2014一建-矿业工程管理与实务

一级建造师矿业工程管理与实务精讲班 二、井底车场的结构根据矿井的开拓方式，井底车场可分立井井底车场和斜井井底车场两大类。井底车场由主要运输线路、辅助运输线路、各种硐室等部分组成。（一）主要运输线路：存车线巷道和行车线巷道两种；（二）辅助运输线路：通往各种硐室的巷道；（三）硐室：按它们在井底车场中所处的位置和用途不同可分为副井系统硐室、主井系统硐室以及其他硐室。1G416040 巷道与硐室工程施工 1、主井系统硐室：（1）推车机、翻车机硐室或胶带机头硐室；（2）井底矿仓；（3）装载硐室2、副井系统硐室：（1）井筒与车场连接硐室；（2）主排水泵硐室和主变电所；（3）水仓；（4）管子道1G416040 巷道与硐室工程施工 3、其他硐室：（1）调度室（2）电机车库及电机车修理间硐室（3）防火门硐室、乘人车场、消防列车库、防水闸门、爆破材料库等。1G416040 巷道与硐室工程施工 例、根据主、副井筒或空、重车线与主要运输巷道（运输大巷或石门）的相互位置关系不同，环形式井底车场分为（）等形式。A、梭式 B、斜式 C、尽头式 D、卧式 E、立式答案：BDE1G416040 巷道与硐室工程施工 例、矿井井底车场副井系统硐室包括（）。A、排水泵房B、变电所C、装载硐室D、井底矿仓E、水仓答案：ABE1G416040 巷道与硐室工程施工 1G416045 巷道施工程序与掘砌循环图表的编制方法一、巷道施工的基本工序包括工作面定向、炮眼布置、钻眼工作、装药连线、放炮通风、安全检查、洒水、临时支护、装岩与运输、清底、永久支护、水沟掘砌和管线安设等。1G416040 巷道与硐室工程施工 二、掘砌循环图表的编制方法正规循环作业：巷道掘砌过程中，在规定的时间内，按作业规程、爆破图表和循环图表的规定，以一定的人力和技术装备，保质保量地完成全部工序和工作量，并保证有节奏地、按一定顺序周而复始地进行，取得预期的进度，称为正规循环作业。掘砌循环图表的编制包括掘进循环时间的确定，掘进、支护循环图表编制及调整等。1G416040 巷道与硐室工程施工 掘进循环时间是掘进各连锁工序时间的总和。通常掘进循环的总时间可按下列公式进行计算：1 2 3 4 52 3T=T +T + T +T +T60SLT = PNLT=mv 1G416040 巷道与硐室工程施工 根据计算结果，为防止难以预见的工序延长，提高循环图表完成的概率，应考虑增加10%的备用时间。此外对于巷道工程，一般应调整为每班的整数倍，以方便管理。掘砌循环图表编制时一般以掘进工作面为主，在掘进循环时间确定后，然后编制永久支护循环图表。循环图表可以采用横道图或网络图来表示。1G416040 巷道与硐室工程施工 例、编制巷道掘进循环图表时，在正常所需作业时间外，通常还应增加（）的备用时间。A、5 B、10 C、15 D、20答案：B1G416040 巷道与硐室工程施工 1G416046 巷道支护方法一、矿山井巷工程稳定及其特点（一）围岩应力及其分布特点1、围岩应力的一般概念围岩应力指围岩内重新分布的应力；围岩应力出现高应力的现象称为应力集中。围岩应力和原岩应力的比值，称为应力集中系数。围岩应力是原岩应力受扰动后的新的应力状态。1G416040 巷道与硐室工程施工 2、围岩应力分布特点原岩应力特性、巷道形状对围岩应力分布有重要影响。竖向原岩应力偏大，则巷道以竖向轴较长为有利。对于直线形巷道，一般在断面的拐角部位有较严重的应力集中，巷道的直线部位越长越易出现拉应力。当围岩应力超过岩石强度极限时，巷道周围就会有破坏区域，巷道周边岩石的承载能力降低，高应力区移向围岩深部。原岩应力越高，塑性区范围越大；塑性范围大小还随巷道断面增加而增加。1G416040 巷道与硐室工程施工 井巷空间分布具有长度尺寸较断面尺寸大的特点。因此，当最大的原岩应力方向与巷道长轴一致时对巷道稳定是最有利的；最大应力和巷道轴线水平正交是最不利的。1G416040 巷道与硐室工程施工 （二）围岩与支护共同作用原理及其意义1、围岩与支护共同作用原理当支护施工得比较及时正确，支护在围岩变形时就发挥作用，围岩的变形产生对支护的荷载。同时，支护利用自身的刚度和强度约束围岩的变形。如果支护施工得相对较晚，支护在围岩出现破坏并即将冒落时才形成对围岩的作用，或者支护不力，支护还要承受冒落围岩的自重作用。说明井巷工程稳定是一个围岩与支护共同作用的过程，支护受力是一个与施工密切相关的复杂问题。1G416040 巷道与硐室工程施工 2、围岩与支护共同作用原理的实际意义围岩的稳定是巷道稳定的重要因素，围岩自身具有一定的承载能力，因此围岩既具有载荷的性质，又具有承载的能力。围岩的适当变形可以发挥围岩的自身承载能力，减少对支护的作用，从而减少支护的承载强度或刚度。但是如果围岩变形过大，破坏的围岩可能失去自承能力。支护将承受冒落岩石的自重荷载。1G416040 巷道与硐室工程施工 支护荷载的大小不仅受围岩变形的影响，也受自身刚度的影响。支护刚度越大，支护的载荷就会越高。支护荷载的大小还受实际施工的影响。当支护的时间过晚，或者因围岩变形过大，来不及在围岩发生破碎前作用，支护荷载的性质也将发生变化。1G416040 巷道与硐室工程施工 二、巷道的主要支护形式和方法（一）锚喷支护1、锚杆支护性质与特点锚杆是置入围岩内部的支护形式，具有加固围岩的作用，和支架相比较，它是一种积极支护。锚杆与施加预应力的锚索相比，应属被动支护。1G416040 巷道与硐室工程施工 锚喷支护是锚杆和喷混凝土联合支护形式。喷混凝土不仅有一定的支护能力，可作为临时支护形式，还能封闭岩石表面，防止岩面碎落、风化而导致的围岩强度降低、锚杆失效等问题。锚喷支护可以作为临时支护，也可以成为永久性支护。1G416040 巷道与硐室工程施工 2、锚杆支护的施工锚固力（也称抗拉拔力）是锚杆发挥支护作用的基本条件。目前锚杆的锚固方法主要有树脂（药卷式） 粘结、水泥（药卷式）或水泥砂浆粘结、机械摩擦式。根据锚固的长短可分为全长锚固或端头锚固。锚固方法中以树脂粘结的锚固力和可靠性最高。为有效限制围岩的变形，锚杆尾部必须设有托盘，并且要求托盘与岩面密贴或与岩帮楔紧。合理的锚杆布置可以使围岩形成组合的整体，是形成围岩稳定结构的重要条件。1G416040 巷道与硐室工程施工 3、喷射混凝土支护喷射混凝土强度等级多采用C15-C20。作为单独支护结构时，一般喷层厚度为15cm左右，锚喷联合支护时可以为5-10cm。为加强喷层的承载能力，可以铺设钢筋网，成为锚一喷一网联合支护；为提髙喷混凝土抗变形能力，还可采用在喷混凝土中增加钢纤维等措施。为了降低回弹和粉尘，喷射混凝土还应有外加剂。目前国内最常用的为速凝剂，一般掺量为水泥用量的2.5%-4%，要求混凝土 3-5min初凝、10min终凝。1G416040 巷道与硐室工程施工 4、锚注支护锚注支护是在锚喷支护基础上或在原金属支架、衬砌支护基础上，对围岩或壁后注浆。一方面可将松散破碎的围岩胶结成整体；另一方面使普通端锚锚杆实现全长锚固。1G416040 巷道与硐室工程施工 （二）衬砌（碹）和装配式混凝土大弧板支护1、衬砌是由料石、混凝土（或钢筋混凝土）砌成的整体式的支撑结构，靠衬砌的刚度和强度抵抗围岩重力和变形荷载，因此衬砌是一种被动的和消极性支护。一般认为，衬砌结构属于刚性支护。2、衬砌一般作为永久支护，也可以和锚喷等临时支护联合使用。1G416040 巷道与硐室工程施工 3、根据荷载特点，衬砌可以砌筑成直墙半圆拱、三心拱或者马蹄形拱等形式。当顶底板压力均较大时，采用马蹄形拱比较合理4、衬砌与围岩的间隙应充填密实。衬砌的壁后灌浆方法是密实间隙、提高衬砌结构整体性的有效方法。1G416040 巷道与硐室工程施工 （三）支架支护1、梯形金属支架：通常用18-24kg/m钢轨、16-20号工字钢或矿用工字钢制作，由两腿一梁构成。通常用在采区巷道中。2、拱形可缩性金属支架采用可缩性支架的目的就是通过围岩适当的变形，发挥围岩的承载能力，避免支架损坏而能重复使用。适用地压大、地压不稳定和围岩变形量大的巷道。1G416040 巷道与硐室工程施工 （四）锚索支护锚索支护的主要特点是对围岩施有预应力，是主动支护。锚索常采用高强钢筋、钢绞线、高强钢丝材料，一般用水泥砂浆锚固，也可采用树脂锚固剂。一般在围岩破碎范围大、巷道变形大、围岩应力高、服务期限相对较长的条件下使用。锚索可以组成锚索群，也可单根使用，或和其他支护形式联合使用。1G416040 巷道与硐室工程施工 三、井巷工程稳定与支护施工的基本原则（一）充分利用围岩强度和围岩的自承能力（二）控制围岩应力：合适布置井巷工程位置、合理选择巷道断面和形状。（三）合理应用支护技术：如锚索支护可提供及时作用的预应力，重视支护施工质量，选材选型与结构特性相一致等。（四）充分利用监测-反馈手段1G416040 巷道与硐室工程施工 四、新奥法基本内容新奥法(New Austrian Tunneling Method; NATM ) 是新奥地利隧道施工方法，是针对软岩隧道施工的一整套支护思想和技术措施，见下表：1G416040 巷道与硐室工程施工 序号 主要原则 主要做法1 充分利用岩体强度、发挥岩体 自承能力 立即喷适当厚度混凝土，封闭岩面防止风化，需要时加锚杆、钢架，不让围岩松动，使围岩形成一定承载结构。2 准确运用围岩-支护共同作用原理，合理考虑围岩变形影响。 采取两次支护方法，初次支护要抑止围岩变形，也允许支护有一定变形，根据监测情况进行局部加强。待围岩位移速度趋于稳定时，进行封底与二次支护，必要时可采取强力刚性支护。3 监测（压力和位移）作为必要 手段，贯穿自始至终。 测量内容包括围岩表面收敛、岩体内部位移、喷层和锚杆受力等。4 强调封底的重要性，务必做好 封底。 底鼓严重必须引起侧墙和顶部稳定，封底可形成完整的岩石承载圈。5 施工、监测、设计三结合 施工应与监测同步，监测反馈调整一次支护参数，科学设计二次支护。 例、关于巷道喷射混凝土支护工程的检验项目及要求有（）。A、所用的水泥、水、骨料、外加剂的质量符合设计要求B、强度必须符合设计要求，其强度检验必须符合有关规定C、厚度不少于设计的80%D、巷道的表面平整度不大于50mmE、巷道规格尺寸不得小于设计尺寸答案：ABD1G416040 巷道与硐室工程施工 1G416047 井巷工程施工监测一、矿井工程施工监测（一）围岩表面相对位移监测1、收敛测量：监测巷道顶底板或两帮移近量等。二次支护通常在变形曲线平缓后进行。 2、导线测量和高程测量1G416040 巷道与硐室工程施工 （二）深部围岩位移监测1、多点位移计测量： 2、离层仪：监测相对位移，主要用于巷道顶板活动情况的监测。1G416040 巷道与硐室工程施工 （三）荷载与应力监测1、支护载荷监测：2、围岩应力监测：包括围岩表面应力监测以及巷道影响范围内的岩体应力测量。1G416040 巷道与硐室工程施工 （四）松动圈监测1、松动圈概念：围岩中破裂比较严重的区域。2、松动圈判别方法：超声波波速和电磁雷达。1G416040 巷道与硐室工程施工 二、露天矿边坡监测（一）监测基本要求：级监测是对总体边坡进行全面、定期检测。级监测是对不稳定边坡的监测。1G416040 巷道与硐室工程施工 （二）监测内容1、位移监测：（1）表面位移观测（大面积和局部）（2）岩体内部位移观测2、水压监测 3、震动监测：岩石在破裂前声发射频率和振幅大小将有明显增加的特点预报滑坡危险性。 4、加固工程结构物载荷观测1G416040 巷道与硐室工程施工 例、在巷道中通过超声波测试可以获得（）A、松动圈大小B、围岩应力分布C、岩层移动状况D、巷道变形答案：A1G416040 巷道与硐室工程施工 1G417000 边坡（露天矿山）工程1G417010露天矿开采与边帮稳定 1G417011 露天矿开采一、露天矿开采的主要工艺内容和施工设备配套（一）矿岩松碎工作露天矿的矿岩松碎工作常采用穿孔爆破法和机械法。1、机械破碎：利用犁岩机直接犁碎岩石，采用犁岩机破碎仅适用于f=13的岩石或f=47的中等裂隙及强烈裂隙的矿岩；以及f=89的具有很强裂隙的矿岩。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 2、穿孔爆破法：就是采用露天爆破方法破碎矿岩。常用的穿孔机械设备有潜孔钻机、牙轮钻机、凿岩台车、液压凿岩机等。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 （二）采装运输工作：常用的采装设备主要有挖掘机、前端式装载机等；常用的运输方式包括汽车运输、铁路运输、胶带运输机运输、联合运输和其他运输方式。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 （三）土石方施工设备配套原则1、生产能力配套：露天矿生产能力配套就是指其开采的松碎、采装、运输、排土工艺间匹配问题。要求工作面已经松碎的矿岩量满足挖掘机一定天数的装载量。采、运、排设备能力应预留一定富裕系数，并顺序加大。2、车铲比的概念：指平均配给每台挖掘机的运输车辆（自卸车）数。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 3、主要生产环节与辅助生产环节配套。4、开挖（采）工艺与矿岩赋存条件相适应：开挖形式与矿岩性质条件相适应，包括间断式开挖、连续式开挖、半连续开挖。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 二、露天矿开拓方式（见下表）开拓类型 主要运输方式 适用条件 主要特点公路开拓运输 自卸汽车运输 运距不超过3km任意条件露天矿 机动灵活，适应能力强；转变半径小，爬坡能力大，线路工程量小；基建时间短投资少。但受气候条件影响较大；运营成本大，设备利用率低，环境污染严重铁路开拓运输 电机车牵引自卸矿车运输 比高较小、运距大于4km的矿山 运输量大，运营成本低。但基建投资大，时间长；采矿场和排土场的移道工作量大；运行管理工作复杂1G417010 露天矿开采与边帮稳定 开拓类型 主要运输方式 适用条件 主要特点平硐溜井开拓运输 采场内用自卸汽车运输，下部采用窄轨或皮带运输 比高大的山坡露天矿 运距短，运输设备需用量少；运营成本低，有一定贮矿能力。但井巷工程量大，基建投资较大斜坡卷扬开拓运输 斜坡矿车组 高差在100m以内的露天矿；斜坡道倾角在斜坡725范围内 设备简易；基建工程量小、时间短；但运量小；生产管理环节多斜坡箕斗 斜坡道倾角在30以下；不能用平硐溜井的山坡露天矿 运距短，运输设备需用量少；但矿石需经转载1G417010 露天矿开采与边帮稳定 例、露天矿开采中，土石方与施工设备配套的主要原则有（）。A、松碎的矿岩与挖掘能力配套B、采、运、排设备能力顺序加大C、挖掘机与运输车辆(铲车比)配套D、辅助设备与生产人员配套E、采挖工艺与矿岩赋存条件适应答案：ABCE1G417010 露天矿开采与边帮稳定 1G417012 露天矿边帮稳定要求一、露天矿边坡的特点1、受矿体赋存空间的限制，构成边坡的岩体及其地质构造、工程水文地质条件等原始状态具有不可选择性。露天矿边坡从开始施工起一直要历经几十年的开采过程，其构成的条件与环境都有所不同，并具有工程构筑与使用同歩、工程实践与认识同歩性等特点。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 2、露天矿边坡依附于采矿作业而存在，它的形态在很大程度上受采矿生产与作业条件的约束，要求边坡工程满足于采矿生产的要求，服务于采矿工艺；同时边坡工程的自身安全性又在很大程度上约束着采矿作业。3、露天矿的边坡稳定对保障矿山安全具有重要意义。但是资源开采的性质又寻求经济利益最大化。充分利用几十年中的变异性，包括随时间推移，工程重要性的变化而降低边坡工程的安全系数，都是合理的。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 二、影响边坡稳定的主要因素及参数选择（一）影响边坡稳定的因素1、岩石性质因素：主要是岩石物理力学性质及其矿物组成、岩石的硬度、致密程度、耐风化能力、凝聚力和内摩擦角等。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 2、地形地貌与地质构造因素：边坡坡面的形状为凹形时较凸形对边坡稳定更有利，平面斜坡稳定性居中。地质构造主要指破碎带、断层、节理裂隙和层理面等形成的弱面，包括弱面的朝向、强度、充填性质等，朝向与坡面一致、且倾角小于坡面的弱面朝向是其最不利朝向。边坡中含有不稳定且遇水膨胀的软岩夹层时，也会对边坡稳定造成重要影响。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 3、水文地质因素。4、工程施工因素：爆破震动作用5、其他因素：岩石时效、地震、天气、环境恶化造成的边坡失稳等影响。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 （二）岩石边坡稳定分析方法和要求1、露天边坡分析的主要任务有两类，即对已有边坡的稳定性验算，并提出必要的防护或加固措施；以及根据需要设计（露天矿）边帮。1G417010 露天矿开采与边帮稳定 2、评价稳定性大小采用稳定系数Fs表示：稳定系数Fs 1，则表示边坡稳定，一般取1.1-1.5，多数取1.3。s 抗滑力（矩）F =滑动力（矩）1G417010 露天矿开采与边帮稳定 三、提高边坡稳定性的技术措施（见下表）类型 方法 方式 作用 适用条件重力处理 削坡减载 降低边坡高度或放缓边坡角 永久性改变岩体内应力，改善边坡稳定性 坡下部有足够抗滑能力坡脚支墩 坡脚预留岩体支墩 提高抗滑阻力 存在抗滑区域，场地允许1G417010 露天矿开采与边帮稳定 类型 方法 方式 作用 适用条件改善岩性 疏干排水 水平钻孔法、竖直井抽水法、巷道疏干法 维持岩体强度，减小动、静水压 含水多，滑床渗透困难边坡控制爆破 预裂爆破、光面爆破、缓冲爆破、减震爆破 最大限度减少爆破对边坡的后冲破坏，降低爆破地震效应 弱层不厚，滑面单一，允许爆破注浆 重力或压力注浆 胶结弱面，提高强度，封堵水流 裂缝发育，含水丰富1G417010 露天矿开采与边帮稳定 类型 方法 方式 作用 适用条件支护结构 锚杆（索） 预应力锚杆（索）、注浆锚杆（索） 提高滑面正压力和岩体整体性 规模较大，可实现足够的预应力抗滑桩 刚性桩、弹性桩 使滑体推力由桩基传至稳定岩基 滑面单一的中、浅层滑体、滑面清楚挡墙 砌石挡墙、混凝土挡墙 以墙重形成摩阻力来平衡滑力 滑体松散的浅层滑动，有施工场地综合支挡结构 锚杆+挡墙、锚杆+抗滑桩、锚杆+挡墙+抗滑桩 同时具有锚和支撑的作用 综合锚杆（索）和支撑结构的特点1G417010 露天矿开采与边帮稳定 例、对于边坡形式的稳定性，说法合理的是（）。A、平面边坡较凸形更危险B、平面边坡较凹形边坡有利C、凹形和凸形边坡基本相同D、凹形坡面较凸形坡面更有利答案：D1G417010 露天矿开采与边帮稳定 例、影响边坡稳定的因素包括（）。A、岩石性质因素B、地形地貌与地质构造因素C、水文地质因素D、工程施工因素E、采掘机械使用的影响因素答案：ABCD1G417010 露天矿开采与边帮稳定 例、提高边坡稳定的合理方法有（）。A、削坡减载B、坡脚支墩C、疏干排水D、砌挡墙E、取土挖方答案：ABCD1G417010 露天矿开采与边帮稳定 13-1