武汉大学采矿工程本科毕业设计

武汉大学采矿工程本科

毕业设计

Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

本科毕业设计

题目：武钢金山店铁矿张福山采区年产180万吨

地下开采设计

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学生姓名:

指导教师:

日期:

摘要

此次毕业设计是以金山店现有地质勘探资料为依据，根据毕业设计说明书的要求，完成金山店铁矿张福山采区年产180万吨地下开采设计。主要设计内容有金山店采矿方法的选择，开拓系统的确定，采矿设备的选型，主要工程断面的设计，通风排水系统，矿山辅助工艺，总图运输，矿山安全卫生与土建设计。根据设计说明书要求的年产量，确定矿石的提升量和采运设备的运输量，然后选用合适的提升设备和转运设备。在设计中，采用双箕斗井提升，通过铲运机转运矿石至溜井，然后在各运输阶段，由电机车牵引矿车将矿石运到卸矿仓，放矿到主溜井至破碎硐室破碎，由主井提升至地面。设计中的主要运输巷道断面根据运输设备的外形尺寸确定，包括双轨运输断面和单轨运输断面、斜坡道断面等。在采矿方法的选择和开拓方案的确定中，通过技术经济比较，最后选用无底柱分段崩落法和不留矿柱的中央集中式开拓方案。通风系统采用中央对角式，然后根据风量和风压选取风机。根据正常涌水量和设计扬程选取水泵和排水方式。矿山的辅助工艺主要设计了矿山的鼓风系统和供电系统。矿山安全主要是防水、防火、降尘和安全用电等。矿山的土建主要设计了井塔和地表矿石与废石的运输。

关键词：金山店铁矿；地下开采；设计；

目录

附图JSD_XC1：武钢金山店铁矿张福山采区-300M中段工程布置图

附图JSD_XC2：武钢金山店铁矿张福山采区-350M中段工程布置图

附图JSD_XC3：武钢金山店铁矿张福山采区无底柱分段崩落采矿方法附图JSD_XC4：武钢金山店铁矿张福山采区自然崩落矿方法

附图JSD_XC5：武钢金山店铁矿张福山采区总平面布置图

附图JSD_XC6：武钢金山店铁矿张福山采区井筒断面图

附图JSD_XC7：武钢金山店铁矿张福山采区巷道断面图

附图JSD_XC8：武钢金山店铁矿19号勘探线开拓系统横剖面图

附图JSD_XC9：武钢金山店铁矿开拓系统纵投影图

附图JSD_XC10: 湖北省大冶县武钢金山店矿田地形地质图

附图JSD_XC11: 武钢金山店铁矿张福山采区采矿方法对比图

1 总论

设计任务、依据及原则

本设计是以金山店现有地质勘探资料为依据，以导师下达的毕业设计任务书为指导。设计年产量（矿石或金属量）180万吨的铁矿矿山。所设计矿山为新建工程。

此次毕业设计的设计依据为：

(1) 1969年12月，由冶金部中南地质勘查局609大队提交的《湖北大冶金山店矿区张福山矿床地质勘探报告》。

(2) 1986年9月，由中南地质勘查局606大队提交的《湖北省大冶县张福山矿床东部详细勘探地质报告》。

(3) 1967年10月，中南冶金地质勘探公司609队提交的《湖北大冶余华寺矿区地质勘探报告》。

(4) 1974年7月提交，中南冶金地质勘探公司609队的《湖北大冶余华寺矿床补充地质勘探报告》。

金山店铁矿的设计可以根据以上地质勘查报告做初步设计，但是这两份报告距现在时间比较长，所以在基建过程中还要进一步补充勘查。

此次毕业设计的设计原则为：

(1)金山店铁矿原矿品位低，应采用高效率、低成本的采矿工艺，降低损失、贫化指标。

(2)结合该矿储量大的特点，适度加大规模，体现规模效益。

(3)采用新技术和新设备，以提高劳动生产率。采用液压凿岩台车凿岩、电动铲运机出出矿。

矿区概况

矿区交通位置

金山店铁矿矿区隶属于湖北省大冶市金山店镇。东经114°31′-115°20′,北纬29°。

矿区的交通运输比较便利，临近黄石市、黄冈市、和武汉市等几大城市，矿内铁路与外运专线铁路相连，精矿可通过铁路运往武钢的大型冶炼厂，也可以通过陆路运往临近县市的冶炼厂。

矿区建设条件

1 矿区气候条件介绍

矿区位于低山丘陵区，地表为走向北西西的山间洼地。地面标高最高为。山间洼地标高一般20～50m，零星分布有大小水塘。矿区东部才成溪经关山向南汇入大冶湖，流量s。

矿区年平均气温17℃，最高℃，最低-10℃。年降水量974～，平均。每年4～7月为雨季。最大日降水，最大小时降雨。最长连续降雨16日，降雨量。年均蒸发量。

矿区生产辅助设施

金山店铁矿建有完整的辅助生产设施、公用设施和生活福利设施。具有机、电、汽修能力。外部运输建有外运专线与金山店车站接轨。公路运输也极其方便。当地矿业发达，具备良好的外部协作条件。

矿区供水与供电

矿区周边建有保安湖泵站和余华寺加压泵站，供水能力为1760m3/h。

矿山有双回路供电，电源分别引自下金线、铁金线，双电源互为备用。引用金山店现有供电设备，矿山采用2台主变压器，2号变压器为主要供电变压器，20000KVA，容量比为20000/13400/20000；1号变压器备用，25000KVA，容量比为25000/16750/25000。

设计矿山可行性分析

根据设计要求，本次设计为年产180万吨铁矿的金山店铁矿地下开采工程（不含选矿部分），本次设计开采对象为张福山矿区0m到-500m的所有已探明的可采界限内矿体。设计通过分析矿山的地质构造条件，矿石的种类，矿石的价值以及现有矿山开采技术，可以得出此矿山在开采条件上是技术上可行的，然后再根据矿山的基建，设备的选型，人员的配备以及资金的来源进行经济上的分析比较，可以得出此矿山的运营在经济上是合理的。

主要设计方案简介

工作制度和矿山生产能力简介

本次设计维持矿山目前采用的工作制度，即间断工作制，年工作330d，每天3班，每班8h。

根据设计任务书的要求，矿山生产能力为180万t/a。

设计方案概述

开拓系统

本设计采用下盘中央开拓方式，主井担负全部矿石和废石提升任务，矿石和废石混合提升。井筒中心坐标：x=；y=，井口标高+，井筒净直径Φ，井底标高为-

550m，井筒深657m(+～-550m)。钢丝绳罐道，内配6m3底卸式双箕斗，JKM-4×6多绳塔式提升机，4200kw交流电动机。一般在阶段的最低点进行回收矿石。粉矿回收设在-550m 。矿石经现有溜破系统破碎后，下放到-550m装矿水平，经主井提升到地表矿仓。废石从各中段车场经废石溜井直接下放到-550m装矿水平，经主井提到地表。

中央副井服务到-500标高。人员、材料、设备的提升由中央副井承担，并兼作进风井，管缆也布置在该井中。井筒直径为，井口标高+107m，井底标高为-500m，井深607m，副井采用多绳罐笼提升。

各阶段标高为：50m，0m、-50m、-100m、-150m、-200m、-250m、-300m、-350m、-400m、-450m、-500m。阶段运输巷道采用环形布置形式。开拓系统图祥见附图JSD_XC1、JSD_XC2。

采矿方法

根据金山店铁矿矿床开采技术条件，结合该矿已经取得的科研成果，借鉴国内外类似条件下的采矿工艺，综合考虑目前采矿方法的优缺点，本次设计预设采用无底柱分段崩落法。阶段高度为50m，分段高度为，进路间距为16m。采用低贫损放矿，不用截止品味法放矿。回采工艺中凿岩采用Simba H252 凿岩台车，凿岩效率550kt/台.a，钻孔深度33m。出矿采用TORO400E型，斗容为的电动铲运机。

采矿方法图见JSD_XC3和JSD_XC4。

矿井通风

矿区采用中央对角式通风方式，采用进风井、中央副井进风，东、西风井出风的两级压抽结合通风系统，矿区总需风量为270m3/s。

溜破系统

-500m以上生产时，矿石经过现有溜破系统破碎后，下放到-550m装矿水平，经主井提到地表矿仓，废石从各中段车场废石溜井直接下放到-550m装矿水平，经主井提到地表。

坑内排水

矿山涌水量大，采用集中排水方式排水。在-500m中段中央副井旁设计中央水泵房及变电所排水。-500 m中段以上的涌水通过泄水井放到-500m中段，用水泵经敷设在中央副井中的排水管排至地表。

设备选型

设备型号和数量根据年生产能力来选择，所选设备必须保证采矿工程的顺利进行。此次设计目的是设计一座现代化的大型铁矿山，设备选型在满足采场尺寸要求的前提下，尽量选用高效率、先进的设备。

矿山基建

矿山的基建主要包括：主井、副井、主井装矿系统、废石车场、矿废石卸载站、矿仓、运输大巷、斜坡道、硐室、采切等工程。开拓基建总工程量约为，采切工程量约为，开拓基建工期为38个月，投产工期约为48个月。

环保与安全卫生

本工程安全卫生设计按照国家有关规定进行。生产中应严格执行《金属非金属地下矿山安全规程》和《爆破安全规程》（GB6722-2003）,以及其他有关规程、规范和规定。

2 技术经济

概述

金山店铁矿位于湖北省大冶市金山店镇。金山店铁矿设计规模为180万t/a矿石。

本次设计为年产180万吨铁矿的金山店铁矿地下开采工程（不含选矿部分），本次设计开采对象为张福山矿区0m以下所有已探明的可采界限内矿体。

金山店铁矿全矿主要技术经济指标见表。

表综合技术经济指标表

劳动组织及定员

本次设计仅为地下开采工程，地表辅助设施和选矿等不在本次设计范围，因此只对采矿车间劳动定员进行编制。

本次设计采用的工作制度：主要生产工段实行间断工作制，年工作330天，每天3班，每班8小时；管理及部分辅助生产工段，年工作251天，每天1班，每班8小时。

本次设计根据采矿生产工艺流程以及《劳动法》的相关规定，按照精干高效的原则重新编制采矿车间劳动定员。各工种的在册人员系数选取如下：一般生产工人为，少数连续生产制生产工人为，非生产人员（管理及服务人员）为1。经编制，采矿车间定员为660人，见表。

按照上述定员计算的采矿车间全员劳动生产率为2727t矿石/人·a。本次设计从以下几个方面提高劳动生产率：

（1）选用高效采矿方法；

（2）改用铲运机出矿，提高出矿效率；

（3）按照精干高效原则，部分岗位实行并岗。为实现劳动生产率的提高，企业应加强职工技术培训，使部分岗位职工能够掌握多个工种技能。

人员只需在企业内部培训，使其技能得以提高满足生产需要而不需外委培训。只有部分工程技术人员和生产工人需要到相关企业进行培训，以熟悉掌握铲运机出矿工艺。

表劳动定员表

成本计算说明

生产成本及费用包括采矿制造成本、选矿制造成本、管理费用、财务费用和销售费用。

采矿制造成本根据设计采用的生产工艺流程，参照矿山的实际生产成本，并结合当地的各种材料价格进行估算确定。

选矿成本参照矿山目前成本水平并考虑生产规模扩大的规模效益按元/t矿石计算。

管理费用包括管理人员工资、修理费、折旧费、摊销费、资源补偿费、劳保费、工会及教育经费、办公费等。本次设计管理费用参照矿山目前水平固定费用保持不变，可变费用相应增加，年管理费用为3796万元。

各种材料、燃料和电的价格为不含增值税价格，计算的成本为不含增值税成本。工人工资及福利费按企业目前总工资额计算，每年为5951万元。电价按元/kWh 计。

固定资产修理费按固定资产原值的4%计，年修理费为2576万元。采矿车间的维简费按9元/t矿石计提。

折旧费：除提取维简费的固定资产外，其余资产按建构物和设备分类提取折旧费，建构筑物的折旧年限按20年计，机器设备的折旧年限按15年计，固定资产残值率均按5%计；经计算项目的年均折旧费为592万元。

无形及递延资产按10年摊销。

资源补偿费按原矿销售收入的2%计（本次评价按精矿销售收入的%计提）。

财务费用包括长期贷款和流动资金贷款的利息以及汇兑损益等；本项目所需资金均按自筹计算，因此财务费用为零。

总成本费用

按照上述说明计算，项目达到设计生产能力的年平均总成本费用为27248万元（不含增值税和资源税），折合单位矿石成本为元/t，扣减硫精矿副产后的单位铁精矿成本为元/t。项目的总成本费用计算见表和表。表的采矿制造成本为矿山达产年平均成本。根据前后期装矿点以及排水泵房的差异分别估算的采矿车间制造成本前期为元/t矿石，后期为元/t矿石，前期采矿车间制造成本以及作业成本估算详见附表至附表。

表总成本费用（制造成本法）

3 矿床地质特征

金山店铁矿田位于淮阳山字型构造的前弧西翼与幕阜山为主体的杨子纬向构造带的过渡地带，处在新华夏系第二隆起带的次级构造鄂城～大磨山主体复合隆起带与上述过渡地带的复合部位。

金山店铁矿由张福山和余华寺两个矿床组成，其中张福山矿床位于矿田的中部，金山店侵入杂岩体的南缘中段，为大型硅卡岩型铁矿床。余华寺矿床属矿卡岩

型铁矿床，现已探明地质储量A+B+C级万吨，D级万吨，累计探明储量万吨。其中I号矿体万吨，占探明总储量的%，3～7号矿体合计万吨，仅占探明总储量的%。

矿区地质概况

矿区底层系统及地质构造

矿区地层

矿区地层主要为上、中三叠统和部分侏罗系地层，第四系也比较发育。

第四系(Q)：主要为残、坡积物，广泛分布于矿区低洼、冲沟、山坡和山麓等地。厚0～20m。

中～下侏罗统武昌组(J1—2W)，分布于矿区南部，由石英砂岩、石英砂岩夹页岩组成，呈假整合覆盖于三叠系地层之上，厚360～435m。

上三叠统鸡公山组：断续分布于矿区南部，由浅灰色页岩、砂质页岩夹薄到中厚层细粒砂岩、粉砂岩组成，厚0～5m。

中～上三叠统蒲圻群：分布于矿区南部，为角岩和变余砂岩，厚616～922m。是矿床的直接顶板围岩。

中三叠统灰岩组或嘉陵江灰岩(T2)：被交代为薄到厚层状白云质大理岩、白云石大理岩、硅卡岩或磁铁矿体。厚12～18m，为本矿床主要控矿层位。

下三叠统大冶群：分布于矿区北部，为控矿重要层位，岩性为中到厚层白云质灰岩，灰岩夹灰质白云岩，厚30～70m。

矿区构造

矿区处于大冶复式向斜北翼，保安背斜南翼之次级构造-金山店背斜南翼。

金山店背斜：张福山矿床位于该背斜南翼中段的单斜构造上，地层走向为NWW 向至EW向，倾向170°～215°，倾角为45°～85°，呈西陡东缓、北陡南缓及上陡下缓的变化规律。

太婆山复合背斜：张福山矿床位于太婆山复合背斜与NWW向岩体南缘接触断裂带的复合部位，背斜南北长～5km，东西宽～5km，长短轴比接近1∶1。背斜构造走向NE18°～20°。

矿区主要断裂构造：包括NWW向到近EW向断裂和NNE向断裂。

NWW向到近EW向断烈主要包括F1、F2、F3 和F4，主要为岩体南缘接触断裂带的一部分，基本平行排列。

F1断裂分布于1～12线间以及32～52线间岩体接触带内侧，在45线附近被NNE向F46断层错断。1～12线间断裂大致呈NWW向延伸，东西长约720m，走向北偏西70°，倾向南，倾角70°～80°，为一正断层。

F2断裂分布于19～45线间I号、Ⅱ号矿体南侧，大致沿NWW或近EW向延伸，在45线附近被NNE向F46断层错断，断裂长约1600m。其产状为25线以西走向NW55°，倾向SW，倾角65°～75°；向东走向近EW，倾向南，倾角65°～75°，为一平推正断层。

F3断裂位于26～47线I、Ⅱ号矿体之间，在45线附近被NNE向F46断层错断。断层倾向南，倾角上陡下缓，为55°～90°。断层南盘上升东移，垂直断距为300～500m，水平错距50～100m，为逆断层。

F4断层位于岩体南缘接触带外侧蒲圻群下部地层中，大致与F3断层平行排列，纵贯全区。在45线附近被NNE向F46断层错断，断层倾向南，倾角为55°～85°，上陡下缓。垂直断距为400～600m，水平错距大于100m。

NNE向断裂主要有F111、F112、F113、F114、F46和F44等。其中F46规模最大，它位于45线附近的蒲圻群和武昌组地层中，走向NE15°～20°，倾向SE，倾角65°～75°，长度大于1500m，垂直断距约60m，水平断距为100～120m。

矿体的分布与构造具有密切的关系，NNE向断裂常常构成矿体的边界，背斜构造轴线与岩体南缘接触断裂带相交部位常成为主矿体的厚大富集地段，岩体南缘接触断裂带严格控制矿体的形态、产状与规模。成矿后断裂主要发育NNE向断裂，相对发育程度较低。

岩浆岩

矿区岩浆岩属于金山店侵入杂岩体南缘中段的一部分，为燕山中晚期岩浆岩。

矿区岩浆岩主要有石英闪长岩、二长花岗岩、闪长岩和花岗闪长岩，它们构成矿体的直接下盘围岩。

变质和蚀变作用及其变质岩

矿区主要发生了热力变质作用和接触交代变质作用；围岩蚀变有硅卡岩化、透辉石化、金云母化、蛇纹石化、黄铁矿化、磁铁矿化、硬石膏化、钠长石化等，形成了角岩、变余砂岩、大理岩、镁硅卡岩、透辉石硅卡岩、金云母硅卡岩以及蛇纹石硅卡岩等。

矿床成因类型、矿床工业类型、顶底板围岩与矿体的接触关系

张福山矿床中矿体主要由块状及浸染状、粉状、角砾状、硅卡岩-磁铁矿等磁铁矿矿石组成。不同的矿石其稳固性不同。块状及浸染状磁铁矿矿石结构致密坚硬，节理裂隙不发育，属中等稳固性矿石；角砾状磁铁矿矿石及硅卡岩-磁铁矿矿石结构不甚紧密，节理裂隙发育，属稳固性差的矿石；粉状磁铁矿矿石结构松散，强度极低，属稳固性极差的矿石。

矿体的主要顶底板岩石中，石英闪长岩、花岗岩致密坚硬，节理裂隙不甚发育，属稳固性好的岩石；变余砂岩、角岩结构致密，但节理发育，属稳固性中等的岩石；硅卡岩岩性软硬不均，节理裂隙发育，属稳固性差的岩石。

区内构造接触带(侵入体和围岩的接触带)岩石破碎，岩性松软，地下水活动较强，岩石稳固性显着降低，是矿床的软弱带。矿床中的另一软弱带是粉状矿石，呈透镜状和不规则状夹于块状矿石之中形成软弱夹层。

张福山铁矿床西起罗咸益第3勘探线，东经张福山至李道士52勘探线，东西长3500m，南北宽1000m，面积约。在此范围内，分布有一百多个矿体，其中Ⅰ、Ⅱ号矿体是张福山矿床的两个主要矿体，为此次初步设计的主要对象，矿体形态似层状或脉状，呈北西西至东西向平行展布，倾向南南西，倾角57°～89°，由西向东、矿体有向东侧伏的趋势。张福山矿区以25勘探线为界，划分为东西两个矿区。

矿床地质

张福山矿床位于金山店侵入岩体南缘罗咸益、张福山和罗同云一带。矿化范围西起3线，东至48线，长3500m，南北宽100～600m，共分布大小100个矿体，其中规模较大的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ号矿体，Ⅰ和Ⅱ号矿体占矿床探明储量的90%以上。本次设计范围内只有Ⅰ、Ⅱ号主矿体，其地质特征叙述如下。

（1）号矿体特征

Ⅰ号矿体西起3线以西，东至44线，东西长2690m，走向NE77°～SE126°，倾向SE172°～SW203°，倾角50°～85°。矿体产于F3断层南盘大冶群(T1dy7)和蒲圻群(T2)地层分界线附近，受碳酸盐岩的发育程度、岩体与大冶群(T1dy7)接触构造、层间滑动破碎带及F3、F4断层等因素的控制。赋存标高为110～-1100m。矿体形态较简单，在平面上呈条带状展布，剖面上呈似层状，部分为脉状，矿体的头、尾及东西尖灭部位有时出现分叉，局部有天窗。矿体厚～，平均。矿体富集的厚大部位主要分布于14～23线的-100～-500m标高之间和32～42线的-300～-700m标高之间。

Ⅰ号矿体上盘围岩主要为硅卡岩、泥质黑云母角岩、变余粉砂岩、英长角岩，其次为闪长玢岩、石英闪长岩和大理岩；下盘围岩主要为石英闪长岩、大理岩、硅卡岩，其次为二长花岗岩、闪长玢岩、泥质黑云母角岩等。围岩一般和矿体接触界线清楚。

矿体中的夹石主要有磁铁矿化硅卡岩和硅卡岩，其次为闪长玢岩。夹石一般厚度为～2m，占%，厚度为2～5m的夹石，占%，厚度大于5m的夹石，占%，夹石在矿体中所占厚度为%。

Ⅰ号矿体主要由磁铁矿石和少量磁铁-赤铁矿石构成。磁铁矿石分为块状及浸染状矿石、粉状矿石和硅卡岩矿石。块状磁铁矿石多分布在矿体厚大富集部位，而且多分布于矿体的中下部；浸染状磁铁矿石一般在矿体的头部、尾部、东西边部及厚