地下采礦設計
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-07
地下采礦設計的視頻教程
地下采礦設計的實例教程
1 引言
地下采礦引起的地表沉降和破壞是采礦工程設計和運行時必須考慮的一個問題, 而引起地表沉降的原因則是由于各種因素之間復雜的相互作用。Laubscher (2000年)開發了一種經驗方法來預測崩落作業造成的地表沉降。該方法基于MRMR分類系統, 它將預測的崩塌角與MRMR、開采深度和開采寬度聯系起來。
本公眾號過去的文章中，僅有三篇討論了地表沉降：
采礦引起地表沉降的影響因素
崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法(Caving Angle)
地表沉降工程: 理論與實踐(By Syd S. Peng)
2 問題的提出
隨著礦山開采深度的不斷增加，采場采動壓力和地表塌陷問題日益突出，有些礦山的地表塌陷問題非常嚴重，幾十米深的地表陷坑隨時可能對地下開采和周圍的生態環境造成災難性破壞，從而增加了建設綠色礦山的阻力。另外，一些礦山已經由原來的露天開采逐漸轉為地下開采，這些礦山面臨著采動壓力和地表塌陷的雙重危險。當露天開采轉為地下開采時，露天開采的范圍部分或全部置于地下開采范圍的頂上，這將對地下開采形成潛在的危險。許多大型露天開采礦山在達到一定開采深度后,逐漸由露天開采轉向地下開采, 比如Chuquicamata礦和Palabora礦, 在這種情形下,地下開采活動會直接影響原露天采礦的邊坡穩定性, 一個典型的例子是Palabora礦, 在由露天開采專為地下崩落采礦法后, 于2005年在西面的邊坡發生了大規模的破壞, 如下圖所示. Chuquicamata礦于2020年開始轉入地下開采, 今后也可能面臨著同樣的狀況.
展開 2021年6月10日中午，山西省忻州市代縣聶營鎮大紅才鐵礦4號井發生突水事故，井下13人被困([應急管理] 發生突水事故, 13人被困)。截至目前為止，已經整整過去了72小時，雖然還在努力救援，但至今沒有找到被困人員的位置。
在<智利圣何塞(San Jose)銅金多金屬礦救援鉆探計劃>一文中曾經提到，當井下事故發生之后，對于暫時還存活下來的人來說，最悲慘的境況是所有出口被堵死，地面救援不知道井下人所處的位置，這給救援帶來了極大的困難。
近年來隨著通訊技術和4G/5G網絡的普及，井下GPS應用得到了快速發展，一些礦山已經開始運用GPS定位人員和設備在井下的活動, 但目前的通訊技術和設備還不能真正滿足礦井的需求。華為這類公司應該首要開發能適用于井下的，所有礦山企業能負擔得起的GPS技術，保證在任何環境條件下控制室能夠準確定位井下作業人員的位置。顯然，這對任何事故的救援都是有益的。
當井下發生突水，沖擊地壓，爆炸這類突發性事故時，避難硐室基本不起作用，因為根本沒有時間去避難硐室避難，因此目前被困的13人大概率下不能進入到避難硐室，生存的機會非常渺茫。
展開 隨著城市的規劃發展和城市電網改造的不斷深入，架空線被電纜替代進入了地下，各種高低壓配電設備置于地下，逐漸成為城網配電改造的一個新方向，可使城市街景市貌得到改善。
其中，地下式變壓器是地埋式產品中的一個重要組成部分。
地下式組合變壓器的設計制造成為系統供電質量及安全的關鍵。
地下式變壓器一般安裝在地溝的檢修孔以及小型地坑中。針對其特殊的運行環境，其密封防水，絕緣，防腐防銹及溫升控制問題是產品設計的關鍵部分。設計產品的性能一般按國內配電變壓器的最先進水平要求，設計成S15 型非晶合金鐵心變壓器，S11、S13 型節能環保型變壓器。在負荷變化大的場合，可將有載調容調壓變壓器用于地下，更加節能。
隨著電網的協調發展，科技和信息化、自動化、互動化水平的提高，實現電網智能化是電網發展的關鍵一步，變電設備實現智能控制勢在必行。
本文作者根據多年設計其產品的經驗撰文，供大家參考。
展開 在這種情況下，必須仔細設計頂柱厚度，因為隨著采礦的進行，頂柱的厚度在逐漸降低。
最典型的一個例子是Palabora礦, 在由露天開采轉為地下崩落采礦法后, 于2005年在西幫邊坡發生了大規模的滑坡, 如下圖所示。世界最大的銅礦Chuquicamata礦于2020年開始轉入地下開采, 今后也可能面臨著同樣的狀況。[丘基卡馬塔銅礦由露天開采轉入地下開采; Chuquicamata(丘基卡馬塔)露天礦巖石力學研究]
下圖所示的是位于加拿大魁北克省Normetal鋅礦的采礦模型，該礦由露天開采轉為地下開采，因此需要設計露天頂柱的厚度。
(3) 海底采礦的頂柱。嚴格地來說，海底采礦的頂柱不是露天的，因為頂柱上面覆蓋的是海水，在此勉強把它歸進來一起說。目前，三山島金礦和龍口煤礦已經進入海底開采，在此暫不考慮這種情況，我們只討論陸地上的采礦運作。
3 影響頂柱厚度的因素
確定頂柱的最佳厚度至關重要，一方面要盡最大可能回收礦石，另一方面還得確保采礦安全。[地下采礦引起的地表沉降分析]當設計頂柱厚度時，需要考慮下面幾個關鍵因素:
(1) 礦體的幾何形狀，包括傾角和寬度；
(2) 頂柱最有可能的破壞形式；
(3) 上盤和下盤巖石最有可能的破壞形式；
(4) 地表徑流和礦坑底部地下水的聚集情況，露天礦在開采過程中地下水會匯集到坑內；
(5) 頂柱上面的機械設備和堆載物，借用橋梁設計的術語，這屬于偶然載荷；
(6) 巖體強度，包括頂柱和圍巖的承載力;
(7) 地下水，巖石強度的變異性以及巖體不連續對頂柱穩定性產生的影響；
(8) 露天爆破對頂柱完整性的影響。
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BIM技術應用于車庫設計，提高Revit 的使用效率，使其能夠優于二維制圖軟件，有效提高地下車庫的設計水平，完善對地下車庫空間的精確把控。
一、案例分析
隨著客戶對于車庫經濟性、車庫品質等方面要求的不斷提高，車庫給排水設計面臨的挑戰越來越多，也存在諸多可優化項，以下結合安全、經濟、實用等方面考慮，從消防泵房及水池、車庫消火栓系統、車庫氣體滅火系統、車庫集水坑等方面 提出若干設計優化措施，與諸位同行探討。
一、消防泵房、水池設計優化
2 頂柱的形式
當進行地下采礦設計時，必須考慮露天頂柱的厚度，它為地表活動和地下活動之間提供了一道屏障。頂柱位于礦井最上方的巖層。為了確保安全以及避免地面沉降[采礦引起地表沉降的影響因素], 在最大化回收礦石的同時，必須留下足夠厚度的頂住。頂柱一方面用來保護地表不產生大的沉降，另一方面保護地下礦井，特別是防止地表水沿著節理裂隙流入礦井內，水-力的耦合作用可能會導致頂柱失效。
2021年6月10日中午，山西省忻州市代縣聶營鎮大紅才鐵礦4號井發生突水事故，井下13人被困([應急管理] 發生突水事故, 13人被困)。截至目前為止，已經整整過去了72小時，雖然還在努力救援，但至今沒有找到被困人員的位置。
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地下采礦引起的地表沉降和破壞是采礦工程設計和運行時必須考慮的一個問題, 而引起地表沉降的原因則是由于各種因素之間復雜的相互作用。Laubscher (2000年)開發了一種經驗方法來預測崩落作業造成的地表沉降。該方法基于MRMR分類系統, 它將預測的崩塌角與MRMR、開采深度和開采寬度聯系起來。
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作為基坑圍護結構，主要基于強度、變形和穩定性三個大的方面對地下連續墻進行設計和計算，強度主要指墻體的水平和豎向截面承載力、豎向地基承載力；變形主要指墻體的水平變形和作為豎向承重結構的豎向變形；穩定性主要指作為基坑圍護結構的整體穩定性、抗傾覆穩定性、坑底抗隆起穩定性、抗滲流穩定性等，穩定性計算方法。以下針對地下連續墻設計的主要方面進行詳述。
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