礦床開采復(fù)習(xí)題及參考答案一、礦床工業(yè)特征與開采技術(shù)條件1.【單項(xiàng)選擇】某沉積型鐵礦床平均品位TFe32%，礦體傾角18°，平均厚度22m，頂板為灰?guī)r，穩(wěn)固性中等，底板為頁巖，遇水軟化。下列開采方法中最適宜的是A.分段空?qǐng)龇?B.無底柱分段崩落法?C.房柱法?D.長壁陷落法答案：D解析：傾角<25°、厚度>10m的緩傾斜厚礦體，頂板允許冒落，底板遇水軟化要求減少底板暴露時(shí)間，長壁陷落法回采速度快、采空區(qū)及時(shí)冒落，可保護(hù)底板并降低支護(hù)成本。2.【判斷改錯(cuò)】“礦床工業(yè)指標(biāo)一旦經(jīng)儲(chǔ)量評(píng)審備案，任何情況下均不得調(diào)整?！贝鸢福哄e(cuò)誤。改正：當(dāng)?shù)V產(chǎn)品市場價(jià)格、采選成本或技術(shù)條件發(fā)生重大變化，原指標(biāo)已明顯不合理時(shí)，可依據(jù)《固體礦產(chǎn)勘查規(guī)范》提出論證報(bào)告，經(jīng)主管部門批準(zhǔn)后調(diào)整。解析：工業(yè)指標(biāo)具有動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)性，需隨外部條件變化而修正，以保證資源合理利用。3.【簡答】簡述“三帶”理論在露天轉(zhuǎn)地下開采中的指導(dǎo)意義。答案：(1)冒落帶高度決定露天坑底保安巖柱最小厚度；(2)裂隙帶發(fā)育范圍影響地下開拓巷道布置，應(yīng)避開裂隙帶密集區(qū)；(3)彎曲下沉帶整體移動(dòng)角為留設(shè)境界礦柱提供依據(jù)，可減少地表移動(dòng)對(duì)露天邊坡的二次擾動(dòng)。解析：通過“三帶”定量計(jì)算，可優(yōu)化保安礦柱尺寸，實(shí)現(xiàn)露天與地下平穩(wěn)過渡。4.【計(jì)算】某銅礦床以Cu0.5%為邊界品位，已知當(dāng)量銅價(jià)格50000元/t，選礦回收率88%，精礦含銅20%，冶煉回收率96%，采選冶總成本240元/t礦。求經(jīng)濟(jì)平衡品位。答案：經(jīng)濟(jì)平衡品位＝總成本÷[價(jià)格×回收率×(1冶煉損失)]＝240÷[50000×0.88×0.96]＝0.57%解析：經(jīng)濟(jì)平衡品位高于邊界品位，說明當(dāng)前價(jià)格下0.5%部分無法盈利，需上調(diào)邊界品位至0.57%。二、露天開采5.【單項(xiàng)選擇】某露天礦最終邊坡角42°，臺(tái)階坡面角65°，安全平臺(tái)寬8m，清掃平臺(tái)寬12m，每隔兩個(gè)安全平臺(tái)設(shè)一清掃平臺(tái)，臺(tái)階高15m。該邊坡的平面投影寬度最接近A.45m?B.53m?C.61m?D.69m答案：C解析：投影寬＝15/tan42°＋(2×8＋12)/tan65°≈16.6＋44.2≈60.8m。6.【多項(xiàng)選擇】下列因素中，直接決定露天礦經(jīng)濟(jì)合理剝采比的有A.礦體厚度?B.礦石體重?C.礦巖采運(yùn)成本差?D.選礦回收率?E.精礦銷售價(jià)格答案：C、D、E解析：經(jīng)濟(jì)合理剝采比n_j＝(ca)/(bc)，其中c為礦石綜合成本，a為剝離成本，b為精礦收入，與厚度、體重?zé)o直接代數(shù)關(guān)系。7.【案例分析】某鐵礦設(shè)計(jì)規(guī)模800萬t/a，采用汽車—半固定破碎—膠帶半連續(xù)工藝。已知：礦巖總量1.2億t，平均剝采比0.8t/t，汽車運(yùn)距2.5km，重載上坡60m，柴油單價(jià)7.2元/L，汽車油耗0.35L/(t·km)。試計(jì)算年柴油消耗量并評(píng)價(jià)其敏感性。答案：年剝離量＝800×0.8＝640萬t總運(yùn)量＝800＋640＝1440萬t噸礦運(yùn)距2.5km，等效水平運(yùn)距2.5＋60/30＝4.5km年油耗＝1440×4.5×0.35＝2268萬L年油費(fèi)＝2268×7.2＝16329.6萬元，占完全成本約18%。敏感性：油價(jià)每漲1元，成本增2268萬元，利潤對(duì)油價(jià)彈性系數(shù)1.2，屬高敏感。解析：半連續(xù)工藝雖節(jié)約破碎能耗，但汽車燃油仍占大頭，需通過縮短運(yùn)距或采用電動(dòng)卡車降低風(fēng)險(xiǎn)。8.【論述】結(jié)合“雙碳”背景，闡述露天礦卡車電動(dòng)化改造的技術(shù)路徑與經(jīng)濟(jì)性。答案：技術(shù)路徑：(1)動(dòng)力電池：高能量密度磷酸鐵鋰＋換電站，解決重載上坡續(xù)航；(2)架線輔助：在8%以上長坡設(shè)置雙源供電，減少電池容量30%；(3)智能調(diào)度：與無人駕駛系統(tǒng)耦合，降低空載率至8%以下；(4)再生制動(dòng)：下坡反饋電能30%回饋電網(wǎng)。經(jīng)濟(jì)性：電動(dòng)卡車購置費(fèi)高80%，但電價(jià)0.6元/kWh，噸公里能耗成本降至0.22元，較柴油0.88元下降75%；按年運(yùn)量1440萬t、運(yùn)距4.5km計(jì)，年節(jié)約能耗費(fèi)用1.08億元，投資回收期2.3年；碳排放下降85%，可獲CCER收益約600萬元/年。解析：電動(dòng)化在油價(jià)>6.5元/L、運(yùn)距>2km時(shí)具有絕對(duì)優(yōu)勢，政策補(bǔ)貼可進(jìn)一步縮短回收期。三、地下開采9.【單項(xiàng)選擇】下列崩落法采礦中，對(duì)地表允許塌陷條件要求最寬松的是A.分段崩落法?B.階段強(qiáng)制崩落法?C.自然崩落法?D.無底柱分段崩落法答案：C解析：自然崩落法依靠礦巖自重冒落，可控制冒落速度，對(duì)地表構(gòu)筑物擾動(dòng)最小，允許塌陷范圍最大。10.【多項(xiàng)選擇】影響淺孔留礦法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要因素有A.礦巖穩(wěn)固性?B.礦體傾角?C.礦體厚度?D.地表是否允許塌陷?E.礦石結(jié)塊性答案：A、B、C、E解析：地表是否允許塌陷決定空區(qū)處理方式，不直接決定采場長寬尺寸。11.【計(jì)算】某鉛鋅礦采用上向水平分層充填法，采場長120m，寬礦塊厚8m，分層高4m，礦石體重3.6t/m3，設(shè)計(jì)回采率92%，廢石充填體孔隙率18%，試求每分層需外購廢石量。答案：礦石量＝120×8×4×3.6＝13824t采出礦量＝13824×0.92＝12718t采空體積＝12718/3.6＝3532.8m3廢石實(shí)體體積＝3532.8×(10.18)＝2896.9m3廢石松散系數(shù)1.35，需外購量＝2896.9×1.35＝3906m3解析：充填量需考慮孔隙率和松散系數(shù)，避免充填不足導(dǎo)致接頂隱患。12.【簡答】說明高應(yīng)力巖爆礦床掘進(jìn)巷道時(shí)“先卸后固”原則的技術(shù)措施。答案：(1)超前應(yīng)力解除：采用扇形深孔爆破，在掘進(jìn)斷面外3m形成卸壓槽；(2)高壓注水：軟化硬巖，降低單軸強(qiáng)度15%～25%；(3)柔性支護(hù)：先噴30mm鋼纖維混凝土，再打讓壓錨桿，允許變形量150mm；(4)滯后固結(jié)：變形速率<0.5mm/d后，二次噴射至150mm，安裝鋼筋網(wǎng)，形成剛?cè)狁詈现ёo(hù)。解析：先卸后固可釋放彈性應(yīng)變能，避免剛性支護(hù)瞬間失效。13.【案例分析】某金礦埋深1100m，原巖應(yīng)力σ_v＝28MPa，σ_h＝1.2σ_v，礦體寬3m，傾角75°，圍巖為花崗巖，巖體RMR＝65?，F(xiàn)采用淺孔留礦法，采場跨度12m，連續(xù)回采。試評(píng)價(jià)巖爆風(fēng)險(xiǎn)并提出優(yōu)化方案。答案：(1)應(yīng)力分析：最大主應(yīng)力σ?≈σ_h＝33.6MPa，花崗巖單軸抗壓σ_c＝160MPa，強(qiáng)度應(yīng)力比σ_c/σ?＝4.8，處于中等巖爆風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；(2)采場跨度12m，頂板拉應(yīng)力集中系數(shù)2.1，局部σ_t＝70.6MPa，接近σ_c，風(fēng)險(xiǎn)升級(jí)；(3)優(yōu)化：將跨度縮至8m，間隔2m留礦柱，礦柱寬4m，應(yīng)力集中系數(shù)降至1.4；(4)回采順序：隔一采一，單側(cè)回采后充填，形成人工礦柱；(5)監(jiān)測：微震監(jiān)測，能量>1×10?J即撤人。實(shí)施后巖爆事件下降75%，損失工時(shí)減少60%。解析：通過減小跨度、留礦柱、及時(shí)充填，可降低能量積聚，實(shí)現(xiàn)安全高效回采。四、礦山壓力與巖層控制14.【單項(xiàng)選擇】長壁工作面基本頂初次來壓步距L?與下列參數(shù)呈負(fù)相關(guān)的是A.巖層抗拉強(qiáng)度?B.巖層厚度?C.上覆巖層載荷?D.采高答案：A解析：L?∝√(σ_t·h2/q)，抗拉強(qiáng)度σ_t越大，L?越大，呈正相關(guān)；采高增大，q增大，L?減小。15.【計(jì)算】某煤礦工作面埋深420m，巖層平均容重25kN/m3，基本頂為砂巖，厚15m，抗拉強(qiáng)度4MPa，求初次來壓步距。答案：q＝γH＝25×420＝10.5MPaL?＝√(2σ_th2/q)＝√(2×4×152/10.5)＝√171.4＝13.1m解析：現(xiàn)場實(shí)測13.8m，誤差5%，可用于支架選型。16.【論述】闡述“切頂卸壓+混凝土墻”沿空留巷技術(shù)原理及適用條件。答案：原理：(1)超前工作面20m，施工φ150mm定向聚能爆破孔，間距800mm，沿空側(cè)頂板預(yù)裂，切斷頂板應(yīng)力傳遞；(2)滯后工作面5m，澆筑3m寬C30混凝土墻，墻內(nèi)布置φ22mm螺紋鋼梯，形成柔性剛性復(fù)合承載體；(3)基本頂斷裂線位于切縫外側(cè)，側(cè)向支承壓力峰值向深部轉(zhuǎn)移，巷道處于卸壓區(qū)，墻體承受載荷降低40%。適用條件：埋深<800m，基本頂厚>8m，單向抗壓>60MPa，煤層傾角<25°，地表需保護(hù)村莊或水體，無煤與瓦斯突出。解析：該技術(shù)取消區(qū)段煤柱，回采率提高8%，已在皖北、魯西等礦區(qū)推廣。五、礦井通風(fēng)與安全17.【單項(xiàng)選擇】高瓦斯礦井掘進(jìn)巷道采用壓入式通風(fēng)時(shí)，風(fēng)筒出口距工作面最大允許距離為A.5m?B.10m?C.15m?D.20m答案：B解析：《煤礦安全規(guī)程》第一百六十四條：壓入式風(fēng)筒出口距工作面≤10m，防止瓦斯積聚。18.【計(jì)算】某金屬礦山井下需風(fēng)量計(jì)算：同時(shí)爆破炸藥量600kg，CO生成量0.04m3/kg，CO允許濃度0.0024%，通風(fēng)時(shí)間30min，求按CO稀釋的最低風(fēng)量。答案：CO總量＝600×0.04＝24m3允許體積分?jǐn)?shù)＝24×10??風(fēng)量Q＝24/(0.000024×30×60)＝555.6m3/min解析：需額外考慮1.2安全系數(shù)，設(shè)計(jì)風(fēng)量670m3/min。19.【簡答】說明“區(qū)域局部”耦合智能通風(fēng)系統(tǒng)架構(gòu)。答案：(1)區(qū)域?qū)樱夯贕IS與CFD耦合，構(gòu)建全網(wǎng)風(fēng)流動(dòng)態(tài)模型，每30s更新；(2)局部層：在采掘工作面安裝風(fēng)速、瓦斯、溫度無線傳感器，采用LoRa傳輸；(3)決策層：邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)行遺傳算法，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)主扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度；(4)執(zhí)行層：變頻主扇、智能風(fēng)窗、自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，響應(yīng)時(shí)間<60s；(5)效益：相比人工調(diào)節(jié)，年節(jié)電率18%，瓦斯超限次數(shù)降90%。解析：通過數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)按需供風(fēng)，解決傳統(tǒng)通風(fēng)冗余大、響應(yīng)慢問題。20.【案例分析】某磷礦井下發(fā)生CO中毒事故，檢測CO濃度0.08%，巷道斷面12m2，風(fēng)速0.5m/s，估算該濃度下人員30min內(nèi)撤離的最大距離。答案：CO擴(kuò)散速度≈風(fēng)速＝0.5m/s30min擴(kuò)散距離＝0.5×1800＝900m人員步行速度1.5m/s，30min可行走2700m但CO濃度0.08%已遠(yuǎn)超0.1%致死限，實(shí)際允許暴露時(shí)間<5min故最大撤離距離＝1.5×300＝450m解析：應(yīng)設(shè)置自救器補(bǔ)給站，每200m一處，確保人員5min內(nèi)獲得呼吸防護(hù)。六、礦山數(shù)字化與智能化21.【單項(xiàng)選擇】基于5G的露天礦無人駕駛卡車，其端到端時(shí)延要求低于A.1ms?B.5ms?C.20ms?D.100ms答案：C解析：3GPPR16規(guī)定，礦山遠(yuǎn)程控制場景URLLC時(shí)延≤20ms，滿足卡車30km/h下1m制動(dòng)距離。22.【多項(xiàng)選擇】構(gòu)建地下礦數(shù)字孿生體所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括A.三維激光點(diǎn)云?B.微震事件?C.鏟運(yùn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?D.充填體強(qiáng)度試驗(yàn)?E.井下溫濕度答案：A、B、D、E解析：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速屬于設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)，不直接參與巖體變形計(jì)算。23.【計(jì)算】某智能選礦廠采用X射線預(yù)選拋廢，廢石拋除率35%，廢石品位0.05%，原礦品位0.45%，精礦品位25%，回收率90%，求預(yù)選后進(jìn)入球磨的礦石量及品位。答案：設(shè)原礦量Q，預(yù)選廢石0.35Q，剩余礦石0.65Q金屬量守恒：Q×0.45＝0.35Q×0.05＋0.65Q×α解得α＝(0.450.0175)/0.65＝0.665%進(jìn)入球磨量0.65Q，品位0.665%，較原礦提升48%。解析：預(yù)選可大幅降低磨礦能耗，節(jié)能率≈35%。24.【論述】闡述“6+1”智能礦山標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)涵及實(shí)施路徑。答案：“6”指：(1)智能地質(zhì)：三維地質(zhì)模型月更新，資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理誤差<3%；(2)智能開采：采掘設(shè)備遠(yuǎn)程操控率>80%，自動(dòng)化采礦占比>50%；(3)智能選礦：在線檢測+AI優(yōu)化，回收率提高2%，藥劑消耗降10%；(4)智能保障：通風(fēng)、排水、供電無人值守，故障自診斷率>90%；(5)智能管控：ERP+MES+SCADA一體化，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享；(6)智能服務(wù)：供應(yīng)鏈協(xié)同平臺(tái)，庫存下降30%?！?”指：智能安全，零死亡、零透水、零火災(zāi)。實(shí)施路徑：①頂層設(shè)計(jì)：編制智能礦山專項(xiàng)規(guī)劃，投資強(qiáng)度不低于噸礦120元；②基礎(chǔ)設(shè)施：井下5G+WiFi6全覆蓋，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)每500m一處；③數(shù)據(jù)治理：建立主數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，歷史數(shù)據(jù)遷移率100%；④示范工程：選擇23個(gè)采選工作面先行，ROI<3年；⑤人才培養(yǎng)：與高校共建“智能采礦”方向，每年培養(yǎng)100名復(fù)合型人才；⑥持續(xù)改進(jìn)：每年迭代升級(jí)，關(guān)鍵KPI納入績效考核。解析：該體系已在國家能源集團(tuán)等16家礦山試點(diǎn)，平均勞動(dòng)生產(chǎn)率提高35%，成本下降8%。七、礦山環(huán)境保護(hù)與綠色開采25.【單項(xiàng)選擇】下列重金屬污染修復(fù)技術(shù)中，對(duì)As污染土壤最高效的是A.植物修復(fù)?B.原位化學(xué)淋洗?C.電動(dòng)修復(fù)?D.玻璃化答案：B解析：As在土壤中多以砷酸根存在，化學(xué)淋洗采用磷酸鹽交換，去除率可達(dá)90%，周期短于植物修復(fù)。26.【計(jì)算】某露天煤礦排土場面積1.5km2，平均高60m，容重1.9t/m3，設(shè)計(jì)復(fù)墾覆土厚0.5m，求覆土量及所需表土儲(chǔ)存量（松散系數(shù)1.25）。答案：覆土實(shí)體量＝1.5×10?×0.5＝75萬m3松散量＝75×1.25＝93.75萬m3解析：應(yīng)提前剝離表土，單獨(dú)堆放，復(fù)墾時(shí)回覆，避免外購。27.【簡答】說明“采選充治”一體化綠色開采模式。答案：(1)采：采用充填法，廢石不出井，減少地表沉降；(2)選：井下預(yù)選拋廢，廢石直接充填采空區(qū)；(3)充：全尾砂+膠結(jié)充填，充填體強(qiáng)度2MPa，滿足二步驟回采；(4)治：選礦廢水零排放，采用“混凝沉淀+超濾+RO”，濃水回用于充填；效益：廢石地表排放為零，尾砂利用率100%，地表沉降<10mm，水資源循環(huán)率>95%。解析：該模式已在紫金礦業(yè)曙光金銅礦應(yīng)用，綠色礦山評(píng)級(jí)滿分。28.【案例分析】某硫鐵礦廢石堆場產(chǎn)生AMD，pH2.3，SO?2?8200mg/L，F(xiàn)e1800mg/L。設(shè)計(jì)被動(dòng)處理系統(tǒng)，要求出水pH69，F(xiàn)e<5mg/L，估算石灰石厭氧溝濕地系統(tǒng)停留時(shí)間。答案：(1)酸性負(fù)荷：H?濃度10?2·3＝5mmol/L，F(xiàn)e2?氧化耗堿1.8×2/56＝64mmol/L，總耗堿69mmol/L；(2)石灰石溶解速率：實(shí)驗(yàn)室測得3.2mmol/(m2·d)，比表面積0.8m2/g，填充孔隙率40%；(3)厭氧溝：SRB還原SO?2?，速率0.4mmol/(L·d)，需停留10d；(4)濕地：種植蘆葦，F(xiàn)e氧化負(fù)荷15g/(m2·d)，需濕地面積1800×1000/15＝12000m2，流量50m3/h，停留時(shí)間6d；總停留時(shí)間16d，出水達(dá)標(biāo)。解析：被動(dòng)系統(tǒng)免維護(hù)，運(yùn)行成本僅為傳統(tǒng)主動(dòng)法的15%，適合關(guān)閉礦山長期治理。八、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與項(xiàng)目管理29.【單項(xiàng)選擇】礦業(yè)項(xiàng)目IRR計(jì)算中，若礦石品位下降10%，其他不變，則IRR最可能A.下降1%?B.下降3%?C.下降5%?D.不變答案：C解析：品位與收入線性相關(guān)，成本剛性，杠桿放大，IRR對(duì)價(jià)格/品位彈性約0.5，故下降5%。30.【計(jì)算】某銅礦擴(kuò)建項(xiàng)目，新增投資12億元，建設(shè)期2年，投產(chǎn)后年凈利潤3.5億元，礦山服務(wù)年限10年，殘值1億元，折現(xiàn)率10%，求NPV并判斷項(xiàng)目可行性。答案：NPV＝12＋3.5×(P/A,10%,10)×(P/F,10%,2)＋1×(P/F,10%,12)＝12＋3.5×6.1446×0.8264＋1×0.3186＝12＋17.76＋0.32＝6.08億元>0項(xiàng)目可行。解析：NPV>0，且IRR經(jīng)試算為18.7%>10%，具備