内排出的水经井口沉淀水池净化处理后达标后再排放。
2.1.14岩体移动界线的确定
根据矿床开采技术条件和本次设计所选用的采矿方法，矿床范围地面无居民居住，无建构筑物，矿体为急倾斜薄矿体，对地表影响较小。
类比类似矿山，本方案取上盘错动角65°，下盘及边帮错动角取65°。
矿体两翼错动角为70°，据此圈出的岩体移动范围见矿区总平面布置图。
矿山开采过程中，应对地表岩移经常进行监测。
发现岩移可能对周边保护对象造成影响时，应采取相应措施：
如留保安矿柱，对地表进行保护。
2.1.15基建工程和基建工程量
为满足规范要求的三级矿量和形成完善的开拓运输系统、通风系统、供电系统、供风系统、供排水系统。
目前矿山基本建设好1038m回风平硐，主要的基建工程为2795m、2775m、2755m、2735m、2675m开拓工程巷道及溜井、通风天井、采切工程，矿山基建期需完成下列工程量：
1923m/8779.8m3，
进度计划是按照尽可能利用地表开口进行施工、采用平行作业加快矿山建设、尽快投产的原则进行编制的，设计安排3个工作队同时施工，基建期为1年。
2.1.16电气与通讯
1）供电
根据工艺专业提供的用电设备数量及容量，按需要系数法统计计算，得出企业用电设备计算负荷为：
用电设备安装功率：
314.5kW；
用电设备计算有功功率：
270.28kW；
企业年耗电能56.01×104kWh。
全矿除主要通风机、空压机及井下用电为二级负荷外，其它均为三级负荷。
本工程在主平硐口地面设置了一个10kv高配所（10/0.4kv变电所），内设一台400kVA变压器向地上相关的用电设备放射式提供0.38kV电源。
另设一台80kVA变压器向地下提供0.38kV电源。
2）通讯
选用一台数字程控交换机置于指挥部内。
井上各主井硐口、通风机房等各值班室和井下各水平采区、装卸矿点、井下车场、爆破时撤离人员集中地点、主运巷道每隔50m等处均设置生产调度电话分机，以实现矿区生产调度和避灾联系。
井下电话分机，应具有防水、防腐、防尘功能。
从地表交换机到井下分线箱之间敷设两条通讯电缆，一用一备，分别从副井和风井引下，其中任何一条通讯电缆发生故障，另一条通讯电缆的容量应能担负井下各电话分机的通讯能力。
2.1.17废石场
本次设计将废石充填在井下采空区，因此矿山不设废石场。
2.1.18修理设施
矿山机械，如空压机、推土机及设备大中修等修理业务由矿业公司外委有关厂家协作解决。
矿区仅配套日常维护设施。
2.1.19土建
公司在探矿期间曾修建了部分建（构）筑物，主要有职工宿舍，炸药库、食堂，浴室、办公楼等。
本次设计新增锻钎间、修理间、充电室、化验室、配电室、值班室、中段平硐口的储水池等建筑物。
设计新增建筑物、构筑物，详见建（构）筑物名称一览表，见表2-2
表2-2建（构）筑物名称一览表
序号
建筑物（构）名称
建筑面积
（㎡）
结构形式
备注
主要生产设施
1
化验室
21
砖混结构
2
修理间及充电室
80
钢筋混凝土框架结构
3
锻钎间
82
钢筋混凝土框架结构
4
值班室
95
砖混结构
5
配电室
45
钢筋混凝土框架结构
6
高位水池
200m3
钢筋混凝土结构
2.1.21投资及经济效益
本项目设计年处理原矿量3×104t/a。
项目的总投666.94万元，其中建设投资516.94万元，流动资金150万元。
本项目的产品方案为年产原矿3×104t，年均销售收入为（含税）1200万元，年均利润总额为878.35万元，年均税后利润总额为527.01万元，项目全部投资财务内部收益率（FIRR）13.13%，全部投资回收期年2.5a（含建设期1a），由此可以看出本项目具有一定的盈利能力，本设计方案是可行的。
以上表明，本项目具有较强的抗风险能力，投资技改效益较好，项目的建成，不仅可满足国内市场需要，还能促进地区经济发展。
2.2工程设计中涉及安全问题的新科研成果、新工艺、新技术、新设备
XX铁锰矿开采设计均采用成熟的采矿工艺、使用常规的技术、设备，工程设计中未涉及安全问题的新科研成果、新工艺、新技术和新设备。
2.3影响矿山安全的主要因素及防范措施
2.3.1地质灾害
地下开采活动可能引起的地质灾害主要有：
地表塌陷、山坡（边坡）滑坡、泥石流、地表地质环境污染、地下水系破坏等。
此外尚有容易发生滑坡，泥石流的地点尚有：
公路、建筑物、平硐口等地段开挖的附近。
坑采地表工程主要防范措施有：
（1）上山公路的挖、填边坡，除了修筑必要的挡墙护坡外，裸露的土质边坡进行必要的绿化。
（2）公路和建构筑物的挖、填边坡，除了修筑必要的挡墙外，对裸露的土质边坡进行植草种树，固土护坡。
（3）加强对公路养护的同时，应对边坡进行维护管理。
（4）平硐口布置在最高洪水位以上；井口设排洪沟，应修筑硐门和护坡。
（5）尽量减少对地表植被的破坏。
（6）矿山公路的养护工人，同时负责公路边坡的维护、管理。
2.3.2冒顶、片帮
冒顶、片帮一般发生在井巷掘进工作面、采矿工作面、采场顶板和采空区等，在穿越地质构造的井巷发生较频繁。
发生冒顶、片帮的主要原因有：
采场结构参数不合理、爆破参数选取不当、矿柱尺寸留设不足或矿柱遭到损坏、穿越地质构造区域、岩性发生变化而施工工艺及支护形式未随之改变、支护不及时。
爆破后，出矿或凿岩前，采场或巷道顶板的松脱岩快未及时清理。
主要安全技术措施有：
⑴采场和井巷掘进工作人员在采掘工作面爆破后，通风30分钟以上，方可重新进入工作面，检查时先洒水后处理松石，顺序是从外往里，同时“敲帮问顶”。
⑵地下采矿作业前必须对工作场所进行安全确认，严格执行“敲帮问顶”制度，加强检查，及时排查安全隐患。
发现松脱岩块及时处理。
⑶井下主要运输巷道和人员进出通道要经常检查顶板和边帮，发现松石及时清理;发现支护或支架有破坏情况，采取补救、加固措施。
⑷严格按照爆破安全规程操作，不得采用少打眼、多装药的方式爆破。
⑸严禁破坏设计留设的保安矿柱。
⑹井巷维修时，必须制定安全技术措施，坚持先支后撤、独头巷道由外到内的原则，保证作业人员退路畅通。
⑺及时封闭废旧巷道和往采空区的通道，防止人员误入。
⑻各工序应制订安全作业操作规程，严格按规程操作。
⑼新员工录用，须进行安全教育和培训。
2.3.3透水
1）透水事故的发生，首先是有水的存在，根据矿区实际，本矿区存在的水体有3种：
（1）大气降水
（2）地下裂隙水
（3）采区，老窿积水
2）其次要有导水至工作面的通道。
可能的导水通道是：
导水断层、裂隙、塌陷区、废弃巷道、透水层、溶洞、采空区等。
根据目前掌握的矿区水文地质资料和矿区岩层含水情况，发生透水可能性较小，透水事故发生的地点可能在不明采空区、老窿积水。
3）产生的原因有：
（1）采掘过程中违章作业，没有及时发现、识别突水预兆；
（2）地压活动揭露水体；
（3）采矿过程中没有探水或探水工艺不合理；
（4）采掘过程中遇含水地质构造，爆破、钻孔揭露水体；
（5）发现预兆时没有采取有效措施和及时报告、启动抢险应急预案。
4）防治透水事故的主要安全技术措施有：
（1）收集、整理、分析、矿井水文地质资料和当地大气降雨资料，注意收听当地天气预报广播。
对地质构造如断层、破碎带的分布、含水情况进行查明。
有积水的井巷及采空区的积水范围，标高和水量，必须绘制在采掘工程平面图上。
在水淹区域标出探水线的位置。
采掘到探水线位置时，必须探水前进。
（2）配备足够能力的排水设施，如平硐水沟等。
并加强维护清理，保证雨季或坑内大量涌水时能畅通无阻地流到坑外溪沟。
（3）编制防治水措施，作到防治水标准化作业。
（4）井下作业人员应熟识突水预兆和正确的避灾线路。
（5）有突水危险的地方，只有在其附近设置防水闸门后方可掘进。
（6）严禁采用放炮法放水。
（7）矿山配备探水钻机，紧持“有疑必探、先探后掘”的原则。
（8）雨季加强井口防洪，防止山洪倒灌井下。
2.3.4粉尘
采矿作业过程中，凿岩、爆破、出矿（采装）三种主要生产工序均不同程度地产生粉尘。
根据作业场地粉尘允许浓度不超过2mg/m3，进风风流中粉尘浓度不超过0.5mg/
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