矿山开采工程设计范例(3篇)
矿山开采工程设计范文
关键词：矿山；地质资料；预测；防治;设计
在矿山建设和开发过程中，研究矿床水文地质条件、矿山地下水防治和综合利用的一项矿山地质工作。它是勘探阶段水文地质工作的延续和发展，其主要任务是根据矿山设计所确定的开采范围深度、采矿方法和技术要求，进一步查明影响矿床充水的各种因素，校核矿坑涌水量和各项计算参数，研究地下水处理前后的补给、逸流和排泄条件的变化情况，修改、补充防治和综合利用地下水的设计方案，并组织实施，在生产过程中不断检验和提高治理效果，抑制和减少地下水的危害，以保障矿山安全生产，并化水害为水利，综合利用地下水资源。
1、对项目水文地质资料进行解析
解析水文地质资料，首先应对矿区水文地质报告进行研读，在此基础上根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-91）对矿区水文地质条件的勘探类型进行划分，根据矿床主要充水岩层与矿体的相对关系及其复杂程度来阐述矿区水文地质条件。另外应对地质报告中可能存在的问题进行分析，为地下水防治方案的设计做好准备工作。解析水文地质资料应着重从以下几方面着手：
（1）矿体与当地侵蚀基准面的关系
若矿于当地侵蚀基准面之上，地形有利于自然排水[1]，则矿山地下水防治设计内容比较简单，只需通过平硐将地下水排出即可。若地形条件不利于自然排水，则需考虑能否用工程措施将地下水引往地势较低处自流排出。若矿于当地侵蚀基准面以下且矿区水文地质条件复杂，则地下水防治设计内容比较多且复杂，需要考虑地下水的疏、堵、突然涌水预防等问题。
（2）矿区含水层特征及地下水赋存条件
矿区地下水主要赋存在含水层中，含水层的富水性是评价一个含水层是否富水的指标，含水层的富水性主要通过抽水试验的单位涌水量q值来反映。在熟悉此部分内容过程中，应当重点掌握：①含水层所处的地质年代、岩性（是否为岩溶地层），地下水水位埋深；②含、隔水层的划分及平面分布、垂向展布情况；③断裂带平面分布、空间展布及透、隔水性特征；④地表水体的平面分布及下伏含水层水文地质特征；⑤岩溶地层岩溶发育规律及溶洞充填情况等。
含水层所处的地质年代以及岩溶发育规律、溶洞发育规模及充填情况直接决定着防治水方案疏、堵设计中一些参数的选取，如岩溶发育规律中的岩溶发育标高、充填情况不仅决定着坑下采矿的主排水泵房，排水、排泥设施容积的设计，而且决定着注浆帷幕顶底界设计及注浆工程参数的选取，可谓意义重大。地下水位埋深、含水层空间分布、富水性又可为矿坑地下水涌水量的计算提供参数。含、隔水层的平面分布及垂向发育情况、含水层与矿体的相对位置关系则是帷幕注浆设计中帷幕平面范围及帷幕深度设计需考虑的内容。国内外许多矿山的突然涌水都与老钻孔突水及断裂破碎带突水有很大关系，因此应对地质报告中的这部分内容作详细分析，结合地质报告在水文地质平面图上查清未封堵钻孔、断裂破碎带与待采矿体的相对位置关系，对其是否会引起突水有所考虑；另外，对断裂破碎带是否沟通区域地下水及地表水体要进行详细分析了解。
在岩溶发育矿区，第四系地层的岩性、厚度及平面分布也是防治水设计中需要了解的内容。在第四系为松散土层且厚度较厚的地区，地面由于疏干排水引起的破坏相对严重；厚度较薄的地区，地面破坏程度相对较轻。在第四系为粘性土层且厚度较厚的地区，地面由于疏干排水引起的破坏程度相对较轻；粘性土层厚度较薄的地区，地面破坏程度则比较严重。这是预测疏干塌陷带分布的重要原则之一。
（3）矿区地下水补给、径流、排泄条件
研究矿区地下水补给、径流、排泄条件应结合矿区的水文地质边界条件进行分析，重点了解矿区是否处于独立的水文地质单元中、矿区地下水与区域地下水的水力联系、矿区地下水的径流条件、地下水排泄区是否会在矿区疏干期间转化为补给区等方面内容。
若矿区所处区域内有河流、小溪、水塘、水库等地表水体，则需要了解河流、小溪的流量、最高洪水位，水塘、水库的水体规模，地表水体与矿体的相对位置，地表水体下伏地层的含、透水性及下伏地层与矿区主要充水含水层的水力联系，地表水体下伏断裂破碎带的透水性及破碎带与矿区主要充水含水层的水力联系等内容。
2、对矿坑涌水量预测
矿山水文地质设计中矿坑涌水量预测与地勘报告有较大差异。地勘报告中该部分内容一般只计算含水层的地下水补给量，计算范围包括所有矿体的分布范围，一般不考虑开采对地表的破坏程度引起的降雨入渗量。最大涌水量的计算方法也有较大差异，地勘阶段最大涌水量只考虑地下水位对地下水补给量的影响，而矿山水文地质设计则要考虑设计频率暴雨入渗量。矿坑涌水量的预测工作与采矿设计密切相关，坑采矿山的中段设置、采矿方法、顶板保护措施以及露天矿山的台阶设置、排产计划等都与矿坑涌水量的预测有关。坑采矿山矿坑涌水量包括大气降雨入渗量及地下水补给量两部分，露天矿山坑内涌水量则包括大气降雨径流量及地下水补给量两部分。
大气降雨入渗量分为正常降雨入渗量和设计频率暴雨入渗量两部分。设计频率暴雨入渗量一般通过设计频率暴雨量、地表入渗系数及入渗区面积三个参数进行估算。地表入渗系数选取时要考虑采矿方法对地表的破坏程度、第四系塑性隔水层厚度以及顶板岩石性质（塑性、脆性）选取经验数据。一般通过矿山规模确定（不同矿种大、中、小型规模有专门的界定标准）设计暴雨频率，然后通过查当地暴雨洪水计算手册确定暴雨量。正常降雨入渗量一般采用暴雨入渗量的5%～10%估算。露天矿山大气降雨径流量及暴雨径流量的计算方法与坑采矿山降雨入渗量的方法相同，不同之处是露天矿山采用的是径流系数而非入渗系数。露天矿山的降雨径流量计算应结合露天坑台阶逐年下降过程以及露天封闭圈截水沟的形成时间进行，不能以最终露天坑形成后的条件进行计算。若按后者条件计算，则有可能使与涌水量相匹配的排水设施能力偏小，难以排出设计频率的坑内涌水。
地下水补给量的计算在水文地质学上有比拟法、解析法、数值法等。一般金属矿山地下水涌水量计算方法中比拟法和解析法应用比较多，数值法较少。比拟法的应用条件是待比拟矿山的水文地质条件与参与比拟的矿山水文地质条件类似或相同，运用比拟法计算矿坑地下水补给量比较方便且实用，这需要设计人员在项目前期收集矿区附近类似矿山的涌水量资料及水文地质资料。多数解析法涌水量计算公式的假设条件为含水层均匀、连续、各向同性、天然地下水位接近水平。在运用解析法进行矿坑地下水补给量的计算中，大井法及廊道法的应用比较多。在实际计算过程中，计算方法及参数主要参考地质报告，但个别参数需要在专业人员对矿区水文地质条件的认识基础上，结合采矿设计进行调整，因此其计算结果与地质报告会有所差异。数值法需要借助专业软件进行，目前应用比较多的是MODEFLOW。该方法需要大量勘探基础资料，包括矿区主要充水含水层的边界条件、一定数量的观测孔、大规模抽水试验等。目前一般矿山的水文地质勘探基础资料很难满足该方法的需要，但该方法若基础资料充足，可以得到更接近实际的预测结果，为未来矿山涌水量计算的一种趋势。
3、矿山地下及地表水水防治设计
预防和治理矿山地下水及地表水的工程设计，是矿山设计地质工作的重要组成部分。在露天矿及地下矿的建设、生产和进行采掘作业过程中，水的出现，常给矿山建设和生产带来困难，有时突然涌水还会酿成淹井事故。地下矿井巷工程的片帮冒顶，露天矿边坡失稳，岩溶矿区地面塌陷以及废石场和尾矿坝的破坏等，水是潜在的起因之一。采取相应的防治水对策，可以保证矿山安全生产和提高经济效益。矿山防治水设计主要内容包括地下水防治及地表水防治两部分。地下水防治包括矿坑涌水量计算、矿床疏干设计及注浆防渗帷幕堵水设计；地表水防治包括截水沟设计、河流改道设计、防洪堤设计和河床防渗设计等。
3.1矿坑涌水量计算。根据矿区水文地质资料和矿床开采设计要求计算的矿坑涌水量，是矿山防治水工程及矿井排水的主要依据。常用的计算方法有统计法、解析法和数值法。
(1)统计法。利用矿区或邻近类似矿区实测资料，采用涌水量与水位降深关系曲线推算，再用水文地质比拟及相关分析法计算的方法。
(2)解析法。简化矿区水文地质条件，用推导出的地下水动力学公式进行计算的方法。此法是涌水量计算中应用最普遍的方法。
(3)数值法。用数值解法模拟矿区水文地质条件和地下水运动条件进行计算，主要用于水文地质条件复杂矿区的疏干计算。
3.2矿床疏干设计。用疏干构筑物，预先降低矿区地下水位，为采掘工作创造正常和安全条件的工程设计。矿床疏干法应用普遍，包括：(1)用降水孔、明沟、吸水孔、露天矿水平孔等进行地表疏干；(2)用巷道、束状放水孔、直通式放水孔及降压孔等进行地下疏干；(3)地表与地下联合疏干。由于进行矿床疏干会破坏矿区附近的地下水资源，岩溶充水矿床使地面产生沉降、开裂和塌陷。因此，对矿床进行疏干时，要制订地下水排、供结合和减轻地面塌陷的措施，以改善对环境的影响。矿床疏干设计的主要工作包括：(1)研究矿区水文地质勘探报告和疏干试验报告，进行矿床疏干必要性和可行性论证；(2)按照矿区水文地质条件和开采工艺要求选择疏干方法，进行疏干方案的技术经济比较，推荐技术可行、经济合理的最优方案；(3)疏干水文地质计算；(4)疏干工程布置和疏干工程结构类型的确定；(5)疏干设备选型和数量确定；(6)矿坑水的利用；(7)矿区水文地质观测系统的建立。
3.3注浆防渗帷幕堵水设计。在矿区地下水主要水流通道上，采用钻孔注浆法构筑防渗帷幕堵截地下水，以确保开采工作的安全的工程设计。注浆防渗帷幕堵水与矿床疏干相比，虽然投资费用高，工期长，但可以大量节省排水用电和经营费用，同时可以保护矿山附近的地下水资源，并可减轻岩溶充水矿床的地面沉降、开裂和塌陷。注浆防渗帷幕堵水设计的主要内容是：(1)研究矿区水文地质勘探报告和注浆试验报告，提出注浆防渗帷幕堵水必要性和可行性的论证；(2)注浆防渗帷幕的结构设计；(3)注浆工程及注浆工艺设计；(4)施工设备的选择及配置；(5)堵水效果的检验和采区局部排水设施的建立。
3.4截水沟设计。拦截从汇水区流向露天采矿场、地下开采崩落区或岩溶塌陷区的地表径流，并疏引至保护区以外的排水构筑物的设计。其设计主要内容包括：(1)截水沟的平面布置及截水沟型式选择；(2)确定防洪标准和计算洪峰流量；(3)断面设计，包括断面型式及水力计算；(4)确定截水沟的砌护类型；(5)研究设置跌水或陡坡等消能设施的必要性；(6)跌水、陡坡工程布置，水力计算及结构设计。
3.5河流改道设计。为防止河水直接流入或间接渗入开采区，将河流引出露天采矿场或地下开采崩落区或岩溶塌陷区的工程设计。河流改道设计主要包括：(1)河流改道必要性和可行性的论证；(2)改道线路起点和终点的确定，改道线路的选择和平面布置；(3)确定防洪标准和计算洪峰流量；(4)对地形及工程地质条件复杂的矿区的改道线路，应通过多方案比较，确定技术可行经济合理的最优方案；(5)新河道断面设计，包括设计原则、断面形式及水力计算；(6)河流改道附设的水工构筑物设计。
3.6防洪堤设计。露天采矿场、地下开采崩落区或岩溶塌陷区处于洪水淹没区时，须作防洪堤设计，其主要设计内容包括：(1)防洪堤设置的必要性和可行性论证；(2)频率洪水位及防洪堤标高的确定；(3)防洪堤的平面布置、堤体结构及断面设计；(4)筑堤材料及技术要求；(5)工程计算。
3.7河床防渗设计。对有河流通过的露天采矿场和地下开采崩落区，或流经的岩溶塌陷区，当河流不宜改道或改道很不经济合理时，必须采用人工措施，以防止河水渗水。依衬砌防渗材料的不同，河床防渗常用的有：土料压实河槽、浆砌石河槽、混凝土河槽和沥青材料防渗河槽。设计主要内容包括：(1)河床渗流防治的必要性和可行性论证；(2)河流渗漏量的确定；(3)防渗河槽种类的选择及工程布置；(4)防渗工程量计算。
4、问题及建议
由于各方面的原因，目前矿区水文地质勘探工作很少能按GB12719-91规范严格执行，致使不少地质报告的水文地质部分难以满足矿山水文地质设计工作的需要。因此矿区水文地质设计者应一一指出基础资料的不足部分，并提出一些补救措施和进一步工作意见，对可能造成安全隐患的问题应特别提醒，主要有以下内容：
（1）对水文地质边界条件尚未查清的矿区，要求在下一步勘探过程中查清，以便修改地下水防治方案。
（2）若矿区发育有断层破碎带，但设计阶段勘探过程中并未对破碎带的水文地质特征进行工作，可建议在下一设计阶段前针对破碎带进行勘探工作或者矿山生产过程中在此破碎带附近应进行超前探水等工作，避免发生生产安全事故。
参考文献
矿山开采工程设计范文
关键词：机械设计方法；矿山机械设计；研究运用
1.前言
矿产资源的消耗量的扩大，使得矿山行业需要提高矿山机械设备的开挖效率，利用现代化的设计方法，增加矿产开采量，并保证矿山开采的安全。机械设计方法在矿山机械设计中的运用，主要就是利用现代设计理念，对老旧的矿山机械设备进行改进，并以低碳、低成本为设计原则，确保矿山机械设计具有较高的性价比。
2.机械设计方法的概念
机械设计方法就是利用现代设计理念，采用现代设计方法，并利用计算机软件，对矿山机械设备进行设计，以提高设备的质量，降低设备的成本。在以往的矿山机械设计中，其设计大多是凭借实践经验及设计人员的自觉，因此具有较大的误差，并造成大量人力、物力的浪费[1]。而现代机械设计方法，是对矿山机械设备的改进，并从低价、环保的设计理念出发，利用现代先进的科学技术对矿山机械设备进行改良设计，保证矿山机械设备更加实用、安全、高效，呈现出多元、动态、智能的发展趋势，满足现代矿山行业的发展需求。
3.机械设计方法在矿山机械设计中的运用
3.1机械设计方法中的CAD技术运用
矿山机械设计相对复杂，而利用现代机械设计方法，结合CAD计算机软件技术，对矿山机械设备进行设计，就可以减小机械设计的工作量和工作难度。CAD技术可以进行工程分析，利用计算机对机械设备进行绘画设计，并能够实现矿山机械设备设计与生产的一体化模式。此外，CAD技术还可以利用计算机进行机械设备的模型导入，利用传入的加工代码程序，直接进行机械设备加工。利用CAD技术，可以将设计与生产实现有机结合，提高矿山机械设计的效率，并对设计环节进行及时改善，保障机械设计更加科学、实用[2]。
3.2机械设计方法中的可靠性设计
矿山机械设计要保证其效用，一个重要的衡量指标就是看矿山机械设计是否具有可靠性，能够在特定环境和特定时间下，完成矿产开采工作。利用现代机械设计方法，首先需要进行设备运行实验，对矿山机械设备的载荷、造型、尺寸、工况、材料等进行统计分析，并利用运行实验，确定机械设备的运行数字分布，以此作为可靠的数据，推算机械设备的使用寿命、运行可靠性。利用可靠性的现代机械设计方法，进行矿山机械设计，可以通过实验数值，对设备的可靠性进行分析，针对可靠性低的设计环节，进行及时的改进处理，保证矿山机械设备的生产安全，使其质量有所保障。
3.3机械设计方法中的有限元设计
矿山机械设备在生产过程中，会受不同作用力的影响，因此，其受力分析较为复杂。另外，在矿产开采中，需要不同类型的机械设备，使得其受力情况更加复杂。所以，为了确保矿山机械设备的受力分析更加科学、合理，就需要采用有限元设计方法对其加以设计。如：挖掘类的矿山机械设备在工作过程中，受力结构、载荷计算较复杂，以往的机械设计只是对机械表面受力情况进行简单的分析，在通过危险截面的计算，进行结果确认。而现代机械设计方法中的有限元设计，却能够实行多角度的受力分析，对机械钢板的受力详细情况加以确定，及时发现钢板的受力情况及应力薄弱点，对机械设备进行有效改进，提高矿山机械设备的设计质量。
3.4机械设计方法中的环保设计
随着绿色生活理念的兴起，人们的环保意识越来越强。因此，在矿山机械设计中，也要运用现代绿色设计理念，对机械设备进行设计。矿山机械设备的环保设计，旨在设计过程中尽量使用能拆分、利用、维护、回收的材料或零件，降低环境污染和能源使用，并以提高机械设备的工作效率为主，最大限度的减低噪音及节约能源。现代机械设计中的环保设计，能够满足矿山机械设备的使用性能，使其具有良好的环境属性。
4.结束语
科学技术的飞速发展，使得矿山机械设备的设计理念也受到一定冲击。在矿山机械设计过程中，只有利用现代机械设计方法，并根据矿山开采的实际情况，设计出具有较强使用性、安全性、高效性的机械设备，才能推动矿山行业的持续发展。现代机械设计方法应用于矿山机械设计，能够有效提高矿山机械设备的性能，并在安全生产的基础上，提高设备的经济效益，使矿山企业具有良好的市场竞争力，谋求长期发展。
参考文献
矿山开采工程设计范文篇3
关键词：矿山开采；可视化设计；应用方法
通常情况下，矿山的开采工作都需要在地下进行，这种开采环境比较复杂，而且需要以相关的数据为主要依据，对其进行缜密地分析和探讨。在矿山开采和设计工作中，如果一直采用autoCAD软件来进行设计工作，其结果不够明显，可视性不强。不仅影响到设计工作人员的思路，同时还会影响到设计工作的高效性。所以，在矿山开采设计工作中，应用可视化设计技术和方式具有一定的可行性。
1可视化设计的概念
二维平面设计主要是表现矿山开采的内容和平面图，这种方式的主要不足就是缺乏一定的立体感，同时也没有任何灯光以及声音的效果。在这种方案设计实施之初，工作人员无法理解设计人员的真正意图，所以，很难从整体上对施工的理念以及规定的设计方式进行把握，久而久之，就形成了沟通和交流之间的障碍问题。为了避免出现这一问题，需要在矿山设计工作中采用可视化设计方式。在这种设计方式中，主要采用的是3Dmax软件，然后再用AutoCAD制图软件来完成，这两种软件相结合，可以实现二维和三维的转换工作。这种设计方式的可视性较强，工作人员可以进行明确地交流和沟通，促进设计方案的高效性。
2矿山开采设计中可视化软件的选择
在矿山开采的过程中，无论是工作人员还是开采工作人员，都应该按照矿山开采的基本标准来进行。三维软件类型较多，可视化程度明显提升，比较常见的就是3Dmax、Maya、lighwave等等。在进行软件选择的过程中，需要符合的标准有：要明确符合矿山开采的可视化进程，相关软件的选择需要和传统的开采软件相互连接，另外，软件的类型不能过于复杂。经过比较，选择软件的优点如下：
第一，3DStudioVIZ软件的最大使用人群是工程系统设计人员，这种软件的可视化设计系统比较先进，而且是3DStudioMAX3.0的简化产品，这两种软件虽然工作界面相同，但前者是后者的升级版本，在操作使用的过程中比较方便，设计人员在使用软件进行作图时能够快速的进入工作的状态。另外，这款软件在学习时也比较简单。
第二，AutoCAD与3DStudioVIZ都是比较优秀的制图软件，前者主要是进行二维图形的设计，后者主要是进行三维图形的设计，而且这两款软件均同属于一家软件开发公司，所以，在使用软件的过程中会有许多相似的地方。另外，这两款软件在一定的范围控制下，能够进行数据交换，这就省去使用3DStudioVIZ时的前期准备工作。
第三，利用3DStudioVIZ的特性，在一个空间内能够建造多个复杂的模型，还能够在空间内部对模型进行加工处理，赋予模型灯光、材质、贴图等，能够增强整个空间的立体感。
3利用3DStudioVIZ解决矿山开采设计的可视化问题
3.1利用Terrain形成矿区的地形立体图像
设计工作人员在进行工程设计的过程中需要地、测部门提供准确的数据资料，如果该部门提供的资料不够清楚明确，或者是直接提供该地区地形图纸，设计人员采取的办法是使用扫描仪或者数字化仪对图纸进行处理。当对平面地形进行数字化处理以后，设计者再根据矿山地区的地形特点，对数据资料进行加工分层，通常来讲，区分的层数越多，形成的地形地貌就越精确。
3.2确立矿体的立体模型图
在工程设计的初期阶段，就已经对工程的各项数据进行了划分，并把数值输入到计算机中。因为设计的前期准备工作已经做好，只需要在计算机内把不同的台阶变为不同的层进行划分，用三维坐标表示出来。在利用3DStudioVIZ软件制作矿体的立体图形时，一般有两种方法：第一，使用放样命令。这种命令在使用的过程中，比较不好控制，稍微不注意产生的图形就会变形，而且形成的模型比较粗糙，优点是平面图形中的点和线段都比较容易调节。第二，利用NURBS的方式进行建模。利用这种方式创建出来的模型效果比利用放样创建的模型效果要好，使用NURBS的最大优点是能够对一些比较复杂的曲面进行处理。矿山开采中，每个物体都是由比较复杂的曲面构成的，利用别的建模方式创建物体模型，取得的效果都不够明显。
3.3利用物体进行空间组合
（1）StudioVIZ和AutoCAD的默认坐标都是世界原点，所以，在AutoCAD中设定的坐标点在进入3DStudioVIZ软件时，都会进行坐标系的转换，这种转换能够为图形以及数据对齐创造条件。
（2）在AutoCAD中制作平面图形时，需要设定相同的比例尺。
（3）在AutoCAD中制作的物体，需要有相同的坐标原点，也就是数据之间的相对坐标原点数据值要统一。
4后期合成处理
在矿山开采的可视化设计中，对空间物体进行后期的合成处理也是十分关键和重要的，因为在前期的设计中，会形成各种各样的声音、文字等素材，必须要通过后期合成处理来使其充分结合在一起，为使用者提供更加全面完善的空间可视化效果。这也是实现设计者意图的关键步骤。只有经过了后期合成处理，才能提高矿山开采的可视化设计水平。在后期处理中，计算机的配制与软件的选择都非常重要，必须要结合实际情况合理的选择，这样才能最大程度的优化合成处理效果。
5关于矿山开采设计中可视化设计的几点思考
目前我国矿山开采设计中，使用可视化设计方法的实践经验较少，很多技术还不够成熟。但是已经对可视化设计有了一定的了解，这为今后的可视化设计技术发展提供了良好的条件。目前国外的可视化设计在数据输入与模型建立等方面都取得了很好的成绩，其设计水平要远远高于我国，为此我们必须要不断的创新可视化技术，以缩短与发达国家之间的差距。
而要想赶上或超过世界先进的可视化设计技术，不但需要自身加强创新和研发，还要注意借鉴和吸收他人的先进经验，并结合我国实际国情加以改进，才能充分发挥可视化设计在矿山开采中的作用。当然，人才是第一生产力，我们还需要加大对采矿专业可视化设计人才的培养，并为其创造更好的研发工作环境，以促进可视化设计的发展。
结束语
总之，在矿山开采中，如果能够充分发挥三维软件的作用，进行可视化设计，将会大大的提升矿山开采设计水平，使矿山开采方案更具科学性、直观性与合理性，从而为更加安全高效的开采矿产奠定基础。然而我国现如今的可视化设计水平还相对较低，还需要我们继续加大研究力度，提高可视化设计的发展速度。
参考文献
[1]魏连江，王红胜.三维可视化技术在矿山开采辅助设计中的应用研究[J].矿业工程，2010（6）.