利華石膏礦設(shè)計說明書-棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率

PAGEPAGE271、前言棗莊市底閣石膏礦區(qū)探明石膏地質(zhì)儲量6億多噸，由于大多數(shù)石膏礦多年來一直采用房柱式采礦法進行開采，平均回采率在15%左右，造成石膏資源浪費較大，使棗莊地區(qū)內(nèi)的整個石膏礦區(qū)服務(wù)年限大大縮短。石膏是不可再生資源，如果不采用高回采率的新型采礦方法進行開采，十幾年后棗莊地區(qū)的石膏資源優(yōu)勢將不復(fù)存在，棗莊市的水泥工業(yè)、石膏制品業(yè)所用石膏原料有可能到外地區(qū)購買。棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦從提高石膏資源的回采率、充分利用資源延長礦區(qū)服務(wù)年限出發(fā)，提出推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率項目申請。按照省財政局、省國土資源廳及市、區(qū)財政局的有關(guān)要求，結(jié)合棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦的開采現(xiàn)狀，首先在該礦礦田范圍內(nèi)選擇合適礦段進行房柱崩落式采礦法的試采工作。為使該項目工程順利實施，棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦于2006年4月組織技術(shù)人員編寫了推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率的設(shè)計說明書。棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦推行房柱崩落式采礦法提高資源回收率，不僅具有較好的經(jīng)濟效益，而且還能取得較好的社會效益和環(huán)境效益，對促進石膏資源合理開發(fā)和保護，提高礦產(chǎn)資源對經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的保障能力，具有重要意義。1.1項目名稱及類型（1）項目名稱棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率（2）項目類型棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率為新開項目。1.2項目立項及批復(fù)情況棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦為提高石膏資源回采率，于2005年8月提出《推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率》的立項申請。棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率項目，得到市、區(qū)財政局領(lǐng)導(dǎo)的重視，此項目是否可行，已由嶧城區(qū)財政局組織有關(guān)專家進行論證，并于2005年8月形成了中央財政礦產(chǎn)資源保護項目可行性研究報告，并上報市財政局審批。市財政局接到申請后，于2005年11月14日下發(fā)了《關(guān)于下達2005年國家補助礦產(chǎn)資源補償費保護項目經(jīng)費的通知》（棗財建指[2005]24號）。批準(zhǔn)礦產(chǎn)資源補償費保護項目經(jīng)費120萬元，用于嶧城區(qū)利華石膏礦“推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率”項目。1.3設(shè)計目的和任務(wù)（1）設(shè)計的目的棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦目前有未開采的石膏儲量1920.73萬t，若用房柱式采礦法進行開采，服務(wù)年限僅有12年，將有1536.58萬t石膏資源浪費掉，推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率項目設(shè)計的主要目的：確定較為合理的采礦幾何尺寸，最大限度的提高石膏資源回采率，延長礦井服務(wù)年限。（2）設(shè)計的主要任務(wù)①選擇合適的礦段，設(shè)計出房柱崩落式采礦法施工方案。②設(shè)計出試采礦段地質(zhì)詳查方案。③選擇地壓觀測及采礦的相關(guān)機械設(shè)備。1.4設(shè)計依據(jù)本項目設(shè)計的主要依據(jù)有：（1）棗莊市財政局《關(guān)于下達2005年國家補助礦產(chǎn)資源補償費保護項目經(jīng)費的通知》棗財建字[2005]24號。（2）棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦推行房柱崩落式采礦法提高資源回采率立項申請書及該項目可行性研究報告。（3）棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦開采設(shè)計方案。（4）棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦測制的井上下工程對照圖。（5）棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦提供的采礦情況和地質(zhì)資料。（6）山東地質(zhì)勘探大隊提供的《山東省棗莊市底閣石膏礦區(qū)前王莊礦段勘探地質(zhì)報告》及鉆探資料。（7）棗莊市國土資源局2003年3月為棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦頒發(fā)的采礦許可證。（8）山東省礦產(chǎn)資源委員會辦公室批準(zhǔn)的《棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦礦簡測地質(zhì)報告》。1.5工作范圍及起止時間（1）工作范圍項目工作范圍位于棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦依法申請劃定的礦區(qū)范圍內(nèi)。（2）起止時間自項目批準(zhǔn)至礦山服務(wù)年限以內(nèi)。2、設(shè)計原則和目標(biāo)2.1設(shè)計原則根據(jù)目前礦山現(xiàn)狀和上級的要求，本次初步設(shè)計的原則是：在確保安全的前提下，盡量提高石膏資源回采率、節(jié)約耗材降低生產(chǎn)成本、提高勞動生產(chǎn)率。2.2設(shè)計目標(biāo)項目的設(shè)計目標(biāo)主要有以下幾點：（1）通過在生產(chǎn)中對房柱崩落式采礦法的試采，摸索出適合本礦區(qū)的礦房、礦柱幾何尺寸，使資源回采率大幅度提高，從根本上解決開采回采率低，資源浪費嚴(yán)重的問題，從而最大限度的延長礦井服務(wù)年限。（2）通過地壓觀測，掌握地壓變化規(guī)律，為安全生產(chǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)，有效控制地壓變化，及時崩落采空區(qū)，防止頂板事故及大面積塌陷造成的危害，為礦山今后的安全生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。（3）降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率。3、項目承擔(dān)單位概況3.1礦區(qū)位置及隸屬關(guān)系棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦隸屬于嶧城區(qū)峨山鎮(zhèn)政府，礦區(qū)位于棗莊市嶧城區(qū)底閣鎮(zhèn)南3.5Km東南晁村南，東部和南部與嶧城區(qū)峨山石膏礦相鄰，西部與嶧城區(qū)西石膏礦相鄰，礦山中心座標(biāo):東經(jīng)117°28′54″,北緯34°24′16″。該礦西距濰徐公路1km，西南距徐州市75km，西北距棗莊市35km，南距京杭大運河臺兒莊港15km，之間均有硬化路面相通，區(qū)內(nèi)水、陸交通方便。3.2礦山概況棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦屬鎮(zhèn)辦集體企業(yè)，始建于1995年，設(shè)計生產(chǎn)能力30萬t/a。2003年3月由省國土資源廳換發(fā)采礦許可證，證號：3700000320059，開采礦層為Ⅰ層、Ⅷ層、Ⅸ層石膏，開采深度為-80至-300m，礦區(qū)范圍拐點坐標(biāo)見表3-1所示。礦區(qū)范圍拐點坐標(biāo)表表3-1點號XY13840000.0020573220.0023840000.0020574480.0033839680.0020574376.0043838916.0020573448.0053838916.0020573220.00該礦礦區(qū)面積0.92km2，截至2004年底累計查明資源儲量6782.4萬t，已開采動用資源量481.7萬t，可采保有地質(zhì)資源儲量1920.37萬t。該礦現(xiàn)開采Ⅸ層石膏，該層石膏平均厚度7.75m，質(zhì)量上乘，SO3含量高，雜質(zhì)少，可作為優(yōu)質(zhì)建材、水泥原材料，用途廣泛，市場銷售較好。企業(yè)現(xiàn)有職工260人，其中具有初級、中級職稱的礦山地質(zhì)、測量、采礦技術(shù)人員10余人，均從事多年的石膏礦山開采工作，在生產(chǎn)中積累了豐富的采礦經(jīng)驗，有能力做好房柱崩落式采礦法的試采工作。4、礦山地質(zhì)背景概況4.1自然條件（1）氣象水文本地氣候?qū)贉嘏箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū),氣候溫潤﹑四季分明,春冬少雨干燥，夏季炎熱多雨。年平均氣溫14℃,夏季平均氣溫25~29℃,冬季氣溫平均-2℃，凍土層平均深度0.19m，無霜期平均193d，年日照時間平均2376h。風(fēng)多集中與2~4月,平均風(fēng)速2.7m/s。年平均降雨量834.91mm，降雨多集中于6~9四個月內(nèi)，占全年降水量的55.4~88.6%，最大年降水量為1390.7mm（1958年），最小年降水量471.8mm（2）地形地貌礦區(qū)位于蘇北平原北部,屬黃淮海沖積平原東部,平原湖地,地勢平坦,海拔+29~+30m。4.2地質(zhì)背景（1）地層井田內(nèi)均為第四系覆蓋，下伏地層為下第三系官莊組，地層產(chǎn)狀平緩，走向北西，傾向北東，傾角6~8°。地層有上至下依次為：①第四系(Q3)礦區(qū)內(nèi)大片被第四系所覆蓋，本礦段厚約22.2~25m，頂層為1.5m左右厚的耕植土，其下為上更新統(tǒng)沖積層，為黃褐或灰黃色砂質(zhì)粘土、粘土（含鈣質(zhì)結(jié)核及鐵錳結(jié)核），偶見泥質(zhì)粉砂土。底部近基巖處可見0.5~1.5m厚含礫石砂粘土層。本層厚21~24m，由西向東厚度加大且砂質(zhì)成份增高。距地表1~015m處有時砂質(zhì)成份較高。底部含礫石砂粘土層分布無規(guī)律。礫石成份主要為石英巖。次棱角狀，泥砂質(zhì)半膠結(jié)，含較多鐵錳結(jié)核。鈣質(zhì)結(jié)核由地表向下皆可見，其大小不一，形狀不規(guī)則，分布不均勻。鐵錳結(jié)核下部含量稍多。②下第三系官莊組(E23-3g)下第三系官莊組為礦區(qū)含膏巖系。礦區(qū)地層由上而下可分為三段：a、上段（E32—3g）灰、灰黑、紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、石英長石砂巖、泥灰?guī)r透鏡體等。深灰色泥巖中夾一至兩層炭質(zhì)泥巖，厚0.5~1.00m。砂泥混雜，既不分層，混合也不均勻，局部砂質(zhì)淤積，無一定形狀，輪廓不清。泥灰?guī)r中?？梢姅嚮鞓?gòu)造，灰?guī)r中有一些泥灰?guī)r或泥巖的斑狀，輪廓有的清楚，有的不明顯，有的呈不規(guī)則棱角狀。本段地層是在淺水氧化一還原環(huán)境中形成。交錯層理，摻凝構(gòu)造、攪混構(gòu)造、層理彎曲等現(xiàn)象均說明沉積環(huán)境較淺。沉積物形成于流水入口處且受水波浪的影響。b、中段（E22—3g）該段為含膏巖系，厚100m左右，巖性為黑色泥巖、含膏泥巖、泥巖、普膏、雪花膏、纖維膏及少量泥質(zhì)砂巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖等，可分為上、中、下含礦帶及12個礦層，礦帶間距為5~15m。上礦帶厚度較大，多在45~50m之間，產(chǎn)狀穩(wěn)定，礦化連續(xù)性好，=6\*ROMANVI—=12\*ROMANXII七個礦層賦于該礦帶中。以Ⅷ、=9\*ROMANIX為主礦層。中礦帶厚8~10m，產(chǎn)狀穩(wěn)定性和礦化連續(xù)性較差，=3\*ROMANIII、=4\*ROMANIV、=5\*ROMANV三個礦層賦存于該礦帶。下礦帶厚10~15m，產(chǎn)狀穩(wěn)定，礦化連續(xù)性好，=1\*ROMANI、=2\*ROMANII兩個礦層賦存于該礦帶，以=1\*ROMANI為主采礦層。c、下段（E21—3g）紫紅色、磚紅色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖夾薄層長石石英砂巖，粗粒長石石英砂巖及少量泥灰?guī)r透鏡體。底部見雜色礫巖與細(xì)砂巖，泥質(zhì)砂巖互層。本段在礦區(qū)大片出露，分布面積較廣，厚度＞500m，從巖性分析，原始沉積為河流—淺水氧化相。（2）構(gòu)造區(qū)內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，基巖層向北東緩傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角6~8o。區(qū)域東西向嶧城斷裂控制了盆地北界。本礦段所見主要斷層有F7、F1、F2。F7斷層：位于本礦西南部，已通過采掘工程揭露探明，控制了本礦南部采礦邊界。斷層走向133°左右，傾向43°，傾角55°左右，垂直斷距為60m。該斷層把礦田分割成南、北兩大塊。F1斷層：位于F7斷層?xùn)|280m處，通過生產(chǎn)揭露，其走向NW311°，傾向NE，傾角70°，東盤上升，為逆斷層，斷距11m，在本礦長約400mF2斷層：位于F1斷層?xùn)|90m處，通過生產(chǎn)坑道揭露走向NW302°，傾向NE，傾角70°，斷距45m。另在生產(chǎn)過程中揭露的數(shù)條中小斷層，規(guī)模斷距較小，但對開采有一定影響。（3）巖漿巖本井田內(nèi)未見巖漿巖。4.3礦體特征（1）膏層特征礦體走向長約1200m，傾向長約1100m，走向110°，傾向20°，傾角6°~8°的層狀礦體。含膏巖系厚度100m左右，巖性為泥巖、含膏泥巖、泥膏、普膏、普膏含硬膏及少量泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖等。依前王莊礦段勘探資料劃分，下第三系官莊組中段含膏巖系分為三個礦帶（上、中、下`礦帶或第三、第二、第一礦帶）,12個礦層（膏組）（由下而上編號為Ⅰ—Ⅻ）。其中上、下兩礦帶礦化較好，中礦帶礦化較差。上礦帶包括Ⅵ-Ⅻ七個礦層，其中Ⅷ、Ⅸ為主礦層；中礦帶包括Ⅲ-Ⅴ三個礦層；下礦帶包括Ⅰ、Ⅱ兩個礦層，其中Ⅰ為主礦層。前王莊勘探段以7勘探線為界，分成東西兩部分，東部（7-16線）為重點勘探礦段，上、中、下三個礦帶皆可見。西部（31—7線）上、中礦帶缺失，僅見下礦帶。嶧城區(qū)利華石膏礦區(qū)范圍位于前王莊勘探東部，以16勘探線以東435m至8勘探線西25m為東、西最大邊界，從底閣石膏礦區(qū)普查8勘探線鉆孔剖面資料可見到Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ礦層，16勘探線見到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ、ⅩⅢ、ⅩⅣ礦層.。嶧城區(qū)利華石膏礦自建礦后經(jīng)過多年開采和相鄰礦山開采揭露證實，礦區(qū)內(nèi)以Ⅸ層膏和Ⅰ層膏為最厚而且穩(wěn)定，礦體呈厚層狀，走向110°。產(chǎn)狀與地層一致，傾向20°，傾角6°~8°，由于受F7斷層的破壞，將礦區(qū)分為南北兩大地質(zhì)塊段。除Ⅸ層膏和Ⅰ層膏外，另有Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅺ層膏以現(xiàn)有開采技術(shù)有可開采價值，厚2.5~5m.可利用礦層情況如下：Ⅰ礦層：為雪花膏，灰白色，在ZK16_-3，ZK16-7孔中揭露，平均厚度14.19m，礦層平均品位71.36%。Ⅱ礦層:普膏、雪花膏，灰白色，在zk8-7、zk16-3、zk16-7孔中見到，其中zk16-3孔中厚度最大，為3.94m，平均厚度為3.19m，平均`品位70.08%。Ⅲ礦層:為普膏、雪花膏，在zk8-7、zk16-3孔中見到，平均厚度3.82m，zk16-7孔中見礦厚度最大，為5.53m,平均品位76.28%。V礦層:為普膏，只在zk8-7、zk16-3、zk16-7、孔中見到，平均厚度3.82m，zk16-7孔中見礦厚度最大，為5.53m，平均品位76.28%。Ⅵ礦層:為普膏，只在zk8-1、zk8-7、zk16-3、zk16-7孔中見到，其中zk16-7孔中最厚危4.47m,平均厚度位2.65m,平均品位73.89%。Ⅷ礦層:為普膏，在zk８－７zk16-1、zk16-3、zk16-7孔中見到，平均厚度2.72m，平均品位71.35%。Ⅸ礦層：為普膏夾纖膏，在各鉆孔中均見到，分部面積廣，厚度大，儲量大，其中，在ZK8-1孔中厚度最大為10.59m,平均厚度7.75m,平均品位73.05%，目前正在開采此礦層。Ⅺ礦層:為普膏，在zk8-1、ZK8-7、zk16-3、zk16-7、空中見到，平均厚度為2.7m,在zk16-3孔中最厚為4m,平均品位72.58%。（2）礦石類型及質(zhì)量礦石自然類型有透明石膏、纖維石膏、普膏、泥膏。透明石膏極少見，未形成礦體。①普通石膏：灰黑色、深灰色、粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為石膏（石膏含量60%），含少量硬膏。石膏顆粒間被泥質(zhì)礦物充填，泥質(zhì)礦物的含量不等，石膏顆粒有時相對集中，呈纖維狀細(xì)脈順層產(chǎn)出。普通石膏常被薄層黑色泥巖或順層狀纖維石膏所分割，纖維石膏厚2~5mm，此種礦物組合稱普膏夾纖膏，由于其中泥質(zhì)礦物及纖維石膏的含量不等，因此化學(xué)成份的差異也較大，石膏含量也較大，石膏含量最高可達90%?；瘜W(xué)成份：石膏平均品位75.33%；其中含MgO2.47%、Fe2O30.88%、AL2O32.08%、H2O-0.15%、酸不溶物7.08%、燒失量22.23%、K2O0.40%、Na2O0.15%。②泥膏：石膏含量50~60%之間，其礦石類型又分為下列兩種：a、普膏與灰黑色泥巖互層產(chǎn)出，單層厚度小于1cm。b、石膏顆粒與泥質(zhì)礦物顆?；祀s在一起，厚層狀，礦石呈灰黑色、灰綠色。化學(xué)成份：石膏平均品位57%；含MgO2.42%、Fe2O31.01%、AL2O32.55%。H2O-0.16%、酸不溶物8.23%、燒失量22.79%、K2O0.46%、Na2O0.22%。③纖維石膏礦區(qū)內(nèi)可見兩種類型：一是與層理斜交或重交，主要受節(jié)理裂隙控制的纖膏，最寬達5~6cm，一般2~3cm，分布無規(guī)律，另一種是順層分布的纖膏，和圍巖產(chǎn)狀一致最厚達18cm，一般3~8cm化學(xué)成份：石膏平均含量大于95%；其中含MgO0.22%、Fe2O30.16%、AL2O30.54%、H2O-0.015%、酸不溶物1.12%、燒失量20.58%，K2O0.20%、Na2O0.06%、SiO21.15%、Cl-0.08%、SrO0.018%、CO20.37%④影響礦石質(zhì)量的因素a、泥質(zhì)礦物：泥質(zhì)礦物充填于普通石膏和泥膏的石膏顆粒之間，區(qū)別在于泥膏的泥質(zhì)礦物含量大于普通石膏的泥質(zhì)礦物含量。b、黑色泥巖：是礦石中的主要雜質(zhì)，其含量的高低直接影響礦石的品位。c、對纖維石膏的影響：泥質(zhì)礦物和黑色泥巖在優(yōu)質(zhì)纖維石膏中含量極低，在劣質(zhì)纖維中含量較大。（3）礦石的物理化學(xué)性質(zhì)①礦石的機械強度見表4—1。礦石的機械強度表表4—1巖石類型平均抗壓（MPa）平均抗剪（MPa）備注普通石膏16.11.92②礦石的吸水率：3.~16.3%③礦石質(zhì)量普膏：工業(yè)品位CaSO4·2H2O≥55%邊界品位CaSO4·2H2O≥45%④開采技術(shù)要求a、礦石可采厚度≥1m。b、夾石剔除厚度≥1m。c、纖維膏：工業(yè)品位CaSO4·2H2O≥85%。4.4礦床開采技術(shù)條件（1）水文地質(zhì)條件①礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體，對采礦較為有利，僅有一條新溝河從礦田的西部邊界穿過，為季節(jié)性河流，對開采有一定的影響，礦區(qū)內(nèi)農(nóng)田灌溉量每畝每年400~500噸水。據(jù)長期觀測及水文地質(zhì)剖面和等水位線等資料，說明河水補給地下水，對礦床充水有間接影響。②礦區(qū)均為第四系覆蓋，其下為第三系a、第四系含水層（Q4）頂部為厚約1米左右黃褐色、灰褐色腐植土，孔隙發(fā)育，為透水層，不含水。其下為灰黃、褐黃色含鈣質(zhì)結(jié)核砂質(zhì)粘土夾粘土透鏡體，局部地段夾厚10~30cm，含礫中粗砂透鏡體。第四系分布面積較廣，地下水位埋深1~2m。含水層平均厚度25.47m，水力坡度0.00043。b、第三系隔水巖層（E2—3g）上段：灰色、灰黑色、紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，夾泥灰?guī)r透鏡體，巖性致密。中段：黑色、紫褐色泥巖、含膏泥巖、泥膏、普膏、纖膏等。厚約100m，巖性致密不含水。下段：紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，巖性致密不含水。巖層厚度大于400m，為良好的隔水層。下第三系隔水巖層中雖有微細(xì)節(jié)理構(gòu)造，但節(jié)理面光滑緊密，不含水。僅在近基巖與第四系交界附近，由于地下水的作用而使巖石顏色變淺。從鉆孔ZK4—19和ZK4—21以及礦井開采得知，涌水量小于0.001L/s.m，可視為隔水層。另外，從實際生產(chǎn)導(dǎo)致礦體破壞，地表下沉，其上開挖養(yǎng)魚塘，長期蓄水而井下觀測冒落區(qū)都無災(zāi)害性涌水這一事實，也可證明下第三系確為隔水層。③斷層的富水性和導(dǎo)水性礦段內(nèi)已揭露多條斷層，只有三條較大斷層斜穿礦床，即F7F1、F2（2）工程地質(zhì)條件依據(jù)有關(guān)地質(zhì)資料和嶧城區(qū)利華石膏礦生產(chǎn)實踐可知，含礦巖系中泥巖、砂質(zhì)泥巖風(fēng)干后易崩裂，遇水后膨松、變軟、粉化，強度極低；而石膏礦層較穩(wěn)定。礦層的頂板是泥巖，穩(wěn)固性較差，采礦暴露后即冒落（泥巖夾薄層普膏或互層產(chǎn)出時穩(wěn)固性也較差），在不支護的情況下不能作為礦層直接頂板，開采過程中必須留設(shè)1.5~2.0m左右厚度的礦層作頂板。礦層底板是泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖穩(wěn)固性較差，受壓后不能承受礦柱壓力易產(chǎn)生塑性流動，表現(xiàn)為底鼓，最終導(dǎo)致頂板破裂、冒落。因此，底板亦需留設(shè)1~2m厚度的礦層作底板。礦層、礦層頂、底板抗壓、抗剪強度見下表4—2礦層、礦層頂板、礦層底板抗壓抗剪強度表表4-2項目 膏層抗壓強度（公斤/厘米2）抗剪強度（公斤/厘米2）垂直巖層面平行巖層面垂直巖層面平行巖層面一般平均一般平均一般平均一般平均頂板10.9—163.849.7412.6—41.827.2 2.77—15.566.66 1.241.24礦層66.0-271172.7681.2—230.5155.89.2—34.1420.6117.72—19.4818.6夾層52.3—134.279.8030.5—40.835.656.03—14.109..9 1.26—6.904.08底版118.3—125.712272.572.514.0514.056.416.41礦層及巖石性較軟，硬度系數(shù)f≤3。因頂、底板及礦層中夾層穩(wěn)固性較差，礦井工程地質(zhì)條件屬中等，開采時應(yīng)保留足夠的礦層以維護采場地壓。巖石的機械物理性能，據(jù)實驗，用硝銨炸藥每公斤可崩落礦石4~8t。測得塊度及松散系數(shù)如下：塊度30×20×15（cm3）以下松散系數(shù)為2.09，塊度68×20×35（cm3）松散系數(shù)為2.25。測得礦石安息角38°00′~40°33′,平均39°19′。礦石密度普膏為2.31t/m3，纖膏2.27t/m3。(3)環(huán)境地質(zhì)條件礦層均埋藏在第四系以下，含礦巖系穩(wěn)固性差，采空區(qū)形成一段時間后，就會自然垮落或人工強制崩落，崩落后引起地表塌陷，地面建筑設(shè)施和農(nóng)田因此受毀壞。造成一定的礦山地質(zhì)環(huán)境問題。地表水和含水層的水通過井筒、塌陷區(qū)邊緣滲透到井下，再從井下水倉排到地表溝渠，使含水層得不到正常補給。采礦活動引起區(qū)域性地表水位下降。經(jīng)過循環(huán)排到地表的水中硫酸根離子增加，對環(huán)境有一定的影響。5、項目實施初步方案5.1礦山地質(zhì)詳查棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦位于底閣礦區(qū)前王莊礦段東北部。由于建礦初期資金不足，對礦田范圍內(nèi)的地質(zhì)情況沒有進行詳查，地質(zhì)勘探鉆孔布置的間距較大，特別是礦田的北部，鉆孔控制更達不到開采的要求。為使本礦推行房柱崩落式采礦法提高石膏回采率項目設(shè)計有科學(xué)依據(jù)，要進一步查明試采礦段礦體的賦存現(xiàn)狀、埋藏深度、礦體厚度、頂?shù)装鍑鷰r堅固性等。必須對該礦的礦山地質(zhì)進行詳查工作。根據(jù)原地質(zhì)勘探鉆孔布置情況，選擇F2斷層以北適當(dāng)位置，加密補打鉆孔進行勘查，勘探網(wǎng)絡(luò)控制在200×200m以內(nèi)。至少要打四個鉆孔。5.2開采技術(shù)線路（1）房柱崩落式采礦方法標(biāo)準(zhǔn)方案房柱式崩落采礦法是綜合房柱采礦法和崩落采礦法的各自優(yōu)點而形成的一種新型采礦方法。它利用盡可能小的礦體作為支柱，省去需要較多投資的人工支戶和崩落法隨采隨崩落頂板的特點。即刻服了房柱采礦法因礦柱過多而造成回采率低的缺點；又解決了崩落采礦法因人工支護成本較高的矛盾，以達到大幅度提高石膏回采率，又不會增加石膏開采成本的目的。①回采單元的劃分根據(jù)本礦目前的開采現(xiàn)狀，設(shè)計采用沿礦體走向劃分盤區(qū)，在盤區(qū)內(nèi)沿傾向劃分采區(qū)，在采區(qū)內(nèi)沿傾斜方向再劃分礦快進行回采。即在主運輸平巷以下。沿主運輸平巷每隔60~80m布置盤區(qū)下山，掘至井田邊界構(gòu)成盤區(qū)。在盤區(qū)內(nèi)每隔50~60m設(shè)置采區(qū)運輸平巷，把盤區(qū)劃分成采區(qū)。在采區(qū)內(nèi)再把礦體劃分成沿傾斜面的分條（礦快），每個礦快即為回采的基本單元。②單元的回采順序盤區(qū)回采順序：采用后退式，即由井田邊界向主下山逐個后退式回采。采區(qū)回采順序：采用上行式。即由盤區(qū)最下部的采區(qū)開始，沿傾斜向上逐個回采。礦快回采采用后退式。即由已崩落盤區(qū)、采區(qū)向未崩落的盤區(qū)、采區(qū)逐條回采。③巷道規(guī)格和布置原則開采方案中的采準(zhǔn)切割巷道有盤區(qū)下山、采區(qū)運輸平巷、絞車硐室、切割下山、回風(fēng)平巷等。設(shè)計采用同一規(guī)格：高2.5~3m，寬4m。巷道布置原則：采準(zhǔn)切割巷道均布置在礦體內(nèi)，且布置在所開采礦體的下部。因礦體底板一般為泥頁巖，不穩(wěn)固，因此在掘進巷道時必須預(yù)留部分石膏層作為護底層。④礦快回采根據(jù)地質(zhì)報告和生產(chǎn)探礦情況證實，該礦以=1\*ROMANI、Ⅸ礦層為主采礦層，礦層傾角6°~8°左右。Ⅸ礦層平均厚度7.75m，采礦時根據(jù)實際情況留設(shè)不小于1.0m護頂?shù)V，0.5m護底礦，礦房寬度7m，礦房高度6m，礦柱為5×5m的間斷礦柱。首先把礦塊劃分為礦房（寬7m）和礦柱（寬5m）,然后按下列步驟進行回采。第一步：在礦房的中心部位由上部平巷沿礦房底板向下掘切割下山與下部平巷貫通。第二步：從切割下山的下端開始，以下山為自由面進行拉底至礦房全寬。第三步：以拉底空間的頂板為自由面，用倒臺階形式回采礦房至礦房的全高和全寬。第二、第三兩步驟循環(huán)進行，每進行一次為一個回采循環(huán)，每循環(huán)推進的距離（2.0~2.5m）為一步距。礦房回采的第一個循環(huán)拉底時要一次拉底兩個步距，然后回采礦房。回采臺階寬度取2.0~2.5m，即一個回采步距的長度。臺階高度以整分礦房全高為原則，本次試采取2.0m。第四步：當(dāng)?shù)V房推進到設(shè)計預(yù)留方形礦柱位置時，暫停礦房回采，對礦房一側(cè)的連續(xù)礦柱進行切采，其步驟與回采礦房時相同。直至礦柱切透為止，使連續(xù)礦柱切出一個5m×5m的間斷方形礦柱。⑤主要回采工藝本方案主要回采工藝包括：落礦、通風(fēng)、頂板管理、二次破碎、運搬和放頂?shù)?。落礦：電煤鉆鉆眼，眼深1.5~2.0m，水平平行布置，眼距1.0~1.2m，最小抵抗線可略大于眼距，取1.5m左右。為有效控制礦石塊度，在爆破炮眼之間布置適量不裝藥的空眼。鉆眼工作在爆破后的膏堆上進行。爆破采用2#巖石炸藥，電雷管起爆。人工進行二次破碎。通風(fēng)：掘進切割下山時要配置局扇進行通風(fēng)，礦房回采時主要靠自然通風(fēng)，自然通風(fēng)達不到要求時，也要用局扇進行通風(fēng)。頂板管理：頂板的維護主要依靠所留臨時礦柱的支撐和膏層本身的強度來實現(xiàn)。嚴(yán)禁破頂回采，一旦破頂必須把破層的浮膏塊撬掉，使頂板始終保持完整的層面，對欠穩(wěn)固處要安設(shè)少量支柱進行支護。運搬：礦石運搬采用人工裝車，串車提升至上部采區(qū)運輸平巷，再由主提升下山提至主運輸平巷，經(jīng)豎井提至地面。放頂：臨時間隔礦柱形成，并出礦結(jié)束后，即可開始放頂。放頂前，首先在鉆鑿礦房最上一個分層炮眼時，即預(yù)先在設(shè)計位置鉆好足夠的切頂炮眼和放頂炮眼。并把放頂眼裝好藥，切頂眼和放頂眼的深度應(yīng)盡量穿過護頂膏層。其次在切采礦柱的同時，在臨時方形礦柱內(nèi)的適當(dāng)高度（以鉆眼方便為準(zhǔn)）鉆好崩柱炮眼，并裝好藥。在做好一切放頂前的準(zhǔn)備工作后，放頂眼和崩柱眼同時起爆，使頂板隨爆破而冒落，充滿采空區(qū)，然后開始下一個回采循環(huán)。⑥工程的銜接與配合盤區(qū)下山的掘進：下山掘進開始可兩條相鄰下山同步進行，由上而下按設(shè)計位置掘進通風(fēng)聯(lián)絡(luò)平巷，以使相鄰下山連通，構(gòu)成采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)。盤區(qū)回采：盤區(qū)下山掘完后，即可開始盤區(qū)回采。其位置是從盤區(qū)最下部（礦田邊界）的采區(qū)內(nèi)開始回采。礦塊回采：采區(qū)內(nèi)礦塊回采應(yīng)逐個依次進行。前一礦塊回采時，可同時掘進后一礦塊的切割下山。（2）房柱崩落式采礦法試采施工方案①試采位置的確定根據(jù)本礦井下開采現(xiàn)狀，F(xiàn)2斷層以南已基本開拓完畢，有的部位已經(jīng)用房柱法進行開采，因試采方案在開采過程中要有計劃的崩落頂板，必然要造成地表塌陷。所選的位置一是地表無建筑物；二是無運輸公路和；三是塌陷后不影響今后的開采。綜合以上情況分析，把試采的位置定在靠近F2斷層南，二水平以下西北部采區(qū)。②房柱崩落式采礦法試采施工方案選擇的試采區(qū)有的盤區(qū)下山、采區(qū)運輸平巷都已經(jīng)掘完，因此對已形成的巷道規(guī)格等不在進行設(shè)計。新掘進一條盤區(qū)上山，其規(guī)格高×寬=2.5×3m，和原掘好的下山形成13m的盤區(qū)隔離礦柱。為確保試采區(qū)開采過程的安全，在試采區(qū)北端留17m的盤區(qū)隔離礦柱。試采采區(qū)有關(guān)參數(shù)設(shè)計：采區(qū)沿傾向長度55m，沿走向?qū)?1m，礦房沿走向布置，礦房長84m，寬7m，采高6m，留5×5m的臨時間斷礦柱，因頂、底板圍巖不穩(wěn)固，為確保開采過程中的安全，在開采時必須留礦層進行護頂護底?，F(xiàn)開采礦層厚度7.75m，礦房頂板預(yù)留1m、底板留0.75m的礦層（視礦層硬度而定）。礦房回采順序：按一、二、三、四、五號礦房先后順序逐個回采。即先從第一號礦房開始，由下向上（由西向東）后退式回采。礦塊回采步驟：第一步：從一號礦房的下邦開始，由南向北掘進切割平巷，切割平巷規(guī)格高×寬＝2.5×3m，與下部下山貫通形成通風(fēng)回路。第二步：從切割平巷的北端開始，以切割平巷為自由面進行拉底至礦房全寬。以拉底空間的頂板為自由面，用倒臺階分層式壓頂回采至礦房的全高。分層臺階厚度下層2m，頂層1.5m。當(dāng)?shù)V房推進到設(shè)計預(yù)留方形礦柱位置時，暫停礦房回采，對礦房一側(cè)的連續(xù)礦柱進行切采，其步驟與回采礦房時相同。直至礦柱切透為止，使連續(xù)礦柱切出一個5m×5m的間斷方形礦柱。第三步：一號礦房回采結(jié)束后，強制崩落第一礦塊的頂板。根據(jù)間斷礦柱受壓情況，若無明顯來壓現(xiàn)象，可兩個礦塊同時崩落。根據(jù)原棗莊市聯(lián)營石膏礦試采的經(jīng)驗，也可一個采區(qū)全部采完后，集中一塊進行放頂，但采空區(qū)一般不要超過2500ｍ２，還要看礦柱承受頂部壓力具體情況而定。主要回采工藝：實施方案主要回采工藝包括：落礦、通風(fēng)、頂板管理、二次破碎、運搬和放頂?shù)?。具體內(nèi)容按標(biāo)準(zhǔn)方案執(zhí)行，在此不再重復(fù)設(shè)計。③試采區(qū)的開采回收率計算試采采區(qū)內(nèi)本層石膏儲量為：109151.54t應(yīng)采出石膏礦量為：45114.3t粉礦損失量按1%計算，粉礦損失量為：451.1t采區(qū)回收率約為40.9%。5.3采礦設(shè)備配置（1）測量儀器配置為使項目試采方案設(shè)計的方位和尺寸達到一定的精度，盡量做到準(zhǔn)確無誤，必須配備較為精密的測量儀器進行測量。配經(jīng)緯儀一架、測距儀一臺、水準(zhǔn)儀一架。附屬設(shè)施一套（包括鋼尺、塔尺、鉛垂等）。（2）采礦設(shè)備配置25kw調(diào)度絞車2部，礦車12輛（型號與現(xiàn)有的相同），煤電鉆4臺，移動升降平臺兩臺，380/127V型變壓器2臺，局扇2臺，風(fēng)筒80m。15kg/m型鋼軌1600m，鋼絲繩600m，電纜（3）排水設(shè)施配置為防止崩落頂板造成地面塌陷后有水涌入采場，必須配備排水設(shè)備。選用100D-16×8型水泵，流量37.6m3/h，揚程147.2m，功率30KW，配備2臺，其中一臺備用。排水管選用Φ108×5.4地壓監(jiān)測設(shè)備配置為使房柱崩落式采礦法試采工作安全可靠，摸索適合本礦區(qū)內(nèi)的地壓變化規(guī)律，同時對原采空區(qū)進行有效監(jiān)控，必須進行地壓監(jiān)測。地壓監(jiān)測設(shè)備配置：微機一套，地壓觀測主機一套，測試地壓的壓力盒10個，位移計6個。6、經(jīng)費預(yù)算6.1地質(zhì)詳查費用預(yù)算詳查地質(zhì)工作費用預(yù)算表表6—1序號工作內(nèi)容單位工作量取費標(biāo)準(zhǔn)（元）工作費用（元）1鉆探m980434.74260062樣品化學(xué)分析及試驗件30102.930873綜合研究及編寫報告1、2項的20%85818.64鉆探其他費用8000合計522911.66.2采礦設(shè)備購置預(yù)算采礦機械設(shè)備預(yù)算表表6—2序號設(shè)備名稱數(shù)量單價（元）金額（元）125kw調(diào)度絞車2車12輛200024003煤電鉆4臺80032004380/127V型變壓器2臺80016005局扇2部8000160006風(fēng)筒80m12096007100D-16×8型水泵2臺380072009Φ108×4無縫鋼管400m602400010移動升降平臺2臺120002400011經(jīng)緯儀1架150001500012水準(zhǔn)儀1架8000800013測距儀1臺48000480001415kg/m型鋼軌1600m7512000015鋼絲繩600m301800016電纜800進巷道1160240000合計6586006.3地壓監(jiān)測設(shè)備購置預(yù)算地壓監(jiān)測設(shè)備購置預(yù)算表表6—3序號地壓設(shè)備名稱數(shù)量單價（元）金額（元）1微機1套800080002壓力盒10個1200120003觀測主機1套12000120004位移計6個100060005電子監(jiān)控探頭10套40040006微機房及裝備25000合計670006.4項目投資總費用預(yù)算項目費用預(yù)算總表表6—4費用項目地質(zhì)詳查采礦設(shè)備地壓觀測設(shè)備總費用金額（元）522911.665860067000.01248511.6備注項目投資總費用不包括材料消耗和人工工資7、預(yù)期成果及效益分析7.1預(yù)期成果采用房柱式崩落采礦法與原房柱式采礦法開采相比，可使石膏回采率提高20~30%，每年可節(jié)約石膏資源75萬t，礦井服務(wù)年限可延長13年。其他各項指標(biāo)也都有明顯改善。勞動生產(chǎn)率得到提高，節(jié)約了爆破器材，縮短了爆破時間，改善了勞動環(huán)境，同時可使石膏的塊狀率明顯提高。房柱式崩落采礦法的推廣，可取得可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。7.2經(jīng)濟效益采用房柱式崩落采礦法開采后，礦石回采率可提高到40.9%，較原來的普通房柱式采礦法的回采率20%左右，提高2倍之多。由于回采工作面條件（包括爆破條件和工人的勞動條件等在內(nèi)）的改善，使得主要材料消耗指標(biāo)普遍降低，其中：炸藥由0.214kg/t降到0.125kg/t；雷管由0.446枚/t降到0.143枚/t；鉆頭由0.003個/t降到0.0018個/t。工人勞動生產(chǎn)率由3.73t/人班提高到5.0t/人班。同時可使礦石的塊狀率也相應(yīng)提高。通過計算，可使石膏采出生產(chǎn)成本由18.7元/t降到16.09元/t，按年產(chǎn)30萬t計算，每年可多獲直接經(jīng)濟效益78.3萬元。采用房柱式崩落采礦法開采后，由于礦石回采率比原來提高2倍多，按2005年底保有可采儲量為1920.37萬t計算，可多采出石膏384萬t，可使礦山服務(wù)年限延長13年，從而使企業(yè)的基建投資年攤銷費用將大幅度降低。按每噸售價30元/t計算，銷售成本24元/t，企業(yè)可多獲經(jīng)濟效益2304萬元。同時可為國家多增加GDP11520萬元，凈增稅金2150.4萬元。7.3社會效益礦山服務(wù)年限的延長，可為當(dāng)?shù)亟鉀Q農(nóng)村剩余勞動力就業(yè)問題，按平均全員勞動生產(chǎn)率400t/人年，本礦可安排近750人就業(yè)，每人年平均工資6000元計算，每年將有近450萬元轉(zhuǎn)化為消費資金。按延長13年計算，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民多創(chuàng)收入5850萬元。本礦石膏由當(dāng)?shù)厣鐣囕v進行外運，平均按噸膏獲利4.5元計算，可使社會車輛多獲純收益1728萬元。同時帶動車輛維修、餐飲等行業(yè)生意興隆，社會效益可觀。我市水泥企業(yè)較多，要用大量的石膏作為添加劑；加上石膏制品行業(yè)（石膏粉、石膏板、石膏制酸等）也需用大量的石膏。由于礦山壽命的延長，可使上述企業(yè)獲得廉價原料，其作用巨大。7.4環(huán)境效益礦井的服務(wù)周期較長，對礦井采空區(qū)塌落形成的塌陷地質(zhì)環(huán)境的治理，本著統(tǒng)一規(guī)劃、塌一塊治一塊的原則，對塌陷地進行綜合開發(fā)利用。目前，底閣石膏礦區(qū)通過對塌陷區(qū)的治理，已總結(jié)出比較成功的經(jīng)驗，采取開挖魚塘、抬田造地的方式，走種糧養(yǎng)魚的路子，已取得較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。（1）地表塌陷后進行土地開挖，塌陷深的地方挖水塘，表面腐植土用于平整土地。排水溝渠與新溝河相連，做到澇能排，旱能灌。（2）挖出的水塘進行水產(chǎn)養(yǎng)殖，可以養(yǎng)殖河蟹、魚鱉等。平整后的土地照常進行農(nóng)作物種植，底閣礦區(qū)已治理過的塌陷地植桑養(yǎng)蠶，不僅改善了礦區(qū)的環(huán)境，同時也收到了較好的經(jīng)濟效益。（3）底閣石膏礦區(qū)礦井多，目前棗莊市底閣石膏礦區(qū)塌陷地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)項目已進入實施階段，第I、II塌陷區(qū)的治理已經(jīng)完成，第三期已經(jīng)開始。出現(xiàn)的塌陷地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的治理要本著統(tǒng)一規(guī)劃、分期實施，局部服從整體的原則，充分利用十分寶貴有限的土地資源，重新建立一個穩(wěn)定合理的生態(tài)系統(tǒng)，為建立立體高效農(nóng)業(yè)打下基礎(chǔ)。8、組織領(lǐng)導(dǎo)及保障措施8.1組織領(lǐng)導(dǎo)棗莊市嶧城區(qū)利華石膏礦，推行房柱崩落式采礦法開采提高回采率工作，不僅技術(shù)性強，而且安全要求程度比較高。因此，在試采過程中必須加強組織領(lǐng)導(dǎo)。為了確保該項目試采圓滿成功，利華石膏礦決定抽調(diào)精干專業(yè)技術(shù)人員，成立試采工作領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)項目試采方案的具體實施工作。領(lǐng)導(dǎo)小組組長：礦長，副組長：主管安全生產(chǎn)的副礦長，成員：技術(shù)科、生產(chǎn)科、安全科等有關(guān)科室的主要負(fù)責(zé)人和采礦技術(shù)人員。項目試采工作全過程接受嶧城區(qū)財政局的監(jiān)督和指導(dǎo)，工作小組定期向區(qū)財政局報告試采工作進展情況，項目完成后按要求寫出總結(jié)報告。8.2保障措施（1）項目試采工作