石材地下矿设计的基本要求.pdf

矿山幵采石材地下矿设计的基本要求浦勇韩映炜浦勇韩映炜苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，江苏苏州 215000 摘要摘要国内大部分石材露天矿达不到绿色矿山建设要求，在环保风暴的高压下，矿山关停整合不可避免，对于优质品种的大理石矿，地下开采也许是发展方向。石材地下开采在意大利已有百年的开采历史，甘肃金润玉、四川东方白等矿也进行了有益尝试。目前，我国仍处于石材地下开采的探索阶段，缺少相应设计规范、安全规程等技术规范。本文结合石材开采的特点和地下矿设计经验，对石材地下矿设计提出了基本要求。 1石材矿开采方式的选择石材矿山绝大部分为露天开采方式，个别矿山采用地下开采方式。开采方式的选择由该矿床开采条件、资源质量、技术经济、开采安全等多种因素综合决定的。一般情况首选露天开采，当露天开采方式受环境、开采条件影响无法实现、或建矿投资太大，或开采剥离成本太高时，才会考虑地下开采。 1.1矿山开采条件开采条件包括矿区地形地貌、周边环境、覆盖层厚度、花色品种质量、矿岩的稳定性、节理裂隙的发育程度、矿岩抗压抗剪强度等方面。 1 地形地貌矿区地形复杂，无法修建上山道路而不能露采的矿山，可考虑地下开采。 2 周边环境矿区在高等级公路可视范围内，或矿区为林业保护区、或有基本农田保护区、或其他原因不允许露天开采的矿山，可考虑地下开采。 3 覆盖层厚度矿区第四系覆盖层、风化层、半风化层或顶板围岩巨厚，基建剥离投资巨大，露天开采不经济的矿区，可考虑地下开采。 1.2地下开采的基本条件 1 应提供地质勘探报告，探明矿体的产状、厚度、矿体的稳定性、矿体抗压抗剪强度、节理裂隙发育程度、构造分布、顶板底板的稳定性等。尤其是其 8 . STONE 2020 Nq9 中优质品种赋存分布情况，优质品种是开采的主要对象。 2 地下开采成本较高，中低档石材经济价值低，不宜地下开采。高档品种才有开采价值，荒料矿山销售价格一般不低于4000元/m3。 3 开采矿体应有较好完整性，节理裂隙不太发育，荒料率较高，开采成本在可接受的范围内。 4 矿岩稳定性好，矿岩的稳定性至关重要，影响地下开采的安全，稳定性较差、岩性软弱的矿体不适合地下开采。 5 锯切设备（链臂锯）仅能锯切中软岩石，对于坚硬的花岗岩，不宜地下开采。 1.3经济合理无论是露天开采还是地下开采，在满足安全、环保、绿色矿山建设的条件下，经济效益指标永远是首先考虑的因素。在选择开采方式时，经济合理剥采比是一个重要的指标，只有当剥采比太大、露采综合成本大于地采时，才会考虑地下开采方式。经济合理是项目投资和成本具有合理性，当地下开采有一定的经济效益时，才会选择地下开采方式。在选择开采方式前，应编制可行性研究报告，做到资源明确、技术可行、经济合理、安全可靠。经多因素比较、技术经济论证后，方可确定开采方式和项矿山幵采目可行性结论。 2 地下矿开拓系统和采矿方法简述 2.1开拓系统根据矿体的埋藏深度和赋存特征，地下矿开拓运输系统分为平硐开拓、斜井开拓、竖井开拓和斜坡道开拓方式四种类型。当矿体赋存于矿区侵蚀基准面以上时，采用最简单的平硐开拓；当开采矿体赋存于矿区侵蚀基准面以下时，采用相对复杂的斜井开拓、竖井开拓或斜坡道开拓方式。 2.2采矿方法地下矿采矿方法分为空场法、崩落法和充填法。空场法是指留设矿柱支撑顶板，开采形成的采空区不进行处理，该方法采矿成本低、但资源利用率低。崩落法需要崩落采空区顶板，其资源利用率高，但采矿成本高、地表会形成塌陷区。充填法是对采空区进行充填，充填后可回收矿柱，其资源利用率高、但采矿成本最尚。 3.2石材矿开拓与采矿方法目前石材地下矿均采用平硐开拓、空场采矿方法，俗称硐采，是最简单的地下开采方式。开采荒料采用非爆破的锯切工艺，崩落采矿法、充填采矿法不适用石材开采的特点。空场法采区暴露面积大、顶板管理复杂，是石材开采的关键点。对于赋存于侵蚀基准面以下石材资源，若采用竖井、斜井开拓，建设投资太大、荒料提升困难、经济上不合理，暂不适用石材矿山。对于高端名贵的石材品种，在经济合理的条件下，可采用斜坡道（斜巷）开拓、汽车运输，同时需要考虑井下排水。 3 石材地下矿设计的基本要求 3.1生产规模生产规模由开采条件、资源储量、市场分析等方面论证。生产规模应与资源储量相匹配，一般资源储量能满足矿山服务年限20年的要求；生产规模与石材花色品种有关，适合大面积装饰的石材品种，生产规模可大些，反之规模可小些。生产规模也与开发商的资金实力有关。 3.2工作制度由于地下开采不受气候的影响，年工作天数较长。一般年工作330天，每天2 3班作业。 3.3开采范围根据采矿许可证划定的区域选择开采范围。对于多品种、多矿体的矿山，在不影响整体设计的前提下，应首先开采优质矿层和勘探程度较高的区域，保证首采区开采取得较好的经济效益。 3.4开拓运输系统主平硐位置的选择，应考虑外部交通条件便利、靠近主矿体，以及硐口位置岩石稳定、不受地质灾害的影响。主运输巷作为荒料运输、人员设备进出的通道，一般沿矿体走向布置。主平硐及主运输巷断面尺寸 5 x 5m 6 x 6m, 进人矿体后应采用锅切方式掘进，可回收部分荒料。在主运输巷一侧或二侧布置开采盘区；盘区另一端布置回风巷与地表贯通，形成回风系统，回风巷断面一般2.5 x2m, 可凿岩爆破方式掘进。主平硐口与回风平硐口间距应不小于30m, 满足二个安全出口的基本要求。矿体赋存在主平硐标高以下时，可修建下行斜坡道与中段运输巷连通，斜坡道坡度一般为10，断面尺寸与主平硐基本一致。斜坡道远离矿体时可爆破方式掘进。 3.5采矿方法 1 开采中段的确定矿体倾角大、或矿体巨厚时应划分中段开采，中段高度由矿房开采的高度决定。矿房分层开采高度 6m，一般分3 4层开采，矿房高度宜18 24m。若矿房高度过小，采切比较大，开采成本较高；若矿房高度过大，矿柱及顶板的稳定性降低，影响矿房安全。每个中段应留设厚度6 10m的顶、底柱，中段高度约 30m为宜。最上一个中段与地表应留设不小于30 60m厚的 { 石材 2020年9期 9 矿山幵采保护层，矿体完整性好取下限，反之取上限。 2 房柱采矿法房柱法是空场采矿方法的一种，适合多中段开采、或矿体顶板围岩较稳定的矿体。房柱法留设连续矿柱，矿柱的尺寸根据上覆围岩高度、矿柱的抗压强度、盘区的采高、安全系数等因素计算确定。矿柱宽 10 15m; 矿房长度100 200m，矿房宽度15 20m。沿主运输巷将矿区划分为若干组矿房矿柱，每3 〜 5组矿房矿柱设置一个盘区，盘区之间布置宽20m的隔离矿柱，以起到阻断地压的作用。利用主运输巷作为自由面，按矿房、矿柱的宽度，布置开口位置，首先锯切平行矿房的切割巷并与回风巷贯通，形成盘区通风系统和二个安全出口，再全锯切开采第一分层（采高6m 。在矿房第一分层开采结束前，布置一条平行矿房、坡度10的下行出人沟，进人矿房第二分层开采标高，随后锯切横向双壁沟，准备出回采自由面。于此同时，在相邻矿柱上锯切断面6 x 6m的联络通道，连通盘区所有矿房，形成多个矿房同时开采的采准条件。矿房开采方式，水平面用链臂锯分离，垂直面用串珠绳锯锯切，也可以用串珠绳锯全断面锯切开采。长条块石分离后，以串珠绳锯解体成荒料，荒料用叉装机装车、块石用装载机装车，通过矿房出入沟运出矿房，再经主运输巷运出硐口。在第二分层开采结束之前，再次延深出入沟，开采第三分层。以此类推开采到最后一个分层。 3 全面采矿法全面法是空场采矿方法的另一种方式，适合矿体极稳定、非常完整的缓倾斜薄矿层矿体（单中段开采），矿体倾角应在10以内，以满足开采作业面荒料运输车运行需要。沿主运输巷将矿区划分为若干个盘区，盘区尺寸一般100 x 100m, 盘区之间以连续矿柱隔开。盘区内部布置点式矿柱支撑顶板，矿柱的尺寸根据上覆围岩高度、矿柱的抗压强度、盘区的采高、安全系数等因素计算确定，一般不小于8 x 8m。先锯切切割巷并与回风巷贯通，形成盘区通风系统和二个安全出口，再全锯切开采。锯切工艺与房柱法第一分层开采工艺相同。 3.6矿井通风地下开采必须机械通风，一般采用抽出式通风方式，通风机房设置在回风平硐硐口。新鲜风流从主平硐进入，经主运输巷，冲刷矿房开采工作面后，污风经回风巷、回风平硐排出硐外。 1 矿井风量计算开采工作面需要新鲜风流。按年开采荒料 10000m3、房柱采矿方法为例，需同时开采8个矿房。按最小风速计算金属非金属矿安全规程规定，矿房最小风速〇 .25m/S。矿房宽20m、高度6m，断面积120m2，单个矿房需风量30mVS; 当矿房高度18m 时，单个矿房需风量90m3 /s。8个矿房最大总需风量为 720m3 /s，该风量相当于年产300万吨的金属矿的需风量。石材矿湿式锯切开采，扬尘小、无爆破烟尘，按此方法计算需风量太大，显然是不符合石材开采的特点D 按破碎硐室计算根据金属非金属矿安全规程（修编审批稿）规定，一个硐室采用二台破碎设备时，需风量不小于12mVS。将矿房类比大型破碎硐室，每个矿房需风量12m3 /s，矿山总需风量为96m3 /s, 该风量比较符合石材矿工艺特点。按井下人员计算井下工作人员供风量不少于 4m3 / min人）。全矿同时下井人数60人，则需风量为4 x 60/60 4.0m3 /s。三种计算方法取大值（排除最小风速计算法），故矿房需风总量为96mVs。掘进巷道通风按3个掘进工作面，每个掘进工作面需风量4iTrVs，掘进总风量12m3 /s。矿井总风量按下列公式计算 Q kt k2 X cX f l.lxl.lx 9612 130 m3 /s 式中Q一矿井总风量，m3 /s; . 10 STONE 2020 Nq9 矿山幵采 I it, 一外部漏风系数，取1.1; 2 内部漏风系数，取1.1; Xc一矿房所需风量，％m3 /s; Xj一掘进所需风量，12m3 /s。 2 负压计算按最困难、最容易时的通风线路，分别计算矿井最大负压和最小负压。 ryPf 负压计算采用下列公式式中 / _ 巷道通风摩擦系数，m m H2 0; S巷道的通风断面，m2; L一巷道长度，m; P- 巷道通风断面的周边长度，m; qi一巷道的通过风量，m3 /s; a巷道通风摩擦阻力系数（查设计手册）。计算通风线路上每一段巷道（硐室）通风摩擦系数，相加累计后得出通风总负压值。 3 风机的选择与通风构筑物按计算的总风量和总负压，合理选择具有反风功能的轴流式风机。为了合理分配矿房的风量，在盘区回风巷可设置调节风窗，使得各个盘区风量分配均匀。巷道掘进工作面应配置局扇加强通风；当矿房高度较大时，应采用局扇加强通风。盘区开采结束后，应封闭该区域的回风巷道，防止新鲜风流外溢流失。 3.7矿井排水地下矿应做好水文地质工作，测算地下涌水量，按矿井最大涌水量设计矿井排水。石材地下矿采用平硐开拓时，平硐、主运输巷应有不小于0.3的坡度利于自然排水；巷道一侧应设置排水沟，排水沟的断面尺寸应满足最大排水量的要求。平硐开拓的矿山可不设专用水仓，拟利用矿房形成的采坑作为水仓。应按最大涌水量和扬程配备水泵，并设置备用水泵，水泵总排水能力应满足20小时内排出井下最大涌水量的要求。下行斜坡道开拓时，应设置专用水仓，水仓容量应满足8h的矿井最大涌水量的要求。 3.8矿柱的稳定性矿柱稳定性计算一般采用简化法，假设矿柱处于简单的单项均勻受压状态，即每个矿柱支撑一个矿柱和矿房覆盖岩柱。 1 矿柱所受到的压应力5i 7H/1-P 式中矿柱所受到的压应力； P中段回采率； y覆盖岩层平均容重； H覆盖岩层最大厚度。 2 矿柱安全系数nS,/S , 式中n---矿柱安全系数； S, 矿柱抗压强度。经验算，矿柱安全系数n大于2时，矿柱安全稳定。矿柱安全系数n小于2时，矿柱不稳定，需加大矿柱宽度或减小矿房宽度，降低中段回采率，直到安全系数满足要求。 3.9支护与安全石材开采矿房暴露面积较大，矿房顶板和矿柱的稳定尤为关键。从意大利大理石矿地下开采实践看，一般采取描杆支护，在线监测等安全技术措施。大多数矿体节理裂隙分布不均匀，局部会存在不稳定的岩体。在布置矿房时，应避开已探明的断层、节理裂隙密集区等不稳定的区段；在开采过程中遇到不稳定的岩体，应进行生产性勘探，探明情况后重新调整矿房的位置并采取有效的支护方式。房柱法开采第一分层结束前，应对矿房顶板、矿柱进行全面检查，对节理裂隙发育区、顶板可能产生冒落的岩体进行锚杆加固，保证矿房下分层开采的作业安全。矿房顶板和矿柱应布置岩体应力、位移参数的实时测量监控系统，以实时监控矿柱、矿房顶板的稳定和安全。应委托有资质的研究机构设计在线监控系石材 2020年9期. 11 . 矿山幵采统，并有专人监控、维护。多中段开采时，上、下中段的矿柱应对齐。若受地质条件影响无法实现，上、下中段的矿柱应尽可能垂直相交，避免矿房顶板地压应力集中，造成顶板片帮、垮落。 4 荒料率的校正及钻孔柱状图编录的建议 4.1荒料率的统计理论荒料率是在矿体露头、大面剥土的基础上，对矿体节理裂隙产状、分布测量编录，用图解法计算理论荒料率。但矿体中的隐裂隙可能无法统计，往往理论荒料率过高，与实际开采不符。建议设计荒料率取理论荒料率的0.9倍，以接近实际开采荒料率。试采工作是地质勘探重要的手段，通过试采可统计荒料率，试采出的荒料也可以试销，预测石材品种的市场价值。同样试采仅能反映浅层的、局部矿段的荒料率。 4.2荒料率的校正节理裂隙分为风化型和原生型，风化型仅影响浅层矿体的荒料率，而影响深部矿体荒料率的是原生型节理。通常，深部矿体的完整性优于浅部，如何估算深部矿体的荒料率是值得探讨的问题。大理石矿钻探可探明矿层厚度、产状、花色品种的变化、构造，以及节理裂隙的发育等矿体深部的资源情况。饰面石材矿产地质勘查规范（ DZAT 0291 一2015要求，仅统计钻孔节理裂隙平均线密度系数，没要求编录钻孔自上而下节理裂隙线密度变化的柱状图。建议按长度5m岩芯，统计每段的节理裂隙数量，即线密度系数（n条/5m , 绘制节理裂隙线密度系数柱状图，该柱状图可直观地反映自上而下矿体完整性的定量变化情况。通过矿体深部（原生矿）和浅部（多为半风化）的节理裂隙线密度系数比值，结合理论荒料率，换算成深部矿体的荒料率。深部矿体的荒料率才能代表全矿区的荒料率。 4.3钻孔节理裂隙线密度系数柱状图对地下矿设计的意义地下矿开采深度范围往往难以确定，上覆盖层留多少合适平硐开口标高如何确定这个问题可以通过钻孔节理裂隙线密度系数柱状图来解决。矿体上部有风化、半风化裂隙，线密度系数较大，向下逐步降低，直到基本稳定，荒料率与线密度系数呈正相关性。在考虑正常的开采条件因素的基础上，建议对多个钻孔线密度系数柱状图进行分析和研究，在节理裂隙较低的稳定区，合理选择平硐开口位置，作为第一中段的开采标高。将线密度系数柱状图作为设计依据，科学地选择开采范围，既能提高了地下开采的安全性，又保证了较合理的荒料率，取得较好的经济效益。饰面石材矿产地质勘查规范（DZ/T 0291_ 2015主要针对露天石材矿的地质勘探要求，尚不能全部满足地下开采的设计要求。建议增加钻孔节理裂隙线密度系数柱状图，为地下矿科学开采提供设计依据。中华人民共和国固体废物污染环境防治法于9月1日起实行固体废物污染环境防治是打好污染防治攻坚战的重要内容，事关人民群众生命安全和身体健康„ 一直以来，国家有关部门高度重视固废法的修改工作。2018年6月24日发布的中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见就明确提出，要依靠法治保护生态环境，加快修改固体废物污染防治方面的法律法规，用最严格制度最严密法治保护生态环境。今年4月2 9 日，十三届全国人大常委会第十七次会议审议通过了修订后的中华人民共和国固体废物污染环境防治法。当天，国家主席即签署第43号主席令，新固废法于2020年 9月1日起实行。新固废法的推出，对于贯彻落实生态文明思想和党中央有关决策部署，推进生态文明建设，打贏污染防治攻坚战，无疑具有重大意义。（本刊） 12 STONE 2020 N〇 9