矿山开采工程设计范文

导语：如何才能写好一篇矿山开采工程设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：矿山；采矿工程；设计；技术

自从改革开放以来，我国坚持大力发展社会主义市场经济，国民经济得到快速的发展，尤其是近几年，受到世界经济一体化的影响，我国国民经济水平提升更为迅速。但是与此同时，我国矿产资源消耗量也在与日俱增，资源储存量日趋紧缩。因此，为了更好的保证矿产资源的持续开发利用，矿山采矿设计单位必须在工作中重视国家法律法规，结合矿山实际情况提高工程设计质量，在保证矿山开采安全的基础上缩短采矿时间、节省采矿投资。

1 地质资料的详细分析

矿山企业由于经营项目的特殊性，其在设计、建设中本身存在复杂性、多样性和周期性的特点，同时随着地下矿产开采量的不断上升，矿山开采工程设计重要性不断凸显，如何科学、合理开采地下矿产已成为目前人们关心焦点。

1.1 矿山采矿工程设计意义

近年来，地下采矿已成为矿山企业工作重点，这些矿石由于长期埋置在地下，其存储条件差距大、存储量不同且开采后无法在生产等条件的限制，使得矿山企业生产条件随着时间的推移不断变化。这种变化无论矿山企业规模大小还是矿山生产条件的优越与否，其开采系统都极为复杂，作业立体化突出、开采条件演变复杂等。在这种情况下，矿产企业大多都采用回填开采的方式，这种方法随着开采量的增加令切割工程逐渐减小、最终消失，同时也引发了新工程的开展。在这种情况下，矿山企业不可能在工作中一次设计出科学、合理的工程施工意图，这就需要在不同的阶段采取不同的方法进行设计，从而保证矿山开采工作的顺利进行。因此，充分认识矿山自身特点是做好矿山设计工作的基础，也是保证矿山开采顺利的关键。

1.2 矿山开采设计中地质资料勘察

地质报告是矿山开采设计的基础，其目的在于通过不同方位、角度来阐述矿石质量以及其他的地下空间信息，并且采用文字、图画或者视频等方式来具体说明。一般来说，在矿山开采设计中地质报告分析主要从以下几个方面入手：

1.2.1 矿山所处区域的整体地质分布情况，其中包含地质构成、地质结构以及地质构造等。这些因素对于矿体的存在影响较大，甚至还影响着矿石质量，因此在采矿设计之前必须要对矿山地质情况进行深入分析。

1.2.2 在矿山采矿设计中，通过对地质资料进行研究我们可以充分认识矿体的分布形态、结构、类型以及岩石的分布状况。这些内容也具体表明了矿体中岩石分布情况、岩石质量以及岩石变化规律，进而为圈矿设计提供最直接的材料依据。

1.2.3 地质资料中还显示出其他的矿床信息，比如矿石的存储量、土层厚度、溶岩发育情况、矿石等级、夹层等。因此在设计中通常都需要将首采区置放在储量较多的位置，但是需要注意的是在不同的矿山条件下，首采区的设计方法和措施也不尽相同。

2 开采境界线的确定

在过去的矿山开采工作中，境界线大多都采用石灰标志，但是在实际操作中由于经济、地形、交通等条件的限制，在境界线确定中通常都会采用竖桩的方式来显示。一般来说，在矿山开采中地质报告中已经明确给出了矿产储量计算范围，并且在国家相关部门备案了。而矿山开采设计的目的在于将地质报告中给出的矿产储量结合当前实际开采情况、开采条件开采出来，因此这类设计成果通常都会在国家有关部门备案，并提前配置相关的开采设备，以供国家政府部门的随机检查。在地质勘察设计工作中，需要注意以下几个方面的内容。

2.1 生产上可靠而又灵活，以便在自然条件（矿床地质条件和开采技术条件）有变化时，仍能保证维持生产或可以对技术方案做某些改变。

2.2 技术上先进而又现实，即设计方案的技术先进程度要和所具备的物质条件相适应。

2.3 工艺简单而又操作方便。

2.4 有足够的生产能力而又有较高的矿床开采强度。

3 矿山开拓设计技术管理要求

矿床开拓设计的主要内容是确定开拓巷道和辅助开拓巷道的类型、位置、数目、断面尺寸以及露天剥离堑沟等。矿床开拓往往决定了整个矿山企业建设和生产的全貌，它与矿山总平面布置、提升运输、通风排水、砂矿采掘进路、排尾等一系列问题有密切的联系。矿山的开拓工程一经形成后，矿山的生产面貌便很难改变，因此，应十分重视矿床开拓设计和施工技术管理工作。

矿床开拓设计说明书的内容应包括：设计依据（上级机关的批准书、任务书等）。设计矿区区段的地质概况。设计方案要进行详细的技术经济对比，并详细说明所选择的方案在技术上的可靠性及在经济上的合理性；设计工程量；主要点坐标；施工顺序和安全防尘措施；工程进度计划表；所需设备、材料明细表以及工程概（预）算等。

矿床开拓工程的设计要综合考虑以下因素：

（1）地表地形及矿床埋藏条件。（2）矿山生产能力、及服务年限。（3）矿区的勘探程度、储量及远景。（4）井筒（主平硐）位置应避免压矿，且要位于开采移动带20米以外，否则应留有足够的保安矿柱。（5）井筒位置应尽可能避免开掘在含水层或受断层破坏和不稳固的岩层中，如上述条件不可避免，设计中应有相应的措施。（6）井口（平硐）的标高应在历年最高洪水位以上，并要保证有关构筑物不受滚石、滑坡和岩石塌陷的危害。（7）井口（平硐）的地表要有足够的工业场地，便于布置各种构筑物、建筑物和足够的废石场地等。（8）井口（平硐）位置的确定，应使地表和坑内工程量少，施工快且到选厂的总运输功最小。（9）对扩建和改建的开拓工程，应尽可能利用原有井巷，并尽可能与已有开拓系统相联系。（10）每个矿井要有两个独立的安全出口，两出口之间的距离按《冶金矿山安全规程》的规定执行。（11）施工前，要制定井筒掘进、砌筑、井筒装备的安装施工方案和施工组织技术措施与安全措施。制定的井筒施工制度表，编制井筒掘进砌筑安装的设备、材料、工具、人员明细表。

结束语

总之，每一个矿山的地质特征都是不同的，因此在矿山采矿工程设计中工作人员因当认真、仔细的分析矿山地质情况，选择出科学、合理的开采方案，在确保矿山建设安全的同时，节约投资成本、提高企业经济效益。

参考文献

[1]王国权.矿井开采设计的方法步骤及参数的确定[J].科技风，2013（4）.

[2]王宏森.矿床地质特征对采矿设计的影响[J].江苏冶金，2007（3）.

[3]李英，暴合琴，陈仲杰，江家谱.计算机辅助设计系统在采矿工程设计中的应用[J].有色金属（矿山部分），2006（1）.

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为深入贯彻落实省政府办公厅《关于进一步加强矿山企业安全生产工作的意见》和市十四届人民政府第77次市长办公会议精神，切实加强非煤矿山和金属非金属矿产资源地质勘探安全生产监管工作，落实属地管理责任，促进我市非煤矿山安全生产形势持续稳定好转，现就有关事项通知如下：

一、全面深化非煤矿山安全生产专项整治

各相关区、市政府要把非煤矿山安全专项整治摆上重要日程，把开展非煤矿山安全专项整治与贯彻省政府办公厅《关于进一步加强矿山企业安全生产工作的意见》和市十四届人民政府第77次市长办公会议精神结合，进行同时部署，同时组织实施。

地下开采矿山要重点整治没有正规设计、系统存在缺陷，井巷没有两个独立、直达地面、能行人的安全出口，顶板不稳固的采场没有采取监控手段和处理措施，使用国家明令淘汰的提升设备设施，井下防洪、防透水及排水措施不落实，没有建立机械通风系统或通风系统、风质、风量、风速不符合规程要求，技术管理、现场管理不规范、不到位，通讯系统不到位、不可靠，采空区、火工品管理制度不完善、不落实；露天矿山要重点整治一面坡和伞檐开采、不实行自上而下分台阶（分层）开采，边坡出现变形和滑动迹象，排土场排土工艺参数不符合设计规定，未建立排土场监测制度，排土场下游人员和重要设施受隐患威胁；尾矿库要加大对危库、险库、病库的治理力度，重点整治未取得安全生产许可证，未通过安全设施“三同时”验收，擅自利用废弃尾矿库进行生产，没有正规设计，超量排放储存尾矿、私堆乱建以及擅自违规加高坝体，无主管单位或监管单位不明确，危库未停产抢险、险库未在限定时间内消除险情、病库未按照规程要求限期整改的安全隐患。

要严厉打击无证无照、证照不全、停产整顿拒不执行停产整改指令擅自生产、私挖滥采、以采代探、超层越界开采等非法违法生产行为。

二、加强领导，完善机制，联合执法，形成监管工作合力

要建立非煤矿山安全生产监管工作联席会议制度，不定期召开会议，研究非煤矿山安全生产监管工作，解决存在的问题，协调推进非煤矿山专项整顿治理工作。各区市政府要建立相应的协调机构，负责协调推进本行政区域内非煤矿山安全生产监管工作，健全制度，明确责任，将安全生产监管任务逐级分解到基层和具体矿山企业，并安排专项经费，加强安全监督检查，确保落实到位。非煤矿山安全生产监管实行政府统一领导、相关部门共同参与的联合执法、合力监管的工作机制。

三、严格要求，规范程序，确保严格矿山项目建设监管到位

各区市、各有关部门要加大非煤矿山安全设施运行安全监管，特别是提升、通风、电气等系统的安全运行，具备技改条件的矿山必须在规定期限内改造到位。矿山技改项目必须经非煤矿山行业管理部门核准备案后，才能组织实施。不能如期完成整顿治理任务的矿山，在规定期限届满后一律实施关闭。矿山建设项目（含新建、改扩建）必须按照相关法律法规和行业准入条件履行相关手续，项目建设必须按管理权限经非煤矿山行业管理部门核准备案后，由具备相应资质的设计单位编制安全设施专项设计及工程设计，并经非煤矿山行业管理部门审查批准后，方可开工建设。建设项目竣工后，应依次通过国土、安监等专项验收和项目竣工验收，并依法取得相关证照后，方可投产。无正规设计的正在基建矿山必须立即停止建设，应委托具备相应资质的设计单位补做工程设计，并经非煤矿山行业管理部门审查批准后，严格按批准的工程设计施工或整改。

四、注重整治手段，强化属地监管责任

要深刻吸取近期发生的矿山事故教训，认真贯彻落实属地监管原则，所有地下开采矿山和坑探工程项目由所在区市政府及其各有关部门实施监督管理，要将责任逐矿、逐工程落实到部门、到责任人，实行名单制管理。各单位要突出检查和整治重点，明确检查频次、内容和效果。每年至少开展2次安全生产大排查大整治大执法专项行动，督促矿山企业依法履行安全生产主体责任，强化企业落实现场安全管理措施。国土、安监等部门要进一步落实安全生产监管责任，每半年至少对地下开采矿山、坑探项目进行1次检查，严查企业超层越界开采、以探代采、以建代采情况，严查企业管理系统和证照资质等是否符合安全生产法规规定的情况。检查方案和检查情况要及时报同级政府安委办和上级业务主管部门，报告时间应分别在5月30日之前和11月15日之前。市有关部门要重点加强指导和综合监督管理，检查发现的重要问题或隐患应采取督办、执法查处、综合整治等措施，检查结果应归类存档。

五、立即开展地下矿山和坑探项目检查

相关区市政府要立即组织开展一次检查行动，进一步核实地下开采矿山和坑探工程情况，并在相关媒体予以公布，让全社会监督。严厉打击企业存在超层越界开采、边设计边建设、边设计边探矿、以探代采、以建代采情况，落实坑探工程施工设计以及设计与矿产资源勘查实施方案的符合情况，各主要管理系统和证照资质等是否符合安全生产条件，各有关部门要落实行政执法措施。

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1、进一步加强我市矿山企业安全生产工作，严防各类生产安全事故的发生。

2、有效防治地质灾害，确保汛期广大人民群众的生命财产安全。

二、检查时间

年4月15日至5月31日。

三、重点范围

1、重点镇办：镇、镇。

2、重点矿山：地下开采、勘查的矿山企业，特别是具有采空区和尾矿库的矿山企业。

四、工作步骤

（一）矿山企业违法违规行为检查和隐患点排查阶段

1、扎实开展“打非”工作,推进安全生产执法行动,进一步加强基层安全监管，规范安全生产经营秩序。对下列行为依法进行打击或查处：

（1）无勘查许可证进行矿产资源勘查的；

（2）无采矿许可证进行矿产资源开采的；

（3）有采矿许可证但其他证照不全（主要指安全生产合格证、营业执照等）从事矿产资源开采的；

（4）已整合关闭矿山企业或采矿许可证到期后未延续，现仍在进行矿产资源开采的；

（5）乱采滥挖、超层越界开采的；

（6）瞒报事故的；

（7）重大隐患隐瞒不报或不按规定期限予以整治的；

（8）其他非法违法开采矿产资源的。

2、认真开展“治违”工作,我局将聘请有资质的单位对有井下生产施工的矿山企业进行矿区范围核查，并以这次核查为契机，重点解决安全生产中存在的以下薄弱环节和突出问题：

（1）加强开采环节的监管和治理，对不按照开采设计方案组织生产，开采现状与设计技术资料和图纸不相符的坚决予以治理。

（2）所有地下开采的矿山企业，其井下工程设计必须通过安监部门的审查批准，并严格按照批准的设计进行施工，同时实行机械通风。对作业地点的风量、风质等要定期检测，确保符合安全规程要求。

（3）地下开采矿山要重点治理影响安全生产的大面积采空区隐患,凡是能够充填的要充填处理,能够放顶的要放顶处理,一时不能充填或放顶的,要采取专门措施,严密监控;治理透水事故隐患,落实矿井各项防治水措施,排查治理可能引发事故灾难的地表水患。

（4）地下矿山要落实《金属非金属矿山安全规程》有关防排水的规定，制订和落实防洪、防透水及排水措施及应急预案。

（5）露天矿山要按设计方案自上而下分台阶开采，排土场要按照设计要求进行排土作业，同时，要落实截洪、防洪和排水设施及防止泥石流措施。

（6）尾矿库要针对去年整治中发现的问题，抓好督办工作。对没有安全生产许可证、没有办理设计审查和竣工验收手续仍在使用的尾矿库，各所要及时上报所在地的镇政府（办事处）和安监部门，并积极配合有关部门做好关停工作。

（7）有井探、坑探工程的探矿权人必须凭勘查设计进行坑探工程设计，到市安监局办理安全批复备案手续，然后到市公安局办理爆炸物品使用许可手续，方可进行勘查工程施工，施工现场应设置安全标志和信号，以防意外发生。对未按勘查设计或勘查工作施工方案进行勘查施工的，特别是擅自实施坑探工程的，各所要及时下达整改通知，并上报局执法队依法进行查处。

对在探矿过程中遗留的钻孔、探槽、探井、巷道或者形成的危岩、危坡，探矿权人应及时进行回填、封闭，或者采取其他消除地质灾害隐患的措施。避免造成地质环境破坏和安全事故的发生。否则，按国务院安全责任追究制度追究责任。

3、切实开展地质隐患排查工作，消除地质灾害隐患。6～9月期间是我市的主汛期。汛后一定时间内，在台风和强降雨等突发气象条件下，发生地质灾害的可能性也很大。汛期特别是台风期间，当降雨达到一定强度时，可能发生以风化残坡积岩土山体和人工边坡崩塌滑坡为主的地质灾害，一些崩塌滑坡和矿山的尾砂、废渣在山洪作用下易形成泥石流。个别地区在降雨、排灌水或加载振动等外力作用下可能发生地面塌陷。各国土所和矿山企业应加强重点区段、重要灾害点的防范，必要时应采取临时紧急避让措施，避免人员伤亡。（可能发生地质灾害的重点区域见附页）

各国土所要协调当地镇办，对辖区内的地质灾害易发区域进行全面排查，对新增的地质灾害隐患点，要比照已有的“两卡”确定责任人，确定撤离路线和撤离方案，确保发生地质灾害时能够及时安全地组织人员撤离。要严格执行地质灾害“三查”制度、“两卡”发放制度、汛期值班制度、地质灾害险情巡查制度、地质灾害应急调查制度和灾情报告制度，把地质灾害防治各项工作落到实处。

（二）集中整改阶段

1、各矿山企业要按照本方案要求，对安全生产的有关情况认真进行自查，对自查中发现的问题及时制定整改措施，限期整改，并于5月10日前将自查情况及时报送当地国土所。

2、各国土所对排查出的违法违规采矿的问题，要逐一登记、汇总，并及时上报局执法大队。

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关键词：采矿工程；计算机辅助设计；实验教学；教学改革

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 10-0000-02

计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)是利用计算机的计算功能和高效的图形处理能力，对产品进行辅助设计、分析、修改和优化。矿图是矿井设计、施工和生产过程中得重要工程资料，矿山生产中越来越多的矿图使用CAD技术绘制，它已广泛应用于矿床开采设计的各个工艺环节。如绘制开拓系统图，井巷断面图，采矿方法图，爆破回采设计图，露天地下采区平面布置图，提升运输系统图，地质剖面图，地质地形图等等。使得采矿CAD技术逐渐成为矿山工程技术人员的必备技能。采矿工程专业学生毕业后如何胜任矿山采采过程中各个生产工序图纸的设计，计算机辅助设计的绘图能力的培养就显得尤为重要。

在全国采矿工程专业各大院校的课程设置中，很多课程与计算机辅助设计相关联，比如露天开采课程设计、地下开采课程设计、矿井通风课程设计和毕业设计。但在实践的教学过程中计算机辅助设计的实验教学普遍存在与工程实际应用存在一定差距以及成绩评定只注重结果的问题，因此在采矿计算机辅助设计实验教学过程中如何提高实践教学的效果，培养学生创新能力和工程应用能力，为培养卓越工程师奠定坚实基础的意义重大。

一、我校采矿工程专业CAD实验教学现状

目前我校环资学院《采矿计算机辅助设计》课程是依据“计算机辅助设计与采矿工程专业”中的矿床开采设计工作领域设置的。但在课程设置上，《采矿计算机辅助设计》是专业基础选修课，并且此课程是在《采矿学Ⅰ》、《采矿学Ⅱ》、《井巷工程》和《矿井通风与除尘》等专业课之前设置的，这样直接导致了《采矿计算机辅助设计》课程与采矿工程专业知识脱节。而在教学过程中，计算机辅助设计采用“先学后用”的教学方式，大部分教学时间是授课教师进行软件操作命令的演示性讲解，学生学习知识脱离专业背景，仅仅是观看很难发挥好的教学效果，导致学生对课程失去兴趣，进而影响教学效果。

在现有的计算机辅助设计教材中，关于CAD技术应用学习的教程和书籍已经很多，但关于采矿工程图纸和CAD技术在采矿工程中的应用方面的教材和资料非常有限。同时，在现实的计算机辅助设计实验教学过程中没有相应的采矿工程CAD技术的实验指导书，学生就表现出对实验实践课没有兴趣和逃课，或者在考勤的压力下进行实验，但对着计算机又不知道该做什么的，也不知道通过这样的实验能培养自己什么样的能力[3]。因此在这种教学模式下，直接影响学生上机实验效果，大部分学生无法真正结合专业背景学会软件的使用，也影响采矿工程专业的毕业设计。与此同时，很多老师和用人单位反映，学生在做毕业设计和参加工作后，不能很快胜任采矿工程专业制图工作。

二、采矿CAD实验教学改革

2010年出版的《金属非金属矿山采矿制图标准》打破了采矿工程制图长期处于无规范状态，实现了采矿计算机辅助设计制图标准化，提高制图效率，保证图面质量，不用或少用文字说明便能表达设计意图，使设计、施工和生产之间有简捷共同语言。

鉴于目前本课程设置和教学过程中存在的问题，结合《金属非金属矿山采矿制图标准》，如何更好的利用《采矿计算机辅助设计》教学中8个学时的上机实验，让学生有浓厚的兴趣掌握CAD各中常用命令，同时又能掌握采矿工程制图方法和规范，为今后培养卓越工程师奠定扎实的基础。

（一）能力训练项目设计

在采矿工程专业的毕业设计任务中，对学生CAD应用能力的要求越来越高，采矿工程工程专业的毕业生必须熟练掌握露天开采设计、矿井设计、矿图和采矿CAD的相关知识。围绕采矿工程设计中矿图的绘制，以实际项目为载体，以学生为主体，配合老师讲解，以《金属非金属矿山采矿制图标准》为依据，结合学生感兴趣的工程设计实例进行基本操作命令的实验。根据采矿工程专业知识特点，选取了实际工程项目中主要矿图为能力训练项目的载体，分别为露天开采终了平面图设计、地下开采开拓系统图设计、无底柱分段崩落采矿方法图设计、井巷断面设计。

学生可以通过这样定时的实验可以极大程度的调动了学生学习的积极性，可以掌握计算机辅助设计的基本功能和《金属非金属矿山采矿制图标准》的制图规则，能让采矿工程专业学生具备扎实的矿图知识和CAD应用技术，使学生增强利用计算机绘图平台和采矿知识解决课程设计、毕业设计和工程现场的绘图设计问题的能力。

（二）《采矿计算机辅助设计实验指导书》的研究

主要以项目为主题制作实验指导书，融入相关CAD命令的应用和采矿制图的规范要求，制定实验内容、目的、要求和能力培养的目标及作图步骤[2]。

以其中矿井开拓系统图绘制实验项目为例，介绍制定实验指导书的内容，包括实验内容、目的要求和能力培养的实验步骤。

1.实验内容

（1）在图书馆或相关专业资料中选择开拓系统图，选取相应的开拓方案和相关参数，对照资料进行开拓系统图的绘制。

（2）练习基本绘图命令（直线、多段线、圆、圆弧、样条曲线、块）、修改命令（复制、删除、镜像、偏移、修剪、延伸、打断）、对象捕捉、对象跟踪、文字、图层和掌握《金属非金属矿山采矿制图标准》中一般规定、图纸规格、图纸标题栏、比例、文字与数字和图线的规定等。

2.目的要求

通过绘制开拓系统投影图，掌握各种常用的绘图和编辑命令的使用方法和技巧，熟悉各种采矿工程设计图纸中采矿图样。综合应用多种绘图和编辑命令，掌握二维工程图样的绘制。掌握采矿工程图的绘制方法和表达内容。要求图面布置合理，尺寸、符号标注完整清晰，线型、字体符合采矿制图标准。

3.作图步骤

（1）收集专业资料，确定绘图对象；（2）分析图形的组成部分，确定在CAD中绘图比例，设计出合理的图层、线型、线宽及颜色方案；（3）分析巷道的相对位置关系；（4）打开CAD，设置图形界限，设置单位，保持版本类型，打开栅格，建立图层，设置相应图层的线型、线宽及颜色。（5）画出图框和标题栏；（6）分析平面图和纵投影图的关系；（7）绘制经纬网、地形线和矿体的纵投影图；（8）绘制井筒和巷道的关系；（9）绘制其他部分，比如文字、专业符号等；（10）标注图形；（11）进行CAD图形的布局设置，确定好纸张图幅、方向、打印区域和打印比例。

（三）学生实验过程评价

在采矿工程计算机辅助设计实验教学中，通过记录平时每次实验中学生进行实际操作的情况来评价和确定学生的成绩，注重过程培养而不是以最后考试来决定成绩，设计制定实验过程评价的内容，整个实验成绩的评分结构的具体内容包括：实验操作占50%，报告书写占30%，出勤和课堂纪律占10%，实验提问占10%。以下为实验结果分析及反馈记录表1。

三、结语

针对矿山开采过程中实际工程设计的要求，以Auto CAD软件为基础，将计算机辅助设计与采矿工程专业工程制图相结合，以能力训练项目为依托，制定出适合采矿工程专业工程设计绘图的实验指导书，切实架起理论讲解和专业图形绘制的桥梁，弥补现有教学手段的不足，提高学生对理论讲解的兴趣，注重实验教学的过程考核评价，达到理论与实验教学相互结合的目的。

参考文献：

[1]王振玉,杨斌,郑才国,等.计算机辅助设计实践教学研究与改革[J].科教到刊,2011(9):131-132

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1.1方案研讨与论证早在2006年，以铜锌矿生产技术相关人员为主的“深部开拓方案研究小组”在充分论证、比较、完善各种方案的基础上，经过反复研究讨论，综合技术经济指标比较，最终形成主导的设计思路：a．系统分为地表明竖井和井下盲竖井两部分，两段竖井构成完整的通风提升运输系统，并与现有生产系统实现科学对接。b．井下盲竖井部分，采用在矿体的东部新建独立竖井系统方案（简称新建系统方案）。

1.2设计方案本次开拓设计的基本原则是：在稳定现有产量的基础上，为增产创造有利条件。目前的矿山生产能力为60万t／a，并呈现减产的趋势，因此新开拓深部区域，即－827m中段以下生产规模设计为20万～30万t／a，约占总产量的1／3，此工程达产后，矿山的矿石年产量将达到约80万t，铜精矿金属含量将达到10000t。为了适应深部矿体的特征，本次开拓设计，将原矿床开采的标高由60m降低到50m，因此，本次设计－827m中段以下新开拓中段为：－877m，－927m、－977m，－1027m、－1077m、－1127m和－1177m中段。

1.2.1开拓系统主要工程：本次深部开采接续开拓系统的工程设计，既立足于对深部矿体的开采，也着眼于同步解决目前开采遇到的安全技术难题。主要的工程包括上下两段接力竖井（共计4条），即：明罐笼井（简称1＃罐笼井）、东翼明风井、2＃东翼盲罐笼井（简称2＃罐笼井）、东翼盲箕斗井，分述如下。1＃罐笼井：运送人员、设备及材料；辅助提升矿石或废石；兼作为深部（－827m以下）回采作业区域的入风井；需要时，可以作为矿床开采东翼的另一个补充安全出口。与该罐笼井配套的设施和设备为：井塔式JKM－2．8×4（I）E多绳摩擦提升机，配560kW电机。提升机位于该井井口，设计在312m标高与新设工业场地通过平硐相连通。人员和材料及提升的矿石或废石通过平硐进出竖井。采用单罐笼配平衡锤提升系统。东翼明风井：作为矿山矿床开采东翼的主回风井。2＃东翼盲罐笼井：作为深部开采时的副井，负责人员、设备材料的运输；辅助提升废石及部分矿石；兼作深部开采的入风井。与该罐笼井配套的设施和设备为：井塔式JK㎡．25×4（I）E多绳摩擦提升机，配450kW电动机。东翼盲箕斗井：主提升竖井，承担大部分深部开采矿石的提升。与该箕斗井配套的设施和设备为：选用井塔式JK㎡．25／4多绳摩擦提升机，配560kW电动机。

1.2.2其他系统及辅助设施a．井下排水、供水系统系统－827m以上各中段沿用原7个泵站接力排水；－827m标高以下设计采用集中排水方式。在－1177m中段设永久水仓（有效容积为430m3）。－1177m泵站排出的水经－827m中段巷道水沟排到矿山原有－887m中段水仓，再经原系统（7段接力）排至地表。－827m标高以下各生产中段的供水由设在－767m中段的水池供给。b．供风系统由于新建－827m以下矿体开拓距地表很深（地表标高在300m左右），因此在－827m中段新设计坑内空压机站，负责盲竖井以下各中段的采掘供风。c．充填系统红透山目前主要采用尾砂充填法采矿，充填站位于近地表253m平硐内，充填材料经充填站混合后通过充填管路下放至各生产中段。由于－827m以下各中段距原充填站太远，管路承受的压力较大。为了满足深部采空区接续充填的需要，在项目建设期间或工程投入使用初期即着手研究在合适中段配套建设接力充填站的必要性和可行性，适当时机实施相关工程。以服务于上部生产中段东部生产区域和－827m以下各中段。d．供电系统在原红透山铜锌矿变电所设升压变压器两台S11－2000／3（电压变比为3／6kV，互为备用），在变压器二次侧采用两条6kV架空线路至新建坑口变配电所，给新建坑口设配电所（6kV）供电。

2工程设计方案的创新

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关键词 露天采石场；水土流失；影响；水土保持；原则；措施

中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）17-0267-02

近些年来，随着城乡建设的飞速发展，房地产与城镇基础设施建设规模的不断扩大，石材的需求量急剧增加，并且在冶金、化工、轻工、农业及其他特殊工业部门矿石也成为越来越重要的工业原料，采石场数量呈激增之势。露天采石场的特点是规模小、数量多、距城市近、破坏环境的范围大[1-3]。众多采石场正面临着十分严重的生态环境退化问题，环境恶化、水土流失、生物多样性锐减等向采石场生态恢复的理论与技术提出了严峻挑战。这样的现状已经引起了政府部门的高度重视[4-7]。

1 露天采石场水土流失的影响

露天采石场开采工程对周边居民生活、农业生长、河流水域及周边生态环境造成一定的不利影响。

1.1 增加河道淤积，影响河道排洪

如果施工过程中不采取土方合理调运及有效临时防治措施，在降雨径流作用下，大量的泥沙将随着地表径流直接进入附近的池塘和沟道中。不仅增加了河（沟）水流的含沙量，造成河道淤积，降低河道排洪能力，也不利于下游沿岸地区的防洪除涝。

1.2 加速土地肥力流失，降低地力

工程建设征用、占用土地，破坏原有地貌，损坏植被，土地耕作层和植被生长层被挖损、剥离或压埋，工程建设将使工程区植被面积减少，裸地面积增加，导致水土流失加剧，造成土壤有机质流失、结构破坏，土壤中的氮、磷和有机物及无机盐含量迅速下降，同时土壤中生物、微生物及它们的衍生物数量也大大降低，从而使立地条件恶化，给植被恢复和土地复垦工作增加了难度。

1.3 降低水域功能

伴随着水土流失现象的发生，地表径流夹带进入水体的悬浮物及其他有机污染物数量增加，有利于藻类生长且使水中含氧量减少，从而使该水域水体自身净化、调节等功能下降，对局部生态环境有一定不利影响。

1.4 植被恢复难度加大

由于采石场开采结束后大多未进行复垦绿化，从远处看像一块块凌乱的“补丁”，严重破坏周围自然景观，同时会造成水土流失、泥石流、滑坡、河道堵塞等生态问题。在开发过程中未注意表土剥离与保护，未考虑到采石场开采平台的位置、角度、坡向和走向，为减少投入采用垂直开采方式遗留的高低不等的直立石质开采面，也未考虑废土和废渣的保留和堆放问题，一旦要进行复垦绿化，土方工作量太大，耗资也大，使绿化工作难以开展。有专家估算，被破坏的植被靠天然恢复至少要100年时间。

2 露天采石场水土保持布局及设计的原则

2.1 “谁开发谁保护、谁造成水土流失谁负责治理”的原则

凡在生产建设过程中造成水土流失的，都必须采取相应的防治措施对水土流失进行治理。针对项目区的自然条件和工程建设的特点，合理确定水土流失责任范围，全面进行治理，最大限度地恢复地表植被，有效地控制人为水土流失。

2.2 “预防为主、综合防治”的原则

合理安排施工进度和施工工序，严格控制并尽可能减少施工过程中对地表的扰动、对植被的破坏，尽量避免由于施工不当造成新的水土流失；按照工程建设时序、工程布局，因地制宜、因害设防，合理配置各种防治措施。

2.3 “三同时”的原则

水土保持设施的设计与主体工程设计相协调，设计深度与主体工程设计深度相一致，实施进度与主体工程进度相协调，水土保持设施与主体工程同时验收。

2.4 “分区防治”的原则

根据工程特点，防治分区一般划分为露天采场区、工业场地区、开拓运输道路区、排土场区，采取必要的工程措施，尽可能采取植物措施，坚持生态优先和环境美化相结合，做到与周边环境相协调。

3 露天采石场水土保持设计措施

由于其工业场地、开拓道路的修建，露天采场的剥离与开采，排土场弃土弃渣等人为扰动，极易造成水土流失。根据防治结合、因害设防、因地制宜、统筹考虑的原则，针对矿山建设和生产造成的水土流失特点，采取工程措施、植物措施和临时措施相结合的方式，修建挡墙、沟道、护坡以及覆土栽植等，在整个矿区形成水土流失综合防治体系。

3.1 露天开采区

矿山开采过程中，大量的粉矿和碎石会沿着山坡洒落到低处的山沟中，最后在水流的冲刷下进入池塘或水库，对当地的水环境影响很大，在较大的山涧冲沟中可设计谷坊，来拦蓄和沉淀水流中的碎石和粉矿。

露天开采区采场上方布设截水天沟，每个开采平台均设截水沟。周边排水沟根据露天开采区的来水面积及防御标准，确定排水沟断面尺寸。坡面流量与截洪沟的位置、地形、土壤、植被及设计降雨强度等因素有关，按QB=0.278kiF计算，其中QB表示最大设计洪峰量（m3/s）；k为径流系数；i平均1 h降雨强度（mm/h）；F为山坡集水面积（km2）。设计标准可为防御10年一遇24 h最大降雨量，由Q=A·C■试算，选用最优经济断面，其中Q为设计过水流量（m3/s）；A为设计过水断面（m2）；C为谢才系数，C=R1/6/n；R为水力半径，R=A/X，X为湿周（m）；n为沟渠糙率，取0.014；i为沟底坡降，根据地形而定，一般取10%。

按矿山安全生产有关规定，矿体上下盘和端帮的最终边坡角参照类似矿山的实际资料及有关设计规范选取为54°～60°。露天采场开采破坏面积大，植被全被破坏，开采台阶最终岩石，完全没有表土，植物不易生长，一般在终了石质台阶上用耕植土进行覆盖，覆土厚度不低于0.4 m，根据矿山开采进度逐级实施，必要时采用混凝土框格辅以种草方式加以防护。因露天采场覆盖土层较薄，宜选择速生能力强、根系发达、网络性好的当地草本植物和攀援植物恢复植被。

3.2 排土场区

由于弃土弃渣结构松散，表面无植被防护，遇暴雨或上游洪水下泄时，易造成严重的水土流失，因此必须遵循“先挡后弃”的原则，采取拦挡措施。可就地取材，选择浆砌石重力式挡渣墙。按照挡渣墙的建筑物级别，确定基本荷载组合下土基上允许抗滑稳定安全系数和允许抗倾覆稳定安全系数，选定墙背、墙面边坡比。为了使基底压应力不超过地基的容许承载应力，可加设墙趾和墙踵，以增加挡渣墙的抗倾覆和抗滑能力。

排土场上方坡面来水需设截水沟拦截，并通过排洪沟引向沉沙池，流入河道。在行车段，排洪沟采用暗涵，其过流断面计算方法与露天采场排洪沟相同。

为加快地面绿化速度，提高水土保持功能，弃土弃渣场土地整治后，植被恢复采用水土保持混交林。表层覆表土0.5 m，可选择深根性与浅根性相结合的乔灌混交方式，并选用速生、固土功能强、耐旱、耐瘠薄、当地常见的树种。

3.3 开拓运输道路区

运输道路以破碎站回车场为起点，沿山坡折返式向上延伸到采准工作面，防护措施按半挖半填段、填方段和挖方段3种类型进行设计，道路内侧开挖排水沟，沟底和沟帮用砂浆抹面，与道路交叉处设涵洞，其设计流量与断面计算与露天采场排洪沟相同。为了节约投资，可以在填方路段下侧边坡植草防护，对于石质边坡路段可采取挡墙的措施进行防护。

3.4 工业场地区

为了防止生产过程中的废渣、废水对周围耕地的污染和影响，在工业场地区内部和周边设置明沟排水系统，并沿着排水沟修筑若干个沉沙池，在经过沉沙池沉淀后流入场区周边的河道或坑搪内。如果场地四周存在边坡，应设置挡墙或护坡措施，护坡应尽可能考虑植物措施，避免纯粹的工程硬化措施。

工业场地区在具体绿化设计中，对容易产生粉尘的破碎站、筛粉分站等附近设置一些阻尘性强的树种，在发生强噪音的破碎机站、筛分站等栽种树冠矮、分枝低、枝叶茂盛的乔木、灌木等，并高低搭配形成多层隔音带，以降低噪声强度。通过多种形式的绿化手段，形成点、线、面相结合的绿化方式，并注意与周围环境的绿化相协调。

4 结语

因所在地区的气候条件、地形地貌、土壤类型、石料材质不同，露天采石场水土保持措施布局会有所差异，针对采石场容易发生水土流失的各个部位及环节，采取合理、有效、可行和经济的措施设计，尽量减少对周边环境的影响范围及程度。在采矿结束后，及时进行植被恢复，在发展经济的同时注重生态保护，使矿山开采向着生态良性循环的方向发展。

5 参考文献

[1] 中华人民共和国水利部.GB 50433-2008开发建设项目水土保持技术规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[2] SL 379-2007水工挡土墙设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[3] 国家技术监督局.GB 16423-1996金属非金属矿山安全规程[S].北京：中国标准出版社，1996.

[4] 小型露天采石场安全生产暂行规定[S].北京：国家安全生产监督管理局，2004.

[5] 年.水力学[M].武汉：武汉大学出版社，2000.

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第二条石油天然气的勘探、开发、生产、储运（除城镇燃气外）属于非煤矿山企业，并实行安全许可制度，监管主体为当地安全生产监督管理部门，负责全旗范围内非煤矿山企业的日常监督检查，并承担相应的监管责任。非煤矿矿山企业取得安全生产许可证后，应当加强日常安全生产管理，不得降低安全生产条件，并接受安全生产监督管理部门的监督检查。石油天然气办是协调服务机构，引导、协调企业严格履行安全生产“三同时”手续，并将相关手续、资料到安监部门备案。

第三条石油天然气开采经营和使用单位是安全生产的责任主体。石油天然气开采经营和使用单位的主要负责人是安全生产的第一责任人，应负全面的安全生产责任，落实安全生产基础工作、基层安全生产责任制和隐患排查治理责任制。建立健全安全生产管理体制和机制，提高安全生产意识和职工操作技术水平，严格规范操作流程，确保石油天然气勘探、开发、利用的规范化、标准化、制度化、长效化。

第四条石油天然气勘探开发利用企业要建立健全安全生产管理机构，设置专、兼职安全生产管理人员；主要负责人和安全生产管理人员应具备与本单位所从事的生产经营活动相应的安全生产知识和管理能力，主要负责人和安全生产管理人员需经过安监部门考核合格，并取得安全资格证书。

第五条石油天然气勘探开发利用企业特种作业人员、高危险岗位、重要设备和设施的作业人员应经过专门安全生产教育和技能培训，经考核合格后，方准上岗。人员培训、考核、发证、复审工作应符合国家有关规定。

第六条石油天然气勘探开发利用企业在编制年度生产建设计划和长远发展规划时应同时编制安全生产计划，并按有关规定提取安全技术措施专项费用，费用的提取比例为当年销售收入的2％，专项用于安全生产，企业的主要负责人应对安全生产所需的资金投入不足而导致的后果负责。

第七条石油天然气勘探开发利用企业应当进行安全培训的从业人员包括主要负责人、安全生产管理人员、特种作业人员和其他从业人员。未经安全生产培训合格的从业人员，不得上岗作业。安全生产监督管理部门指导全旗安全培训工作，依法对全旗安全培训工作实施监督管理。

第八条石油天然气勘探开发利用企业未按照本办法对从业人员进行安全培训，主要负责人和安全管理人员未按本办法规定经考核合格的，由安全生产监管监察部门责令其限期改正，逾期未改正的，责令停产停业整顿，并处相应罚款。

第九条石油天然气开采、经营使用单位应制定健全安全生产责任制度、安全培训教育制度、安全检查制度、隐患排查整改制度以及剧毒化学品安全管理制度等安全生产规章制度，并发放到有关工作岗位；规范从业人员的安全行为，并于每月28日前将隐患排查情况报送当地安全生产监督管理部门。

第十条石油天然气新建、改建、扩建工程项目要依法进行安全评价，安全设施需经安全生产监督管理部门验收合格。石油天然气开采经营使用单位应确保生产设施建设中的安全设施符合国家有关的法律法规和相关标准和技术规范，严格履行安全生产“三同时”手续，按规定取得行政许可，并组织开展安全生产标准化工作。对未履行“三同时”手续和未进行安全生产标准化评定或评定不达标的企业一律不得投入生产、经营及使用。石油天然气勘探开发利用企业新建、改建、扩建项目（工程）的安全设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。凡未按规定实施安全预评价、设计审查和竣工验收的，由安全生产监督管理部门责令限期改正；逾期未改正的，责令停止建设或者停产整顿，并依法给予经济处罚。石油天然气勘探开发企业对所有的井都要进行钻井设计，基本内容包括地质设计、工程设计、进度设计和费用预算四个部分。钻井地质设计和工程设计要严格执行审批手续；在生产过程中，如果发现新的情况需要更改设计时，也要严格按照相应的审批程序和制度来执行。

第十一条根据《市非煤矿山、危险化学品、烟花爆竹、交通运输、建筑施工企业安全生产风险抵押金管理办法》的规定，石油天然气开采企业应缴纳安全生产风险抵押金，不缴纳风险抵押金的企业一律不予投入生产。

第十二条确立“专家查隐患、政府搞督察、部门抓监管、企业抓落实”的安全生产检查工作机构，建立石油天然气安全生产专家库。专家库组成人员分别由具有化工工艺、化工机械自动化、压力容器及消防专业知识的人员组成。专家组在旗安全监管部门的统一领导下，对企业进行会诊，开展隐患排查和安全监督检查，制定整改方案，并进行安全技术指导。

第十三条对石油天然气开采经营使用企业实行严格的审批手续。石油天然气开采企业每开采一口井，必须在开采之前到当地安监部门备案，备案手续包括：安全生产“三同时”手续、相应的发改委手续、可行性研究报告、井队的资质、特种作业人员操作证、工伤劳动保险、劳保发放清单、所提取的安全技措经费、收缴的安全生产风险抵押金等，不备案或者资料提供不齐全，不予批准开采天然气。石油天然气经营使用企业储存，及改建、扩建应当符合国家规定的条件，并向当地安全生产监督管理部门办理审批手续。

第十四条石油天然气开采结束后，各集气站、分输站以及处理厂要加大对管道的巡查力度，并按要求做安全现状评价。

第十五条石油天然气勘探开发利用企业要按有关规定制定应急救援预案，配备应急救援人员和相关的器材、设备，开展应急演练并将事故应急救援预案报送当地安监部门备案，包括对施工相关方人员的通知、疏散和撤离的演练，并对落实情况进行专项检查。由于未按要求制订应急预案、未实施应急演练或应急设施不能正常运转而造成事故扩大的，要严肃追究有关人员的责任。

第十六条石油天然气开采企业在开采过程中要严防井喷失控，碳化氢中毒等事故，对基础设施的防火、防爆严密监测，并做好直接作业环节的安全防范，石油天然气勘探开发利用的特种设备应按国家规定进行检测、检验和标定。生产场所要严格烟火管理，重要、重点位置的安全警示标志、标语及防护设施要到位，配备防火防爆工具；油气储罐应按国家有关规定设置防雷装置；作业人员应使用防爆工具，穿戴防静电防护用品。

第十七条石油天然气勘探开发企业井场定位必须符合钻井设计的要求，并充分考虑水源、道路、钻井液池井场施工条件等因素。井场布置应以井架为中心，对钻井设备、设施和辅助设施按照施工的要求，进行合理布局。

第十八条石油天然气勘探开发企业安装钻机、井架应有制造厂或者修理厂的出厂质量合格证等技术文件，并符合钻井工程设计对钻井主要设备选用的要求。安装钻机的井场和基础应符合按照规定程序批准的图样及技术文件的要求，安装所使用的各类工具或设备应齐备并有良好的使用性能，在用计量器具应检定合格。钻井设备安装完毕并经整机运行试验合格后，由质量检验部门和安全监督部门组织人员，按照安装质量标准、设备说明书和安全检查验收规定，进行严细认真的检查检验。钻机安装质量和安全使用条件经检查验收合格后，方可准许开钻。对发生事故的单位，由安监部门牵头联合有关部门组成调查组，查明事故性质和责任，并严格按照《生产安全事故报告和调查处理条例》规定，对事故的责任人提出处理意见。

第十九条石油天然气勘探开发利用企业要对有害作业场所进行分级和监测，定期开展职业病危害因素监测。对接触职业病危害因素的员工定期组织职业病体检，建立职业健康监护档案。石油天然气勘探开发利用建设项目应按国家规定进行职业卫生评价。

第二十条石油天然气勘探开发利用企业要为从业人员缴纳工伤保险费，因特殊情况不能办理工伤保险的，可以出具办理安全生产责任保险或者雇主责任保险的证明材料。石油天然气勘探开发利用企业应按规定向员工发放合格的劳动防护用品，员工上岗时应按规定穿戴和使用劳动防护用品。

第二十一条石油天然气开采企业每钻一口井，应缴纳一万元的安全生产保证金，管道铺设企业每铺设一公里天然气管线应缴纳二千元安全生产保证金，安全生产保证金统一缴纳到当地安监部门并统一管理，开采及铺设项目结束后，如不发生安全事故，将所交安全生产保证金及所产生的利息一并退还给企业。不缴纳安全生产保证金的石油天然气开采及管道铺设企业不得在我旗境内从事石油天然气的开采及石油天然气管道的铺设。

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关键词：岩体；露天开采

Abstract: along with our country most open pit mine deep concave mining end, more and more will be transferred to the underground mining mine. Transition from open pit to underground mining under the conditions of rock mass deformation and easy movement induced by open pit slope stability problem. Some open pit to underground mining occurred landslide, ground collapse and other accidents, so the open pit slope stability analysis for underground mining safety production has very important significance.

Key words: rock; open pit mining

中图分类号：TD8文献标识码：A文章编号：

1、岩体基本质量的分级

岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。其划分采用定性和定量两种指标方法确定。顾名思义，定性划分是根据岩石的性质，岩石坚硬程度定性划分一般采用敲击、浸水等方法对岩石进行确定，一般分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩、极软岩，风化程度可由岩石的颜色、状态、构造破坏程度进行确定，一般分为未风化、微风化、弱风化、强风化、全风化；岩体完整程度定性划分一般根据主要结构面的发育程度、结合程度、结构面类型、相应的结构类型来确定，一般分为完整、较完整、较破碎、破碎、及破碎。所以定性确定方法一般是采用肉眼观察、手触等方式对岩体进行判断，比较直观。定量划分是根据公式计算对岩体质量分级进行确定，精确度高，理论追溯性强。岩体坚硬性定量指标采用岩石单轴饱和抗压强度RC，RC可由试验测得，也可由计算得出；岩石完整程度定量指标采用岩石完整性指数KV确定，KV由试验测得，当无法取得试验数据时，可采用岩体体积节理数JV进行确定。岩体基本质量的分级应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标（BQ）两者相结合进行确定，岩体基本质量的定性特征根据前述方法即可确定岩石的坚硬程度和岩体的完整程度，岩体质量指标（BQ）应根据分级因素的定量指标RC和KV,按公式BQ=90+3RC+250KV进行确定，在使用此公式时应注意以下两个条件a、当RC＞90KV+30时，应以RC=90KV+30和KV带入计算BQ值b、当KV＞0.04RC+0. 4时，应以KV=0.04RC+0.4和RC带入计算BQ值。正确确定岩体的质量分级对采矿作业选择设备、作业工法、安全防护有着指导性的作用，准确确定岩体基本质量的分级，做好边坡稳定性和支护工作在采矿中势在必行。

2、主矿体基本稳定，但矿体夹石层和矿体顶底板围岩局部有软化特征，位于上下盘20m范围内存在一个近矿围岩不稳定带，是影响矿山开采的主要工程地质问题。因此，合理选取采场结构参数是保证吴集铁矿地下开采地表不塌陷、井下不突水的关键。在地下矿山采场结构参数的选择过程中，经验类比法占有重要的地位。随着岩石力学理论及计算技术的不断发展，数值模拟为岩石力学研究和工程设计提供了重要的依据。 拉格朗日模拟是把每次拉格朗日计算作为一次试验，拉格朗日计算的结果（如采场顶板的下沉量）与采矿方法、采场跨度、矿柱尺寸、围岩的物理力学性质等多个因素密切相关，各因素或多或少地对峒室顶板的下沉产生影响，到底哪个因素是关键因素，各因素以什么样的组合更合理，都是要高度重视的问题。正交拉格朗日分析是按照正交实验原理，考虑了岩石的塑性、不抗拉、节理的非线性以及层状岩体的正交异性、模拟回采顺序、开挖效应及围岩、锚杆、喷射砼的相互作用，具有较好的适应性。本次吴集采场结构参数优化，用正交拉格朗日试验分析方法评价各设计参数与稳定性指标间的关系，并在此基础上提出了合理的采场结构参数取值。

3、拉格朗日法的基本原理

拉格朗日法是研究流体质点随时间而变化的情况，即某一质点在任意一段时间内走出的轨迹、所具有的速度、压力等。将此法植入固体力学中，将研究的区域划分成网络，网络的节点就相当于流体的质点，然后按时步用拉格朗日法来研究网络节点的运动称拉格朗日法。这种方法最适用于求解非线性的大变形问题。它使用差分方法求解，先将求解的区域划分成四边形网络，见图1（在边界不规则的地方也可以用三角形网络来拟合）。其计算循环见图2。

4、采矿方法概述

4.1在矿体和围岩中以一定的布置方式和程序，掘进一系列的准备坑道和切割巷道，并按一定的生产工艺过程，进行回采的方法，叫做采矿方法（mining method）。根据矿体的开采技术条件，设计的采矿方法为：阶段矿房分段凿岩嗣后充填采矿法，其结构参数见图3。

1－沿脉运输巷道；2－穿脉运输巷道；3－矿石溜井；4－拉底巷道；5－装矿巷道；6－

铲运机出矿巷道；7－回风平巷；8－回风天井；9－进风天井；10－分段凿岩巷道；11－

切割天井

4.2采矿方法构成要素:人工装矿的浅孔留矿法矿块长50m,沿矿体走向布置,中段高度60m,顶柱高度6m,不设底柱,间柱宽度8m,矿块宽同矿体厚度。回采工艺为矿房自下而上分层回采,分层高度1.8～2m,采用7655型凿岩机钻凿上向倾斜孔,孔径38mm,孔深1.8～2m,炮孔采用平行排列或交错排列,网度为0.8～1.8m,每次爆破两排孔。落矿后先28局部放矿,出矿在装矿巷道中人工向矿车装矿,人工推车至运输巷,由电机车运至主井溜井口。

4.3矿床联合开采的特点：无论是露天开采和地下开采都觉有其独特的工艺特点，当矿床适用于采用露天和地下联合开采时，就应该充分利用这一特点，以提高露天和地下开采的技术经济指标。联合开采工艺系统的核心是在开采工作中按一定顺序进行时，必须尽量考虑矿床的特点，选择露天和地下相互联系的开采工艺系统，公用地面辅助生产设施和生活福利设施，以提高矿山的经济效益。露天和地下联合开拓的主要特点是最大限度的赋予地下巷道多种用途。深部露天矿开采的趋势是广泛利用地下巷道进行运输。

矿床联合开采技术上可行性的开采工艺系统：

露天与地下联合使用地下巷道系统

露天矿利用地下巷道系统

地下矿石经露天运出

露天废石排入地下开采崩落区

各自独立的运输系统

用露天钻机回采露天坑底和边邦的矿石等。

5、近几十年来，露天转地下开采在国内外矿山得到了广泛的使用，对于这类矿山为了保持矿山产量的平衡，当露天开采向地下开采过渡时，在一段时间内露天与地下开采需要同时进行作业，这是这类开采方法最复杂与最核心的技术问题，这与露天与地下联合开采的基本条件是大致相同的，地下转露天开采只是在特殊条件下偶然使用的。对于急倾斜中厚以上的矿体，当矿体延深较大而覆盖层较薄时，矿体的上部通常首先采用露天开采，然后对矿床的下部采用地下开采，整个开采称为露天转地下开采，当露天开采转为地下开采的过渡期，矿山由单一的露天开采转为露天与地下开采同时作业，必须充分采用各种技术与组织措施，减小过渡期对生产效率（15%-25%）的影响，当露天矿生产进入减产器后，地下开采系统应基本形成，并逐步承担露天矿减产部分的生产能力，使矿山生产产量基本保持稳定。因为露天开拓系统以先天已先期形成，露天转地下开采的开拓系统主要指地下开拓系统，应当强调的是，在设计地下开拓系统时，应尽可能的利用或结合露天开拓系统，以减少投资。

根据露天和地下采矿工艺联系紧密程度不同，露天转地下开拓系统可分为：

露天和地下独立开拓系统

局部联合开拓系统

联合开拓系统

在深部矿体储藏量大、服务时间长，或在露天开采深度大，露天采场地平面狭窄，采场边坡稳定性差，难以保证井巷工程出口安全的情况下，地下开拓工程一般布置在露天采场之外，称为独立的开拓系统，它具有两套生产系统，相互干扰小，露天开采后无须维护边坡等优点，缺点是两套开拓系统的基建投资大，基建时间长。

倾斜或急倾斜矿床残留矿体的开采，通常利用地下开拓系统运至地面，露天开采到设计境界后，下部矿体的储量不多，服务年限较短，通常自露天坑底的非工作帮掘进竖井、斜井形成地下矿体的开拓系统。矿石经露天开拓系统运到选厂，具有井巷工程量和基建投资少，投资快，可充分利用已建的露天开拓运输系统的优点，缺点是井巷施工与露天生产同步进行，干扰大。

在露天坑较低的台阶有足够空间的情况下，可以在坑内布置斜坡道或风井等辅助井巷，而把主井和主要运输巷道布置在坑外，优点是可以减少开拓量，达到提前见矿，保持矿石产量稳定。

露天边缘矿的开采也经常会涉及到露天转地下的开采技术， 露天边缘矿体是边坡矿、端帮残矿、顶底盘三角矿样、永久路堑下矿体和露天底矿段的总称，它们具有相当大的矿量，大部分可以回收，由于其存在地点的不同，回收边缘矿体时将会对露天矿边坡的稳定性和地下开采的安全生产等带来直接影响，为此应根据具体的矿岩条件及所处位置，选用各种不同的露天或地下方法进行回采，根据不同的矿岩特性，选择相应的开拓系统对节约成本保证生产安全是非常必要的。

[1 ] 杨威,蔡嗣经,李有臣.南芬铁矿露天转地下开采边坡稳定性数值模拟[J]. 有色金属(矿山部分). 2012(03)

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关键词：计算机；辅助设计；采矿工程；应用

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）08-0-01

近年来，计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)在世界各国得到了广泛使用，它是利用计算机的计算功能和图形处理能力，对产品进行辅助设计、分析、修改与优化，综合了计算机和工程制图知识，并且随着计算机硬件性能和软件功能的不断提高而逐渐完善。

计算机辅助设计是由美国公司开发的通用计算机辅助设计软件包，具有体系结构开放、使用方便、便于掌握等优点，并能够绘制平面与三维图形、渲染图形、标注尺寸以及打印和输出图纸。

从上世纪80年代至今的有关文献资料来看，计算机辅助技术在国内外矿山开采设计中的应用日益广泛。作为一种精确、高速的新型设计工具，已被广大工程技术人员所接受，并对传统的设计方法与手段提出了挑战。目前，它已被矿床开采设计的各个分支和侧面广泛应用，并取得了很好的效果。

一、计算机辅助系统组成及采矿设计理念

计算机辅助系统一般以有着图形功能的交互计算机系统为基础，包括：计算机主机、图形输入板、图形显示终端、扫描仪、绘图仪、磁带机、打印机以及其他各种软件。利用交互系统开展采矿设计，可以边设计，边构思，边画样，边修改，随时可以从终端屏幕看到每一步操作的显示结果。典型的设计包括：(1)设计者接受任务，了解甲方对矿山的功能、经济、制造技术、生产环节等方面的要求。(2)方案设计。一方面来自设计方的要求，另一方面来自工程师的知识、理念，包括功能的满足，技术的可行以及其他需要等。(3)验证、修改、定型。将设计对象表达出来，并根据功能、技术、经济、审美等方面的详细要求和数据，对其进一步修改，适之处予以完善，细节予以补充，最后定型。(4)将设计果制作成技术文件，一般包括三视图、部件图、剖面以及各种说明等。

二、如何使用计算机辅助设计

每个人都知道，矿山开采的目标是要开采出矿石，而矿山工程设计，是工程师、设计人员应用技术手段改变矿山环境。满足政府、企业以及特定人群要求的一种高智能劳动。因此，采矿设计的任务：一是必须开采出高质量的矿石；二是有效地保护工程结构，使其能够承受自然界与人工开采的压力，长期而可持续地发展；三是必须保证以尽可能低的代价和成本，获取最大的经济效益与社会效益，保证工程建设的安全和后续作业的开展。

实践证明，采用CAD进行采矿可以提高采矿设计水平与设计质量，不但能够使常规设计效率得到有效地成千上百倍的提高，还能够在手工设计时代根本无法想象的设计空间展开自由翱翔的翅膀。由于设计工程师思想、理念、习惯、表达方式的不同，在设计环节使用计算机辅助部分与其余部分之间接口的描述方法也难以取得一致。所以，设计工程师在开展设计之前，要对每一个项目进行深入的了解。比如，矿山所处的地质地貌、水文环境、开采方式、巷道走向、设备选型、提升机械甚至矿山复绿等，都要胸有成竹，才能“知己知彼，百战百胜。”在设计过程中，设计工程师要做好一周就以下几个方面的工作：

1.认真做好设计方案。接受设计任务后，首先要运用自己的设计经验和知识进行设计构思。在这个过程中要进行技术决策，确定设计原则，同时对今后设计过程和要完成的设计有个整体认识。包括：一是下大力气广泛收集有关采矿的背景资料与工程信息，认真开展调查研究，了解与掌握地质勘探、技术经济、矿产利用指标、矿床储量、矿山生产力等等信息；二是分析研究已经取得成功并在实践中得到证明的同类设计资料以及相关知识，取人之长，补己之短，学习和参考成功的经验，开展设计工作，进行构思。才能厚积而薄发，最后确定设计方案。

2.对每一个工程结构参数进行分析。其目的是要确定设计方案中有关工程结构的应力载荷、约束条件等，这是采矿设计中很重要的一个方面，不能有半点马虎。

3.掌握设计采矿图的全过程。在实际工作中，具体方案的设计往往与绘制同步进行，因此，必须对设计采矿图的全过程严格掌握，不得有一丝的大意。

4.绘制施工图。这是采矿设计的具体表现，要以详尽体现设计意图为目的。工程师长期的实践采矿设已形成了行业的图样表达习惯和约定，因此对施工图的绘制要能体现这一特点。

5.进行全面的经济分析，这是设计的重中之重，根据设计阶段的不同对概算和预算进行分析。概算是确定项目投资、编制和安排建设计划的依据；预算是施工图设计文件的组成部分，是确定工程造价、考核工程成本和经济性的重要组成因素。

总之，此系统研究的目的是辅助设计者完成工程方案的设计，模拟设计领域专家的思维进行工作。因此，从这一意义上来说，采矿CAD系统是对采矿设计专家的思维模拟。

三、采矿CAD技术特点分析

系统结构是软件开发的基础。系统结构的选择，一要考虑行业特点；二要考虑技术发展水平。尽管21世纪新的技术已经向三维实体、可视化和集成化发展，但对矿山行业而言，还有很长的路要走。所以，系统的定位必须重视企业的特点和现状。一般来讲，CAD技术在国内外矿山的应用有以下特点：

一是提高设计质量，缩短设计周期。主要通过使用CAD系统，使设计过程更加客观、、准确、高效和规范。所以，采矿CAD的设计一定要考虑矿山设计规范和工程师的设计习惯。

二是富有实效与连续性。无论是地质、采矿、测量，还是选矿之间的信息处理、传输更富于时效性和可连续性，更加强调系统的集成化和数据的共享。

三是加强采矿CAD系统的通用性和可移植性。由于行业差异与体差异，以及在生产过程中需处理的瞬息万变的信息差异，使得这种D技术在矿山行业的应用研究中具有较强针对性，可移植性相对较差。所以，必须采用图形处理方法、图形环境以及数据接口技术研究。

四是从实际出发进行研究。由于二维方式下的矿山CAD软件的应用研究有利于与传统设计方式衔接，也符合目前矿山计算机技术水平。所以，要摈弃过分追求“三维实体设计”的思想，从矿山的实际需要出发进行开发和研究。

五是与时俱进，积极研究。目前CAD软件开发正处在一个由二维平面的设计模式向三维空间的设计模式过渡。由于存在技术上的障碍，一时间还难以完成。但是笔者认为，只要我们与时俱进，努力学习，认真研究三维实体构模技术、基于GIS的矿山空间工程数据技术等，就一定能够使矿山设计的水平大大提高。

从目前文献调研和实际应用情况来看，采矿CAD软件的开发和应用还存在着许多问题，比如，基础研究较少，尤其是很少从理论、技术和方法上展开研究。对图形数据的规范化及其表示方法研究不够，没有相应的标准可以遵循，等等，这些都是CAD技术在采矿技术应用中遇到的问题与障碍。

“大江东去浪淘尽，千古风流人物”。时代在发展，科技在进步。综上所述，目前CAD技术正朝着开放、集成、智能和标准化的方向发展。作为CAD系统的支撑环境，开放的操作系统，如：WINDOWS、UNIX将是今后CAD系统的主流；实用性更强的编程与数据库技术将为该系统的发展作出新贡献。我们期待着计算机辅助系统为矿山建设发挥更大的作用。

参考文献：

[1]陈建宏.可视化集成采矿CAD系统研究[D].中南大学博士论文,2002,3.

[2]杨义辉.采矿CAD可视化集成系统研究[D].西安科技大学硕士论文,2006,4.

[3]马江平.露天矿地质CAD软件系统的开发[D].辽宁工程技术大学硕士论文,2005,5.

[4]张善心.填采矿法计算机辅助设计技术研究.2010,5.

[5]吴奉亮.集成化采矿法CADd的知识协同性研究.2009,4.

篇10

关键字：现代设计理论；方法；冶金机械；设计；应用；

中图分类号：S611文献标识码： A

前言

随着我国工业发展速度的加快，矿产资源的消耗量不断增加，这就对冶金机械设备提出了更高的要求。在矿山开采过程中，机械设备具有极为重要的作用，不仅与矿产开采的安全息息相关，而且直接关系到矿山开采的效率，因此冶金机械的设计至关重要。在当前矿产资源消耗量不断增加的情况下，更应该充分的利用现代化的设计方法，在确保安全的基础上，努力提高设计质量，加快对老旧冶金机械的改造，遵循低碳环保的理念，降低设计成本，以最小的投入，确保设计出来的冶金机械设备性能的最优化。

一、加强冶金机械设计和改进的必要性分析

随着现代工业事业不断的发展，越来越多的矿产资源得到了有效的开发和利用，为了促进矿山企业的可持续发展，作为新时期背景下的矿山企业，就必须加强对矿山资源的开发和利用，而为了确保矿山资源开采的有效性和开采的效率，尤其是注意到开采的安全性，就必须加强对现有设备的改造，在确保安全的前提下，采取科学的设计方法，在促进设计质量提升的同时降低设计的成本，矿山开采的低碳环保以及矿山企业的可持续发展。由此可见，加强对冶金机械的设计和改进具有十分强烈的必要性。

二、现代设计方法概述

从传统设计方法与现代设计方法相比较来讲，传统设计方法更注重于直觉和大量实践经验，而现代设计方法则是以现论和相应的逻辑分析等学科知识为主，实现了充分的利用计算机等先进技术来进行具体的规划和设计，确保所设计出来的产品具有较好的质量和经济性，能够更好的满足社会和经济发展的需求。目前设计方法在科学技术及学科理论、技术等不断发展的基础上得以不断优化。随着计算机技术的发展，在设计中充分的利用计算机技术，不仅设计效率得以大幅度的提升，而且设计技术和设计质量也得以提升。同时在当前多门学科理论的融合下，无论是设计技术、设计方法等都取得了较快的发展，使设计方法更具有现代化的特点，其不仅具有先进性和智能性的特点，而且还开始向动态性、系统性和综合性的方向发展，已开始逐渐取代传统的设计方法，这些现代化设计方法的应用，有效的提高了冶金机械设计的水平，确保了冶金机械设备水平的提升，对加快推动矿山行业的发展发挥了极为关键的作用。

三、现代设计方法在冶金机械设计中的应用

1、可靠性设计

在进行冶金机械设计时，衡量产品质量的最重要一项指标是可靠性。要想做到可靠性设计，则需要通过试验及统计分析对冶金机械的载荷、工况、长度及材料机械性能等数据进行计算，并作为可靠性的重要依据。根据具体的分析和计算，建立可靠性模型，确定设备的使用寿命，对其可靠性进行全面的掌握，对于一些可靠性较为薄弱的环节则可以加以进一步改进，以便于更好的提高冶金机械设备的质量，提升设备的安全可靠性，以便于确保冶金机械设备在生产过程中的安全能够得到较好的保障。

2、CAD 技术

目前在设计人员进行冶金机械设计时，必不可少的会使用到CAD 技术。这是充分的利用计算机软、硬件来实现对产品进行设计的一种技术，利用CAD 技术可以实现进行设计、工程分析、绘画及文档制作，为设计带来了很大的便利。不仅可以确保模块和一体化设计的实现，而且直接导入计算机内的产品模型，在加工中心直接利用传入的加工代码进行机械的加工。应用CAD 技术，有效的将设计和制造两个环节更好的衔接起来，对冶金机械产品的设计效率和

加工效率都有较明显的改善。

3、有限元法

矿山作业时环境较为复杂，机械作业时受力情况也无法进行准确的计算和分析，在结构和载荷上都具有复杂性。在传统设计中通常都是通过几个截面来进行简化计算，这不仅无论确保计算结果的准确性，而且仅仅通过对几个截面的设计校核，无法对每个部件的应力分布情况进行准确的确定。所以在现代设计方法，往往利用有限元法，通过计算机来对每个部件的应力情况及薄弱点进行分析，这样能够更好的对设计产品进行改进，确保设计出来的产品质量能够更好的满足矿山开采的要求。

4、优化设计

目前数学专业也随着时代前进而向前发展，比如最优化设计数学模型。冶金机械设计中的优化设计就是将设计中遇到的问题转化为数学模型，然后应用数学优化技术和计算机计算技术，从可行域中找出最优解。在设计过程中，设计问题越复杂，越能体现出优化设计对产品设计的优势，它大大减轻了设计工作者的负担。优化设计技术在推进计算机辅助设计、改进产品质量和提高产品设计水平等方面都具有重要作用。

5、绿色设计

随着当今世界对环境保护的重视，大家也开始呼唤设计界的绿色环保。绿色设计，不仅是指在设计过程中整个机械设备要经济环保，做到可回收、可维护、可拆卸、可重复利用等，而且在机械施工过程中，要做到减少噪声污染，提高工作效率，最大限度地节约能源。在满足使用性能和安全性能的同时，设计的产品也要具有良好的环境属性，这是现代设计中必要的一个环节。

6、人机工程设计技术

冶金机械运行的环境比较恶劣，操作机器人员需要集中精神进行细心操作，一个简单的失误有可能造成安全事故。所以在设计中有了人机工程设计技术，它的目标就在考虑施工环境的前提下，怎么样将机械产品最合乎人的操作习惯，尽量满足人的舒适度，减少人的劳动强度，保证生产安全。比如合理的档位高度和位置设计可以减少操作人员的强度以及避免操作失误，保证操作人员的安全。

四、冶金机械设计过程中应注意的几个方面

1、要强调以人为本的设计理念。以人为本是现代机械设计理念中很重要的一个方面。以人为本涉及到很多方面，例如噪音的消除、机械形态的柔和型、操作控制系统的安全性和操作起来的简便性和舒适度。消除噪音是一个非常重要的方面，工作人员在一个充满噪声的环境里，不可能保持一个良好的工作状态。操作工人极易出现错误操作而导致事故发生。因此在机械设计过程中，必须找到最合适的工作频率，降低噪声对工作人员的影响。除此之外，我国机械设计自动化程度比较低，很多都需要人工操作，因此有一个方便舒适的的操作系统很重要。

2、现代机械设计方法集先进性、智能性、系统性、动态性和综合性等特点于一身。冶金机械的设计人员一定要清楚的掌握几个数据，例如人体的一些生理指标，各个部位的尺寸等，还要了解矿山的一些基本知识等情况，设计出来的工作界面要简洁大方，让工作人员很好的操作，又能保持一种良好的情绪和工作状态。

结束语

总之，对现代设计方法在冶金机械设计中的应用进行探讨，具有十分重要的意义。作为新时期背景下的冶金机械设计人员，必须紧密结合时展的需要，致力于自身专业技术水平的提升，对加强冶金机械设计和改进的必要性和现代设计方法特点有一定的认识，并在设计过程中切实加强现代设计方法的应用，最大化的确保冶金机械设计的有效性，从而更好地满足冶金机械生产的需要，实现矿山企业的可持续发展。

参考文献：

[1]伍伟. 现代设计理论和方法在冶金机械设计中的应用[J]. 科技信息,2013,03:429.

[2]殷国富,干静,胡晓兵,徐雷,成尔京,陈珂,汪永超. 面向信息时代的机械产品现代设计理论与方法研究进展[J]. 四川大学学报(工程科学版),2006,05:38-47.